Расчет на прочность диска компрессора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Общие сведения

диск двигатель напряжение надежность

Диски компрессоров и турбин - это наиболее ответственные элементы конструкций газотурбинных двигателей. От совершенства конструкций дисков зависят надежность, легкость конструкций авиационных двигателей в целом.

При работе двигателя диски подвергаются нагрузкам различного характера. При этом возникают напряжения:

- растяжения от центробежных сил массы лопаток и собственной массы диска;

- температурные, возникающие при неравномерном нагреве диска по радиусу;

- изгибные, которые могут вызываться гироскопическим моментом, действующим на диск, разностью давлений и температур газов на боковых поверхностях диска, вибрациями дисков;

- кручения, возникающие в случае, если диск передает крутящий момент

- другие.

Из перечисленных напряжений наиболее существенными являются напряжения от центробежных сил собственной массы диска и лопаточного венца, а так же температурные (в случае неравномерного нагрева диска). Напряжения кручения обычно не велики и в расчетах (в большинстве случаев) не учитываются. Напряжения изгиба зависят от толщины диска и способа соединения дисков между собой и с валом и могут быть значительными лишь в тонких дисках.

Для оценки напряженности диска расчеты ведутся в предположении его упругого состояния. Однако в некоторых случаях напряжения могут превышать пределы упругости и текучести материала, в результате чего деформации наиболее нагруженных участков диска будут иметь пластический характер.

При расчете на прочность принимаются следующие допущения:

- диск считается симметричным относительно срединной плоскости, перпендикулярной к оси вращения;

- диск находится в плосконапряженном состоянии;

- температура диска меняется только по его радиусу и равномерна по толщине;

- напряжения на любом радиусе не меняются по толщине;

- наличие отверстий и бобышек на полотне диска, отдельных выступов и проточек на его частях не принимаются во внимание.

Цель расчета на прочность диска - определение напряжений и запасов прочности в различных сечениях по радиусу диска.

2. Исходные данные

- расчетная частота вращения диска n = 14000 об/мин;

- плотность материала диска (30ХГСА) = 7800 кг/м³;

- температура диска по радиусу постоянна и равна 20 ^оС;

- предел длительной прочности _ДЛ = _В =1100 МПа;

- модуль упругости Е=1,8•10¹¹ Па;

- коэффициент линейного расширения материала б=12·10^-6 1/с;

- коэффициент Пуассона = 0,3;

- толщина обода диска b_К=0,030 м;

- радиус неразрезного части диска R_К = 0,210 м;

- внутренний радиус обода (радиус скачка) R_К-1=0,202 м;

- толщина диска на радиусе скачка b_К-1=0,006 м;

- радиус части диска постоянной толщины R^*=0,060 м;

- толщина части диска постоянной толщины b^*=0,012 м;

- материал диска - сталь 30ХГСА;

- контурная нагрузка у_RК=45МПа.

3. Порядок расчета

1. Вычерчиваем радиальное сечение диска до оси (профиль диска) в масштабе 1:1.

2. Профиль диска разбиваем на расчетные сечения от нулевого до 14-го. На радиусе скачка проведено два сечения (13-13 и 13'-13'). Число сечений - 16. Нулевое сечение для сплошного диска проведено на расстоянии (0,05…0,1) R_К=0,0105 м. Отношение радиусов сечений R_n/R_n-1 не должно превышать 1,4…1,5, т.е. R_n/R_n-11,4…1,5, а отношение толщин дисков b_n/b_n-1 должно находиться в пределах 0,8…1,2.

3. Для каждого сечения вычисляем вспомогательные величины, которые зависят от геометрических размеров диска, его материала, угловой скорости щ и распределения температур по радиусу диска.

Для диска компрессора .

4. Последовательным расчетом (от центра к периферии диска) определяем для каждого сечения величины коэффициентов A_n, B_n, Q_n, N_n.

Значения коэффициентов в нулевом сечении для сплошного диска:

A₀=1; B₀=0; N₀=1; Q₀=0.

Значения этих коэффициентов для сечения соответствующего радиусу скачка рассчитываются по следующим формулам:

5. По найденным значениям коэффициентов А_К, B_К и напряжению от лопаточного венца определяем напряжение в нулевом сечении по формуле:

6. В каждом сечении вычисляем напряжения у_Rn, у_Tn по формулам:

Значения этих напряжений для сечения соответствующего радиусу скачка рассчитываются по следующим формулам:

7. В каждом сечении диска находим величину у_экв. по формуле:

8. В каждом сечении диска находим запас прочности по формуле:

Для дисков компрессоров должно быть.

9. По результатам расчета строим графики изменения напряжений у_Rn, у_Tn по радиусу диска (рисунок 1).

Результаты расчетов приведены в таблице 1.

Таблица 1

Рисунок 1 - Диск компрессора со скачкообразным изменением толщины.

Распределение напряжений по радиусу диска

Вывод

Из полученных значений коэффициентов запаса по прочности диска можно сделать вывод о надёжности диска, так как все коэффициенты превышают минимально необходимую величину - 1,5.

Список используемой литературы

1. Расчет на прочность дисков компрессоров и турбин./ Ю.С. Шошин,

С.В. Епифанов, Р.Л. Зеленский. - Учеб.пособие. - Харьков: Нац. аэрокосм. ун-т «Харьк. авиац. ин-т», 2007. - 28 с.

2. Конспект лекций по курсу «Конструкция и прочность авиационных ГТД», лектор - Шошин Ю.С., 2007.

Размещено на Allbest.ru