Файл: 1. Общая характеристика двигателя 5 1 Конструктивнокомпоновочная схема двигателя 5.docx
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 61
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
по ступеням и изменение осевой скорости. Сумма работ всех ступеней должна равняться работе компрессора, т. е. 
.
Частоту вращения ротора компрессора определяем отдельно для компрессора и турбины по уравнениям:
; 
об / мин = 361,6 c-1;
; 
об/мин =361,6 с-1.
т.к.
, то расчёты верны.
Расчёт свободной турбины
Учитывая, что на входе в свободную турбину температура газа
К и поэтому свободную можно не охлаждать, а весь воздух, охлаждающий элементы турбины компрессора, смешивается с потоком газа, получаем:
;
.
Подбираем
таким образом , чтобы коэффициент нагружения находился в пределах 
:
; 
м/с.
; 
0,599
Определяем работу
распределяем между ступенями таким образом, чтобы работа на первой ступени была на 10-20% больше чем на второй:
; 
.
Критическую скорость газа в СА определим по формуле:
; 
.
Примем угол
, находим скорость истечения газа из СА:
;
м/с.
Находим приведённую скорость на выходе из СА:
; 
,
т.к.
, то режим истечения газа из СА докритический, что соответствует условиям расчёта.
Площадь сечения на выходе из СА свободной турбины находим по формуле:
, где 
коэффициент восстановления полного давления газа в переходном корпусе между ТК и СТ. Значение 
. Выбираем 
.
Давление заторможенного потока принимаем
;
(приложение 4 мет.ук.);
м2.
При
м находим из формулы 
:
, откуда 
;
0,40 м.
Определяем высоту лопаток последней ступени СТ:
; 
м.
Находим средний диаметр:
; 
м
И отношение
.
Определяем частоту вращения ротора СТ:
; 
об/мин = 1949,6 рад/с
Расчет на прочность
Рабочая лопатка 1 ступени турбины компрессора
Лопатка рассматривается как стержень переменного сечения. Допущения при расчете:
- лопатку представляют, как консольную балку;
- напряжения считают (определяют) по каждому виду деформации;
- считают, что по сечению лопатка нагревается равномерно, механические свойства материала лопатки по сечению одинаково;
Исходные данные для расчета статической прочности лопаток турбомашин:
1. Расчетные обороты ротора двигателя ... ……………………..n=7643[об/мин]
2. Режим работы двигателя ......................................................n=100.0[%]
3. Температура газов перед турбиной ..................................... Tг= 1200[K]
4. Продолжительность работы лопатки ................................... t= 500.0[час]
5. Радиус диска рабочего колеса ................................................ Rд=56[мм]
6. Длина пера лопатки рабочего колеса ………………………. l=60[мм]
Таблица 2.2- Закон изменения хорды профиля по радиусу [b=f(z)]:
Таблица 2.3- Закон изменения максимальной толщины профиля по радиусу [Cmax=f(z)]:
Рисунок 2.2 - Расчетная схема лопатки
Таблица 2.4 - Закон изменения максимальной толщины профиля по радиусу [Cmax=f(z)]:
Таблица 2.5 - Конструкционный материал лопатки рабочего колеса:
- лопатку считают жесткой;
- предполагают, что деформация лопатки протекает в упругой зоне.
Напряжения растяжения определяются по формуле:
,
Результаты расчета лопатки в программе Blade:
Z Pцб Fл Тл Sig SIG дл К
(мм) (Н) (см2) ( С) (мПа) (мПа)
0,60E+02 50,1 .090 500.2 .0 314.5 2,32
0,550E+012 86,7 .064 460.0 7.9 374.7 3.454
0,480E+02 117,7 .048 420.8 18.3 448.9 7.570
0,400E+02 153,5 .047 380.6 24.5 536.0 4.669
0,3600E+02 201,7 .061 340.3 25.3 570.3 1.474
0,320Е+02 266,9 .083 300.1 24.7 604.9 2.386
0.290E+02 351,0 .111 260.1 24.8 640.1 5.268
0,2500E+02 454,1 .140 220.1 25.9 677.4 6.170
0,2100E+01 574,0 .166 180.1 27.0 718.8 6.287
0,180E+02 708,3 .190 140.1 30.0 760.4 5.301
0.000E+00 711,2 .210 100.0 33.0 806.0 4.905
Рисунок 2.3 – Напряжение в лопатке по длине
Опасное сечение лопатки z= .36E+02мм от корневого сечения:
Минимальный коэффициент запаса прочности лопатки Кmin= 1.47
при напряжениях 604,90МПа.
Действующее напряжение равно 25,3МПа.
Расчет на прочность диска
Задаём значение частоты вращения ротора турбомашины (n) = 7643,3 об/мин.
Режим работы турбомашины для которого производится расчет лопатки на прочность составляет 100 %.
Значение осредненной температуры газа(воздуха) на заданном режиме работы турбомашины составляет 1215К.
Суммарное время наработки лопатки на заданном режиме работы компрессора составляет 500 часов.
Радиус диска – расстояние от оси ротора до пазов под замки крепления лопаток r = 556мм
Значение контурной нагрузки по ободу диска от лопаток и разрезной части обода диска, так как контурная нагрузка не известна SIGrl[МПа] = 0
Радиальный размер разрезной части обода диска Drz мм = 550
Количество лопаток на диске N шт = 50
При расчете диск разбивается на участки. Первое сечение для диска с отверстием берется на радиусе отверстия, либо на некотором радиусе в
R2=50mm
R4=400 mm
R3=300 mm
R5=556 mm
Рисунок 2.4 – Расчетная схема диска
случае, когда диск без отверстия. Ступица и обод диска разбиваются на участки в соответствии с изменением профиля, а тело диска с радиальным протяжением 200 – 260 мм.
Определим напряжение в диске осевого компрессора. Материал диска сталь, число оборотов n = 7643,3 об/мин.
Исходные данные для расчета статической прочности дисков турбомашин:
Таблица 2.6 - Геометрические размеры диска
Таблица 2.7 - Профиль температуры диска Tд=f(R):
.Частоту вращения ротора компрессора определяем отдельно для компрессора и турбины по уравнениям:
; об / мин = 361,6 c-1; ; об/мин =361,6 с-1.т.к.
, то расчёты верны.Расчёт свободной турбины
Учитывая, что на входе в свободную турбину температура газа
К и поэтому свободную можно не охлаждать, а весь воздух, охлаждающий элементы турбины компрессора, смешивается с потоком газа, получаем: ; .Подбираем
таким образом , чтобы коэффициент нагружения находился в пределах : ; м/с. ; 0,599Определяем работу
распределяем между ступенями таким образом, чтобы работа на первой ступени была на 10-20% больше чем на второй: ; .Критическую скорость газа в СА определим по формуле:
; .Примем угол
, находим скорость истечения газа из СА:
;
м/с.Находим приведённую скорость на выходе из СА:
; ,т.к.
, то режим истечения газа из СА докритический, что соответствует условиям расчёта.Площадь сечения на выходе из СА свободной турбины находим по формуле:
, где коэффициент восстановления полного давления газа в переходном корпусе между ТК и СТ. Значение . Выбираем .Давление заторможенного потока принимаем
; (приложение 4 мет.ук.); м2.При
м находим из формулы : , откуда ; 0,40 м.Определяем высоту лопаток последней ступени СТ:
; м.Находим средний диаметр:
; мИ отношение
.Определяем частоту вращения ротора СТ:
; об/мин = 1949,6 рад/с Расчет на прочность
Рабочая лопатка 1 ступени турбины компрессора
Лопатка рассматривается как стержень переменного сечения. Допущения при расчете:
- лопатку представляют, как консольную балку;
- напряжения считают (определяют) по каждому виду деформации;
- считают, что по сечению лопатка нагревается равномерно, механические свойства материала лопатки по сечению одинаково;
Исходные данные для расчета статической прочности лопаток турбомашин:
1. Расчетные обороты ротора двигателя ... ……………………..n=7643[об/мин]
2. Режим работы двигателя ......................................................n=100.0[%]
3. Температура газов перед турбиной ..................................... Tг= 1200[K]
4. Продолжительность работы лопатки ................................... t= 500.0[час]
5. Радиус диска рабочего колеса ................................................ Rд=56[мм]
6. Длина пера лопатки рабочего колеса ………………………. l=60[мм]
Таблица 2.2- Закон изменения хорды профиля по радиусу [b=f(z)]:
| № сечений | 4 | 3 | 2 | 1 |
| Координата z(мм) | 0 | 25 | 40 | 60 |
| Хорда b(мм) | 25 | 18 | 16 | 12 |
Таблица 2.3- Закон изменения максимальной толщины профиля по радиусу [Cmax=f(z)]:
| № сечений | 4 | 3 | 2 | 1 |
| Координата z(мм) | 0 | 25 | 40 | 60 |
| Толщ. Cмах (мм) | 3,0 | 2,0 | 1,0 | 3 |
Рисунок 2.2 - Расчетная схема лопатки
Таблица 2.4 - Закон изменения максимальной толщины профиля по радиусу [Cmax=f(z)]:
| № сечений | 4 | 3 | 2 | 1 |
| Координата z(мм) | 0 | 25 | 40 | 60 |
| Тл (С) | 500 | 600 | 800 | 700 |
Таблица 2.5 - Конструкционный материал лопатки рабочего колеса:
| Наименование материала | Основа сплава | Плотность материала (кг/М3) | Рабочая температура (град.С) | Предел временной прочности 20С (МПа) |
| Эи-497 | Ni | 8500 | 950 | 1350 |
- лопатку считают жесткой;
- предполагают, что деформация лопатки протекает в упругой зоне.
Напряжения растяжения определяются по формуле:
,Результаты расчета лопатки в программе Blade:
Z Pцб Fл Тл Sig SIG дл К
(мм) (Н) (см2) ( С) (мПа) (мПа)
0,60E+02 50,1 .090 500.2 .0 314.5 2,32
0,550E+012 86,7 .064 460.0 7.9 374.7 3.454
0,480E+02 117,7 .048 420.8 18.3 448.9 7.570
0,400E+02 153,5 .047 380.6 24.5 536.0 4.669
0,3600E+02 201,7 .061 340.3 25.3 570.3 1.474
0,320Е+02 266,9 .083 300.1 24.7 604.9 2.386
0.290E+02 351,0 .111 260.1 24.8 640.1 5.268
0,2500E+02 454,1 .140 220.1 25.9 677.4 6.170
0,2100E+01 574,0 .166 180.1 27.0 718.8 6.287
0,180E+02 708,3 .190 140.1 30.0 760.4 5.301
0.000E+00 711,2 .210 100.0 33.0 806.0 4.905
Рисунок 2.3 – Напряжение в лопатке по длине
Опасное сечение лопатки z= .36E+02мм от корневого сечения:
Минимальный коэффициент запаса прочности лопатки Кmin= 1.47
при напряжениях 604,90МПа.
Действующее напряжение равно 25,3МПа.
Расчет на прочность диска
Задаём значение частоты вращения ротора турбомашины (n) = 7643,3 об/мин.
Режим работы турбомашины для которого производится расчет лопатки на прочность составляет 100 %.
Значение осредненной температуры газа(воздуха) на заданном режиме работы турбомашины составляет 1215К.
Суммарное время наработки лопатки на заданном режиме работы компрессора составляет 500 часов.
Радиус диска – расстояние от оси ротора до пазов под замки крепления лопаток r = 556мм
Значение контурной нагрузки по ободу диска от лопаток и разрезной части обода диска, так как контурная нагрузка не известна SIGrl[МПа] = 0
Радиальный размер разрезной части обода диска Drz мм = 550
Количество лопаток на диске N шт = 50
При расчете диск разбивается на участки. Первое сечение для диска с отверстием берется на радиусе отверстия, либо на некотором радиусе в
R2=50mm
R4=400 mm
R3=300 mm
R5=556 mm
Рисунок 2.4 – Расчетная схема диска
случае, когда диск без отверстия. Ступица и обод диска разбиваются на участки в соответствии с изменением профиля, а тело диска с радиальным протяжением 200 – 260 мм.
Определим напряжение в диске осевого компрессора. Материал диска сталь, число оборотов n = 7643,3 об/мин.
Исходные данные для расчета статической прочности дисков турбомашин:
-
Расчетные обороты ротора двигателя…….n=7643 об/мин -
Режим работы двигателя…………………...n=100 % -
Температура газов перед турбиной……….Tr=1200 К -
Продолжительность работы диска………..t=500 час -
Радиус диска рабочего колеса……………..Rд=556 мм -
Радиальный размер пазов под замки……...Dрз=550 мм -
Количество лопаток на диске………………Nл=50
Таблица 2.6 - Геометрические размеры диска
| N сечения диска | 1 | 2 | 3 | 4 |
| Радиус R(мм) | 50 | 300 | 400 | 556 |
| Толщина b(мм) | 30 | 27 | 25 | 15 |
Таблица 2.7 - Профиль температуры диска Tд=f(R):
| N сечения диска | 1 | 2 | 3 | 4 |
| Радиус R(мм) | 50 | 300 | 400 | 556 |
| Температура Tд(C) | 200 | 350 | 400 | 550 |
