Компрессор авиационного двигателя
Курсовой проект - Транспорт, логистика
Другие курсовые по предмету Транспорт, логистика
?пени компрессора высокого давления. В качестве материала был использован титановый сплав ВТ8. В целом, полученные значения запасов во всех сечениях удовлетворяют нормам прочности. Минимальное значение было получено в сечении 1-1 в точке В и равно 7,605. Это значение больше минимально допустимого 1,5.
3. Расчет на прочность диска компрессора
авиационный двигатель компрессор самолет
Общие сведения:
Диски компрессора - это наиболее ответственные элементы конструкции газотурбинных двигателей. От совершенства конструкции дисков зависит надёжность, легкость и надежная работа авиационных двигателей в целом.
Нагрузки, действующие на диск.
В общем, случаи в диске возникают следующие виды напряжений:
?растяжения от центробежных сил и температурных нагрузок;
?кручения, если диск передаёт крутящий момент;
?изгибные от разности давления и температуры по радиусу диска, осевых газодинамических сил, действующих на лопатку, гироскопических моментов.
Допущения, принимаемые при расчете.
При расчете диска на прочность принимаются следующие допущения:
?диск находится в плоском напряженном состоянии;
?температура диска меняется только по радиусу и постоянна по толщине;
?напряжения на любом радиусе не меняется по толщине;
?наличие отверстий и бобышек на полотне диска, отдельных выступов и проточек на его частях не принимаются во внимание.
Целью данного расчета является расчет диска компрессора на прочность от действия центробежных сил масс лопаточного венца и диска, методом конечных разностей.
Метод конечных разностей основан на приближенном расчете дифференциальных уравнений (3.1) и (3.2):
, (3.1)
,(3.2)
где уR и уТ - радиальные и окружные напряжения;, R - текущее значение толщины и радиуса;
w - угловая скорость вращения диска;
r - плотность материала диска;
Е - модуль упругости первого рода;- температура элемента диска на радиусе R;
a - коэффициент линейного расширения материала диска;
m - коэффициент Пуассона.
Замена дифференциалов на конечные разности производится по таким формулам:
, ,
, , , (3.3)
где индексы n, принимающие значения от 0 до k, указывают номер кольцевого сечения диска.
Окончательные расчетные формулы:
, , (3.4)
где , , (3.5)
, . (3.6)
Значения xn, nn, jn, Cn, ln и yn определяются так:
, , ,,
, . (3.6)
Особенностью расчета диска со скачкообразным изменением толщины является то, что в случае скачка в толщине диска следует ожидать скачкообразного изменения напряжений. Величину скачка в напряжениях можно определить из условия равенства радиальных сил, действующих в сечениях на границе смыкания участков диска с разными толщинами, и равенства окружных удлинений кольцевых элементов диска, выделенных там же.
Отличие в расчетах состоит в том, что при расчете диска со скачкообразным изменением толщины в месте скачка проводится два совпадающих сечения с разными толщинами диска.
Расчетные формулы для вычисления напряжений в сечении после скачка при использовании метода конечных разностей имеют такой вид:
, , (3.7)
где sR`n1 и sTn1 - радиальные и окружные напряжения в диске на радиусе Rn после скачка в толщине диска;
s0 - напряжение в центре диска.
Коэффициенты A/n, B/n, N/n и Q/n находятся по формулам:
; , , (3.8)
, (3.9)
где b/n, bn - толщина диска на радиусе Rn до и после скачка в диске.
Значения коэффициентов А0, В0, N0, Q0 равны:
А0 = 0, В0 = 0, N0 = 1, Q0 = 0.
При разбивании диска на расчетные сечения должны выполнятся следующее условия:
?отношения радиусов: ;
?отношения толщин: .
?Для первых трех ступеней диска с центральным отверстием:
В качестве нагружающего фактора рассматривается нагрузка от лопаточного венца и замочной части, которая учитывается величиной sRn:
, (3.10)
где z - число лопаток;
sRk - напряжения в корневом сечении лопатки от растяжения центробежными силами (из расчета лопатки на прочность);k - площадь корневого сечения лопатки (из расчета лопатки на прочность);
r - плотность материала диска (материал диска ВТ-8);- площадь радиального сечения разрезной части обода;f- радиус центра тяжести площади f;k - наружный радиус неразрезанного обода диска;
bk - ширина обода диска на радиусе Rk.
Расчетным режимом для проведения расчета на прочность диска, обычно является режим максимальной частоты вращения диска. В этом случаи наибольшей величины достигают напряжения от центробежных сил собственной массы диска и лопаточного венца, которые почти всегда имеют решающие значение при оценке прочности диска.
Исходные данные:
?материал диска - титановый сплав ВТ-8;
?плотность материала r = 4530 кг/м3;
?предел длительной прочности sдлит = 950МПа;
?частота вращения n = 9828 об/мин;
?коэффициент Пуассона m = 0,3;
?площадь корневого сечения лопатки Fk = 0,79510-4 м2;
?число лопаток на рабочем колесе z = 107;
?площадь радиального сечения разрезной части обода диска f = 0,00016 м2;
?радиус центра тяжести радиального сечения разрезной части обода диска Rf = 0,296 м;
?
Геометрические параметры диска в расчетных сечениях приведены в таблице 2.
Рисунок 4 - Расчетная схема диска
Таблица 2 - Геометрические параметры сече