Газотурбинный двигатель (стр. 4 из 5)

;

Для нулевого сечения в случае диска со свободным центральным отверстием:

Неизвестное напряжение в нулевом сечении

вычисляется по известному радиальному напряжению

, возникающего от центробежных сил лопаточного венца:

Напряжение

от центробежных сил лопаток и замковой части обода может быть определено для случая, когда лопатки и диск изготовлены из материала с одинаковой плотностью, по формуле

где

- наружный радиус неразрезного обода диска;

- ширина обода диска на радиусе

Расчетный режим. Расчет запасов прочности

Расчетным режимом для проверочного расчета на прочность диска является режим максимальной частоты вращения диска, высота полета H=0м, В этом случае наибольшей величины достигают напряжения от центробежных сил собственной массы диска и лопаточного венца.

Так как диск находится в плосконапряженном состоянии, то за критерий прочности обычно принимается эквивалентное напряжение

Запас прочности

где

- предел длительной прочности материала.

Согласно нормам прочности запас прочности должен быть не менее 1,5.

Вычисления делаем по программе кафедры 203 Disk_epf.exe.

Исходные данные для расчета на ЭВМ:

- материал диска ВТ8;

- частота вращения диска на расчетном режиме:

n =16400 об/мин;

- количество расчетных радиусов 21;

- количество скачков – 1, радиус скачка R=0,120м;

- величина контурной нагрузки s_r_л=32,63МПа.

- плотность материала диска: r = 4530 кг/м³.

- коэффициент Пуассона: m = 0,3.

- предел длительной прочности: s_ДЛ = 950 МПа.

- признак постоянства плотности материала: DP = 0.

- признак постоянства температуры диска по радиусу: DT = 0.

Расчет на прочность замка лопатки

турбина компрессор расчет лопатка

В данном расчете определяется прочность замка лопатки первой ступени КВД проектируемого двигателя. Крепление лопатки трапециевидное типа “ласточкин хвост”

Силы, учитываемые при расчете замка лопатки

На лопатку действуют центробежная сила

, окружная составляющая газовой силы

, осевая составляющая газовой силы

. Сила

вызывает растяжение, силы

- изгиб ножки лопатки. Кроме того, ножка лопатки испытывает напряжения изгиба от центробежных сил (так как центры тяжести пера лопатки и ножки не лежат на направлении одного радиуса) и напряжения кручения – от центробежных и газовых сил.

Величины напряжений в замке лопатки зависят от величин действующих сил, от конструкции замка и от характера посадки ножки лопатки в пазу диска.

Расчет замка лопатки ведем на центробежную силу

, составляющие от газовых сил опускаем.

Также учитываем центробежные силы, возникающие при вращении массы самого замка

Цель расчета

Целью расчета является определение напряжения смятия на площадках контакта лопатки с диском от центробежных сил лопатки.

Расчет на прочность

Центробежная сила лопатки

включает две составляющие: центробежную силу пера лопатки

и центробежную силу хвостовика лопатки

где

- напряжение в корневом сечении пера лопатки от растяжения центробежными силами на расчетном режиме, значение берем из расчета лопатки

=73.38 Мпа;

- площадь корневого сечения лопатки

0.478*

;

0.5(h₁+h₂) *d*b

где h₁,h₂,d,b – геометрические размеры замка лопатки (см. рис. 4.1).

Из условия равновесия сил, действующих в замке лопатки в

радиальном направлении сила реакции стенок паза равна (рис. 3):

Рис. 3 - Расчет замка на прочность

Напряжение смятия:

где

- площадь боковой грани паза, на которой действует сила

- угол наклона боковой грани паза к поверхности перпендикулярной оси лопатки, принимаем

60°.

МПа.

Замок лопатки удовлетворяет нормам прочности на смятие, полученное значение

=22,05 МПа меньше допускаемого

=280 Мпа.

Расчет на прочность корпусов камеры сгорания

Способ расчета на прочность зависит от конструкции камеры. Напряжения, вызывающие поломку, во многих случаях происходит от частых изменений режима работы двигателя, при которых происходит резкий перепад температур. Анализ поломок показывает, что часть из них происходит из-за температурных напряжений в материале.

Камера сгорания рассчитывается на прочность и устойчивость на максимальном режиме работы двигателя при полете у земли в зимних условиях.

Расчет на прочность наружного корпуса

Под влиянием внутреннего давления воздуха стенки наружного корпуса испытывают напряжения растяжения. Расчет производится в предположении, что разрыв происходит по образующей. В целях упрощения расчета допускается представлять наружный корпус в виде цилиндрической оболочки, с диаметром, равным среднему диаметру реального корпуса.

Исходные данные:

Радиус оболочки R=254 мм,

Толщина оболочки d=3 мм,

Давление снаружи Рн=101325 Па,

Давление внутри Рвн=1039000 Па,

Избыточное давление Ризб=Рвн – Рн =937675 Па,

Материал: Х18H9T.

Расчет на устойчивость внутреннего корпуса

Внутренний корпус представляет собой коническую оболочку с цилиндрическим участком. Опасности потери устойчивости подвергается только цилиндрический участок.

Внутренняя оболочка может находиться в трех состояниях:

- устойчивое упругое равновесие между внешними силами и внутренними силами упругости. После снятия нагрузки оболочка восстанавливает прежнюю форму.