Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Санкт-Петербургский государственный морской технический университет
Кафедра судовых турбин и турбинных установок
Курсовая работа:
Расчет прочности рабочей лопатки, диска и определение частоты и формы изгибных колебаний одиночной лопатки и пакета лопаток, связанных бандажом.
Выполнил: ст. гр. 2410, Дорофеев В.В.
Проверил: проф. Алексеев С.А.
Санкт-Петербург
2012
1. Расчет прочности рабочей лопатки. 3
1.1. Исходные данные. 3
1.2. Расчет прочности лопатки и выбор материала рабочей лопатки. 4
2. Расчет диска. 7
2.1. Исходные данные. 7
2.2. Проектирование диска и разбиение диска на расчетные сечения. 7
2.3. Расчет прочности диска. 9
3.Изгибные колебания турбинных лопаток переменного сечения. Определение частот и форм колебаний одиночной турбинной лопатки и пакета лопаток, связанных бандажом. - 16 -
3.1.Исходные данные и задание для расчета. - 16 -
3.2.Определение частот и форм колебаний одиночной турбинной лопатки и пакета лопаток, связанных бандажом - 17 -
В данной работе требуется рассчитать прочность рабочей лопатки со следующими исходными данными:
|
Наименование параметра |
Числовое значение параметра |
|
Расход газа перед ТВД, G [кг/сек] |
14,5 |
|
Степень парциальности, |
1 |
|
Число рабочих лопаток, [штуки] |
56 |
|
Длина лопатки, l [метры] |
0,054 |
|
Средний диаметр рабочего колеса, [метры] |
0,45 |
|
Работа на окружности, hu [кДж/кг] |
180,5 |
|
Окружная скорость, [м/сек] |
365 |
|
Угол выхода потока из СА, [градусы] |
14 |
|
Угол выхода потока из РА, [градусы] |
90 |
|
Скорость выхода потока из СА, [м/сек] |
495 |
|
Скорость выхода из потока из РА, [м/сек] |
115 |
|
Статические давление за соплами, [МПа] |
0,52 |
|
Статическое давление за ступенью, [МПа] |
0,42 |
|
Отношение площадей профиля на наружном и внутреннем диаметрах, |
0,5 |
|
Коэффициент изменения площади сечений лопатки по показательному закону, q |
0,5 |
|
Момент сопротивления профиля корневого сечения, |
0,45 |
|
Температура в корневом сечении лопатки, [K] |
1100 |
Перед расчетом прочности лопатки требуется выбрать материал для изготовления рабочей лопатки. Материал для изготовления лопатки выбирается с учетом заданной температуры в корне лопатки. Я выбрал материал ЭП 220 (ХН51ВМТЮКФР).
Расчет прочности лопатки представим в табличной форме:
|
Наименование параметра |
Числовое значение параметра |
|
Наружный радиус диска, |
0,245 |
|
Частота вращения ротора, n [об/мин] |
12500 |
|
Нагрузка на внешнем радиусе, |
155 |
|
Температура рабочей лопатки в корневом сечении, |
650 |
|
Радиус центрального отверстия, |
0,03 |
Диск проектируется самостоятельно, используя данные для расчета диска и размеры спроектированной в первом пункте рабочей лопатки. Густота разбиения диска на расчетные сечения делается с учетом следующих правил:
В результате у меня получился следующий диск (на следующей странице):
Перед расчетом диска требуется выбрать материал для его изготовления. Я выбрал материал ЭИ437Б (ХН77ЮР).
Расчет выполним в табличной форме:
( где ).
( где
(в нулевом сечении коэффициенты An,Nn,Bn,Qn задаются, как они задаются для диска с отверстием)
).
( где )
Длина рабочей части лопатки ι = 21,5 см.
Площадь корневого сечения лопатки Fo= 3,75 см2.
Минимальный момент инерции корневого сечения лопатки Io = 0,44 см4.
Угол между хордой профиля и осью турбины β = 25°.
Средний диаметр облопатывания ступени Dср = 122,6 см.
Число лопаток в пакете Zп = 12.
Коэффициент упругости крепления бандажа к лопатке Hб = 0,175.
Площадь периферийного поперечного сечения лопатки Fв = 2,05 см 2 .
Момент инерции периферийного поперечного лопатки Iв = 0,275 см 4 .
Перечень вопросов, подлежащих разработке:
Определить частоту и форму изгибных колебаний одиночной лопатки и пакета лопаток, связанных бандажом, способом последовательных приближений.
Перечень представляемого материала:
Габаритный чертеж лопатки с бандажом, с пятью поперечными сечениями и таблицей геометрических размеров и прочностных характеристик профилей. Расчет прогиба, частоты и формы первого тона колебаний одиночной лопатки и пакета лопаток, связанных бандажом, в табличной форме.
Для построения габаритного чертежа лопатки с бандажом и определения геометрических размеров и прочностных характеристик профилей в пяти поперечных сечениях лопатки принимаем линейным изменение осевой ширины лопатки по ее длине. При заданном угле между хордой профиля и осью турбины угол установки профиля будет неизменным по длине лопатки и равным:
,
в связи, с чем хорда профиля вдоль лопатки также будет изменяться линейно:
.
Построение лопатки осуществляем с помощью корневого профиля, геометрические характеристики которой будут изменяться вдоль лопатки в соответствии с линейным изменением хорды профиля.
Подбираем корневой профиль.
Из атласа профилей выбираем профиль по значению отношения:
Это профиль Р-6038А, имеющий следующие геометрические параметры: , , , , , , , , , , , и координаты выпуклой и вогнутой частей (таблица 2.1).
Таблица 2.1
Координаты выпуклой и вогнутой частей профиля
|
0 |
2,57 |
5,14 |
7,71 |
10,28 |
12,85 |
15,42 |
17,99 |
20,56 |
23,13 |
26,07 |
|
|
0,20 |
2,21 |
4,05 |
5,64 |
6,92 |
7,76 |
8 |
7,51 |
6,29 |
4,2 |
0,52 |
|
|
0,20 |
1,3 |
2,44 |
3,32 |
3,94 |
4,2 |
3,98 |
3,32 |
2,38 |
1,28 |
0,52 |
Тогда для расчета геометрии заданной лопатки масштабные коэффициенты будут:
для линейных размеров:
для площадей:
для моментов сопротивления:
для моментов инерции:
Таблица 2.2
Геометрические размеры и прочностные характеристики профилей
Для связи лопаток в пакет применим простой ленточный бандаж, а лопатки – с одним шипом прямолинейной формы.
Принимаем: ; ; ; .
Тогда по параметрам бандажа определяем:
площадь сечения бандажа:
момент инерции бандажа:
Принимаем относительный шаг профилей лопаток на среднем диаметре . Тогда значение шага:
В периферийном сечении шаг лопаток и бандажа:
Чертеж лопатки с бандажом и пятью поперечными сечениями
При расчете параметров первого тона колебаний одиночной лопатки она рассматривается как предельный случай пакета лопаток и для ее расчета применяется методика расчета пакета. Расчет производится в табличной форме в следующем порядке:
Рабочая часть лопатки разбивается на 10 участков равной длины с относительными координатами узлов:
,
где – расстояние от корневого сечения до i-го узла; – длина рабочей части лопатки.
По найденным ранее для 5-ти сечений лопатки (таблица 2.1) величинам площади профиля и минимального момента инерции определяется частые значения и в узлах, а также значения функций:
; и
Интегрированием по правилу трапеций от корня к периферии лопатки определяются в узлах значения:
и ,
а также:
и
В узлах сетки находятся значения параметров:
и ,
где – относительный прогиб лопатки, и их интегральные значения в периферийном сечении:
и
Определяются минимальный радиус инерции корневого сечения:
и теоретическая частота собственных колебаний одиночной лопатки:
,
где , где ; .
Расчет одиночной лопатки завершается вычислением статической частоты собственных колебаний:
,
где и – поправки на влияние перерезывающих и инерционных сил и упругих свойств заделки хвоста лопатки, которые определяются по графикам в зависимости от значения гибкости лопатки:
,
откуда и .
Результаты параметров колебаний одиночной лопатки представлены в таблице 2.3 и таблице 2.4.
Таблица 2.3
Исходные данные для определения частоты
Таблица 2.4
Данные для расчета одиночной лопатки
Значения интегралов:
Теоретическая частота собственных колебаний одиночной лопатки:
Частота собственных колебаний одиночной лопатки:
Расчет пакета лопаток производится по той же методике, но с учетом влияния бандажа. По известным геометрическим параметрам бандажа определяются коэффициент жесткости и коэффициент массы :
а также значение коэффициента:
По вычисленным для одиночной лопатки и в узлах определяются значение параметра:
,
относительный прогиб лопатки:
и значения параметра .
Для периферийного сечения определяются интегралы:
и
и вычисляется теоретическая частота собственных колебаний пакета:
Расчет завершается вычислением статической частоты собственных колебаний пакета :
Результаты расчета параметров колебаний пакета лопаток представлены в таблице(на сл.стр) 2.5.
Таблица 2.5
Данные для расчета пакета
Значения интегралов:
Теоретическая частота собственных колебаний пакета:
Частота собственных колебаний пакета:
На рис.2.2 представлены зависимости и , характеризующие в масштабе прогибы лопатки и форму ее колебаний: - одиночной лопатки, - в составе пакета.
Графики зависимостей и