Рабочие лопатки компрессора подвержены накрузкам от газовых и центробежных сил, 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.

В качестве исходных данных используем результаты курсового проекта по курсу "Теория и расчет лопаточных машин".

Исходные данные

материал: ВТ3.

температура: - ;

Предел длительной прочности МПа.

Коэффициент вариаций предела длительной прочности .

Плотность материала кг/.

Мощность ступени Вт.

Число лопаток .

Угловая скорость рад/с.

Высота лопатки м.

Втулочный радиус м.

Средний радиус м.

Периферийный радиус м.

Расход газа кг/с.

Осевые составляющие абсолютной скорости газа на входе:

м/с;

м/с.

15. Давление на входе и выходе ступени:

Па;

Па.

16. Длина хорды лопатки м.

17. Максимальная стрела прогиба у корневого сечения м.

18. Максимальная толщина профиля корневого сечениям.

19. Окружные составляющие скорости газа в относительном движении

м/с;

м/с.

20. Статическое давление на входе и выходе РК:

Па

Па

21. Статическая температура на входе и выходе РК:

К

К

22. Плотность газа на входе и выходе РК:

кг/м3

кг/м3

Расчет интенсивности газовых сил:

в плоскости вращения на среднем радиусе:

в осевой плоскости в корневом сечении:

в осевой плоскости в периферийном сечении:

Таблица 1. Расчет на прочность пера рабочей лопатки компрессора (турбины)

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

GT - указатель типа рассчитываемой лопаточной машины (компрессор);

PO, PO9 - плотность материала лопатки и ее отклонение (кг/мі);

SPT - предел длительной прочности материала пера лопатки - массив из 11 чисел (МПа); VSPT - коэффициент вариации предела длительной прочности;

OMEGA, OMEGA9 - угловая скорость и ее отклонение (рад/с);

N, N9 - мощность ступени и ее отклонение (Вт);

MG, MG9 - расход газа и его отклонение (кг/с);

C1A, C2A, CA9 - осевые составляющие абсолютной скорости на входе и на выходе из ступени и их отклонение (м/с);

P1, P2, P9 - давление на входе и на выходе из ступени и его отклонение (Н/мІ);

Z - число лопаток;

L, L9 - длина пера лопатки и ее отклонение (м);

R1, R2, RCP - радиус корневого и периферийного сечений, их отклонение (м);

VP - объем бандажной полки (мі);

UPP - вынос центра тяжести полки в окружном направлении (м);

APP - вынос центра тяжести полки в осевом направлении (м);

AA - относительный вынос центра тяжести периферийного сечения в осевом направлении;

AU - относительный вынос центра тяжести периферийного сечения в окружном направлении;

B, B9 - хорда лопатки и ее отклонение (м);

D, D9 - максимальная толщина профиля и ее отклонение (м);

H, H9 - максимальная величина прогибы средней линии профиля (массив из трех чисел) и ее отклонение (м);

GA - угол установки профиля (массив из трех чисел) (рад);

PU - интенсивность окружных газовых сил (Н/м);

PAK - интенсивность осевых газовых сил в корневом сечении (Н/м);

PAP - интенсивность осевых газовых сил в периферийном сечении (Н/м);

Таблица 1.2 - Результаты расчета лопатки на статическую прочность на ПЭВМ. Результаты расчета на прочноcть пера лопатки

Расчет потребного коэффициента запаса прочности производим по методике [1].

Определение среднеквадратических отклонений возмущающих факторов:

Определение номинальных значений коэффициентов влияния на напряжение растяжения:

1) Плотности материала лопатки:

2) Угловой скорости:

3) Высота пера лопатки:

4) Среднего радиуса:

Определение дисперсии напряжения растяжения от центробежных сил:

Определение номинальных значений коэффициентов влияния составляющих изгибающих моментов по главным осям инерции на напряжение изгиба от газовых сил:

Где: м

b=0,0238 м-хорда профиля;

-максимальная толщина профиля во втулочном сечении;

a=h=0,0009м - максимальная стрела прогиба во втулочном сечении;

Где м;

Где:

Определение номинальных значений коэффициентов влияния на составляющие изгибающих моментов по главным осям инерции:

Коэффициенты влияния на составляющую изгибающего момента:

1) Мощности ступени:

2) Высоты лопатки:

3) Угловой скорости:

4) Среднего радиуса:

5) Условного радиуса:

6) Величины :

7) Расхода газа:

8) Величины:

9) Величины:

Коэффициенты влияния на составляющую изгибающего момента :

1) Мощности ступени:

2) Высоты лопатки:

3) Угловой скорости:

4) Среднего радиуса:

5) Условного радиуса:

6) Величины

7) Расход газа:

8) Величины:

9) Величины:

Определение номинальных значений коэффициентов влияния на главные моменты инерции:

Определение дисперсии составляющих изгибающих моментов по главным осям инерции для газовых сил:

Определение дисперсии моментов инерции сечения:

Определение дисперсии напряжения изгиба от газовых сил:

Определение дисперсии полного напряжения (напряжения растяжения от центробежной силы и напряжения изгиба от газовых сил)

Определение коэффициента вариации напряжения:

Рисунок 1-Графики функций плотностей распределения напряжений

Определение потребного коэффициента запаса прочности лопатки.

Силовая установка самолета разбивается на следующие функциональные группы: двигатель, воздухозаборник, топливную систему самолета, систему управления двигателем, реверсивные и шумоглушащие устройства, противопожарную систему.

В свою очередь двигатель состоит из таких основных узлов и систем: компрессора, камеры сгорания, турбины, выхлопной системы с реактивным соплом, топливной системы, системы смазки, системы запуска, трансмиссии, приводов к агрегатам.

Сделав предположение об одинаковой надежности узлов и систем двигателя, находим потребную вероятность безотказной работы двигателя в течении полета.

1) Требуемый уровень надежности двухдвигательной силовой установки при продолжительности полета

2) Требуемый уровень надежности компрессора:

3) Требуемый уровень надежности компрессора высокого давления:

4) Требуемый уровень надежности ступени:

5) Требуемый уровень надежности РК:

6) Требуемый уровень надежности лопаточного венца:

7) Требуемый уровень надежности лопатки:

Из таблицы значения функции нормированного нормального распределения определяем Х: Х=5,83

-требуемый коэффициент запаса прочности лопатки;

Таблица 3.3 - Вероятность неразрушения детали

Рисунок 2 - Зависимость вероятности неразрушения лопатки от коэффициента запаса прочности

Вывод: наиболее напряженным оказался участок в точке В в корневом сечении (согласно таблице 1.2), где суммарное напряжение равно . Определен требуемый запас прочности для обеспечения требуемой вероятности неразрушения:

3. Расчет надежности деталей при повторно-статическом нагружении