Расчетный режим. Расчет запасов прочности.

Расчетным режимом для проверочного расчета на прочность диска является режим максимальной частоты вращения диска. 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 менее1,3.

 

Рисунок 7.1-Расчетная схема

 

Расчет проводим по методике [3]. Вычисления делаем по программе кафедры 203 Disk_epf.exe. Результаты расчета представлены в таблице 7.1.

Таблица 7.1 – Расчет на прочность дисков компрессоров

 

РАCЧЕТ НА ПРОЧНОCТЬ ДИCКОВ

КОМПРЕССОРОВ И ТУРБИН

 

********************************************************************************

 

ВЫПОЛНИЛ(А): Tkachenko V

 

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

DP= 0 DT= 0

Частота вращения = 14168.2 об/мин

Количество расчетных сечений = 13

Количество скачков на контуре = 1

Контурная нагрузка = 16.680 МПа

AZ= 0 BZ= 0 NZ= 1 QZ= 0

Коэффициент Пуассона =.30

R(1)=.1350 R(2)=.1460 R(3)=.1490 R(4)=.1530

R(5)=.1550 R(6)=.1580 R(7)=.1600 R(8)=.1610

R(9)=.1620 R(10)=.1630 R(11)=.1890 R(12)=.1890

R(13)=.1980

B(1)=.0360 B(2)=.0360 B(3)=.0300 B(4)=.0240

B(5)=.0200 B(6)=.0160 B(7)=.0130 B(8)=.0110

B(9)=.0090 B(10)=.0075 B(11)=.0075 B(12)=.0260

B(13)=.0260

NRS(Z)= 11

Плотность материала = 4500.00

Предел длит. прочности материала= 1150.0

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА:

 

I R(I),M B(I),M SR,МПА ST,МПА SEK,МПА ZAP

1.1350.0360.00 394.05 394.05 2.9

2.1460.0360 16.80 357.35 349.25 3.3

3.1490.0300 22.21 349.88 339.32 3.4

4.1530.0240 29.47 340.62 326.88 3.5

5.1550.0200 35.39 337.11 320.88 3.6

6.1580.0160 43.66 332.00 312.46 3.7

7.1600.0130 52.35 329.86 307.05 3.7

8.1610.0110 60.55 330.06 304.34 3.8

9.1620.0090 71.63 331.21 301.84 3.8

10.1630.0075 83.56 332.71 299.79 3.8

11.1890.0075 77.97 279.37 249.69 4.6

12.1890.0260 22.49 262.72 252.23 4.6

13.1980.0260 16.68 246.11 238.21 4.8

 

Рисунок 7.2 - Изменение напряжения по радиусу диска

 

Рисунок 7.3 - Изменение запаса прочности по радиусу диска

 

Вывод: Был проведен расчет диска первой ступени КВД на три разные толщины первой на 0,0228 м и вторая на 0,013 м и третья на 0,0223м. Были получены значения радиального, окружного и эквивалентного напряжений в различных радиальных сечениях диска. Также были посчитаны значения запасов прочности в радиальных сечениях диска.

Были построены графические иллюстрации изменения этих параметров по сечениям диска(Рис. 7.2 и рис. 7.3). Из графиков видно, что значения запасов прочности по сечениям диска удовлетворяют нормам прочности, по которым запас прочности должен быть не менее 1,2....1,8. В нашем случае минимальный запас прочности4,6, а максимальный 7,7, что является завышенным, однако это необходимо, так как диск содержит крепежные отверстия, которые являются концентраторами напряжений, а при расчете мы не учитывали наличие отверстий, поэтому повышение коэффициента запаса прочности целесообразно и кроме того это обеспечивает безопасную работу диска, компрессора и двигателя в целом.

Расчет на прочность корпуса камеры сгорания

Напряжённое состояние оболочки, за исключением участков, расположенных вблизи фланцев или мест действия сосредоточенных сил, достаточно точно определится на основании безмоментной теории, которая предполагает отсутствие внутренних изгибающих и крутящих моментов, а, следовательно, и перерезывающих сил. Также предполагаем, что все нагрузки независимы.

 

 

Рисунок 8.1 - Нагрузки действующие на корпус камеры сгорания

 

Выделим из цилиндрической оболочки элемент, ограниченный отрезками двух параллельных кругов и двух образующих (рис.8.1). Заменяя действие отброшенных частей оболочки соответствующими усилиями , рассмотрим равновесие этого элемента.

- радиус меридиана и параллели соответственно.

 

- площадь элемента;

- сила от давления.

Спроектируем силы на нормаль к оболочке:

где

Тогда

Для цилиндрической оболочки

R_m=∞; R_τ=R=0,332;σ_m=0;

P_изб=Р_к-Р_н=2064000-311600=1752400Па

σ_τ=

 

Допускаемые напряжения равны:

.

 

к_z=

 

Расчет на устойчивость

Проверяем оболочку на условие «средней длины»:

ε ()² ε^-1/2

где

ε= = =2,35

 

2,35 0,667 185,88

Так как условие соблюдается критическое значение давления вычисляем по формуле:

 

где E - модуль упругости материала:

δ – толщина стенки δ=0,003 (м);

R- радиус камеры сгоранияR=0,1685 (м);

l- длина участка оболочки между подкрепляющими элементами;

l=0,317 (м)

Определяем значение критического давления:

q_кр=0,9176

Вывод

Проведен расчет камеры сгорания на прочность. Полученное напряжение растяжение в стенке камеры сгорания =193,93 МПа лежит в допускаемых пределах ( =50…200 МПа),коэффициент запаса удовлетворяет нормам прочности. Также был проведен расчет корпуса камеры сгорания на устойчивость, критическое давление составило 4,46 МПа.

Заключение

В данном курсовом проекте был спроектирован узел компрессора ТРДД для газотурбинного двигателя. В качестве прототипа использовался двигатель РД-33. Была разработана конструкция узла компрессора двигателя с внесением некоторых изменений. Форму проточной части и число ступеней принято по прототипу.

Были произведены расчеты:

_ расчет на прочность рабочей лопатки компрессора;

_ расчет частоты первой формы изгибных колебаний рабочей лопатки, определение резонансных режимов работы двигателя;

_ расчет на прочность замка рабочей лопатки;

_ расчет на прочность диска первой ступени компрессора;

_ расчет на прочность корпус камеры сгорания.

Полученные результаты удельных параметров двигателя, значения запасов прочности во всех расчетных сечениях элементов компрессора, значения напряжений удовлетворяют нормам прочности и соответствуют значениям для двигателя подобного класса.

 

Библиографический список

 

1. Шошин Ю.С. Расчет на прочность рабочих лопаток компрессоров и турбин: учебное пособие [Тескт]/Ю.С. Шошин, С.В. Епифанов,
Р.Л. Зеленский– Харьков: ХАИ, 2006 – 28 с.

2. Шошин Ю.С. Расчет динамической частоты первой формы изгибных колебаний лопаток компрессоров и турбин: учебное пособие[Тескт] /
Ю.С. Шошин, С.В. Епифанов, Р.Л. Зеленский– Харьков:ХАИ, 2009 – 28 с.

3. Шошин Ю.С. Расчет на прочность дисков компрессоров и турбин:учебное пособие [Тескт]/Ю.С. Шошин, С.В. Епифанов, Р.Л. Зеленский– Харьков: ХАИ, 2007 – 28 с.

4. Турбовальный двигатель ТВ3-117 3 серии. Руководство по эксплуатации 078.00.00.00 РЭ1. – 1978.

5. Филахтов Ф.М. Расчет замков лопаток /Ф.М. Филахтов. – Харьков: ХАИ, 1972. – 39 с.

6. Кузменко М.Л. Статическая прочность рабочих лопаток и дисков компрессоров и турбин ГТД /М.Л. Кузменко, В.С. Чигрин, С.Е. Белова. – Рыбинск: РГАТА, 2005. – 78 с.

7. Скубачевский Г.С. Авиационные газотурбинные двигателя. Конструкция и расчет деталей – Издательство «Машиностроение», Москва 1969г.