Расчет на прочность деталей газовых турбин
Расчет геометрических характеристик профиля турбинной лопатки производится по программе BL. Исходные данные берутся с чертежей сечений профиля. Профиль разбивается на несколько участков и с них снимается геометрия профиля. Расчет напряжений по перу лопатки от действия центробежных сил производится по программе CBS. Исходные данные для расчета берутся из курсовой работы, а также из расчета… Читать ещё >
Расчет на прочность деталей газовых турбин (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ по ГТУ
1. Расчет закрутки последней ступени
2. Профилирование рабочей лопатки по результатам расчета закрутки
3. Расчет геометрических характеристик профиля турбинной лопатки
4. Расчет напряжений по перу лопатки от ЦБС
5. Расчет изгибных напряжений от потока газа
6. Проектирование и расчет елочного хвостовика
7. Расчет диска методом двух расчетов
8. Расчет критического числа оборотов ротора турбины
1. Расчет закрутки последней ступени
Расчет закрутки производится по программе RCU. Исходные данные для расчета взяты из курсовой работы по ГТУ:
высота сопловой лопатки последней ступени
высота рабочей лопатки последней ступени радиусы среднего сечения сопловых и рабочих лопаток
угол выхода потока из сопловой лопатки в абсолютном движении
угол выхода потока из рабочей лопатки в абсолютном движении
степень реактивности на среднем радиус
давление газа на входе в ступень
температура газа на входе в ступень
2. Профилирование рабочей лопатки по результатам расчета закрутки
Исходные данные для профилирования лопатки берутся из результата расчета программы RCU на корневом, среднем и периферийном сечении лопатки.
Исходные данные
Название | Обознач. | Корень | Середина | Периферия | |
Угол выхода потока газа из сопловой лопатки в относительном движении | 41,377 | 61,24 | 86,422 | ||
Угол выхода потока газа из рабочей лопатки в относительном движении | 43,816 | 39,86 | 34,013 | ||
Относительная величина диаметра профиля (задается) | 0.25 | 0.2 | 0.15 | ||
Угол установки профиля | 74,4 | ||||
Ширина решетки | 0,1215 | 0,10 125 | 0,081 | ||
Диаметр | 1,709 | 2,114 | 2,519 | ||
Расчет данных для профилирования
Название | Формула | Корень | Середина | Периферия | |
Оптимальный шаг решетки | 0,5 029 560 | 0,6 429 721 | 0,8 197 668 | ||
Хорда решетки | 0,1 261 469 | 0,1 064 605 | 0,988 827 | ||
Максимальная величина диаметра профиля | 0,315 367 | 0,21 292 | 0,14 832 | ||
Шаг решетки | 0,535 449 | 0,68 451 | 0,872 725 | ||
Горло решетки | 0,37 071 | 0,43 871 | 0,488 185 | ||
0,38 017 | 0,45 575 | 0,511 911 | |||
0,378 449 | 0,319 385 | 0,296 643 | |||
Радиус входной кромки профиля
— корень Чертежи
— середина Корень
— периферия Середина
Радиус выходной кромки профиля Периферия
— корень Сечения вместе
— середина
— периферия
Число лопаток
3. Расчет геометрических характеристик профиля турбинной лопатки
Расчет геометрических характеристик профиля турбинной лопатки производится по программе BL. Исходные данные берутся с чертежей сечений профиля. Профиль разбивается на несколько участков и с них снимается геометрия профиля.
4. Расчет напряжений по перу лопатки от ЦБС
Расчет напряжений по перу лопатки от действия центробежных сил производится по программе CBS. Исходные данные для расчета берутся из курсовой работы, а также из расчета геометрических характеристик
температура материала рабочей лопатки
площадь корневого сечения лопатки
площадь среднего сечения лопатки
площадь периферийного сечения лопатки
средний диаметр проточной части турбины
высота рабочей лопатки последней ступени
плотность материала лопатки
Разрушающее напряжение
5. Расчет изгибных напряжений от потока газа
Название | Формула | Участки | |||||
Расход пара через каждое сечение пояска | 0,28 466 | 0,81 724 | 0,130 337 | 0,173 376 | 0,218 363 | ||
Окружная составляющая усилия | 14,523 862 | 39,30 450 | 58,90 623 | 74,68 672 | 89,48 053 | ||
Осевая составляющая усилия | — 0,538 448 | — 2,8 445 | — 3,64 685 | — 4,77 720 | — 6,14 126 | ||
Осевой момент | 1,176 432 | 5,53 653 | 14,66 803 | 29,84 916 | |||
Окружной момент | 0,43 613 | 0,256 068 | 0,763 915 | 1,658 716 | |||
Момент относительно главных осей | 1,110 923 | 5,186 424 | 13,12 774 | 25,20 944 | |||
Момент относительно главных осей | 0,389 543 | 1,954 417 | 6,587 635 | 16,6 884 | |||
Напряжения на входной кромке | 0,0000E+00 | 3,2762E+05 | 1,4662E+06 | 4,5849E+06 | 1,1304E+07 | ||
Напряжения на выходной кромке | 0,0000E+00 | 2,8547E+05 | 1,2229E+06 | 3,6629E+06 | 8,7352E+06 | ||
Расход пара через каждое сечение пояска
где плотность газа
средний радиус средней линии пояска
высота пояска
число лопаток
осевая составляющая скорости на выходе из рабочей лопатки в абс. движении
Окружная составляющая усилия
где окружные составляющие скорости на выходе и выходе их рабочей лопатки в абсолютном движении
Осевая составляющая усилия
где осевые составляющие скорости на выходе и выходе их рабочей лопатки в абсолютном движении
давление газа перед и за рабочей лопаткой
шаг на выходном радиусе из каждого пояска
Допускаемые напряжения 35 — 40 МПа
6. Проектирование и расчет елочного хвостовика
Вся геометрия для расчета елочного хвостовика берется с его чертежа. Приближенный расчет хвостовика предполагает равномерное распределение нагрузки между зубьями.
Чертеж лопатки Хвостовик лопатки
Название | Формула | Зуб | ||||
Площадь участка, | 0,102 899 | 0,195 193 | 0,89 116 | 0,56 801 | ||
Радиус центра тяжести, м | 0,0945 | 0,0697 | 0,0402 | 0,12 716 | ||
Плотность материала | ||||||
Длина хвостовика | 0,14 | 0,14 | 0,14 | 0,14 | ||
Объем сегмента, | 0,14 406 | 0,27 327 | 0,12 476 | 0,7 952 | ||
Масса сегмента | 1,23 890 396 | 2,35 012 372 | 1,7 295 664 | 0,68 388 404 | ||
Угловая скорость | 98 696,04401 | 98 696,04401 | 98 696,04401 | 98 696,04401 | ||
Центробежная сила сегмента хвостовика | 11 554,97992 | 16 166,76961 | 4257,42 346 | 858,2 873 926 | ||
Усилие, разрывающее хвостовик | 0,102 899 | 0,195 193 | 0,89 116 | 0,56 801 | ||
Ширина узкого сечения сегмента | 0,058 | 0,032 | 0,022 | 0,011 | ||
Напряжение разрыва | 106 573 399,3 | 107 676 891,2 | ||||
Углы (из чертежа) | ||||||
Углы (из чертежа) | ||||||
Сила, действующая нормально к поверхности зуба | 101 739,7814 | 101 739,7814 | 101 739,7814 | |||
Ширина контакта зубьев | с | 0,009 | 0,009 | 0,009 | ||
Напряжение смятия на рабочей поверхности зуба | 80 745 858,23 | 80 745 858,23 | 80 745 858,23 | |||
Напряжение среза | ||||||
Плечо (из чертежа) | 31 363 114,32 | 31 363 114,32 | 31 363 114,32 | |||
Изгибающий момент в основании зуба | 0,0087 | 0,0087 | 0,0087 | |||
Момент сопротивления основания зуба | 885,1 360 979 | 885,1 360 979 | 885,1 360 979 | |||
Максимальное напряжение изгиба в зубе | 55 321 006,12 | 55 321 006,12 | 55 321 006,12 | |||
Центробежная сила лопатки с хвостовиком
где центробежная сила пера лопатки
Сила, действующая на один зуб
где число зубьев
Напряжение разрыва в сечении В — В
Гребень диска
Название | Формула | Зуб | ||||
Центробежная сила участка гребня | 858,28 739 | 4257,0423 | 16 166,769 | 11 554,979 | ||
Напряжение разрыва | 167 538,9872 | 338 476,7293 | 521 324,1987 | |||
Напряжения разрыва | 108 791 550,1 | 116 367 008,6 | ||||
Центробежная сила гребня диска
Напряжение разрыва в сечении В — В
Запас прочности
7. Расчет диска методом двух расчетов
Расчет на прочность диска произвольного сечения производится с помощью программы Disk. Исходные данные для расчета берутся из чертежа диска. В них входит геометрические параметры.
Максимальное радиальное напряжение равно 198,7 МПа.
Коэффициент запаса
Коэффициент запаса не удовлетворяет условиям прочности, диск требует доработки.
8. Расчет критического числа оборотов ротора турбины
Расчет критического числа оборотов ротора турбины производится по программе NKR. Исходные данные для расчета берутся из чертежа. В них входят геометрические параметры ротора.
Критическое число оборотов равно 51,78 об/с, что соответствует жестокому валу.
Коэффициент запаса