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

66715. ФИЛОСОФИЯ ДРЕВНЕГО ВОСТОКА 96 KB
  Веды – совокупность религиозно-философских текстов с представлениями о мире и человеке; Упанишады – произведения, разъясняющие тайный смысл Вед. Религиозно-философские учения в древней Индии назывались «даршаны». По отношению к Ведам они подразделялись на астику и настику.
66716. ЗАПАДНАЯ ФИЛОСОФИЯ XIX ВЕКА 254.5 KB
  В XIX веке в связи с развитием индустриального общества быстро развивались наука и техника. Возникла идея, что природу должны изучать не натурфилософы, стремящиеся проникнуть в «тайны бытия», а практически мыслящие ученые, желающие получить полезный результат.
66717. Леонид Иванович Прасолов 37.03 KB
  Имя этого енисейца, 120 лет со дня рождения которого приходится на 2000-й год, тесно связано с землей. Все его помыслы, жизнь и деятельность были посвящены тому, чтобы земля стала еще плодородней, больше давала хлеба и овощей. Правда, плодородие - неотъемлемое свойство почвы.
66719. Классификация отраслей промышленности 50.33 KB
  Производственную сферу образуют отрасли: непосредственно создающие материальный продукт промышленность и строительство сельское и лесное хозяйство; доставляющие материальный продукт потребителю транспорт и связь; связанные с продолжением процесса производства...
66720. Классификация грузовых автотранспортных средств 1.4 MB
  Именно поэтому грузовые автомобили относятся к числу наиболее востребованных типов спецтехники. Универсальность функциональная гибкость и рыночная ликвидность все эти факторы способствуют повышенному спросу на технику для грузоперевозок к числу которой относятся грузовые автомобили...
66721. Ковда Виктор Абрамович 276.5 KB
  В этом отношении почвоведение получило приоритетность в отношении изучения почвенных ресурсов для жизнеобеспечения населения. Из всех объединений почвоведов к началу 1922 года сохранился только почвенный отдел ВЭО в Петрограде.
66722. Колегія Павла Галагана 119 KB
  Українська інтелектуальна еліта має формуватися на національній ідеї, що є джерелом культурно-історичної динаміки нації, отже, й система освіти має ґрунтуватися на глибокій і цілісній національній основі. Одним з осередків формування інтелектуальної еліти українського народу є середні загальноосвітні...
66723. Разработка комплексной диагностики системы управления таможенного органа 309 KB
  Хозяйствующий субъект является открытой системой, взаимодействующей с внешней средой. Внешняя среда оказывает влияние как на эффективность организации в целом, так и на его ключевые подсистемы.