Расчет рабочей лопатки на прочность

 

 

Рис. 6. Эскиз профиля лопатки	Рис. 7. Эскиз лопатки.

 

Для расчета возьмем рабочую лопатку последней ступени. По входному и выходному углу потока (таблица 3.1. [1. стр. 86.]) выбираем подходящий профиль: по углам и был выбран профиль Р-60-38А

Справочные данные профиля:

2.1.1.Пересчет минимального момента сопротивления на расчетную ширину лопатки:

 

2.1.2. Шаг решетки

 

2.1.3. Число рабочих лопаток в ступени

 

Округлим до

2.1.4 Окружная составляющая

2.1.5 Осевая составляющая

2.1.6 Суммарная изгибающая сила

2.1.7 Максимальное значение изгибающего момента

 

2.1.8 Напряжение на выходной и входной кромке лопатки

(от изгибающих сил)

или

2.1.9 Напряжение в корневом сечении рабочей лопатки

(Растягивающиеся)

- отношение площади лопатки у вершины к площади профиля в корневом сечении

-отношение среднего диаметра по длине

 

-Окружная скорость

-Плотность материала

или

2.1.10 Суммарные напряжения растяжения от центробежных сил и изгиба.

Для обеспечения надежной работы рабочих лопаток последней ступени выбираем марку стали 12Х13. МПа; , что удовлетворяет требованиям прочности.

 

 

2.2. Расчет диска на прочность

 

Целью расчета дисков на прочность дисков паровых и газовых турбин является определение радиальных и тангенциальных напряжений в различных сечениях диска при заданных геометрических размерах и условиях работы (частоты вращения, внешней нагрузки, неравномерности температур по радиусу).

Произведем расчет диска произвольного профиля с ободом, на котором закреплены рабочие лопатки и со ступицей постоянной ширины . Диск насажен на вал с натягом.

Находим радиальное напряжение на внешнем сечении диска (радиус r_а) и оцениваем радиальное напряжение на внутренней расточке ступицы (на радиусе r_i), вызванное натягом. Тангенциальные напряжения неизвестны.

Для расчета действительный профиль полотна диска заменим ступенчатым профилем, состоящим из ряда участков (колец) постоянной толщины. Геометрические размеры диска:

 

Напряжение на внутренней расточке ступицы: МПа;

Растягивающее напряжение в корневом сечении лопатки:

Число лопаток в решетке: ;

Площадь корневого сечения лопаток:

Радиальные напряжения на внешней образующей диска (в сечении "а" сопряжения полотна диска и обода):

 

Для расчета заменили реальный диск ступенчатым, состоящим из участков (колец) постоянной толщины. Границами участков являются цилиндрические сечения радиусов:

 

 

 

Ширина остальных участков диска равна:

 

 

Применим метод 2-х расчетов:

- для первого расчета при с^-1 напряжение на внешней образующей диска ; МПа (принимаем);

- для второго расчета при с^-1 МПа; МПа (принимаем).

Расчет производим на ЭВМ, результаты расчета приведены в таблице.

Для обеспечения надежной работы диска выбираем сталь марки 18ХГ с допустимым напряжением , что удовлетворяет условиям прочности, т.к. МПа , что допустимо.

На рис.8 показаны схематично диск с ободом и со ступицей, а также графики изменения действительных напряжений и по радиусу.

 

 

-------------------------------------

Р А С Ч Е Т Д И С К А

Н А П Р О Ч Н О С Т Ь

-------------------------------------

 

введите исходные данные:

число сечений - L=5

напряжения :

GRA(1),GTA(1),GRB(1),GTB(1),GRI(L)=?

21.98 100 0 50 -15

радиусы сечений диска - R(I), где I=1,L

0.39035 0.34035 0.29035 0.235 0.1327

толщина диска в сечениях - Y(I), где I=1,L

0.00838 0.09513 0.1064 0.184 0.184

частота вращения - N=50

плотность материала диска - RO=7800

коэффициент Пуассона - MU=0.3

 

 

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА НАПРЯЖЕНИЙ

*******************************

L=

1 21.98 100.00

2 32.57 117.03 28.69 115.87

3 31.15 136.23 27.85 135.24

4 17.28 166.82 9.99 135.24

5 -126.42 382.17

сeчение: напряжения при N>0: ( вариант-а )

I GRA GTA GR1A GT1A

1 .00 50.00

2 -7.88 57.88 -6.95 58.17

3 -19.12 70.34 -17.10 70.95

4 -40.28 94.13 -23.29 99.23

5 -154.15 230.09

сечение: напряжения при N=0: ( вариант-б )

I GRB GTB GR1B GT1B

1 21.98 63.86

2 38.27 75.19 33.72 73.82

3 44.97 85.38 40.21 83.95

4 46.40 98.78 26.83 92.91

5 -15.00 161.86

 

 

Рисунок – 8 Схема диска и эпюра напряжений.