Основные теоретические положения и расчетные зависимости

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО

ВОЗДУШНОГО ТРАНСПОРТА (РОСАВИАЦИЯ)

ФГБОУ ВПО

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ»

 

Факультет ФАИТОП

Кафедра ____№ 24 __

 

Курсовая работа

На тему: «Анализ статической и динамической прочности рабочей лопатки I-ой ступени турбины турбовального двигателя НК-8-2У»

Дисциплина: Конструкция и прочность авиационных двигателей

 

Руководитель

Глазков А.С.

 

Исполнитель

Оразбаев Р.Р.

 

Санкт-Петербург

2015 г.

 

СОДЕРЖАНИЕ:

1. Анализ статической прочности рабочей лопатки первой ступени турбины ГТД……………………………………………………………....................................3

1.1. Исходные данные……………………………………………………..…......3

1.2. Основные теоретические положения и расчетные зависимости

1.3. Расчетная часть………………………………………………………….…..6

1.3.1. Расчет для значения радиуса сечения рабочей лопатки r₁……….…..6

1.3.2. Расчет для значения радиуса сечения рабочей лопатки r₂….………..6

1.3.3. Расчет для значения радиуса сечения рабочей лопатки r₃….………..7

1.3.4. Расчет для значения радиуса сечения рабочей лопатки r₄…..……….8

1.3.5. Расчет для значения радиуса сечения рабочей лопатки r₅……..….....8

1.3.6. Расчет для значения радиуса сечения рабочей лопатки r₆…..…..........9

1.3.7. Расчет для значения радиуса сечения рабочей лопатки r₇…..……......9

1.3.8. Расчет для значения радиуса сечения рабочей лопатки r₈….….……10

1.3.9. Расчет для значения радиуса сечения рабочей лопатки r₉...................11

1.4. Графические расчеты……………………………………………….......….12

1.5. Заключение к разделу «Анализ статической прочности рабочей лопатки первой ступени турбины ГТД»………………………………….………...15

2. Анализ динамической прочности рабочей лопатки ступени турбины ГТД………………………………………………………………………….……….....16

2.1. Исходные данные………………………………………………………..…16

2.2. Основные теоретические положения и расчетные зависимости. Расчет динамической прочности рабочей лопатки……………………………...16

2.3. Заключение к разделу «Анализ динамической прочности рабочей лопатки ступени турбины ГТД»…………………………………………….………19

АНАЛИЗ СТАТИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ РАБОЧЕЙ ЛОПАТКИ ПЕРВОЙ СТУПЕНИ ТУРБИНЫ ГТД

1.1.Исходные данные.

 

nвзл	R1	R2	F1	F2		mП (кг)
	0,43	0,550	0,00040	0,000130		0,038

 

r1	r2	r3	r4	r5	r6	r7	r8	r9
0,43	0,445	0,46	0,475	0,49	0,505	0,52	0,535	0,55

 

; ;

 

Основные теоретические положения и расчетные зависимости

Цель данной курсовой работы - проверить выполнение или не выполнение условия прочности рабочей лопатки первой ступени турбины, при действии статических нагрузок на взлетном режиме работы двигателя, в условиях, соответствующих исходным данным.

Определим показатель в экспоненциальном законе изменения площади сечении рабочей лопатки по её высоте:

=9,36 ,

 

F₁ и F₂ - площади корневого и концевого сечения рабочей лопатки, м²;

R₁ и R₂ – радиусы корневого и концевого сечения лопатки, м.

 

Определим значения угловой скорости вращения ротора на взлетном режиме, рад/с:

,

n_взл - частота вращения ротора на взлетном режиме, об/мин.

Известно, что величина допустимого напряжения зависит от температуры материала и продолжительности нагружения. В соответствии с исходными данными продолжительность нагружения составляет 100 часов работы двигателя на взлетном режиме.

Результаты термометрирования двигателей в стендовых условиях позволяют получить эмпирическую зависимость, которая с достаточной степенью точности описывает распределение температуры по высоте лопатки:

 

,

– температура газа на входе в турбину, ⁰С.

Приведенная формула характеризует типичные закономерности температурного поля рабочей лопатки турбины, которая формируется под влиянием теплового потока от горячего газа, от тока тепла в более холодную замковую часть и обдува концевой части более холодным пристеночным слоем газа.

Далее следует воспользоваться характеристиками длительной прочности жаропрочного сплава ЖС–6К, которая имеет следующий вид:

[МПа],

при ;

,

 

при t_л 850 .

Теперь определим напряжения в рабочей лопатке, возникающие от действия центробежных сил. При этом используются зависимости для экспоненциального изменения площади сечения лопатки по её высоте.

 

 

Напряжение от центробежных сил действующих на массу пера лопатки:

 

 

Напряжение действующие на массу бандажной полки:

,

 

Расчет изгибающих напряжений от действия газовых сил выполняется по упрощенной методике:

 

 

При наличии бандажной полки m=0,25, а для небандажированной лопатки m=0,17.

В общем случае суммарные действующие напряжения в каждом сечении лопатки равны:

 

 

Коэффициент запаса прочности в каждом сечении рабочей лопатки, определяемый по формуле:

 

Расчетная часть.

 

1.3.1Расчет для значения радиуса сечения рабочей лопатки r₁

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3.2.Расчет для значения радиуса сечения рабочей лопатки r₂

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3.3.Расчет для значения радиуса сечения рабочей лопатки r₃

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3.4.Расчет для значения радиуса сечения рабочей лопатки r₄

 

 

 

 

 

 

 

1.3.5.Расчет для значения радиуса сечения рабочей лопатки r₅

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3.6.Расчет для значения радиуса сечения рабочей лопатки r₆

 

 

 

 

 

 

1.3.7.Расчет для значения радиуса сечения рабочей лопатки r₇

 

 

 

 

 

 

 

1.3.8.Расчет для значения радиуса сечения рабочей лопатки r₈

 

 

 

 

 

 

 

1.3.9.Расчет для значения радиуса сечения рабочей лопатки r₉

 

 

 

 

 

Графические расчёты

Рис. 1. Эмпирическая зависимость, описывающая распределение температуры по высоте пера лопатки.

Рис. 2. Характеристика длительной прочности жаропрочного сплава ДС-6К.

Рис. 3. Напряжения от центробежных сил, действующих на массу бандажной полки.

Рис. 4. Напряжения от центробежных сил, действующих на массу пера лопатки.

 

 

Рис. 5. Расчет изгибающих моментов от действия газодинамических сил.

Рис. 6. Суммарные действующие напряжения в каждом сечении лопатки

 

Заключение к разделу «Анализ статической прочности рабочей лопатки первой ступени турбины ГТД»

 

Вывод: т.к. минимальный допустимый коэффициент запаса прочности 1,3 по условию, то на основе произведенных расчетов мы можем сделать вывод о том, что запас прочности рабочей лопатки является достаточным во всех сечениях. Сечение, в котором, наиболее вероятно, может произойти разрушение рабочей лопатки от действия статических сил сечение r₆, хотя он является достаточным K= 2,5.

На основе произведенных математических и графических расчетов мы можем сделать вывод о том, что статическая прочность в исследуемой детали обеспечивается без применения охлаждения.