Расчет на прочность узла крепления лопатки

Цель расчета на прочность узла крепления лопатки – определение напряжений и запасов прочности в опасных сечениях.

Методика расчета представлена в методике [5]. Расчетная схема изображена на рисунке 2.8.

Допущения:

- на замок действует только центробежная сила лопатки;

- центробежная сила пера лопатки Рц.п. и центробежная сила хвостовика лопатки Рц.х. направлены по одному радиусу, проходящему через центр тяжести хвостовика лопатки;

- центробежная сила лопатки распределяется между опорными площадками замкового соединения пропорционально величинам контактирующих поверхностей.

 

Для расчета необходимы следующие данные:

− материал: ЖС6К;

− плотность материала: 8250 кг/м³;

− число оборотов турбины: 14200 об/мин;

− угол наклона контактной площадки: φ = 30^о;

− напряжение растяжения в лопатке у корня: σ_рк =373,92МПа;

− площадь корневого сечения лопатки: F_к =16,62·10^-5 м².

У правильно спроектированного замка напряжения смятия, изгиба и среза на всех зубьях должны быть одинаковыми.

Учитывая, что целью проверочного расчета является проверка правильности создания замка лопатки, расчет следует выполнять для всех зубьев.

Напряжения растяжения в различных сечениях хвостовика лопатки и гребня диска отличается по своим значениям.

Эскизы совмещенных хвостовиков лопаток, гребня диска и зуба хвостовика приведены на рисунке2.8.

 

 

Рисунок 22.8– Расчетная схема замка лопатки

Порядок выполнения расчета

1. Определяем центробежную силу пера лопатки:

 

P_цб.п. = σ_рк· F_к = 373,92·10⁶·16,63·10^-5=62145,5 Н.

2. Определяем центробежную силу ножки лопатки:

P_цб.н = V_н· R_н·ω² = 0,015·0,321·1487,02²=10647,07 Н

 

3. Определяем центробежные силы хвостовика лопатки, нагружающие сечения между впадинами зубьев в каждой паре:

 

P_цб.х.1 = m_x1· R_ц.т.х1.·ω² =0,014·0,316·1487,02² = 9782,48 Н,

P_цб.х.2 = m_x2· R_ц.т.х2.·ω² =0,012·0,31·1487,02² = 8225,78 Н,

P_цб.х.3 = m_x3· R_ц.т.х3.·ω² =0,007·0,305·1487,02² = 4720,98 Н

 

3. Определяем полную центробежную силу лопатки:

 

Р_цб.л. = Р_цб.п + P_цб.н + P_цб.х.1 +Р_{цб.х .2} + Р_{цб.х .3} = 62145,5+ 10647,07+9782,48+8225,59+4720,98= 95521,81 Н.

 

4. Определяем нагрузку на зубья:

 

 

 

5. Определяем напряжения смятия на контактных площадках каждого зуба:

 

6. Определяем напряжения изгиба зубьев у основания:

 

;

(изменяются N и b)

 

7. Определяем напряжения среза зубьев:

 

8. Определяем напряжения растяжения в перемычке хвостовика лопатки:

 МПа

 

МПа

 

9. Определение напряжения растяжения в сечениях гребня диска турбины:

 

 

 

 

где Р_цб.г. = m _{г і} · R _{ц.т.г. і} ·ω² − центробежная сила гребня диска;

m_{г .і} = F_{г і}· b∙ρ = − масса частей гребня диска − определяется с помощью программы КОМПАС-3D;

R_{ц.т. г і} − радиус центра тяжести частей гребня диска.

 

10.Расчет коэффициентов запаса прочности:

-по напряжению смятия по контактной площадке 2 зубца замка

-по напряжению изгиба у основания 2 зубца замка:

-по напряжению среза в основании 2 зубца:

 

Вывод к разделу

В результате расчета «елочного» замка лопатки на прочность напряжения по всем видам нагружения меньше допускаемых с учетом необходимых коэффициентов запаса. Таким образом, замок обладает необходимым запасом прочности и удовлетворяет предъявляемым к нему требованиям.