Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования, науки, молодежи и спорта Украины

Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского

Харьковский авиационный институт

Кафедра 203

Расчетно-пояснительная записка к курсовой работе

по дисциплине

Надежность, динамика и диагностика ГТУ

на тему:

Расчет надежности и прогнозирования долговечности деталей ГТУ на базе

ДБ-90

ХАІ.201.251м.9О.

Харьков 2011



Задание на курсовой проект

1. Оценить надежность и долговечность лопатки первой ступени турбины, спроектированной в процессе выполнения курсового проекта по дисциплине «Газотурбинные установки, компрессорные станции и газотранспортные магистрали». Двигатель-прототип ДБ-90, мощностью N=17300кВт, G_b=71 кг/с, Тг=1357К.

2. Выполнить расчеты:

Расчет надежности лопатки с учетом внезапных отказов

Расчет надежности лопатки при повторно-статическом нагружении

Расчет надежности деталей с учетом длительной прочности

Определение вероятности неразрушения лопатки турбины за время цикла применения в конце выработки ресурса

3. Выполнить анализ полученных результатов.



Содержание

Введение

1. Краткие сведения о конструкции турбины

2. Расчет надежности лопатки турбины с учетом внезапных отказов

2.1 Нормирование уровня надежности лопатки

2.2 Определение среднего времени безотказной работы в случае внезапных отказов

3. Расчет надежности лопатки турбины при повторно-статических

нагрузках

4. Расчет надежности деталей с учетом длительной прочности

5. Расчет надежности лопатки в конце выработки ресурса

Выводы

Перечень ссылок



Введение

Надежность- это один из основных показателей качества изделия, проявляется во времени и отражающий изменения, происходящие в двигателе на протяжении всего периода его эксплуатации. Надежность как свойство изделия закладывается на этапе проектирования, реализуется при изготовлении и поддерживается в процессе эксплуатации. Следует всегда иметь в виду, что качественно проработанный проект является основой надежности будущего изделия, и как сказал А.Н. Туполев: - "Чем дальше от доски конструктора обнаруживается ненадежность, тем дороже она обходится".

Поведение реальных конструкций обусловлено взаимодействием целого ряда факторов, имеющих явно выраженный случайный характер. В связи с этим определение надежности конструкций невозможно без применения методов теории вероятностей и математической статистики.

На основе физики возникновения отказы деталей двигателя могут быть разбиты на две группы:

1 .Внезапные отказы, показывающие характер случайного выброса:

- хрупкое разрушение;

- превышение предела текучести, в какой либо точке детали, для которой остаточные деформации недопустимы;

-возникновение слишком больших упругих деформаций.

2. Постепенные отказы, возникающие в результате необратимого накопления повреждений в детали:

- пластические деформации (деформации ползучести);

- усталостные повреждения, ведущие к развитию усталостных трещин.

Таким образом, при оценке надежности деталей стационарных двигателей необходимо учитывать, внезапные и постепенные отказы.

Эти два вида разрушений в первом приближении можно считать независимыми друг от друга.

Изложенные выше допущения позволяют принимать в качестве основного показателя надежности детали вероятность безотказной работы (вероятность не разрушения), формула, для определения которой будет иметь вид:

P(t)=[P_B(t)]*[ P_П(t)];

где [P_в(t)], [Pn(t)]- вероятность безотказной работы с учетом внезапных и постоянных отказов.



1. Краткие сведения о конструкции турбины

Турбина высокого давления - осевая «консольного» типа состоит из соплового аппарата и ротора.

ТВД состоит из статора и ротора. Диск ТВД является охлаждаемым и имеет по ободу пазы «елочного» типа для установки рабочих лопаток. Рабочие лопатки - охлаждаемые и состоят из хвостовика, ножки, пера и бандажной полки с гребешками. Воздух на охлаждение подводится к хвостовику, проходит по радиальным каналам в теле пера лопатки и выходит через отверстие на бандажной полке в тракт двигателя. Сопловой аппарат ТВД состоит из корпуса силового, сопловых лопаток, аппарата направляющего, сотовых вставок, установленных в кольце и экрана распределительного.

Сотовые вставки, кольцо и экран распределительный являются частью системы регулирования радиального зазора над рабочими лопатками ТВД.

Сопловые лопатки - охлаждаемые, одиночные, двухопорные. По верхним и нижним буртам уплотнены сойферитовыми уплотнениями для уменьшения потерь охлаждающего воздуха, подводимого к лопаткам.

Сопловые лопатки ТВД имеют конвективно-пленочную систему охлаждения. Охлаждающий воздух к лопаткам подводится снизу. Направляющий аппарат подводит охлаждающий воздух к рабочим лопаткам ТВД. Сопловые аппараты ТВД - также охлаждаемые. Охлаждение входной кромки сопловых лопаток - пленочное, охлаждение средней части лопаток и выходной кромки имеет конвективный характер.

Ротор ТВД состоит из диска, соединенного болтами с цапфой. Цапфа с диском устанавливается на цапфу компрессора высокого давления и затягивается гайкой. В пазы диска установлены рабочие лопатки, которые крепятся сегментами. На выступах диска, цапфы и рабочих лопаток организованы лабиринтные уплотнения, которые выделяют полость подвода воздуха на охлаждение рабочих лопаток ТВД и отделяют охлаждаемые околодисковые полости от проточной части.

Ротор ТНД состоит из диска, лопаток, закрепленных в диске с помощью елочных замков, вала. От осевого перемещения лопатки фиксируются сегментами.

На переднем конце вала ТНД имеются шлицы для соединения с задней цапфой ротора КНД. На заднем кольце вала установлена втулка, внутренняя обойма подшипника, гайка. Масленая полость задней опоры ТНД отсекается заглушкой.

Роликоподшипник являющийся задней опорой ротора ТНД установлен в опоре типа «беличье колесо». Для гашения колебаний ротора ТНД и ТС служат масляных демпфера щелевого типа.

Свободная турбина - 4-х ступенчатая. Третья и четвертая ступени силовой турбины выполнены с бандажными полками, что позволяет нам получить максимум необходимой энергии.

Так как турбина служит приводом электрогенератора, турбина вращается с постоянной частотой.



2. Расчет надежности лопатки турбины с учетом внезапных отказов

Рабочие лопатки турбины подвержены нагрузкам от газовых, центробежных сил и термических напряжений (их в работе не учитываем), которые вызывают статические и переменные напряжения.

Статические напряжения в лопатках в основном складываются из напряжений растяжения от центробежных сил и изгибных напряжений от газовых и центробежных сил, вызванных наличием выносов центров тяжести для компенсации изгиба от газовых сил.

Исходные данные для расчета:

1. Материал лопатки: ЖС-6К.

2. Температура лопатки: 1020К=747С.

3. Необходимо знать температуру лопатки турбины в различных её сечениях для установления предела длительной прочности.

Т.к. тепло от лопатки переходит в диск, то температура её примерно на одной трети длины от корня существенно уменьшается. Обычно температура в этих сечениях:

;

где L- длина лопатки; , выбираем ; Х-расстояние от корневого до необходимого сечения.

;



;

.

Далее температура по высоте лопатки не меняется и равна 1020К.

Рисунок 1. - Изменение температуры рабочей лопатки турбины по длине

Приближенно можно считать, что на двух третях длины лопатки (от периферийного сечения) температура постоянна, а на одной трети длины у корня изменяется по закону кубической параболы (см. рисунок 1), соответственно изменяется предел длительной прочности изменение по сечениям приведено в таблице 1.

Таблица 1

Предел длительной прочности в 11-ти сечениях по радиусу рабочей лопатки:

№, сеч	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Т, К	920	985,7	1013,6	1019,9	1020	1020	1020	1020	1020	1020	1020
	953,5	769,9	692	674,4	675	675	675	675	675	675	675

4. Коэффициент вариации предела длительной прочности: х_у^t_дл = 10 %.

5. Плотность материала: с = 8200 кг/м³.

6. Мощность ступени: N = 18898500 Вт.

7. Угловая скорость: щ = 977 рад/с.

8. Число рабочих лопаток: z = 79.

9. Высота пера лопатки: L_п = 0,0525 м.

10. Втулочный радиус: Rвт.=0,4133 м.

11. Средний радиус: R_ср = 0,4395м.

12. Периферийный радиус: Rnep.=0,4658м.

13. Расход газа: G_г = 63,87 кг/с.

14. Осевые составляющие абсолютной скорости газа на входе:

с_1а =182 м/с и выходе: с_2а = 185 м/с.

15. Давление на входе: р₁ = 1010000 Па и выходе: р₂ = 665000 Па.

16. Объем бандажной полки и выносы центров тяжести:

VP=0, UPP=0,

APP=0, AA=0, AU=0.

17. Выносы центра тяжести периферийного сечения =0.

18. Хорда профиля во всех сечениях по радиусу пера лопатки:

b = 0,04379 м.

19. Максимальная толщина профиля в корневом, среднем и периферийном сечениях пера лопатки:

Свт.=9,63·10^-2 м,

Сср.=8,76·10^-2 м,

Спер.=7,88·10^-2 м.



20. Максимальная стрела прогиба средней линии профиля в корневом, среднем и периферийном сечениях пера лопатки:

fвт.=0,01218 м,

fср.=0,0109м,

fпер.=0,00898м.

21. Интенсивность окружных газовых сил на среднем радиусе:

Р_u = 10051,7 Н/м.

22. Интенсивность осевых газовых сил в периферийном сечении:

Н/м.

23. Интенсивность осевых газовых сил во втулочном сечении:

Н/м.

24. Угол установки профиля во втулочном, среднем и периферийном сечениях:

_к = 0,95993 рад.,

_ср = 0,89535 рад.,

_пер=0,8203 рад.

1. Проанализировав назначение, режимы работы, особенности конструкции, технологии изготовления и эксплуатации проектируемого двигателя, определяем возможные (предельные) отклонения возмущающих факторов:

- мощности ступени ДN = 566955 Вт;

- высоты лопатки ДL_п = 13·10^-6 м;

- угловой скорости Дщ = 9,77 рад/с;

- среднего радиуса ДR_ср = 27·10^-6м;

- расхода газа ДG_г = 3,19 кг/с;

- изменения осевой составляющей скорости Дс_а= м/с;

- изменения давления на рабочем колесе Др = 50500 Па;

- хорды профиля Дb =11·10^-6 м;

- максимальной величины прогиба средней линии профиля Дf =8·10^-6м;

- максимальной толщины профиля ДC = 6·10^-6м;

-плотности материала Дс =410 кг/м³.

При использовании программы кафедры 203 «n_lop.exe» и методических пособий [1,2] проводим расчет для всех сечений лопатки, в результате которого получаем распределение прочностных характеристик и вероятностей неразрушения лопатки за 1 секунду по сечениям, и по данным файла lop.rez находим напряжения растяжения и суммарные напряжения материала лопатки, математическое ожидание и дисперсию в характерных точках одиннадцати сечений, представленных в таблице 2.

Результаты расчета

INITIAL DATA FOR CALCULATION

GT PO PO9 VSPT OMEGA OMEGA9

0.1000E+01 0.8200E+04 0.4100E+03 0.1000E+00 0.9770E+03 0.9770E+01

N N9 MG MG9 C1A C2A

0.1890E+08 0.5670E+06 0.6387E+02 0.3190E+01 0.1820E+03 0.1850E+03

CA9 P1 P2 P9 L L9

0.9250E+01 0.1010E+07 0.6650E+06 0.5050E+05 0.5250E-01 0.1300E-04

R1 R2 RCP RCP9 VP Z

0.4133E+00 0.4658E+00 0.4395E+00 0.2700E-04 0.0000E+00 79

UPP APP AA AU PU PAK

0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 0.1005E+05 0.1146E+05

PAP SPT

0.1266E+05 953.50 769.90 692.00 674.40 674.00

674.00 674.00 674.00 674.00 674.00 674.00

B B9 D D9

0.044 0.044 0.044 0.1100E-04 0.010 0.009 0.008 0.6000E-05

H H9 GA

0.012 0.011 0.009 0.8000E-05 0.960 0.895 0.820

CALCULATION PROBABILITY NON-FAULT OF BLADE

STRESS AND DISPERSIONS

Tensile Total in p. A Total in p. B Total in p. C

sec. Stress. Disp. Stress. Disp. Stress. Disp. Stress. Disp.

1 163.95 10.51 214.72 12.00 206.25 12.12 126.70 11.34

2 149.68 10.51 192.41 12.11 185.64 12.24 118.33 11.40

3 135.01 10.51 170.08 12.22 164.85 12.36 109.16 11.47

4 119.91 10.51 147.82 12.35 143.91 12.49 99.18 11.55

5 104.34 10.51 125.68 12.50 122.90 12.64 88.35 11.64

6 88.30 10.51 103.74 12.66 101.87 12.81 76.60 11.76

7 71.75 10.51 82.06 12.84 80.90 12.99 63.84 11.89

8 54.67 10.51 60.73 13.04 60.11 13.20 49.96 12.04

9 37.04 10.51 39.86 13.27 39.59 13.44 34.81 12.22

10 18.82 10.51 19.56 13.53 19.50 13.70 18.23 12.44

11 0.00 10.51 0.00 13.83 0.00 14.01 0.00 12.71

COEFFICIENTS

Point А Point В Point С

SEC. RESERVE VARIATION XA RESERVE VARIATION XB

RESERVE VARIATION XC

1 4.44 .1613E-01 7.743 4.62 .1688E-01 7.832 7.53 .2658E-01 8.666

2 4.00 .1808E-01 7.493 4.15 .1884E-01 7.581 6.51 .2853E-01 8.455

3 4.07 .2056E-01 7.533 4.20 .2133E-01 7.608 6.34 .3102E-01 8.413

4 4.56 .2378E-01 7.798 4.69 .2456E-01 7.855 6.80 .3427E-01 8.519

5 5.36 .2813E-01 8.124 5.48 .2893E-01 8.165 7.63 .3862E-01 8.678

6 6.50 .3429E-01 8.449 6.62 .3513E-01 8.477 8.80 .4476E-01 8.852

7 8.21 .4366E-01 8.770 8.33 .4455E-01 8.787 10.56 .5400E-01 9.041

8 11.10 .5946E-01 9.086 11.21 .6044E-01 9.095 13.49 .6946E-01 9.247

9 16.91 .9138E-01 9.395 17.02 .9258E-01 9.399 19.36 .1004E+00 9.471

10 34.45 .1880E+00 9.695 34.56 .1898E+00 9.696 36.97 .1935E+00 9.716

11 ****** .2280E+07 9.985 ****** .7101E+07 9.985 ****** .1407E+07

9.986 Вероятность неразрушения

Сеч. PA PB PC

1 1.0000000 1.0000000 1.0000000

2 1.0000000 1.0000000 1.0000000

3 1.0000000 1.0000000 1.0000000

4 1.0000000 1.0000000 1.0000000

5 1.0000000 1.0000000 1.0000000

6 1.0000000 1.0000000 1.0000000

7 1.0000000 1.0000000 1.0000000

8 1.0000000 1.0000000 1.0000000

9 1.0000000 1.0000000 1.0000000

10 1.0000000 1.0000000 1.0000000

Вывод: В результате расчета получены напряжения, коэффициенты запаса прочности, коэффициенты вариации и вероятность неразрушения в 11-ти сечениях в самых опасных точках сечения пера лопатки. Проведен расчет вероятности неразрушения лопатки, напряжения и дисперсии. Наиболее напряженным оказался участок лопатки в точке А в сечении 2, суммарное напряжение в этой точке - . Минимальный коэффициент запаса прочности материала лопатки в этом сечении имеет значение: . Графики плотности распределения нагрузки и прочности изображены на рисунке 2.

Рисунок 2.? Модель ”Нагрузка-прочность” в момент наработки 1000 ч.

2.1 Нормирование уровня надежности лопатки турбины, спроектированной ГТУ

;

- гауссова мера надежности;

- средний запас прочности;

- коэффициент вариации предела длительной прочности;

- коэффициент вариации суммарного напряжения;

Задаем вероятность отказа двигателя Q=0,01 исходя из существующих норм летной годности.

Тогда Рдв=1-0,01=0,99.

Примем, что двигатель состоит из 6 узлов - входное устройство, компрессор, камера сгорания, турбина, выходное устройство, маслосистема. Так как узлы двигателя равнонадежны, то вероятность неразрушения турбины:

(ступень турбины);

;(ротор турбины);

.(лопаточный венец);

Вероятность безотказной работы лопатки турбины:

Вывод: Как видно из графика, заданная вероятность обеспечивается при коэффициенте запаса прочности равном 2,04.



Рисунок 3? Зависимость вероятности неразрушения лопатки от коэффициента запаса прочности

2.2 Определение среднего времени безотказной работы в случае внезапных отказов

Уравнение кривой длительной прочности:

- действующее напряжение; - время до разрушения лопатки; и - постоянные для данного материала и температуры детали коэффициенты.

При повышенных температурах с течением времени наблюдается падение прочности материала детали. Поэтому вероятность не разрушения лопатки турбины в конце выработки ресурса необходимо определять с учетом уменьшения коэффициента запаса прочности. По значениям пределов длительной прочности для нашего материала (ЖС-6К) определим значение постоянных A и n:

Рисунок 4. ?Зависимость предела длительной прочности и рабочего напряжения от времени

На рисунке 4 показано как с течением времени уменьшается предел длительной прочности, а также неизменную времени рабочую нагрузку. В случае их пересечения будет присутствовать вероятность разрушения детали.

Для определения времени работы изделия при заданной вероятности безотказной работы необходимо рабочую нагрузку детали умножить на полученный по таблице 2 коэффициент запаса прочности к=4 и полученную величину отложить на рисунке 4. Точка пересечения построенной линии с кривой длительной прочности детали и даст искомое время (= 14927,7ч.)

Вывод: В результате расчета надежности лопатки турбины с учетом внезапных отказов было определено, что спроектированная лопатка соответствует необходимому уровню надежности и не нуждается в перепрофилировании.



3. Расчет надежности лопатки турбины при повторно-статических нагружениях

Узлы двигателя работают определенными циклами: запуск, рабочий режим, остановка. Соответственно этому напряженно-деформированному состояние деталей изменяется циклически.

Несмотря на то, что в каждом цикле нагружения носит статический характер, при повторных нагружениях в материале возникают явления типичные для усталости. Поэтому разрушение деталей при сравнительно не большом числе циклов (N=10²…10⁵) называют малоцикловой усталостью, способность материала сопротивляться такому разрушению называется малоцикловой прочностью.

Определяем продолжительность работы =50ч. Количество циклов за ресурс работы двигателя =120000 ч определяем по формуле:

n_n===2400.

Количество приемистостей за ресурс складывается из: проверки перед запуском n₁=n_n, пробы перед запуском n₂=n_n,запуска, n₃=n_n, проверки после регламентных работ (через 150 часов наработки) n₄=/150=120000/150=800; количества прерванных работ n₅=0,005·n_n=0,005·2400=12.

Следовательно, в эксплуатации за ресурс, максимальное количество режимов запуска:

(N)_мах= n₁ +n₂+n₃+n₄+n₅=2400+2400+2400+800+12=8012 режимов.

Минимальное количество режимов запуска:



(N)_мин= n₁+n₃ +n₅=2400+2400+800=5600 режимов.

Если считать, что на основе центральной предельной теоремы теории вероятности, что (N_мах) описывается нормальным законом,то:

Среднее напряжение и амплитудное пульсирующего цикла:

==0,5·=0,5·192,41=96,205 МПа,

где максимальное напряжение в лопатке (из расчета на прочность (таблица 2) ).

Эффективный коэффициент концентрации напряжений:

,

где - коэффициент чувствительности материала к концентрации напряжений. Для литых жаропрочных сплавов, стального и алюминиевоевого литья, модифицированных чугунов = 0,1…..0,4, принимаем равным 0,2;

- теоретический коэффициент концентрации напряжений, равный отношению напряжения при наличии концентратора к напряжению в той же точке в отсутствие концентратора. Принимаем равной 1,2;

Рассчитываем коэффициент, учитывающий абсолютные размеры детали:

=0,4 для литых материалов;

=0,02 выбираем из диапазона 0,01….0,03;

Поперечный размер детали

Рассчитываем коэффициент , учитывающий влияние состояния поверхности и упрочнения:

Коэффициент зависит от 3-х факторов: шероховатости поверхности и механических свойств поверхностного слоя, наличия коррозийных повреждений, упрочняющей поверхностной обработки.

значение коэффициента, определяем как отношение пределов выносливости деталей, изготовленных по действующей технологии, к пределу выносливости аналогичного образца (детали), выполненного по «стандартной технологии», принимаем = 0,91.

коэффициент характеризующий снижение пределов выносливости в результате коррозионного повреждения поверхностного слоя, при условии- пресная вода (образец с концентрацией напряжений, а также без концентрации напряжений в морской воде), принимаем =0,25.

равен отношению предела выносливости деталей при упрочняющей технологии и деталей, изготовленных без ее применения.

Метод упрочнения:

- специальная термическая обработка (нагрев до умеренных температур и быстрое охлаждение поверхности для создания сжимающих остаточных напряжений); обычно 1,6….2,5,принимаем =1,7.

Вычисляем величину :

где коэффициент, характеризующий чувствительность материала к асимметрии цикла, для сталей принимаем =0,2.

Данное значение напряжения лежит между значениями и для которых =7, =8. Вычислим параметры кривой выносливости по таким формулам:

Вычисляем математическое ожидание числа циклов до разрушения детали на максимальном (номинальном для стационарной установки) режиме:

Большое значение этой величины обусловлено низкой температурой на среднем радиусе лопатки, видом применяемого материала лопатки и малой величиной рабочего напряжения.

Среднеквадратическое отклонение числа циклов до разрушения определяем по формуле:

Принимаем коэффициент вариации =0,1

Для определения необходимо найти математическое ожидание и среднеквадратическое отклонение величины накопленных повреждений .

Величина накопленных повреждений:

Теперь определяем:

Отсюда находим:



Вывод: В расчете надежности деталей при повторно-статическом нагружении определен ресурс лопатки турбины 120000 ч, а также получили вероятность неразрушения детали за ресурс работы двигателя

P_п(t) = 1

лопатка турбина надежность нагружение



4. Расчет надежности деталей с учетом длительной прочности

Для большинства конструкционных материалов при нормальной температуре статистическая прочность практически не зависит от времени приложения нагрузки. С повышением температуры механические свойства материалов изменяются, пределы прочности обычно повышаются, но при некоторых температурах она может понижаться.

Предел длительной прочности - это постоянное напряжение, приложенное к образцу или детали, при постоянной температуре и приводящее к их разрушению в течение заданного промежутка времени.

Двигатель в эксплуатации работает в режимах:

- номинальном при Т_ном=747С;

- малого газа при Т_тг =420,6С;

Вычисляем фиктивное напряжение материала лопатки на номинальном режиме работы двигателя:

;

Где - рабочее напряжение в расчетном сечении на номинальном режиме, из расчета на прочность.

.

Вычисляем фиктивное напряжение материала лопатки на минимальном режиме работы двигателя:



Определим время до разрушения на номинальном режиме , знаяи.

Определим параметры кривой длительной прочности n и А на номинальном режиме:

;



Определим параметры кривой длительной прочности n и А на режиме малого газа:

Определяем время до разрушения в каждом режиме эксплуатации:

-на номинальном режиме работы;

- на минимальном режиме работы.

Величина относительных накоплений повреждений за время эксплуатации:

Определяем дисперсию случайной величины П с помощью теоремы о математическом ожидании и дисперсии линейной функции:

.

Вычисляем дисперсию относительной величины накопленных повреждений при работе двигателя на номинальном режиме:

где коэффициенты влияния:

;

Дисперсии возмущающих факторов:

где:

где - дисперсия рабочего напряжения в расчетном сечении на номинальном режиме, находим из расчета на прочность.

Вычисляем дисперсию относительной величины накопленных повреждений при работе двигателя на режиме малого газа:

.

где коэффициент влияния:

Дисперсия возмущающих факторов:

,



Тогда находим:

.

Вывод: В результате проведенного расчета была определена величина относительных накоплений повреждений П за время эксплуатации, которая составила и значение дисперсий случайной величины П при работе двигателя на номинальном режиме и на режиме малого газа.



5. Расчет надежности лопатки в конце выработки ресурса с учетом постепенных и внезапных отказов

- суммарная относительная величина накопленных повреждений в случае циклического нагружения;

- число циклов нагружения на i-ом режиме эксплуатации;

- число циклов нагружения на i-ом режиме эксплуатации до разрушения;

- суммарная относительная величина накопленных повреждений с учетом длительной прочности;

- время работы в эксплуатации на i-ом режиме;

- время до разрушения детали при работе на i-ом режиме;

- уравнение кривой выносливости;

и - постоянные, зависящие от свойств материала, температуры детали и температуры окружающей среды;

- вероятность неразрушения

Суммарная величина относительных накопленных повреждений за время эксплуатации.

;

Определяем суммарную дисперсию случайной величины П с помощью теоремы о математическом ожидании и дисперсии линейной функции.

Вычислим вероятность безотказной работы двигателя за время цикла применения в конце выработки ресурса :

Найдем вероятность безотказной работы с учетом внезапных отказов за время цикла применения в конце выработки ресурса:

где коэффициент запаса прочности:



Мпа;

.

Найдем вероятность безотказной работы с учетом постепенных отказов за время цикла применения в конце выработки ресурса:

Вычислим вероятность безотказной работы двигателя за время эксплуатации:

.

Вычислим вероятность безотказной работы двигателя за время наработки двигателя до последнего цикла применения:

.

Таким образом вероятность безотказной работы двигателя за время цикла применения в конце выработки ресурса :

Вывод: Вероятность безотказной работы лопатки в течение эксплуатации в конце выработки ресурса равна 0,99. Данная лопатка выдержит заданный ресурс.

На основе данных, полученных из предыдущих расчетов, строим график зависимости относительной величины накопленных повреждений от времени (рисунок 5).

Рисунок 5 ? Зависимость относительной величины накопленных повреждений от времени

Данная долговечность определяется на основе долговечности с учетом внезапных отказов, найденной выше () и долговечности с учетом постепенных отказов (время, при котором становится равным 1):

.

Определяем суммарное время наработки на отказ,:



ВЫВОДЫ

В ходе выполнения данного курсового проекта были проведены основные расчеты лопатки первой ступени турбины высокого давления, целью которых являлось определение надежности этой значимой детали двигателя. Вероятность неразрушения лопатки проверялась при различных условиях нагружения.

Полученные результаты показали, что спроектированная ранее лопатка турбины выдерживает назначенный ресурс в 120000 часов с учетом внезапных и постепенных отказов, т.к. время до ее разрушения в этом случае внезапных отказов составляет 14923,7 часов, а в случае постепенных отказов 576923,1ч.

В целом надежность лопатки удовлетворяет поставленным требованиям для данного ресурса и условий эксплуатации.

Перечень ссылок

1. Москаленко А.С. “Расчет надежности деталей авиационных газотурбинных двигателей” Харьков: «ХАИ» 1985-106 с.

2. Москаленко А.С. “Расчет надежности авиационного двигателя” Харьков: «ХАИ» 1990-37с.

3. Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Иосилевич Г.Б. Расчет на прочность деталей машин: Справочник - М.: Машиностроение, 1979-702 с.

Размещено на Allbest.ru