Главная Обратная связь

Дисциплины:






Основные теоретические положения расчетные зависимости.



Анализ статической прочности.

Основные теоретические положения расчетные зависимости.

В данном разделе необходимо сделать заключение о выполнении или о не выполнении условия прочности рабочей лопатки первой ступени турбины при действии статических нагрузок на взлетном режиме работы двигателя в условиях, соответствующих исходным данным. Кроме того, в случае выполнения прочности необходимо определить наиболее слабое с точки зрения прочности сечение в детали.

Для решения этой задачи требуется построить кривую изменения коэффициента запаса прочности по высоте пера лопатки.

Решение данной задачи следует начать с определения напряжений в рабочей лопатке, возникающих от действия центробежных сил.

Напряжение от центробежных сил, действующих на массу пера лопатки:

[Па].

Напряжения от центробежных сил, действующих на массу бандажной полки:

[Па].

 

В приведенных зависимостях приняты следующие обозначения:

- угловая скорость вращения ротора на взлетном режиме,1/c;

- частота вращения ротора на взлетном режиме, об/мин;

– показатель в экспоненциальном законе изменения площади сечения рабочей лопатки по ее высоте,1/м;

- плотность материала рабочей лопатки, кг/ ;

- радиусы корневого и концевого сечений рабочей лопатки, м;

масса бандажной полки, кг;

- площадь корневого и концевого сечений рабочей лопатки, ;

r – значение радиуса сечения рабочей лопатки, в котором определяется напряжение, м;

( ).

При расчете принимаем изменение радиуса r таким образом, что бы по всей длине лопатки напряжения определялись по крайней мере в 6 точках. Шаг изменения радиуса рассчитывается по следующей формуле:

,

где Z – число расчетных сечений.

Расчет изгибающих напряжений от действия газовых сил выполняется следующим образом:

.

При наличии бандажной полки m = 0,25, а для небандажированной лопатки m = 0,17.

Суммарные действующие напряжения в каждом сечении лопатки равны:

.

После расчета суммарных действующих напряжений необходимо определить величину допустимых напряжений для того, что бы найти значение коэффициента запаса прочности.

Известно, что величина допустимого напряжения зависит от температуры материала и продолжительности нагружения. В соответствии с исходными данными продолжительность нагружения составляет 100 часов. Таким образом, необходимо найти величину допустимого напряжения в рабочей лопатке из жаропрочного сплава ЖС-6К после 100 часов работы двигателя на взлетном режиме.

Результаты термометрирования двигателя в стендовых условиях позволяют получить эмпирическую зависимость, которая с достаточной степенью точности описывает распределение температуры по высоте пера лопатки:



,

где - температура газа на входе в турбину, .

Данная формула характеризует типичные закономерности температурного поля рабочей лопатки турбины, которое формируется под влиянием теплового потока от горячего газа, оттока тепла в более холодную замковую часть и обдува концевой части более холодным пристеночным слоем газа.

Далее следует пользоваться характеристиками длительной прочности жаропрочного сплава ЖС-6К, которые имеют следующий вид:

[МПа]

при ≤ 850

[МПа]

при

Коэффициент запаса прочности в каждом сечении рабочей лопатки определяется по формуле:

.

Исходные данные.

Материал рабочей лопатки – жаропрочный сплав ЖС-6К;

плотность материала рабочей лопатки = 8000 кг/м3;

продолжительность использования взлетного режима τ = 100 ч;

минимальный допустимый коэффициент запаса прочности

частота вращения ротора на взлетном режиме ;

радиусы корневого и концевого сечений рабочей лопатки м; 0,1 и 0,14

площадь корневого и концевого сечений рабочей лопатки , ; 0,000051 и 0,000027

масса рабочей лопатки , кг; 0,013

температура газа на входе в турбину , . 847

 

r
  0,095 0,103 0,111 0,119 0,127 0,135
ρ, кг/м^3 8000,00 8000,00 8000,00 8000,00 8000,00 8000,00
ω, 1/с 2156,13 2156,13 2156,13 2156,13 2156,13 2156,13
ω^2, 1/с 4648910,94 4648910,94 4648910,94 4648910,94 4648910,94 4648910,94
K 12,43 12,43 12,43 12,43 12,43 12,43
K^2 154,60 154,60 154,60 154,60 154,60 154,60
R 1, м 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1
R 2, м 0,14 0,14 0,14 0,14 0,14 0,14
F 1, м^2 0,000051 0,000051 0,000051 0,000051 0,000051 0,000051
F 2, м^2 0,000027 0,000027 0,000027 0,000027 0,000027 0,000027
m п, кг 0,013 0,013 0,013 0,013 0,013 0,013
Т* г, °С 847,00 847,00 847,00 847,00 847,00 847,00
τ, ч 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00
             
e^K(r-R2) 0,39 0,43 0,48 0,53 0,59 0,65
e^-K(r-R1) 1,36 1,24 1,12 1,01 0,92 0,83
             
, МПа   137,88   121,03 99,45 72,54 39,64 0,00
             
, Па 172407672,16 193983691,18 218259848,73 245574054,59 276306506,39 310884981,73
, МПа 172,41 193,98 218,26 245,57 276,31 310,88
,МПа(m=0,25) 34,47 30,26 24,86 18,14 9,91 0,00
σ сумм, МПа 344,76 345,28 342,57 336,25 325,86 310,88
             
t л, °С 677,60 732,35 771,24 794,28 801,47 792,79
так как t л, °С меньше 850 °С, то:        
             
σ доп, МПа 839,81 689,47 582,66 519,40 499,68 523,49
             
К зп 2,44 2,00 1,70 1,54 1,53 1,68

 

 





sdamzavas.net - 2017 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...