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

22753. Участь УРСР у розвязанні територіальних проблем на Паризький мирній конференції 55.5 KB
  Підходи України до проблем реформування ООН. укладенням угоди про встановлення нового кордону між двома державами і поділом між ними зі згоди ООН Вільної території Трієст. Еритрея після проведення в ній референдуму за рішенням Генеральної Асамблеї ООН була приєднана до Ефіопії на федеративних засадах у 1952 р. Підходи України до проблем реформування ООН.
22754. Міжнародна громадськість про суть і значення конституційних змін в СРСР 1944р. Полеміка з цих питань 74 KB
  Становлення та розвиток відносин України з державами ЦСЄ. Миротворча діяльність України: досягнення та проблеми. При всьому тому членам КУК як українським патріотам імовірно імпонував вихід України на світову арену нехай і в такому ущемленому вигляді.Цегельський інформував громадськість що його делегація мала у СанФранціско зустрічі з усіма представниками Об'єднаних Націй домагаючись включення України в число учасників конференції .
22755. Участь делегації УРСР в роботі Дунайської конференції 73 KB
  право України було відновлено. У 19941996 роках ЄС ухвалив Спільну позицію щодо України 28 листопада 1994 р. Указом Президента України було затверджено Стратегію інтеграції України до ЄС€ розраховану на період до 2007 року. на Гельсінському самміті Євросоюзу була ухвалена Спільна стратегія ЄС щодо України яка спрямована на зміцнення стратегічного партнерства з Україною.
22756. Участь УРСР в роботі конференції в Сан-Франциско 55.5 KB
  Політика ЄС стосовно України. Основні проблеми безпеки України зовнішній аспект та механізми їх гарантування. Політика ЄС стосовно України. У 19941996 роках ЄС ухвалив Спільну позицію щодо України 28 листопада 1994 р.
22757. VI сесія (1944р.) Верховної Ради УРСР щодо формування союзного Наркомату закордонних справ 37 KB
  Наслідки розширення ЄС для зовнішньої політики України. питання про утворення НКЗС Українибуло розглянуто на Політбюро ЦК КПб України. Поперше було вирішено встановити дипломатичні відносини України з Великою Британією і США подруге з іншими країнами антигітлерівської коаліції. Наслідки розширення ЄС для зовнішньої політики України Розширення Європейського Союзу яке відбулося 1 травня 2004 року призвело до історичних змін політичних географічних та економічних умов для України та Євросоюзу.
22758. Діяльність УРСР в ООН 1945 - 1990 рр 38 KB
  Економічне співробітництво України та Росії: стан проблеми та механізми їх вирішення. Європейська політика України: концептуальні засади та практика. Виступивши проти зосередженості ЮНЕСКО тільки на фінансуванні та інших формах розв'язання проблеми встановлення причин ракових захворювань делегат від України Тульчинська порушила питання про негайне впровадження у життя вже одержаних результатів її пропозиція була схвалена більшістю делегацій 21 проти 18 при 7 що утрималися. Економічне співробітництво України та Росії: стан проблеми та...
22759. Участь УРСР в обговоренні ООН грецького та індонезійського питань 35.5 KB
  Питання делімітації та демаркації кордонів кордону України: досягнення і проблеми. Інтереси України в Балканському регіоні та механізми їх реалізації. Півстоліття назад саме міністр закордонних справ України Мануїльский із трибуни ООН проголосив Руки геть від Індонезії . Погана спадщина радянськоіндонезійських відносин що повністю дісталося Росії абсолютно не стосується України той самий випадок коли не варто шкодувати про усіх без винятку боргах й активах колишнього СРСР.
22760. Участь делегації УРСР в конференції в Сан-Франциско 43 KB
  На території РФ функціонують Посольство України м. На території України здійснюють діяльність Посольство Російської Федерації м. розстрілу Білого дому та зміцнення позицій реформаторів у Кремлі курс щодо України став жорсткішим що виявилось у намаганнях на дострокових виборах 1994 р. У першу чергу це стосується умов тимчасового перебування та функціонування Чорноморського Флоту РФ на території України договірноправового оформлення українськоросійського державного кордону тощо.
22761. Участь УРСР в роботі міжнародних організацій 1950-ті- 1980-тірр 41 KB
  Політика ЄС стосовно України. Питання зовнішньої політики в роботі Верховної Ради України. 202 пропозиції поправки резолюції що вносилися представниками України у міжнародних організаціях та конференціях. Політика ЄС стосовно України.