22519

Расчет быстровращающегося диска

Лекция

Производство и промышленные технологии

Расчет быстровращающегося диска Значительный интерес представляет задача о напряжениях и деформациях в быстро вращающихся валах и дисках. Высокие скорости вращения валов паровых турбин обусловливают появление в валах и дисках значительных центробежных усилий. Вызванные ими напряжения распределяются симметрично относительно оси вращения диска. Рассмотрим наиболее простую задачу о расчете диска постоянной толщины.

Русский

2013-08-04

100.5 KB

15 чел.

Сопротивление материалов Сагадеев В.В.

Лекция № 41. Расчет быстровращающегося диска

   Значительный интерес представляет задача о напряжениях и деформациях в быстро вращающихся валах и дисках. Высокие скорости вращения валов паровых турбин обусловливают появление в валах и дисках значительных центробежных усилий. Вызванные ими напряжения распределяются симметрично относительно оси вращения диска.

   Рассмотрим наиболее простую задачу о расчете диска постоянной толщины. Расчет такого диска положен в основу некоторых приближенных способов расчета дисков любого профиля. Воспользуемся некоторыми результатами, полученными при выводе формул для расчета толстостенных цилиндров. Предположим, что по толщине диска, принимаемой равной единице, напряжения и не меняются; осевое напряжение будем считать равным нулю.

   Составим условия равновесия элемента АВ, выделенного из диска двумя меридиональными сечениями и двумя концентрическими цилиндрическими поверхностями (фиг. 586). В данном случае, кроме сил, действующих по граням элемента АВ, необходимо принять во внимание также и силу инерции



Рис.1. Расчетная схема вращающегося диска.

направленную вдоль радиуса от центра к внешнему контуру диска. Вместо ранее полученного уравнения равновесия получим:

(1)

Уравнение условий совместности деформаций также остаются в силе и для данной задачи, т. е.

(1)

Подставляя в это уравнение значение разности из (35.4), находим:

(2)

   Дифференцируя уравнение (1) по r и подставляя в него вместо его значение из формулы (2), получаем линейное дифференциальное уравнение

или

Интегрируя это уравнение, находим:

(4)

Из (1) и (4) следует, что

(5)

   В формулах (4) и (5) А и В — постоянные интегрирования, которые должны быть определены из условий на контуре диска. При определении постоянных рассмотрим два случая: 1) диск с отверстием в центре и 2) сплошной диск. При этом вначале предположим, что края диска свободны от внешних усилий.

   Для диска с центральным отверстием напряжение должно быть равно нулю как при, так и при (рис.1). Эти условия на контуре при подстановке их в формулу (4) приводят к уравнениям:

и

откуда

и

Подставляя значения А и В в формулы (35.7) и (35.8), получаем:

Полагая для краткости можем написать:

и

можем написать:

   Замечаем, что напряжение обращается в нуль при и , т. е. на внутреннем и наружном контурах диска; при значениях между 1 и напряжение положительно и, как нетрудно убедиться, достигает наибольшей величины при При этом

(6)

   Напряжение при всех значениях также положительно и наибольшей величины достигает у внутреннего края диска, где :

(7)

   Сравнивая выражения (6) и (7), убеждаемся, что всегда больше Поэтому при проверке прочности диска как по теории наибольших касательных напряжений, так и по энергетической теории условие прочности должно быть написано в таком виде:

 

Диск равного сопротивления.

   Получено, что, изменение напряжений и вдоль радиуса диска постоянной толщины весьма значительно. Наиболее неравномерное распределение напряжений имеет место в дисках постоянной толщины с отверстием в центре. При расчете подобных дисков приходится ориентироваться на наибольшее напряжение у внутреннего края диска, что сильно ограничивает возможность повышения предельных скоростей. Для достижения высоких скоростей вращения диски приходится делать с переменной толщиной, уменьшающейся от центра к окружности диска. Наиболее выгодным является такой профиль диска, в котором напряжения во всех точках диска сохраняют постоянное значение. Подобные диски называются дисками равного сопротивления. При расчете этих дисков исходят из предположения, что по толщине диска напряжения не меняются, что обычно влечет за собой небольшие погрешности в величинах напряжений.

   Основные формулы для расчета дисков переменной толщины по прежнему могут быть выведены из рассмотрения условий равновесия элемента диска abcd.



Рис.2. Равновесие элемента диска равного сопротивления.

 

   Переменную толщину диска, являющуюся некоторой функцией радиуса r, обозначим через z. На элемент abcd по меридиональным сечениям ad и bc действуют две силы , составляющие между собой угол ; по грани dc на этот элемент действует радиальное усилие , направленное к центру диска, а по грани ab — радиальное усилие , направленное от центра к наружной поверхности диска. К этим усилиям должна быть присоединена еще и сила инерции массы элемента

направленная от центра к окружности диска.

   Проектируя все перечисленные выше усилия на направление радиуса, получаем такое дифференциальное уравнение равновесия диска переменной толщины:

или

При z = const, это уравнение обращается в известное для диска постоянной толщины.

   В случае диска равного сопротивления напряжения и всюду постоянны и равны между собой. Приравнивая их величине допускаемого напряжения [], можем так переписать уравнение равновесия:

или

где

Интегрируя это уравнение, находим:

где С — постоянная интегрирования. Если диск не имеет отверстия в центре, то из условия, что при r = 0 z = z0, следует: С = z0. Толщина диска в центре (z0) определяется из условий на контуре диска.

   Сплошной диск равного сопротивления может быть применен даже при очень высоких окружных скоростях. Однако по конструктивным соображениям на практике обычно применяются диски переменной толщины с отверстием в центре, профиль которых, близкий к профилю диска равного сопротивления, обеспечивает наиболее выгодное распределение напряжений вдоль радиуса. Методы расчета таких дисков рассматриваются в специальных курсах.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

20027. Коренной перелом в ходе второй мировой войны 15.6 KB
  Сталинградская битва 17 июля 19422 февраля 1943 По советскому плану уран окружение противника в районе сталинграда 19 ноября 1942 красная армия перешла в наступление и окр немецкую группировку под командованием Паулюса. 5 июля 1943 делится на два этапа оборонительные сражения и контрнаступление 12 июля 43 танковое сражение под Прохоровкой.
20028. Полный разгром фашистской германии и завершение 2 мировой войны 11.93 KB
  Январь 1944 снятие блокады Ленинграда 1944 корсуньшевченковская операция. Июньавгуст 1944 Белорусская операция Багратион была освобождена Белоруссия Латвия часть Литвы Август 1944 ЛьвовскоСандомирская операция освобождены: Львов Западная Украина Позже ЯсскоКишеневская операция освобождена: Молдавия и часть Румынии Апрель 1945 года Восточно –Прусская операция советские войска ступили в Кенинсберг Май 1945 заключительная Берлинская операция битва началась у Зееловских высот 2 мая – Берлинский гарнизон сдался В ночь с 89 мая ...
20029. СССР в 1945-1953. Восстановление экономики после ВОВ. Послевоенный сталинизм 14.66 KB
  В конце 1940 возникло ленинградское дело обвинение видных деятелей партии в намерении превратить ленинград в опору борьбы со сталиным были расстреляны Вознесенский Радионов Кузнецов. 1953 дело врачей было арестовано группа врачей кремлевской больницы по обвинению в том что она якобы повинны смерти жданова и пытались умертвить других государственных деятелей но со смертью сталина дело было прекращено.
20030. Послевоенный мир, его разделение на две системы. Переход в холодной войне 15.91 KB
  – ОВД Организация Варшавского ДоговораСССР. Гонка вооружений наращивание СССР и США количества вооружений с целью достижения качественного превосходства. В СССР эта политика проявлялась в создании железного занавеса системы международной самоизоляции. Причины холодной войны: Победа во II мировой войне привела к резкому усилению СССР и США.
20031. Попытки реформирования советской системы в 1950-60. Н.С Хрущев 17.59 KB
  С Хрущев. Борьба за личное лидерство длилась вплоть до весны 1958 но в итоге к власти пришел Хрущев.Начатая Хрущевым критика сталинизма привела к некоторой либерализации общественной жизни общества оттепель. Хрущева В 1954 г.
20032. СССР в период застоя(1964-1985) 14.54 KB
  к и в политической экономической и культурной жизни страны все было стабильно не было ничего нового. В культурной жизни зарождалось дессидентское движениенелегальные кружки интеллигенции выступающие за свержение коммунизма правительство полностью контролировало культурную жизнь странывыссылка из страны неугодных большевикам людейсолженицын плесецаявишневская 18 лет руководство брежнева перевели государство в состояние развала 1982Брежнев умирает с 18821884 правил Андропов а 18841885 Черненко общество жило от похорон до похорон...
20033. Перестройка-от частных преобразований к смене модели общественного развития(1985-1991) 14.85 KB
  В апреле 1985 –было объявлено о проведении масштабных реформ с целью изменения общества например в экономике курс на ускорениеэто повышение темпов экономического роста на базе научнотехнического прогресса Первыми перестроечными законами стала антиалкогольная компания и закон о госприемке но все эти меры не дали никаких результатов да и к тому же всю обстановку осложнила авария на чернобыльской АЭС 1986. Основная задача перестройки заключалась в придании экономике рыночных основ. Первым шагом к рыночной экономике стал закон о гос.
20034. Новая Россия в 90 годы 20 века 16.18 KB
  В середине 1980 административные структуры в союзных республиках начали борьбу за усиление собственной власти начались трения между коренными жителями и русскоязычным населением рухнул миф о дружбе народов СССРвыступление в казахстане столкновение в фергане наколились взаимоотношения грузии с абхазией с целью прекратить эти волнения горбачев задумал подписание нового союзного договора подписание которого было назначено на 20 августа 1991 19 авг. Начался антигосударственный переворот по радио было объявлено об отстранение президента...
20035. Гражданская война (1918-1920). Причины, этапы, итоги, последствия войны 16.63 KB
  Причинами гражданской войны в России можно считать противостояние двух политических лагерей – красных и белых красные –большевики бедные крестьяне и рабочие белые – зажиточное крестьянство офицеры казаки дворянство студенчество. Войны являлась прежде всего участие иностранных держав они поддерживали белыхиностранная интервенция. Многочисленные хорошо вооруженные и организованные за счет Антанты армии белых генералов взяли ее в кольцо. Декабрь 19201922 гокончательный разгром белого движения на юге России Причины победы красных в...