Проектирование ГТУ мощностью 25МВт для привода нагнетателя природного газа

,

где коэффициент расхода.

;

.

2. Исходя из конструктивных соображений, задается .

3. Толщина лопаток завихрителя:

,

где: ;

;

Рис.10.2 Кольцевая камера сгорания

10. Разработка конструкции воздухоохлаждаемой рабочей лопатки первой ступени ТВД

10.1 Введение

Наиболее реальным и эффективным средством повысить температуру газа, с целью улучшить основные параметры газотурбинного двигателя, в настоящее время является охлаждение основных элементов высокотемпературных турбин.

Лопатки, охлаждаемые воздухом, обычно выполняются с внутренними полостями, пропускающими воздух, и поэтому конструктивные различные схемы воздушного охлаждения лопаток называют внутренними.

В данном дипломном проекте для охлаждения рабочей лопатки первой ступени ТВД принята схема с дефлектором и полупетлевым (радиально-осевым) течением воздуха, которая получила довольно таки большое распространение.

При этой схеме воздух подается внутрь полого вставного дефлектора, оттуда через отверстия в нем подводится к входной кромке, омывает переднею кромку лопатки, течет двумя потоками в зазорах между пером лопатки и дефлектором и выходит в проточную часть через щели в выходной кромке. У данной лопатки лучше всего охлаждается вогнутая и выпуклая часть профиля и хуже - входная кромка.

Достоинствами этой схемы являются:

- высокая эффективность охлаждения;

- возможность получения равномерного поля температур в сечениях;

- простота отработки опытной конструкции (заменой дефлектора).

К недостаткам можно отнести:

- необходимость получения внутренней полости лопатки заданной формы и размера;

- требуемая высокая чистота внутренней поверхности.

Эффективность данной схемы зависит, в частности, от рациональных зазоров между дефлектором и лопаткой. Наличие больших полостей приводит к резкому снижению эффективности.

Лопатки могут изготовляться из листового материала и сварки по выходной кромке, точным литьем, штамповкой, пайкой из двух половин. Дефлектор - целый или составной - изготавливается штамповкой из листа, а также может быть механически обработанным. Получение щелей в задней кромке для выпуска охлаждающего воздуха производится следующими способами: механическим, электроэрозионным, путем точного литья с удаляемой фигурной вставкой.

В соответствии с рекомендациями учебного пособия [2] выбираем материал рабочей лопатки первой ступени ТВД жаропрочный сплав ЭИ893-ВД (ХН65В9М4ЮТР).

Из результатов газодинамического расчета турбины следует, что температура за сопловым аппаратом первой ступени ТВД составляет 1318 К. При такой высокой температуре происходит резкое ухудшение прочностных свойств материла, поэтому целесообразно ввести охлаждение лопаток.

10.2 Определение газодинамических и геометрических параметров РЛ первой ступени

10.2.1 Расчет закрутки потока

Расчет закрутки потока проведем в трех сечениях по высоте рабочей лопатки последней ступени. Результаты сведены в таблицу №11.1. При этом воспользуемся теоретическими разработками по расчету турбинных ступеней с ТННЛ. Примем, что направляющие лопатки первой ступени с прямолинейными выходами кромки выполнены при условии постоянства вдоль радиуса ширины В и угла 1.

Таблица №11.1

№пп	Величины	Единицы измерений	Ступень1
			корнев.	средн.	переф.
1	r	м	0,4750	0,5065	0,5380
2	C1	м/c	627,1	607,3	589,2
3	a1	град	16,99	16,99	16,99
4	C1u	м/c	599,7	580,8	563,5
5	C1z	м/c	183,3	177,5	172,2
6	U	м/c	361,6	385,6	409,5
7	b1	град	37,58	42,28	48,20
8	W1	м/c	300,5	263,8	231,0
9	C2u	м/c	-73,3	-50,4	-30,7
10	C2z	м/c	151,5	156,3	158,4
11	C2	м/c	168,3	164,2	161,4
12	a2	град	115,8	107,9	101,0
13	b*2	град	19,2	19,7	19,8
14	W2	м/c	460,5	463,1	467,8
15	T1	К	1318,3	1328,4	1337,3
16	P1	Па	1084675	1120063	1152034
17	r1	кг/м?	2,8538	2,9246	2,9881
18	T*w1	К	1355,5	1357,0	1359,2
19	T2	К	1268,3	1268,9	1269,2
20	P2	Па	886058	887723	888834
21	r2	кг/м?	2,4233	2,4267	2,4290
22	2prс1C1z	кг/(с·м)	1561,0	1651,9	1739,5
23	2prс2C2z	кг/(с·м)	1095,8	1206,8	1300,9
24	rт	-	0,2674	0,3093	0,3469

По результатам расчетов были построены треугольники скоростей в трех сечениях (Рис.11.1).



Рис.11.1 Треугольники скоростей в 3х сечениях для РЛ первой ступени турбины

10.2.2 Выбор и построение профилей лопаточного аппарата первой ступени

Проектирование профилей лопаток НА осуществляют по данным теплового расчета ступени (Таблица №11.2), в результате вычислений из «Атласа профилей» был выбран профиль С-9015Б и получены следующие характеристики:

Таблица №11.2: Направляющая лопатка

б1	град.	16,99
с	-	0,10
в1	град.	37,58
в2*	град.	19,2
t opt.	-	0,6900
?б1	град.	0,4
б1 эф.	град.	16,6
б установочн.	град.	40
B1	мм.	54,6
b1	мм.	84,94
t1	мм.	58,61
d1	мм.	998,00
z1	ед.	53,49
z1 округл.	ед.	54
t1 уточнен.	мм.	58,06
t opt. Уточнен.	-	0,6835

Проектирование рабочих лопаток производилось по этапам, аналогичным этапам профилирования направляющих лопаток. Полученные данные сведены в Таблицу №11.3.

Таблица №11.3: Рабочая лопатка

Величины.	Ед.изм.	Корнев.	Средн.	Переф.
B2	мм	54,6	54,6	54,6
в установочн.	град.	80,90	78,80	75,90
b2	мм	55,30	55,66	56,30
r вх.	мм	2,2118	2,1718	2,1318
r вых.	мм	1,1059	1,0859	1,0659
в1	град.	37,58	42,28	48,20
в2*	град.	19,20	19,70	19,80
с	-	0,25	0,15	0,05
t2 opt.	-	0,5500	0,5500	0,5500
t2	мм.	30,41	30,61	30,96
d2	мм.	950,0	1013,0	1076,0
z2	ед.	98,13
z2 округлен.	ед.	99
t2 уточнен.	мм.	30,15	32,15	34,14
t2 opt.	-	0,5452	0,5775	0,6065
?в2	град.	0,60	0,56	0,52
в2* эф.	град.	18,60	19,14	19,28
a	мм	9,62	10,54	11,27
г вх.	град.	8	8	8
г вых.	град.	4	4	4

По результатам расчёта построены профили РЛ в трех сечениях (Рис.11.2).

Рис.11.2 Профили сечений РЛ первой ступени турбины

10.3 Расчет охлаждения рабочей лопатки первой ступени ТВД с полупетлевой схемой

10.3.1 Исходные данные

Геометрические характеристики, необходимые для расчета охлаждения рабочей лопатки, были найдены с помощью программы Autodesk Inventor Professional 2011.

За расчетное сечение принято сечение лопатки на среднем радиусе.

Из предварительного расчета турбины известны:

1. Параметры газа:

- температура газа перед рабочим колесом Т_г=1318,9⁰ К;

- расход газа через турбину G_г=77,339кг/с.

2. Геометрические характеристики лопатки и ступени на среднем радиусе:

- высота рабочей лопатки l_р=0,063 м;

- средний диаметр ступени D_ср =0,950 м;

- входной угол потока в₁=42⁰28';

- выходной угол потока в₂=20⁰12';

- хорда профиля S=0,063 м;

- наружный периметр обвода профиля U=0,1457 м;

- поверхность теплообмена лопатки f=91,79*10^-4 м²;

- толщина стенки Д=2*10 ^-3 м;

- диаметр входной кромки d_{вх кр}=0,0048 м.

3. Средняя температура наружной поверхности лопатки Т_ср=1023 К.

4. Температура охлаждающего воздуха при входе в лопатку и=596 К.

5. Материал рабочей лопатки - сплав ЭИ893 ВД.

10.3.2 Расчет охлаждения лопатки по осредненным параметрам

1. Число Ренольдса для газа:



где - коэффициент динамической вязкости газа.

2. Средний коэффициент теплоотдачи от газа к лопатке:

где А=0,077 при (в₁+в₂)/2=(42^O28'+20^O12')/2= 31⁰2';

где - коэффициент теплопроводности газа.

3. Тепловой поток в рабочую лопатку:

4. Падение температуры в стенке лопатки:

где - коэффициент теплопроводности сплава

ЭИ893 ВД при

Уточняем тепловой поток:



Уточняем падение температуры в стенке:

5. Температура внутренней поверхности стенки лопатки:

6. Удельная теплоемкость воздуха

7. Коэффициент динамической вязкости воздуха

8. Коэффициент теплопроводности воздуха

9. Задаем ряд значений расходов охлаждающего воздуха:

G_в=0,005; 0,010; 0,015; 0,020; 0,025 кг/с.

Дальнейший расчет охлаждения лопатки по осредненным параметрам для заданных расходов сведен в таблицу №11.4 .

Результаты расчета представлены на графике в виде зависимости д=д(G_в) - Граф. 11.1.

Исходя из конструктивно-технологических условий и допустимого расхода охлаждающего воздуха примем зазор, между лопаткой и дефлектором, д=1 мм, при котором расход охлаждающего воздуха на лопатку G_в=0,015 кг/с и средняя температура охлаждающего воздуха и_ср=616 К.



Граф.11.1 Зависимость величины зазора от расхода охлаждающего воздуха

Таблица №11.4

Величина		Формула	Размерность	Значение величин
Расход охлаждающего воздуха	Gв	Задаем	кг/с	0,005	0,010	0,015	0,020	0,025
Средняя температура охлаждающего воздуха	иср		К	724,1	660,1	638,7	628,0	621,6
Число Рейнольдса по воздуху	Reв		-	2129	4258	6387	8516	10645
Коэффициент теплоотдачи к охлаждающему воздуху	б в			2041,9	1630,0	1527,2	1480,6	1454,0
Коэффициент	е		-	19,28	19,28	19,28	19,28	19,28
Комплекс	D		-	7,96E-04	7,96E-04	7,96E-04	7,96E-04	7,96E-04
Комплекс	-		-	2,48E-04	1,24E-04	8,25E-05	6,19E-05	4,95E-05
Величина	-		-	5,49E-04	6,73E-04	7,14E-04	7,34E-04	7,47E-04
Зазор меду лопаткой и дефлектором	д		мм	0,153	0,326	0,478	0,619	0,753

11. Расчет на прочность РЛ и диска последней ступени ТНД

11.1 Расчет рабочей лопатки на прочность

Исходные данные

Данные для расчета прочности лопатки и диска установки мощностью 25МВт брались из газодинамического расчета установки.

Таблица № 12.1: Исходные данные для расчета РЛ на прочность.

№пп	Величины	Единицы измерений	Ступень 4
			1	2	3	4	5
1	r	м	0,4750	0,5325	0,5900	0,6475	0,7050
2	C1	м/c	542,8	512,7	487,1	464,9	445,6
3	б1	град	21,97	21,97	21,97	21,97	21,97
4	C1u	м/c	503,4	475,4	451,7	431,2	413,2
5	C1z	м/c	203,1	191,8	182,2	174,0	166,7
6	U	м/c	273,6	306,7	339,8	372,9	406,1
7	в1	град	41,47	48,66	58,46	71,50	87,55
8	W1	м/c	306,7	255,5	213,8	183,4	166,9
9	C2u	м/c	-63,5	-30,2	-4,7	15,3	31,3
10	C2z	м/c	207,8	206,9	203,9	199,8	195,0
11	C2	м/c	217,3	209,1	203,9	200,3	197,5
12	б2	град	107,0	98,3	91,3	265,6	260,9
13	в*2	град	31,7	31,6	30,6	29,2	27,5
14	W2	м/c	395,9	395,3	400,3	409,6	422,5
15	T1	К	812,7	825,8	836,3	845,0	852,3
16	P1	Па	117151	125328	132221	138104	143179
17	с1	кг/м?	0,5000	0,5264	0,5484	0,5669	0,5827
18	T*w1	К	851,4	852,6	855,1	858,8	863,7
19	T2	К	787,0	788,4	789,3	789,9	790,3
20	P2	Па	98354	99115	99579	99897	100143
21	с2	кг/м?	0,4335	0,4361	0,4376	0,4387	0,4395
22	2рrс1C1z	кг/(с·м)	303,1	337,8	370,5	401,2	430,3
23	2рrс2C2z	кг/(с·м)	268,8	301,8	330,7	356,5	379,7
24	ст	-	0,2078	0,2838	0,3472	0,4004	0,4453

Рабочее тело: продукты сгорания.

R=288,4; k=1,33; =785 рад/с; ;

Вычисление площадей и моментов инерции пяти сечений рабочей лопатки.

Вычисление производилось численным методом с помощью программы KOMPASV11.0, в результате численного анализа были получены следующие данные сведенные в Таблицу №12.2:

Таблица №12.2

Сечения	r	S·	JX·	JY·
	м
Корневое	0,4750	494,4	578738	1788573
Корневое-среднее	0,5325	490,4	537594	1213800
Среднее	0,5900	482	508568	1110868
Средне-переферийное	0,6475	452	489684	898992
Переферийное	0,7050	430	488472	723032

По полученным данным были построены график зависимости площади профиля от радиуса и графики зависимости моментов инерции от радиуса.

График №12.1: Зависимость площади профиля от радиуса.



График №12.2: Зависимость моментов инерции от радиуса.

Расчет напряжений растяжения в корневом сечении РЛ под действием нагрузки от центробежной силы.

Рис.12.1 Проекция рабочей лопатки.

Под действием центробежных сил лопатка находится в сложном напряженном состоянии, она подвергается растяжению, кручению и изгибу. Но так как центры тяжести находятся на одной оси r для всех сечений, то будем исследовать напряжения растяжения только в корневом сечении.

Для выбора материала необходимо учитывать следующие условия:

1) Распределение напряжений растяжений по сечениям рабочей лопатки;

2) Напряжения изгиба в сечениях рабочей лопатки;

3) Температура до которой прогревается материал рабочей лопатки ;

4) Ресурс рабочей лопатки для стационарной турбины составляет 25000часов;

Напряжения растяжения лопатки найдем следующим образом:

,

где - центробежная сила в корневом сечении, - площадь поперечного сечения в корне.

Интеграл будем находить графическим способом:

Таблица №:12.3

Сечения	r	F()·	F()·
	м
Корневое	0,4750	494,4	234,84
Корневое-среднее	0,5325	490,4	261,14
Среднее	0,5900	482	284,91
Средне-переферийное	0,6475	452	292,86
Переферийное	0,7050	430	303,15

График №: 12.3 Зависимость rF(r)=f(r)

Найдем центробежную силу в корневом сечении относительно среднего диаметра:

Предварительно примем и =, тогда получим:

Расчет напряжения в корневом сечении:

Исходя из полученных данных выбираем сталь ХН73МБТЮ(ЭИ-699) - сталь жаропрочная высоколегированная. Область применения - турбинные диски кольцевые детали, крепежные детали, детали компрессора и рабочие части турбины с рабочей температурой до 750.

Физические свойства:

;

Е=1,6·МПа;

м=0,3.

Таблица №12.4: Химический состав стали

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Ti	Al	B
до 0,1	до 1	до 1	18-21	до 0,02	до 0,035	10-12,5	до 2,6-3,2	до 0,8	до 0,02

Расчет коэффициента устойчивости:

- сталь ЭИ-698 удовлетворяет необходимым требованиям.

Расчет напряжений растяжения в корневом сечении рабочей лопатки под действием нагрузки центробежной силы.

Рис.12.2 Проекция рабочей лопатки

Под действием нагрузки от газодинамических сил лопатка испытывает сложное нагруженное состояние(изгибается и скручивается). В этом разделе необходимо найти напряжения изгиба .

Напряжения изгиба:

,

где -суммарный изгибающий момент, а - момент сопротивления.

Таблица №12.5

Сечения		G(r)
	м				Н
Корневое	0,4750	3,43	1944,5	0	0
Корневое-среднее	0,5325	3,47	1754,4	0,058	101,7
Среднее	0,5900	3,53	1611,1	0,115	185,3
Средне-переферийное	0,6475	3,65	1611	0,172	282,2
Переферийное	0,7050	3,8	1451,2	0,23	333,8

Таблица №12.6:

Сечения		G(r)
	м			м	Н
Корневое	0,4750	3,43	619,2	0	0
Корневое-среднее	0,5325	3,47	849,33	0,058	49,26
Среднее	0,5900	3,53	1078,9	0,115	124,1
Средне-переферийное	0,6475	3,65	1319,5	0,172	226,92
Переферийное	0,7050	3,8	1575,2	0,23	362,3

Пример расчета для корневого сечения:

По результатам расчетов были построены графики:

.

График №12.4: Зависимость расхода от радиуса.

График №12.5: Зависимость распределения нагрузок от радиуса.



График №12.6: Зависимость распределения нагрузок по сечениям от радиуса.

Интеграл найдем графическим способом, разбив кривые с Графика №12.6 относительно оси r на 4 части:

Расчет момента инерции по оси u:

Расчет момента инерции по оси z:

Зная и можно найти угол и суммарный изгибающий момент .

Угол г=6 - угол между главными центральными осями инерции и осями z и о. Спроецируем нао и з:

,

где - координата точки a на ось з.

Самые большие напряжения возникают в точках a,b и c, поэтому расчеты будем проводить относительно них, полученные результаты сведены в таблицы №12.7 и 12.8.

Таблица №12.7

точка	з
	м			Нм	МПа
a	-32	587738·	-5,58	41	0,733
b	-18		-9,93		-0,412
c	18		9,93		0,412

Таблица №12.8

точка
	м			Нм	МПа
a	-44	1788573·	-13,153	-38	2,88
b	62		9,334		-4,07
c	-2		28,93		-0,13

Пример расчета напряжения изгиба в точке a:

Пример расчета суммарного напряжения в точке a:

.

Проведем расчет коэффициента запаса для напряжений растяжения в корневом сечении рабочей лопатки под действием нагрузки центробежной силы:

Расчетные данные удовлетворяют технологическим требованиям.

Рис.12.3 Построение моментов инерции в корневом сечении рабочей лопатки. Примечание к рисунку: на рис.12.3 по осям и моментам распределяемым по осям о(кси) была заменена на (омега), а з была заменена на ф, так как программа KOMPASV.12 не имеет в себе соответствующих знаков.

Конструирование замкового соединения.

Для последней ступени турбин широко используется хвостовик елочного типа, который будет изображен ниже.

Тип замкового соединения выбирается относительно последней ступени выбранного прототипа ГТН-25 УТМЗ. В конструкции последних ступеней турбин ГТУ этот тип хвостовика часто встречается. Он обладает самой большой несущей способностью(с торцевой заводкой лопаток в диск). Заводка лопаток в диск производится строго либо аксиально, либо по дуге, в зависимости от профиля корневого сечения.

Прижатие лопатки к диску по контактным площадкам при осевой заводке производится под действием центробежных сил.

Расчет на прочность замкового соединения.

Рассчитаем зуб елочного соединения:

,

где - ширина зубьев, - сила действующая на зубья.

Если , то нагрузка на зубья одинакова, тогда формула примет вид:

где - центробежная сила от пера, - центробежная сила от хвостовика, n - число зубьев.

Рассчитаем центробежную силу от хвостовика:



- центробежная сила от хвостовика вместе с полкой;

- центробежная сила от полки.

Найдем центробежную силу от хвостовика и полки:

Определим силу действующую на зуб (i=3):

Напряжение изгиба в AB:

Напряжение среза в CD:

Напряжение растяжения в поперечных сечениях:

Рассчитаем площади сечений по зубцам:

Расчет напряжений растяжения по зубцам:

Для производства диска наиболее точно подходит сталь 40ХН2МА, предел выносливости для него составляет 880МПа

Расчет коэффициента устойчивости каждого зубца:

Вывод: по расчетным данным все зубцы удовлетворяют условиям поставленным задачей обеспечения прочности замкового соединения, сталь 40ХН2МА полностью подходит для производства данного диска.

Расчеты собственных частот и форм колебаний профильной части рабочей лопатки.

Расчеты выполняются с помощью программы Ansys, полученные данные сведены в Таблицу №12.8.

Таблица №12.8: Значение собственных частот.

№	Частота вращения вала, рад/с
	0	300	600	785	1000
1	547,3	559,75	608,91	651,91	711,4
2	1149,3	1160,8	1194,0	1224,2	1267,2
3	1824,1	1833,4	1860,3	1884,9	1920,7
4	2698,3	2720,2	2784,2	2842,8	2927,1
5	3696,0	3720,6	3792,9	3859,6	3956,1
6	5682,2	5729,8	5866,4	5988,4	6159,6

Рассмотрим формы колебаний для первых трех частот и построим для них вибрационные диаграммы.

Рис.12.4 Первая изгибная форма колебаний.



Рис.12.5 Первая изгибно-крутильная форма колебаний

Рис.12.6 Первая крутильная форма колебаний.

Таблица №12.9: Значение собственных частот.

№	Частота вращения вала, рад/с
	0	300	600	785	1000
1	86,35	89,13	96,96	103,81	113,24
2	183,01	184,84	190,13	194,93	201,78
3	290,46	291,94	296,23	300,14	305,84
4	429,66	433,21	443,34	452,67	466,10
5	588,53	592,45	609,96	614,58	629,95
6	904,8	917,38	934,14	953,56	980,73

Частота вращения диска щ=0 рад/с

SET TIME/FREQ LOAD STEP SUBSTEP CUMULATIVE

1 542.30 1 1 1

2 1149.3 1 2 2

3 1824.1 1 3 3

4 2698.3 1 4 4

5 3696.0 1 5 5

6 5682.2 1 6 6

Частота вращения диска щ=300 рад/с

SET TIME/FREQ LOAD STEP SUBSTEP CUMULATIVE

1 559.75 1 1 1

2 1160.8 1 2 2

3 1833.4 1 3 3

4 2720.2 1 4 4

5 3720.6 1 5 5

6 5729.8 1 6 6

Частота вращения диска щ=600 рад/с

SET TIME/FREQ LOAD STEP SUBSTEP CUMULATIVE

1 608.91 1 1 1

2 1194.0 1 2 2

3 1860.3 1 3 3

4 2784.2 1 4 4

5 3792.9 1 5 5

6 5866.4 1 6 6

Частота вращения диска щ=785 рад/с

SET TIME/FREQ LOAD STEP SUBSTEP CUMULATIVE

1 651.91 1 1 1

2 1224.2 1 2 2

3 1884.9 1 3 3

4 2842.8 1 4 4

5 3859.6 1 5 5

6 5988.4 1 6 6

Частота вращения диска щ=1000 рад/с

SET TIME/FREQ LOAD STEP SUBSTEP CUMULATIVE

1 711.14 1 1 1

2 1267.2 1 2 2

3 1920.7 1 3 3

4 2927.1 1 4 4

5 3956.1 1 5 5

6 6159.6 1 6 6

График 12.7 Вибрационная диаграмма для первой изгибной формы колебаний.



График 12.8 Вибрационная диаграмма для первой изгибно-крутильной формы колебаний.

График 12.9 Вибрационная диаграмма для первой крутильной формы колебаний

Расчет допустимых:

- для гармоники k=5 должно быть ;

- для гармоники k=10 должно быть ;

- для гармоники k=16.

Вибрационная диаграмма позволяет обнаружить резонансные режимы. Частота 5-ой, 10-ой и 16-ой гармоник возмущающих сил попадает в резонанс с первой, второй и третьей собственными частотами лопаток.

Для отстройки от резонансных режимов можно изменять геометрические параметры профиля(хорду), ввести демпфирование(сухое трение в хвостовик, бандажные полки и др.), изменить частоту возмущающих нагрузок.

Программа расчета собственных частот профильной части рабочей лопатки в программе Ansys:

/BATCH

/input,menust,tmp,'',,,,,,,,,,,,,,,,1

WPSTYLE,,,,,,,,0

/NOPR

/PMETH,OFF,0

KEYW,PR_SET,1

KEYW,PR_STRUC,1

KEYW,PR_THERM,0

KEYW,PR_FLUID,0

KEYW,PR_ELMAG,0

KEYW,MAGNOD,0

KEYW,MAGEDG,0

KEYW,MAGHFE,0

KEYW,MAGELC,0

KEYW,PR_MULTI,0

KEYW,PR_CFD,0

/GO

/PREP7

ET,1,SOLID45

MPTEMP,,,,,,,,

MPTEMP,1,0

MPDATA,DENS,1,,7900

MPTEMP,,,,,,,,

MPTEMP,1,0

MPDATA,EX,1,,160000000000

MPDATA,PRXY,1,,0.3

K,1,0.042,0.0015,0.689

K,2,0.038,-0.0019,0.689

K,3,0.035,-0.0058,0.689

K,4,0.032,-0.0099,0.689

K,5,0.0299,-0.0144,0.689

K,6,0.028,-0.0191,0.689

K,7,0.027,-0.0241,0.689

K,8,0.0289,-0.0339,0.689

K,9,0.0323,-0.0383,0.689

K,10,0.0354,-0.0422,0.689

K,11,0.0389,-0.0458,0.689

K,12,0.0399,-0.0467,0.689

K,13,0.0428,-0.049,0.689

K,14,0.0468,-0.052,0.689

K,15,0.0511,-0.0548,0.689

K,16,0.0555,-0.0573,0.689

K,17,0.0567,-0.0553,0.689

K,18,0.0537,-0.0526,0.689

K,19,0.0507,-0.0497,0.689

K,20,0.048,-0.0467,0.689

K,21,0.0454,-0.0435,0.689

K,22,0.0431,-0.0401,0.689

K,23,0.0411,-0.0366,0.689

K,24,0.0394,-0.0328,0.689

K,25,0.0382,-0.0289,0.689

K,26,0.0375,-0.0249,0.689

K,27,0.0375,-0.0208,0.689

K,28,0.038,-0.0167,0.689

K,29,0.039,-0.0128,0.689

K,30,0.0405,-0.0089,0.689

K,31,0.0425,-0.0054,0.689

K,32,0.045,-0.0021,0.689

K,33,0.0444,0.0015,0.729

K,34,0.0408,-0.00219,0.729

K,35,0.0376,-0.00615,0.729

K,36,0.0348,-0.0104,0.729

K,37,0.0327,-0.0151,0.729

K,38,0.0315,-0.02,0.729

K,39,0.0315,-0.0252,0.729

K,40,0.0326,-0.0301,0.729

K,41,0.0348,-0.0347,0.729

K,42,0.0377,-0.0389,0.729

K,43,0.0412,-0.0427,0.729

K,44,0.045,-0.0461,0.729

K,45,0.0491,-0.0492,0.729

K,46,0.0533,-0.0521,0.729

K,47,0.0576,-0.0548,0.729

K,48,0.0621,-0.0572,0.729

K,49,0.0634,-0.0551,0.729

K,50,0.0599,-0.0527,0.729

K,51,0.0567,-0.05,0.729

K,52,0.0537,-0.0471,0.729

K,53,0.051,-0.0439,0.729

K,54,0.0485,-0.0405,0.729

K,55,0.0464,-0.0369,0.729

K,56,0.0445,-0.0331,0.729

K,57,0.043,-0.0291,0.729

K,58,0.0421,-0.025,0.729

K,59,0.0417,-0.0209,0.729

K,60,0.0417,-0.0167,0.729

K,61,0.0422,-0.0125,0.729

K,62,0.0434,-0.0085,0.729

K,63,0.0454,-0.0048,0.729

K,64,0.048,-0.0015,0.729

K,65,0.0456,0.001,0.768

K,66,0.0426,-0.003,0.768

K,67,0.0402,-0.0075,0.768

K,68,0.038,-0.012,0.768

K,69,0.0369,-0.016,0.768

K,70,0.0365,-0.0219,0.768

K,71,0.037,-0.027,0.768

K,72,0.0385,-0.0318,0.768

K,73,0.0408,-0.0362,0.768

K,74,0.0439,-0.0403,0.768

K,75,0.0474,-0.0438,0.768

K,76,0.0512,-0.0471,0.768

K,77,0.0554,-0.0508,0.768

K,78,0.0596,-0.0527,0.768

K,79,0.0641,-0.0551,0.768

K,80,0.0687,-0.0572,0.768

K,81,0.0701,-0.0551,0.768

K,82,0.0665,-0.0528,0.768

K,83,0.0631,-0.0503,0.768

K,84,0.0598,-0.0475,0.768

K,85,0.0569,-0.044,0768

K,86,0.0542,-0.041,0.768

K,87,0.0519,-0.0375,0.768

K,88,0.0498,-0.0338,0.768

K,89,0.0481,-0.029,0.768

K,90,0.0468,-0.0259,0.768

K,91,0.0459,-0.02175,0.768

K,92,0.0457,-0.0175,0.768

K,93,0.0459,-0.0132,0.768

K,94,0.0467,-0.009,0.768

K,95,0.0481,-0.005,0.768

K,96,0.05,-0.0012,0.768

K,97,0.045,0.008,0.8046

K,98,0.0428,-0.0038,0.8046

K,99,0.0413,-0.0086,0.8046

K,100,0.0403,-0.0135,0.8046

K,101,0.04,-0.0186,0.8046

K,102,0.0405,-0.0236,0.8046

K,103,0.0418,-0.0284,0.8046

K,104,0.0439,-0.033,0.8046

K,105,0.0468,-0.0372,0.8046

K,106,0.0501,-0.041,0.8046

K,107,0.0538,-0.0444,0.8046

K,108,0.0577,-0.0475,0.8046

K,109,0.0619,-0.0503,0.8046

K,110,0.0663,-0.0529,0.8046

K,111,0.0708,-0.0553,0.8046

K,112,0.0754,-0.0573,0.8046

K,113,0.0764,-0.0552,0.8046

K,114,0.0726,-0.053,0.8046

K,115,0.069,-0.0505,0.8046

K,116,0.0656,-0.0478,0.8046

K,117,0.0625,-0.0448,0.8046

K,118,0.0595,-0.0416,0.8046

K,119,0.0568,-0.0381,0.8046

K,120,0.0544,-0.0345,0.8046

K,121,0.0522,-0.0307,0.8046

K,122,0.0504,-0.0268,0.8046

K,123,0.0489,-0.0227,0.8046

K,124,0.048,-0.0184,0.8046

K,125,0.0477,-0.014,0.8046

K,126,0.0479,-0.0097,0.8046

K,127,0.0486,-0.0054,0.8046

K,128,0.0497,-0.0012,0.8046

K,129,0.0467,0.00034,0.839

K,130,0.0445,-0.0044,0.839

K,131,0.0431,-0.00949,0.839

K,132,0.0424,-0.014,0.839

K,133,0.0427,-0.0199,0.839

K,134,0.0441,-0.0251,0.839

K,135,0.0465,-0.0298,0.839

K,136,0.0494,-0.0341,0.839

K,137,0.0529,-0.0381,0.839

K,138,0.0568,-0.0416,0.839

K,139,0.0611,-0.0448,0.839

K,140,0.0656,-0.0477,0.839

K,141,0.07,-0.0504,0.839

K,142,0.0746,-0.0529,0.839

K,143,0.0793,-0.0552,0.839

K,144,0.0842,-0.0573,0.839

K,145,0.0859,-0.0554,0.839

K,146,0.082,-0.053,0.839

K,147,0.0783,-0.0504,0.839

K,148,0.0746,-0.0476,0.839

K,149,0.0712,-0.0447,0.839

K,150,0.0679,-0.0415,0.839

K,151,0.0647,-0.0382,0.839

K,152,0.0618,-0.0347,0.839

K,153,0.0593,-0.0309,0.839

K,154,0.0569,-0.0271,0.839

K,155,0.0547,-0.0231,0.839

K,156,0.0528,-0.019,0.839

K,157,0.0514,-0.0147,0.839

K,158,0.0507,-0.0102,0.839

K,159,0.051,-0.0057,0.839

K,160,0.0522,-0.0013,0.839

/BATCH

/input,menust,tmp,'',,,,,,,,,,,,,,,,1

WPSTYLE,,,,,,,,0

/INPUT,'prog','txt','D:\4034_1_Antipenkov\',, 0

FLST,5,80,3,ORDE,10

FITEM,5,1

FITEM,5,-16

FITEM,5,33

FITEM,5,-48

FITEM,5,65

FITEM,5,-80

FITEM,5,97

FITEM,5,-112

FITEM,5,129

FITEM,5,-144

KSEL,S, , ,P51X

FLST,3,5,3

FITEM,3,129

FITEM,3,97

FITEM,3,65

FITEM,3,33

FITEM,3,1

BSPLIN, ,P51X

FLST,3,5,3

FITEM,3,130

FITEM,3,98

FITEM,3,66

FITEM,3,34

FITEM,3,2

BSPLIN, ,P51X

FLST,3,5,3

FITEM,3,131

FITEM,3,99

FITEM,3,67

FITEM,3,35

FITEM,3,3

BSPLIN, ,P51X

FLST,3,5,3

FITEM,3,132

FITEM,3,100

FITEM,3,68

FITEM,3,36

FITEM,3,4

BSPLIN, ,P51X

FLST,3,5,3

FITEM,3,133

FITEM,3,101

FITEM,3,69

FITEM,3,37

FITEM,3,5

BSPLIN, ,P51X

FLST,3,5,3

FITEM,3,134

FITEM,3,102

FITEM,3,70

FITEM,3,38

FITEM,3,6

BSPLIN, ,P51X

FLST,3,5,3

FITEM,3,135

FITEM,3,103

FITEM,3,71

FITEM,3,39

FITEM,3,7

BSPLIN, ,P51X

FLST,3,5,3

FITEM,3,136

FITEM,3,104

FITEM,3,72

FITEM,3,40

FITEM,3,8

BSPLIN, ,P51X

FLST,3,5,3

FITEM,3,137

FITEM,3,105

FITEM,3,73

FITEM,3,41

FITEM,3,9

BSPLIN, ,P51X

FLST,3,5,3

FITEM,3,138

FITEM,3,106

FITEM,3,74

FITEM,3,42

FITEM,3,10

BSPLIN, ,P51X

FLST,3,5,3

FITEM,3,139

FITEM,3,107

FITEM,3,75

FITEM,3,43

FITEM,3,11

BSPLIN, ,P51X

FLST,3,5,3

FITEM,3,140

FITEM,3,108

FITEM,3,76

FITEM,3,44

FITEM,3,12

BSPLIN, ,P51X

FLST,3,5,3

FITEM,3,141

FITEM,3,109

FITEM,3,77

FITEM,3,45

FITEM,3,13

BSPLIN, ,P51X

FLST,3,5,3

FITEM,3,142

FITEM,3,110

FITEM,3,78

FITEM,3,46

FITEM,3,14

BSPLIN, ,P51X

FLST,3,5,3

FITEM,3,143

FITEM,3,111

FITEM,3,79

FITEM,3,47

FITEM,3,15

BSPLIN, ,P51X

FLST,3,5,3

FITEM,3,144

FITEM,3,112

FITEM,3,80

FITEM,3,48

FITEM,3,16

BSPLIN, ,P51X

FLST,2,16,4

FITEM,2,1

FITEM,2,2

FITEM,2,3

FITEM,2,4

FITEM,2,5

FITEM,2,6

FITEM,2,7

FITEM,2,8

FITEM,2,9

FITEM,2,10

FITEM,2,11

FITEM,2,12

FITEM,2,13

FITEM,2,14

FITEM,2,15

FITEM,2,16

ASKIN,P51X

FLST,2,14,4,ORDE,2

FITEM,2,2

FITEM,2,-15

LDELE,P51X, , ,1

ALLSEL,ALL

FLST,5,80,3,ORDE,10

FITEM,5,17

FITEM,5,-32

FITEM,5,49

FITEM,5,-64

FITEM,5,81

FITEM,5,-96

FITEM,5,113

FITEM,5,-128

FITEM,5,145

FITEM,5,-160

KSEL,S, , ,P51X

FLST,3,5,3

FITEM,3,160

FITEM,3,128

FITEM,3,96

FITEM,3,64

FITEM,3,32

BSPLIN, ,P51X

FLST,3,5,3

FITEM,3,159

FITEM,3,127

FITEM,3,95

FITEM,3,63

FITEM,3,31

BSPLIN, ,P51X

FLST,3,5,3

FITEM,3,158

FITEM,3,126

FITEM,3,94

FITEM,3,62

FITEM,3,30

BSPLIN, ,P51X

FLST,3,5,3

FITEM,3,157

FITEM,3,125

FITEM,3,93

FITEM,3,61

FITEM,3,29

BSPLIN, ,P51X

FLST,3,5,3

FITEM,3,156

FITEM,3,124

FITEM,3,92

FITEM,3,60

FITEM,3,28

BSPLIN, ,P51X

FLST,3,5,3

FITEM,3,155

FITEM,3,123

FITEM,3,91

FITEM,3,59

FITEM,3,27

BSPLIN, ,P51X

FLST,3,5,3

FITEM,3,154

FITEM,3,122

FITEM,3,90

FITEM,3,58

FITEM,3,26

BSPLIN, ,P51X

FLST,3,5,3

FITEM,3,153

FITEM,3,121

FITEM,3,89

FITEM,3,57

FITEM,3,25

BSPLIN, ,P51X

FLST,3,5,3

FITEM,3,152

FITEM,3,120

FITEM,3,88

FITEM,3,56

FITEM,3,24

BSPLIN, ,P51X

FLST,3,5,3

FITEM,3,151

FITEM,3,119

FITEM,3,87

FITEM,3,55

FITEM,3,23

BSPLIN, ,P51X

FLST,3,5,3

FITEM,3,150

FITEM,3,118

FITEM,3,86

FITEM,3,54

FITEM,3,22

BSPLIN, ,P51X

FLST,3,5,3

FITEM,3,149

FITEM,3,117

FITEM,3,85

FITEM,3,53

FITEM,3,21

BSPLIN, ,P51X

FLST,3,5,3

FITEM,3,148

FITEM,3,116

FITEM,3,84

FITEM,3,52

FITEM,3,20

BSPLIN, ,P51X

FLST,3,5,3

FITEM,3,147

FITEM,3,115

FITEM,3,83

FITEM,3,51

FITEM,3,19

BSPLIN, ,P51X

FLST,3,5,3

FITEM,3,146

FITEM,3,114

FITEM,3,82

FITEM,3,50

FITEM,3,18

BSPLIN, ,P51X

FLST,3,5,3

FITEM,3,145

FITEM,3,113

FITEM,3,81

FITEM,3,49

FITEM,3,17

BSPLIN, ,P51X

FLST,2,16,4

FITEM,2,2

FITEM,2,3

FITEM,2,4

FITEM,2,5

FITEM,2,6

FITEM,2,7

FITEM,2,8

FITEM,2,9

FITEM,2,10

FITEM,2,11

FITEM,2,12

FITEM,2,13

FITEM,2,14

FITEM,2,15

FITEM,2,19

FITEM,2,20

ASKIN,P51X

FLST,2,14,4,ORDE,3

FITEM,2,3

FITEM,2,-15

FITEM,2,19

LDELE,P51X, , ,1

ALLSEL,ALL

FLST,2,2,5,ORDE,2

FITEM,2,1

FITEM,2,-2

VA,P51X

FLST,2,2,5,ORDE,2

FITEM,2,1

FITEM,2,-2

VA,P51X

FLST,2,2,5,ORDE,2

FITEM,2,1

FITEM,2,-2

VA,P51X

FLST,2,2,5,ORDE,2

FITEM,2,1

FITEM,2,-2

VA,P51X

FLST,2,2,4

FITEM,2,2

FITEM,2,1

ASKIN,P51X

FLST,2,2,4

FITEM,2,20

FITEM,2,16

ASKIN,P51X

FLST,2,2,4

FITEM,2,17

FITEM,2,21

ASKIN,P51X

FLST,2,2,4

FITEM,2,18

FITEM,2,22

ASKIN,P51X

FLST,2,6,5,ORDE,2

FITEM,2,1

FITEM,2,-6

VA,P51X

FLST,5,4,4,ORDE,4

FITEM,5,1

FITEM,5,-2

FITEM,5,16

FITEM,5,20

CM,_Y,LINE

LSEL, , , ,P51X

CM,_Y1,LINE

CMSEL,,_Y

LESIZE,_Y1, , ,50, , , , ,1

FLST,5,4,4,ORDE,4

FITEM,5,17

FITEM,5,-18

FITEM,5,21

FITEM,5,-22

CM,_Y,LINE

LSEL, , , ,P51X

CM,_Y1,LINE

CMSEL,,_Y

LESIZE,_Y1, , ,30,-5, , , ,1

FLST,5,4,4,ORDE,2

FITEM,5,3

FITEM,5,-6

CM,_Y,LINE

LSEL, , , ,P51X

CM,_Y1,LINE

CMSEL,,_Y

LESIZE,_Y1, , ,5, , , , ,1

CM,_Y,VOLU

VSEL, , , , 1

CM,_Y1,VOLU

CHKMSH,'VOLU'

CMSEL,S,_Y

MSHAPE,0,3d

MSHKEY,1

VMESH,_Y1

MSHKEY,0

CMDELE,_Y

CMDELE,_Y1

CMDELE,_Y2

CM,_Y,VOLU

VSEL, , , , 1

CM,_Y1,VOLU

CHKMSH,'VOLU'

CMSEL,S,_Y

ASEL,S, , , 6

NSLA,S,1

NSLA,S,1

NSLA,S,1

NSLA,S,1

NSLA,S,1

NSLA,S,1

FLST,2,186,1,ORDE,12

FITEM,2,32

FITEM,2,82

FITEM,2,-111

FITEM,2,1613

FITEM,2,1663

FITEM,2,-1692

FITEM,2,3163

FITEM,2,-3166

FITEM,2,3367

FITEM,2,-3370

FITEM,2,3687

FITEM,2,-3802

/GO

D,P51X, , , , , ,ALL, , , , ,

ALLSEL,ALL

omega,1000

finish

/solu

antype,static

pstres,on

lumpm

solve

finish

/solu

antype,modal

pstres,on

modopt,subsp,6

mxpand,6

11.2 Расчет на прочность вращающегося диска

При вращении диска на него действуют нагрузки от центробежных сил. Под действием этих сил в диске наблюдаются радиальные и тангенциальные деформации. Следовательно, в диске возникают радиальные и тангенциальные напряжения. Расчет выполняется методом двух расчетов с помощью программы Disk.

Зададим граничные условия:

1. Диск имеет центральное отверстие;

2. На периферии действует внешняя нагрузка создаваемая рабочей лопаткой, следовательно, на периферии будут действовать радиальные напряжения.

3. Примем:

Рис.12.7 Сечение диска четвертой ступени газовой турбины.

Расчет :

, где ; ; ; .



Рис.12.8 Сечение диска четвертой ступени с размерами

Рacчeт диcka нa пpoчнocть выпoлнял Antipenkov

гpyппa 6034/1

GTN-25 disk

Уcлoвия pacчeтa пocлeднeгo вapиaнтa:

1.Диcк бeз цeнтpaльнoгo oтвepcтия.

2.Рaccчитывaлиcь нaпpяжeния oт цeнтpoбeжныX cил.

Иcхoдныe дaнныe:

Кoличecтвo ceчeний*20

Кoличecтвo yчacткoв* 19

Кoэффициeнт Пyaccoнa*.3

Плoтнocть мaтepиaлa диcкa*7900.0 кг/м*3

Обopoты poтopa*7500. oб/мин

Рaдиaльныe нaпpяжeния нa внeшнeм paдиyce*109.57 МПa

Пpинятыe вeличины:

Тaнгeнциaльныe нaпpяжeния нa внyтpeннeм paдиyce*1000.00 МПa

Рaдиaльныe нaпpяжeния нa внyтpeннeм paдиyce*1000.00 МПa

Вceгo былo paccчитaнo 1 вaриaнтoв

Рeзyльтaты pacчeтa:



График 12.10: Распределение напряжений в диске в зависимости от радиуса

Проведем расчет коэффициента запаса для диска, для этого необходимо определить сечение с максимальными радиальными и тангенц...