Расчет на прочность деталей газовых турбин

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ по ГТУ Содержание 1. Расчет закрутки последней ступени 2. Профилирование рабочей лопатки по результатам расчета закрутки 3. Расчет геометрических характеристик профиля турбинной лопатки

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по ГТУ


Содержание

1. Расчет закрутки последней ступени

2. Профилирование рабочей лопатки по результатам расчета закрутки

3. Расчет геометрических характеристик профиля турбинной лопатки

4. Расчет напряжений по перу лопатки от ЦБС

5. Расчет изгибных напряжений от потока газа

6. Проектирование и расчет елочного хвостовика

7. Расчет диска методом двух расчетов

8. Расчет критического числа оборотов ротора турбины


1. Расчет закрутки последней ступени

Расчет закрутки производится по программе RCU. Исходные данные для расчета взяты из курсовой работы по ГТУ:

высота сопловой лопатки последней ступени

высота рабочей лопатки последней ступени

радиусы среднего сечения сопловых и рабочих лопаток

угол выхода потока из сопловой лопатки в абсолютном движении

угол выхода потока из рабочей лопатки в абсолютном движении

степень реактивности на среднем радиус

давление газа на входе в ступень

температура газа на входе в ступень

2. Профилирование рабочей лопатки по результатам расчета закрутки

Исходные данные для профилирования лопатки берутся из результата расчета программы RCU на корневом, среднем и периферийном сечении лопатки.

Исходные данные

Название Обознач. Корень Середина Периферия
Угол выхода потока газа из сопловой лопатки в относительном движении 41,377 61,24 86,422
Угол выхода потока газа из рабочей лопатки в относительном движении 43,816 39,86 34,013
Относительная величина диаметра профиля (задается) 0.25 0.2 0.15
Угол установки профиля 74,4 72 55
Ширина решетки 0,1215 0,10125 0,081
Диаметр 1,709 2,114 2,519

Расчет данных для профилирования

Название Формула Корень Середина Периферия
Оптимальный шаг решетки 0,5029560 0,6429721 0,8197668
Хорда решетки 0,1261469 0,1064605 0,0988827
Максимальная величина диаметра профиля 0,0315367 0,021292 0,014832
Шаг решетки 0,0535449 0,068451 0,0872725
Горло решетки 0,037071 0,043871 0,0488185
0,038017 0,045575 0,0511911
0,0378449 0,0319385 0,0296643

Радиус входной кромки профиля

- корень Чертежи

- середина Корень

- периферия Середина

Радиус выходной кромки профиля Периферия

- корень Сечения вместе

- середина

- периферия

Число лопаток


3. Расчет геометрических характеристик профиля турбинной лопатки

Расчет геометрических характеристик профиля турбинной лопатки производится по программе BL. Исходные данные берутся с чертежей сечений профиля. Профиль разбивается на несколько участков и с них снимается геометрия профиля.

4. Расчет напряжений по перу лопатки от ЦБС

Расчет напряжений по перу лопатки от действия центробежных сил производится по программе CBS. Исходные данные для расчета берутся из курсовой работы, а также из расчета геометрических характеристик

температура материала рабочей лопатки

площадь корневого сечения лопатки

площадь среднего сечения лопатки

площадь периферийного сечения лопатки

средний диаметр проточной части турбины

высота рабочей лопатки последней ступени

плотность материала лопатки

Разрушающее напряжение


5. Расчет изгибных напряжений от потока газа

Название Формула Участки
1 2 3 4 5
Расход пара через каждое сечение пояска 0,028466 0,081724 0,130337 0,173376 0,218363
Окружная составляющая усилия 14,523862 39,30450 58,90623 74,68672 89,48053
Осевая составляющая усилия -0,538448 -2,08445 -3,64685 -4,77720 -6,14126
5 4 3 2 1
Осевой момент 0 1,176432 5,53653 14,66803 29,84916
Окружной момент 0 0,043613 0,256068 0,763915 1,658716
Момент относительно главных осей 0 1,110923 5,186424 13,12774 25,20944
Момент относительно главных осей 0 0,389543 1,954417 6,587635 16,06884
Напряжения на входной кромке 0,0000E+00 3,2762E+05 1,4662E+06 4,5849E+06 1,1304E+07
Напряжения на выходной кромке 0,0000E+00 2,8547E+05 1,2229E+06 3,6629E+06 8,7352E+06

Расход пара через каждое сечение пояска

где плотность газа

средний радиус средней линии пояска

высота пояска

число лопаток

осевая составляющая скорости на выходе из рабочей лопатки в абс. движении

Окружная составляющая усилия

где окружные составляющие скорости на выходе и выходе их рабочей лопатки в абсолютном движении

Осевая составляющая усилия

где осевые составляющие скорости на выходе и выходе их рабочей лопатки в абсолютном движении

давление газа перед и за рабочей лопаткой

шаг на выходном радиусе из каждого пояска

Допускаемые напряжения 35 – 40 МПа

6. Проектирование и расчет елочного хвостовика

Вся геометрия для расчета елочного хвостовика берется с его чертежа. Приближенный расчет хвостовика предполагает равномерное распределение нагрузки между зубьями.

Чертеж лопатки Хвостовик лопатки


Название

Формула Зуб
0 1 2 3
Площадь участка, 0,00102899 0,00195193 0,00089116 0,00056801
Радиус центра тяжести, м 0,0945 0,0697 0,0402 0,012716
Плотность материала 8600 8600 8600 8600
Длина хвостовика 0,14 0,14 0,14 0,14
Объем сегмента, 0,00014406 0,00027327 0,00012476 0,00007952
Масса сегмента 1,23890396 2,35012372 1,07295664 0,68388404
Угловая скорость 98696,04401 98696,04401 98696,04401 98696,04401
Центробежная сила сегмента хвостовика 11554,97992 16166,76961 4257,042346 858,2873926
Усилие, разрывающее хвостовик 0,00102899 0,00195193 0,00089116 0,00056801
Ширина узкого сечения сегмента 0,058 0,032 0,022 0,011
Напряжение разрыва 111616540 106573399,3 107676891,2
Углы (из чертежа) 10 10 10 10
Углы (из чертежа) 25 25 25 25
Сила, действующая нормально к поверхности зуба 101739,7814 101739,7814 101739,7814
Ширина контакта зубьев с 0,009 0,009 0,009
Напряжение смятия на рабочей поверхности зуба 80745858,23 80745858,23 80745858,23
Напряжение среза 30956834 30956834 30956834 30956834
Плечо (из чертежа) 31363114,32 31363114,32 31363114,32
Изгибающий момент в основании зуба 0,0087 0,0087 0,0087
Момент сопротивления основания зуба 885,1360979 885,1360979 885,1360979
Максимальное напряжение изгиба в зубе 55321006,12 55321006,12 55321006,12

Центробежная сила лопатки с хвостовиком

где центробежная сила пера лопатки

Сила, действующая на один зуб

где число зубьев

Напряжение разрыва в сечении В – В

Гребень диска

Название Формула Зуб
1 2 3 0
Центробежная сила участка гребня 858,28739 4257,0423 16166,769 11554,979
Напряжение разрыва 167538,9872 338476,7293 521324,1987
Напряжения разрыва 108791550,1 109895042 116367008,6

Центробежная сила гребня диска

Напряжение разрыва в сечении В – В

Запас прочности

7. Расчет диска методом двух расчетов

Расчет на прочность диска произвольного сечения производится с помощью программы Disk. Исходные данные для расчета берутся из чертежа диска. В них входит геометрические параметры.

Максимальное радиальное напряжение равно 198,7 МПа.

Коэффициент запаса

Коэффициент запаса не удовлетворяет условиям прочности, диск требует доработки.

8. Расчет критического числа оборотов ротора турбины

Расчет критического числа оборотов ротора турбины производится по программе NKR. Исходные данные для расчета берутся из чертежа. В них входят геометрические параметры ротора.

Критическое число оборотов равно 51,78 об/с, что соответствует жестокому валу.


Коэффициент запаса