Особенности расчета при использовании программы PROKOL.

Расчет производится на ПК методом конечных разностей с помощью программы PROKOL [10], [85]. Перо лопатки сплошное и по длине разбивается пятью сечениями на четыре равные части. Нулевое сечение совмещается с концевым, а четвертое – с втулочным сечением лопатки. По результатам расчета строятся графики распределения параметров по длине (от номера сечений) лопатки:

- напряжений растяжения от центробежных сил, МПа;

, , - напряжений изгиба в точках А, В, С профилей, МПа;

, , - суммарных напряжений в точках А, В, С профилей, МПа;

- максимальных суммарных напряжений в сечении, МПа,

- температуры лопатки в сечении, К;

- предельных напряжений в сечении, МПа;

- коэффициентов запаса прочности в сечении.

Следует помнить, что данный метод расчета не учитывает термических напряжений, возникающих от градиента температур по длине пера лопатки.

Для компрессорных лопаток влияние температуры на величину обычно невелико. Считают, что = , = .

Для сплошных лопаток турбины максимальное значение температуры обычно располагается на двух третях ее длины, то есть между 3 и 4 сечениями.

Распределение температуры по длине лопатки определяется формой радиальной эпюры газа и отводом тепла в охлаждаемый диск. Форма радиальной эпюры выбирается такой, чтобы обеспечить прочностную надежность (запасы прочности) в опасных сечениях вблизи втулочного сечения и сохранить минимальный радиальный зазор между ротором и статором. С этой целью температуру газа у концевого и втулочного сечений лопатки первой ступени снижают, что приводит к уменьшению радиальных деформаций статора и сохранению повышенных предельных напряжений материала лопатки. Однако, эта эпюра радиального распределения температуры в последующих ступенях, к сожалению, выравнивается.

Снижение температуры втулочного сечения сплошной лопатки за счет отвода тепла в охлаждаемый диск происходит на 100…150 К для двигателей первого-третьего поколений, на 200…250 К у двигателей четвертого поколения (в зависимости от типа системы охлаждения и расхода охлаждающего воздуха). У двигателей пятого поколения ( = 1600…1700 К) снижение температуры лопатки за счет охлаждения еще больше. При этом максимальная температура лопатки не превышает 1150 К.

Для приближенной оценки распределения температурного поля первой ступени турбины и предельных напряжений по длине лопатки можно воспользоваться таблицей 1.

 

Табл. 1. Распределение температуры и предельных напряжений по длине лопатки

 

	0.95	1.06	1.06	1.0	0.8
, К
, МПа

 

В таблице приняты следующие условные обозначения:

- номер сечения лопатки;

- температура газа в сечении, К;

- среднемассовая температура газа, К;

=(0.90…0.95) - температура лопатки в сечении, К.

Величины предельных напряжений для различных температур могут быть найдены в работах [7], [10, с. 288].

В конце этого раздела на основании сравнения рассчитанных запасов прочности с нормативными, делается заключение о работоспособности, массе и прочностной надежности рабочей лопатки.