Диплом / 69-78(пустая стр)

2.7 Расчет на прочность деталей турбины

Результаты расчета на прочность деталей турбин представлены в таблице 29.

Таблица 29 - Расчеты на прочность деталей турбины

Наименование величины	Обозначение	Размерность	Формула или обоснование	Расчет.
Расчет на прочность пера рабочей лопатки 7 ступени
Напряжение изгиба в корневом сечении			(из детального теплового расчета 7 турбинной ступени)	2674,1
Допустимое значение изгибного напряжения в корневом сечении лопатки			По рекомендациям [3] при степени парциальности впуска	3850
Площадь профиля в любом сечении (табличное значение)	Fтабл	м^2	Из «Атласа турбинных профилей»	0,0003841
Плотность материала, принятого для изготовления лопаток			Принимается легированная сталь марки 1Х13.	7750
Предел текучести данной марки стали		МПа	Из справочника при t = 437^0С	365
Высота выходных кромок рабочих лопаток		м	Из детального теплового расчета 7 ступени	0,062
Угловая скорость вращения лопатки		1/сек
Радиус центра тяжести массы пера лопатки (для рабочей лопатки с постоянным по высоте профилем)	r	м
Центробежная сила собственной массы пера лопатки	С	н		0,0003841*0,062*7750*314^2*0,427 =7884,53
Расчет связной проволоки
Предварительно составляется эскиз узла (рис. 7) с принятием всех основных размеров
Плотность материала бандажной ленты			Принимается легированная сталь марки 1Х13.	7750
Предел текучести данной марки стали		МПа	Из справочника при t = 437^0С	330

Продолжение таблицы 29

Радиус, на котором находится центр тяжести массы расчетного участка (соответствует положению средней линии по толщине бандажной ленты)	rп	м
Диаметр связной проволки	dп	м		0,006
Угловая скорость вращения участка бандажа		1/сек
Центробежная сила расчетного участка связной проволки	Сп	н		0,0161*((3,14*0,006^2)/4)*7750*314^2*0,4427=154,53
Шаг (линейный размер связной проволки)	tп	м
Изгибающий момент от центробежной силы в местах заделки	Мп	н*м	(Сп* tп)/12	(154,53*0,01616)/12=0,2081
Напряжение изгиба		МПа
Момент сопротивления в этом сечении		м^3		(3,14*0,006^3)/32=2,11*10^(-8)
Допустимое напряжение изгиба		МПа	/n	330/1,7=194,11
Запас прочности	n	-	Принимается	1,7
Расчет хвоста рабочей лопатки (Т – образный хвост)
Эскиз хвоста дан на рис. 1.3. На эскизе принимаем следующие обозначения и соотношения: RH=KG=MN=LQ=48 мм; AB=DC=EF=С=30 мм; AD=BС=GH=KR=20 мм; FB=EA=7,5 мм; NQ=ML=7,5 мм; BG=CH=KA=RD=9 мм.
Определим радиус, на котором находится центр тяжести массы каждого из расчетных сечений: MNQL, АВ, КА и BG, AD и BC – для каждого участка принимаем условие, что центр тяжести расчетного сечения лежит на его среднем радиусе
r1ср	-	м		0,3917
r2ср	-	м		0,3842
r3ср= r4ср	-	м		0,3705

Продолжение таблицы 29

Размер каждого участка по окружности равен шагу рабочих лопаток на данном радиусе.
t1	-	м
t2	-	м
t3= t4	-	м
V1	-	м^3	NQ*MN* t1	0,0075*0,048*0,0140305=5,14*10^(-6)
V2	-	м^3	EA*AB* t2	0,0075*0,03*0,014031=3,15*10^(-6)
V3	-	м^3	AD*DC* t3	0,02*0,03*0,01352=8,11*10^(-6)
V4	-	м^3	RH*GH* t4	0,02*0,048*0,01352=1,29*10^(-5)
Плотность материала хвоста лопатки			Принимается легированная сталь марки 1Х13.	7750
Угловая скорость вращения хвоста лопатки		1/сек
Центробежная сила участка MNQL	С^1х	н		5,14*10^(-6)* 7750*314^2*0,3917=1541,72
Центробежная сила участка EFBA	С^II х	м^2		3,15*10^(-6)* 7750*314^2*0,3842=927,04
Центробежная сила участка ABCD	С^III х	м^2		8,11*10^(-6)* 7750*314^2*0,3705=2298,37
Центробежная сила участка KGHR	С^IV х	м^2		1,29*10^(-5)* 7750*314^2*0,3705=3677,4
Площадь сечения АВ	f1	м^2		0,03*0,01403=0,000421
Напряжение растяжения в сечении АВ		МПа

Продолжение таблицы 29

Площадь сечениях АD и ВG	f2	м^2	АD-BC *t3	0,02*0,01352=0,000271
Напряжение среза в сечении АD и ВG		МПа
Площадь сечениях KA и ВG	f3	м^2	KA-BG *t4	0,009*0,01352=0,000122
Напряжение смятия в сечении АВ		МПа
Допустимые напряжения:
На растяжение		МПа	, где n = 1,7	- условие выполняется;
На срез		МПа		- условие выполняется;
На смятие		МПа		- условие выполняется;
Расчет рабочих лопаток на вибрацию
Высота выходной кромки рабочей лопатки		м	Из детального теплового расчета 7 ступени	0,0629
Площадь профиля в любом сечении	F	м^2	Из перерасчёта	0,008939
Момент инерции сечения лопатки (табличное значение)	Iххт	м^4	Из перерасчёта	4,76*10^(-8)
Модуль упругости металла хвоста рабочей лопатки	Е	МПа	Из справочника	175000
Плотность материала хвоста лопатки			Принимается легированная сталь марки 1Х13.	7750

Продолжение таблицы 29

Статическая частота собственных колебаний для пакета, скрепленного бандажной лентой				Гц
Параметр		В		-
Динамическая частота собственных колебаний с учетом влияния центробежных сил, возникающих в пере лопатки при вращении ротора				Гц
Условие резонанса: , где К = 1, 2, 3, 4… - любое целое число;
По данным расчетным значениям строится диаграмма резонансных чисел оборотов (рис. 9.) и находятся точки пересечения резонансных лучей (при К = 1, 2, 3 и т. д.) и кривой = f (nc)
Проверка надежности работы лопаточного венца с лопатками постоянного профиля: Условие - данная дробь не должна, находиться в пределах, ограниченных данным двойным неравенством – условие выполняется;
Расчет на прочность обода диска с Т – образным хвостом
Эскиз обода диска представлен на рис. 2.1.
Действующие силы
Половина суммарной центробежной силы, развиваемой массой лопатки с бандажной лентой	Св		н		0,5*(С + Сп + С^Ix + C^IIx + C^IVx)		0,5*(7955,74 + 155,93 +1555,65 +935,41+3710,61) = 7156,68
Окружной размер	t1		м
Окружной размер (сечение GK)	t2		м
Плотность стали обода диска					Принимается легированная сталь марки 34ХМ		7820

Продолжение таблицы 29

Предел текучести данной марки стали		МПа	Из справочника при t = 437^0С	370
Угловая скорость вращения обода диска		1/сек
Центробежная сила массы участка обода ABDE	С^1	н	АЕ*АВ* t1*,	0,0075*0,009*0,01403*7820*0,3842*314^2=280,62
Центробежная сила массы участка обода GDFK	С^II	н	GK*GD*t2*,	0,0275*0,015*0,01366*314^2*0,3742=1626,84
Момент сопротивления расчетного сечения GK	W	м^3
Напряжение изгиба в расчетном сечении GK		МПа
Напряжение растяжения в том же сечении		МПа
Суммарное напряжение в наиболее опасной точке G		МПа	+	105,85+1,67=107,53
Наименование величины	Обозначение	Размерность	Формула или обоснование	Расчет.
Допустимое значение напряжения для выбранной марки стали 34ХН3МА		МПа	, при n = 2,2
Условие прочности обода диска: - условие выполняется;
Расчет на прочность корпуса турбины
Внутренний диаметр корпуса ЦВД в районе расчитанных ступеней (15,16,17,18ступени)	Dв	м	Принимается ориентировочно по чертежу	0,874
Толщина стенки корпуса		м	Принимается ориентировочно	0,07
Коэффициент		-		(0,874+2*0,07)/0,874=1,16
Поскольку , то относительная толщина стенки мала, тогда:

Продолжение таблицы 29

Избыточное давление в корпусе в районе расчитанных ступеней (15,16,17,18ступени)			МПа			Р – Рбар		5,9 – 0,1 = 5,8
Напряжение в стенке			МПа
Плотность стали расчетного участка ЦВД						Принимается легированная сталь марки 20ХМФЛ		7800
Предел текучести данной марки стали			МПа			Из справочника при tср = 437^0С		250
Допустимое напряжение материала корпуса			МПа
Условие прочности расчетного участка корпуса ЦВД: - условие выполняется;
Расчет на прочность фланцевых соединений
Эскиз фланцевого соединения представлен на рис. 11.
Рекомендуемые основные отношения: t = (1,5-1,7)*d = 0,1085м; m = (1-1,5)*d = 1,3*0,07 = 0,091м;
Наружный диаметр болта или шпильки		dб		м	d – 6,5 мм		0,07 – 0,005 = 0,065
Сила, стремящаяся отделить одну полку фланца от другой на длине шага фланцевого соединения t		F		Мн
Положение линии действия силы Q		z^/		м	, где Y = 0,049– выбирается из условия, что Y должна лежать между точками а и g
Условие равновесия сил, действующих на расчетном участке: Q + F – P = 0;
Сила затяга болта		Р		Мн	Q + F =
Изгибающий момент в сечении О - О		Мизг		Мн*м	F*n		0,2750*0,112 = 0,0308
Площадь поперечного сечения болта (шпильки)		Fб		м^2			0,069
Напряжение в металле болта (шпильки)				МПа	Р/Fб		0,9697/0,069 = 14,05