Авиационный винтовентиляторный двигатель

Турбина двигателя − осевая, реактивная, пятиступенчатая, преобразует энергию газового потока в механическую энергию вращения компрессоров двигателя, приводов агрегатов и нагнетателя.

Авиационный винтовентиляторный двигатель

Дипломная работа

Разное

Другие дипломы по предмету

Разное

Сдать работу со 100% гаранией
лопаткой.

Центробежные силы вызывают деформации растяжения, изгиба и кручения, газовые - деформации изгиба и кручения.

Напряжения кручения от центробежных, газовых сил слабозакрученных рабочих лопаток компрессора малы, и ими пренебрегаем.

Напряжения растяжения от центробежных сил являются наиболее существенными.

Напряжения изгиба обычно меньше напряжений растяжения, причем при необходимости для уменьшения изгибающих напряжений в лопатке от газовых сил ее проектируют так, чтобы возникающие изгибающие моменты от центробежных сил были противоположны по знаку моментам от газовых сил и, следовательно, уменьшали последние.

 

2.2 Допущения, принимаемые при расчете

 

При расчете лопатки на прочность принимаем следующие допущения:

-лопатку рассматриваем как консольную балку, жестко заделанную в ободе диска;

-напряжения определяем по каждому виду деформации отдельно;

-температуру в рассматриваемом сечении пера лопатки считаем одинаковой, т.е. температурные напряжения отсутствуют;

-лопатку считаем жесткой, а деформацией лопатки под действием сил и моментов пренебрегаем;

-предполагаем, что деформации лопатки протекают в упругой зоне, т.е. напряжения в пере лопатки не превышают предел пропорциональности.

 

2.3 Основные расчетные уравнения на растяжение и изгиб рабочих лопаток и определение запасов прочности

 

П - периферийное сечение;

С - среднее сечение;

К - корневое сечение.

Рисунок 2.1 - Расчетная схема

 

 

Напряжение растяжения в расчетном сечении пера лопатки определяется по формуле:

 

(2.1)

 

Напряжения изгиба в каждой точке расчетного сечения определяются по формуле:

 

(2.2)

 

В целях упрощения расчета значения изгибающих моментов и моментов сопротивления берут без учета знаков (по модулю).

 

Так в точке А , (2.3)

в точке В , (2.4)

в точке С . (2.5)

 

Вместе с тем знак при определении напряжения изгиба характеризует вид деформации волокон лопатки. Так, если волокна лопатки растянуты, то напряжение изгиба имеет знак "+", если же они сжаты, то "-". Заметим, что от действия газовых нагрузок на кромках профиля (в точках А и В) всегда возникают напряжения растяжения, а на спинке профиля (в точке С) - напряжения сжатия.

При определении запасов прочности следует учитывать напряжения как растяжения, так и изгиба лопатки. Суммарное напряжение в каждой точке расчетного сечения профильной части лопатки

 

. (2.6)

 

Для компрессорных (холодных) лопаток запас статической прочности в каждой точке расчетного сечения

 

, (2.7)

 

где - предел прочности.

Для компрессорных лопаток последних ступеней запас прочности определяют по формуле

 

, (2.8)

 

где - предел длительной точности материала лопатки с учетом температуры в данном сечении и длительность работы.

Согласно нормам прочности минимальный запас по статической прочности профильной части рабочей лопатки компрессора должен быть не менее 1,5.

 

2.4 Цель расчета

 

Цель расчета на прочность лопатки РК первой ступени компрессора высокого давления - определение напряжений и запасов прочности в различных сечениях по длине пера лопатки.

В качестве расчетного режима выбираем режим максимальной частоты вращения ротора и максимального расхода воздуха через двигатель. Этим условиям соответствует взлетный режим работы двигателя, то есть с частотой вращения 20150 об/мин.

 

.5 Исходные данные

 

1.Материал лопатки: ВТ-3-1

2.Длина лопатки L=0,057 м;

.Радиус корневого сечения Rк =0,1325 м;

.Радиус периферийного сечения Rп=0,1895 м;

.Объем бандажной полки =0 м;

.Хорда профиля сечения пера b:

-в корневом сечении bk=0,0201 м;

-в среднем сечении bcp=0,0201 м;

в периферийном сечении bп=0,0201 м;

7.Максимальная толщина профиля в сечениях:

-в корневом сечении =0,001306 м;

-в среднем сечении =0,001106 м;

в периферийном сечении =0,000904 м;

8.Максимальная стрела прогиба средних линий профиля h в сечениях:

-в корневом сечении =0,001471 м;

-в среднем сечении =0,000936 м;

в периферийном сечении =0,000480 м;

9.Угол установки профиля в сечениях:

-в корневом сечении =1,026 рад;

-в среднем сечении =0,842 рад;

в периферийном сечении =0,520 рад;

10.Интенсивность газовых сил в окружном направлении на среднем радиусе

 

 

где ,плотность газа перед и за лопаткой;

 

 

11.Интенсивность газовых сил в осевом направлении:

 

 

12.Частота вращения рабочего колеса =20150 об/мин;

13.Плотность материала лопатки =4500 кг/м;

.Предел длительной прочности =950 МПа;

Согласно нормам прочности минимальный запас по статической прочности профильной части рабочей лопатки компрессора должен быть не менее 1,5.

 

 

2.6 Машинный счёт

 

Расчет проводим по методике [2]. Вычисления выполняем с помощью программы Statlop.exe.

Результаты расчета приведены в таблице 2.1.

 

Таблица 2.1 - Результаты расчета на прочность рабочей лопатки на ЭВМ

 

На рисунках 2.2, 2.3 и 2,4 представлены графики изменения напряжений и запасов прочности по высоте пера лопатки в точках А, В, С соответственно.

 

Рисунок 2.2 - Изменение напряжений изгиба и растяжения по высоте пера лопатки

 

Рисунок 2.3 - Изменение суммарных напряжений по высоте пера лопатки

 

Рисунок 2.3 - Изменение запасов прочности по высоте пера лопатки

 

Произведен расчет на статическую прочность пера рабочей лопатки первой ступени компрессора высокого давления. В качестве материала был использован титановый сплав ВТ-3-1. Полученные значения запаса прочности во всех сечениях удовлетворяют нормам прочности . Сделаны выносы центров масс, которые уменьшают напряжения сжатия и повышают коэффициент запаса на носе и хвостике лопатки. Дальнейший вынос приводит к прогибу, чтобы такого избежать нужно 3-х мерное профилирование.

 

 

3. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ДИСКА РАБОЧЕГО КОЛЕСА КВД

 

Диски компрессоров являются весьма ответственными элементами конструкции газотурбинных двигателей. При вращении ротора диски находятся под воздействием инерционных центробежных сил, возникающих при воздействии от массы рабочих лопаток и собственной массы диска, что вызывает в них растягивающие напряжения.

Помимо растягивающих напряжений, в дисках могут возникать напряжения кручения и изгиба. Кручение вызвано передачей диском крутящего момента. Причиной появления изгибного напряжения может быть разность давлений на боковых поверхностях диска, действие осевых газовых сил, вибрация лопаток и самих дисков, а так же действие гироскопического момента при совершении ЛА различных эволюций.

Наиболее существенными являются напряжения от центробежных сил. Напряжения кручения, как правило, незначительны, и поэтому практически не учитываются. Напряжения изгиба зависят, в первую очередь, от толщины диска и способа соединения дисков между собой и с валом (и проявляются, как следствие, в относительно тонких дисках).

 

Рисунок 3.1 - Расчетная схема диска компрессора

 

При расчете на прочность принимаются следующие допущения:

диск считается симметричным относительно срединной плоскости, перпендикулярной к оси вращения;

диск находится в плосконапряженном состоянии;

напряжение на любом радиусе не меняется по толщине;

наличие отверстий и бобышек на полотне диска, отдельных выступов

и проточек не принимается во внимание.

Исходные данные:

материал лопатки - ВТ-3 (, );

число лопаток рабочего колеса ;

частота вращения ротора ;

напряжение в корневом сечении пера лопатки ;

площадь корневого сечения лопатки ;

площадь радиального сечения разрезной части обода ;

центр тяжести размерной части обода

Расчет контурной нагрузки:

 

 

В данном расчете не будут учитываться температурные напряжения диска, поскольку диски компрессора работают в значительно меньшем диапазоне температур, нежели диски турбин, а градиент температуры по радиусу диска - незначителен.

Геометрические размеры диска в расчетных сечениях и радиусы этих сечений принимаем согласно расчетной схеме (рисунок 3.1).

Расчет диска на прочность выполнен с помощью кафедральной программы DISK_112.exe. Результаты расчета заносятся в файл RESULT.dsk (таблица 3.1)

 

Таблица 3.1 - Результаты расчета диска на прочность

 

На основании полученных расчетных данных построим графические зависимости, отображающие распределение радиальной и окружной нагрузки, а также коэффициента запаса прочности по сечениям исследуемого диска (рисунки 3.2-3.3)

 

 

Рисунок 3.2 - Распределение напряжений по сечениям диска

 

Рисунок 3.3 - Распределение коэффициента запаса прочности по сечениям

 

Полученные графические зависимости соответствуют теоретическому распределению радиального и окружного нап

Похожие работы

<< < 1 2 3 4 5 > >>