49190

Расчет прочности рабочей лопатки, диска и определение частоты и формы изгибных колебаний одиночной лопатки и пакета лопаток, связанных бандажом

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Расчет прочности рабочей лопатки. Расчет прочности лопатки и выбор материала рабочей лопатки. Определение частот и форм колебаний одиночной турбинной лопатки и пакета лопаток связанных бандажом.

Русский

2013-12-22

433.68 KB

21 чел.

Санкт-Петербургский государственный морской технический университет

Кафедра судовых турбин и турбинных установок

Курсовая работа:

Расчет прочности рабочей лопатки, диска и определение частоты и формы изгибных колебаний одиночной лопатки и пакета лопаток, связанных бандажом.

Выполнил: ст. гр. 2410, Дорофеев В.В.

Проверил: проф. Алексеев С.А.

Санкт-Петербург

2012

Оглавление

1. Расчет прочности рабочей лопатки. 3

1.1. Исходные данные. 3

1.2. Расчет прочности лопатки и выбор материала рабочей лопатки. 4

2. Расчет диска. 7

2.1. Исходные данные. 7

2.2. Проектирование диска и разбиение диска на расчетные сечения. 7

2.3. Расчет прочности диска. 9

3.Изгибные колебания турбинных лопаток переменного сечения. Определение частот   и форм колебаний одиночной турбинной лопатки и  пакета лопаток, связанных  бандажом. - 16 -

3.1.Исходные данные и задание для расчета. - 16 -

3.2.Определение частот и форм колебаний одиночной турбинной лопатки и пакета лопаток, связанных бандажом - 17 -

1. Расчет прочности рабочей лопатки.

1.1. Исходные данные.

В данной работе требуется рассчитать прочность рабочей лопатки со следующими исходными данными:

Наименование параметра

Числовое значение параметра

Расход газа перед ТВД, G [кг/сек]

14,5

Степень парциальности,

1

Число рабочих лопаток,  [штуки]

56

Длина лопатки, l [метры]

0,054

Средний диаметр рабочего колеса, [метры]

0,45

Работа на окружности, hu [кДж/кг]

180,5

Окружная скорость, [м/сек]

365

Угол выхода потока из СА, [градусы]

14

Угол выхода потока из РА, [градусы]

90

Скорость выхода потока из СА, [м/сек]

495

Скорость выхода из потока из РА, [м/сек]

115

Статические давление за соплами, [МПа]

0,52

Статическое давление за ступенью, [МПа]

0,42

Отношение площадей профиля на наружном и внутреннем диаметрах,

0,5

Коэффициент изменения площади сечений лопатки по показательному закону, q

0,5

Момент сопротивления профиля корневого сечения,

0,45

Температура в корневом сечении лопатки, [K]

1100

1.2. Расчет прочности лопатки и выбор материала рабочей лопатки.

Перед расчетом прочности лопатки требуется выбрать материал для изготовления рабочей лопатки. Материал для изготовления лопатки выбирается с учетом заданной температуры в корне лопатки. Я выбрал материал ЭП 220 (ХН51ВМТЮКФР).

Расчет прочности лопатки представим в табличной форме:


2. Расчет диска.

2.1. Исходные данные.

Наименование параметра

Числовое значение параметра

Наружный радиус диска,

0,245

Частота вращения ротора, n [об/мин]

12500

Нагрузка на внешнем радиусе,

155

Температура рабочей лопатки в корневом сечении,

650

Радиус центрального отверстия,

0,03

2.2. Проектирование диска и разбиение диска на расчетные сечения.

Диск проектируется самостоятельно, используя данные для расчета диска и размеры спроектированной в первом пункте рабочей лопатки. Густота разбиения диска на расчетные сечения делается с учетом следующих правил:

  1. В начале (для первых трёх сечений) и конце диска должно выполняться равенство: . Для остальных сечений диска должно выполняться равенство:
  2. Ширина участков между расчетными сечениями выбирается по правилу: .

В результате у меня получился следующий диск (на следующей странице):



2.3. Расчет прочности диска.

Перед расчетом диска требуется выбрать материал для его изготовления. Я выбрал материал ЭИ437Б (ХН77ЮР).

Расчет выполним в табличной форме:

( где ).

( где

(в нулевом сечении коэффициенты An,Nn,Bn,Qn задаются, как они задаются для диска с отверстием)

).


( где )


3.Изгибные колебания турбинных лопаток переменного сечения. Определение частот   и форм колебаний одиночной турбинной лопатки и  пакета лопаток, связанных  бандажом.  

3.1.Исходные данные и задание для расчета.

Длина рабочей части лопатки ι = 21,5 см.

Площадь корневого сечения лопатки  Fo= 3,75 см2.

Минимальный момент инерции корневого сечения лопатки  Io = 0,44 см4.           

Угол между хордой профиля и осью турбины β = 25°.

Средний диаметр облопатывания ступени  Dср = 122,6 см.

Число лопаток в пакете  Zп = 12.

Коэффициент упругости крепления бандажа к лопатке Hб = 0,175.

Площадь периферийного поперечного сечения лопатки Fв  = 2,05 см 2 .  

Момент инерции периферийного поперечного лопатки   Iв  = 0,275 см 4 .

Перечень вопросов, подлежащих разработке:  

Определить  частоту  и форму  изгибных колебаний одиночной лопатки и пакета лопаток, связанных бандажом,  способом последовательных приближений.

Перечень представляемого  материала:

Габаритный чертеж лопатки с бандажом,   с пятью поперечными сечениями и таблицей геометрических размеров и прочностных характеристик профилей.  Расчет прогиба, частоты  и формы первого тона колебаний одиночной  лопатки  и пакета лопаток, связанных бандажом,  в  табличной форме.

3.2.Определение частот и форм колебаний одиночной турбинной лопатки и пакета лопаток, связанных бандажом

Для построения габаритного чертежа лопатки с бандажом и определения геометрических размеров и прочностных характеристик профилей в пяти поперечных сечениях лопатки принимаем линейным изменение осевой ширины лопатки по ее длине. При заданном угле между хордой профиля и осью турбины угол установки профиля будет неизменным по длине лопатки и равным:

,

в связи, с чем хорда профиля вдоль лопатки также будет изменяться линейно:

.

Построение лопатки осуществляем с помощью корневого профиля, геометрические характеристики которой будут изменяться вдоль лопатки в соответствии с линейным изменением хорды профиля.

Подбираем корневой профиль.

Из атласа профилей выбираем профиль по значению отношения:

Это профиль Р-6038А, имеющий следующие геометрические параметры: , , , , , , , , , , , и координаты выпуклой и вогнутой частей (таблица 2.1).

Таблица 2.1

Координаты выпуклой и вогнутой частей профиля

0

2,57

5,14

7,71

10,28

12,85

15,42

17,99

20,56

23,13

26,07

0,20

2,21

4,05

5,64

6,92

7,76

8

7,51

6,29

4,2

0,52

0,20

1,3

2,44

3,32

3,94

4,2

3,98

3,32

2,38

1,28

0,52

Тогда для расчета геометрии заданной лопатки масштабные коэффициенты будут:

для линейных размеров:

для площадей:

для моментов сопротивления:

для моментов инерции:

Таблица 2.2

Геометрические размеры и прочностные характеристики профилей

Для связи лопаток в пакет применим простой ленточный бандаж, а лопатки – с одним шипом прямолинейной формы.

Принимаем: ; ; ; .

Тогда по параметрам бандажа определяем:

площадь сечения бандажа:


момент инерции бандажа:

Принимаем относительный шаг профилей лопаток на среднем диаметре . Тогда значение шага:

В периферийном сечении шаг лопаток и бандажа:

Чертеж лопатки с бандажом и пятью поперечными сечениями

                При расчете параметров первого тона колебаний одиночной лопатки она рассматривается как предельный случай пакета лопаток и для ее расчета применяется методика расчета пакета. Расчет производится в табличной форме в следующем порядке:

Рабочая часть лопатки разбивается на 10 участков равной длины с относительными координатами узлов:

,

где – расстояние от корневого сечения до i-го узла; – длина рабочей части лопатки.

По найденным ранее для 5-ти сечений лопатки (таблица 2.1) величинам площади профиля и минимального момента инерции определяется частые значения и в узлах, а также значения функций:

; и

Интегрированием по правилу трапеций от корня к периферии лопатки определяются в узлах значения:

и ,

а также:

и

В узлах сетки находятся значения параметров:

и ,

где – относительный прогиб лопатки, и их интегральные значения в периферийном сечении:

и

Определяются минимальный радиус инерции корневого сечения:

и теоретическая частота собственных колебаний одиночной лопатки:

,

где , где ; .

Расчет одиночной лопатки завершается вычислением статической частоты собственных колебаний:

,

где и – поправки на влияние перерезывающих и инерционных сил и упругих свойств заделки хвоста лопатки, которые определяются по графикам в зависимости от значения гибкости лопатки:

 

,

откуда и .

Результаты параметров колебаний одиночной лопатки представлены в таблице 2.3 и таблице 2.4.

Таблица 2.3

Исходные данные для определения частоты

Таблица 2.4

Данные для расчета одиночной лопатки

Значения интегралов:

Теоретическая частота собственных колебаний одиночной лопатки:

Частота собственных колебаний одиночной лопатки:

Расчет пакета лопаток производится по той же методике, но с учетом влияния бандажа. По известным геометрическим параметрам бандажа определяются коэффициент жесткости и коэффициент массы :

а также значение коэффициента:

По вычисленным для одиночной лопатки и в узлах определяются значение параметра:

,

относительный прогиб лопатки:

и значения параметра .

Для периферийного сечения определяются интегралы:

и

и вычисляется теоретическая частота собственных колебаний пакета:

Расчет завершается вычислением статической частоты собственных колебаний пакета :

Результаты расчета параметров колебаний пакета лопаток представлены в таблице(на сл.стр) 2.5.


Таблица 2.5

Данные для расчета пакета

Значения интегралов:

Теоретическая частота собственных колебаний пакета:

Частота собственных колебаний пакета:

На рис.2.2 представлены зависимости и , характеризующие в масштабе прогибы лопатки и форму ее колебаний: - одиночной лопатки, - в составе пакета.


Графики зависимостей и


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

42907. Розробка алгоритмів покриття та сортування 733.57 KB
  Алгоритм - це точний припис, що визначає обчислювальний процес, що веде від варійованих вихідних даних до шуканого результату. Саме слово «алгоритм» походить від латинської форми написання імені великого математика IX століття Аль Хорезмі (Мухаммеда ібн Муса аль Horesmi)
42908. Разработка программы по учету покупок 4.71 MB
  Стек это линейный список в котором добавление новых элементов и удаление существующих производится только с одного конца называемого вершиной стека. Это сокращение помогает запомнить механизм работы стека. Значением указателя представляющего стек является ссылка на вершину стека и каждый элемент стека содержит поле ссылки на соседний нижний элемент.Описание процедур Процедура Функция Параметры Описание dd b:Integer Общее колво элементов p:TPElemВершина стека В стек добавляется элемент.
42910. Генератор с широтно-импульсной модуляции 667.11 KB
  Сфера применения: в схемах управления скоростью вращения электродвигателей постоянного тока преобразователях напряжения в импульсных блоках питания и т. Схема ШИМ в своём составе обычно содержит сравнивающий элемент для сравнения управляющего и опорного напряжения генератор сигналов опорного напряжения выходной каскад для обеспечения нужного уровня выходного сигнала по напряжению и мощности. В приведён пример схемы генератора пилообразного напряжения генератора импульсов прямоугольной формы мультивибратора необходимых для работы...
42911. Радиационное загрязнение среды обитания человек 181.5 KB
  Проблема радиационного загрязнения среды обитания человека очень актуальна на данный момент во всем мире. Вина за загрязнение планеты возлагается на самого человека, который из-за своей деятельности сам загрязняет свою среду обитания. Загрязнение планеты происходит из-за разных видов ошибок человечества.
42913. Сестринский процесс при инфаркте миокарда 345.56 KB
  Инфаркт миокарда - острый некроз сердечной мышцы, развивается в результате стойкого нарушения кровообращения, которое происходит наиболее часто вследствие тромбоза или резкого сужения атеросклеротической бляшкой просвета сосуда (более 75% просвета). Данное заболевание занимает одно из ведущих мест не только в нашей стране, но и во всём мире, особенно в развитых странах. Более одного миллиона россиян ежегодно умирают от сердечно - сосудистых заболеваний, из них 634 тыс. имели диагноз - инфаркт миокарда.
42914. Социально-педагогическая работа с детьми и семьями группы риска по социальному сиротству 339 KB
  Семьи социального риска как главный источник безнадзорности и беспризорности детей. Модели реабилитационной работы с семьями группы риска по социальному сиротству. Современные тенденции развития системы профилактики социального сиротства в Российской Федерации...
42915. Авторское право и смежные права 206.5 KB
  В последние годы пиратство приобретает все больший размах в связи с тем, что продукты интеллектуальной деятельности стали одним из основных товаров как традиционной торговли, так и электронной коммерции. Причем идеальным товаром оказались именно объекты авторского права, поскольку все они могут быть размещены в Интернете, а следовательно, доступны многим пользователям на тех или иных условиях, а иногда и без всяких условий.