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

20 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

8598. Проблема источника знания. Единство чувственного и рационального в познании 34 KB
  Проблема источника знания. Единство чувственного и рационального в познании. Проблема источника знания. Все попытки определить источник человеческих знаний можно разделить на два направления. Первое можно обозначить, как подход...
8599. Основные концепции истины. Истина как процесс. Проблема объективности истины 32 KB
  Основные концепции истины. Истина как процесс. Проблема объективности истины. Основные концепции истины. В современной философии особенно отчетливо выделяются три концепции истины: концепция соответствия (корреспонденции, классическая), когеренции и...
8600. Специфика научного познания и критерии научности. Функции науки. Уровни научного исследования 34.5 KB
  Специфика научного познания и критерии научности. Функции науки. Уровни научного исследования. Специфика научного познания. Наука как своеобразная форма познания начала развиваться относительно самостоятельно в эпоху становления капиталистического с...
8601. Эволюция науки и проблема научных революций 29.5 KB
  Эволюция науки и проблема научных революций. Эволюция науки. Наука отпочковалась от обыденного знания в глубокой древности. В течение длительного времени происходил процесс накопления единичных эмпирических фактов. И уже в древнем Египте, Месопотами...
8602. Научная теория как высшая форма организации знания. Структура и методы построения научных теорий 34.5 KB
  Научная теория как высшая форма организации знания. Структура и методы построения научных теорий. Научная теория как высшая форма организации знания. Под теорией понимается система знаний, описывающая и объясняющая совокупность явлений некоторой обл...
8603. Техника и этапы ее развития. Проблема технической реальности. Техника и человек 34 KB
  Техника и этапы ее развития. Проблема технической реальности. Техника и человек. Техника и этапы ее развития. Техника (греч. технэ - искусство, мастерство, умение). Понятие техника встречается уже у Платона, Аристотеля. В первом приближении, техника...
8604. Идеалистическое и материалистическое понимание общественной жизни 30 KB
  Идеалистическое и материалистическое понимание общественной жизни. Каким образом система, состоящая из многих частей, способна существовать и изменяться как единое целое, как возникают интегральные средства целого, которых лишены его части? Представ...
8605. Специфика социальных систем. Общество как система. Уровни системного анализа общества 35 KB
  Специфика социальных систем. Общество как система. Уровни системного анализа общества. Специфика социальных систем. Социальная система - структурный элемент социальной реальности, определенное целостное образование, основными элементами которог...
8606. Методология формационного анализа социальной реальности 30.5 KB
  Методология формационного анализа социальной реальности. Социальная реальность - это реальность, в той или иной степени организованная, упорядоченная и структурированная. Относительно значимости этого признака социальной реальности у философов ...