НАПРЯЖЕНИЯ, ДОПУСТИМАЯ ТЕМПЕРАТУРА И ВЫБОР ПОТРЕБНОЙ ГЛУБИНЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ЛОПАТОК ПЕРВОЙ СТУПЕНИ ТУРБИНЫ ТВД

Материал, изложенный в данном разделе позволяет производить уточнения расходов охлаждающего воздуха, выбранного в предварительном расчете. Эта процедура актуальна при выполнении уточненных детальных расчетов ТВД и при повторных расчетах в случае расхождения полученного кпд турбины и заданного в начале расчетов.

1.Напряжения в лопатках первой ступени ТВД оцениваются

где = 8250 кг/м³ – плотность материала ЖС6-КП, из которого изготовлены лопатки; = = 387,8 м/с²; Ф = 0,5 – коэффициент формы.

2.Температура лопаток в корневом сечении приближенно рассчитывается по температуре торможения газа в относительном движении

,

где = = 1206,5 К – температура заторможенного потока газа в относительном движении на входе в рабочие лопатки определена в детальном расчете первой ступени ТВД.

Поскольку в первых ступенях высокотемпературных турбин, как правило, значительно больше допустимой температуры материала лопатки , то следует определить глубину охлаждения лопаток . Для этого, задавшись запасом статической прочности лопаток определяем допустимый предел длительной прочности лопаток

.

Величина выбирается на основе данных по механическим свойствам жаропрочных материалов при повышенных температурах [1,4]. В общем случае при заданных параметрах: ; материале лопатки; ресурсе работы τ; уровне нагружения по монограмме для определения пределов длительной прочности материалов (рис. 11) можно определить .

В нашем расчете достаточно знать первые три параметра: = = 277,7·10⁶ Па, материал лопаток – ЖС6-КП и τ = 1000 час

3.Таким образом, глубина охлаждения рабочих лопаток первой ступени ТВД должна составлять

.

4.Потребную глубину охлаждения сопловых лопаток первой ступени ТВД можно определить

где

выбираем = 0,3;

= 534,3 К – температура воздуха за КВД;

= 1200…1250 К для современных материалов сопловых лопаток типа ЖС6-К, в нашем расчете выбираем = 1225 К.

5.Эффективность воздушного охлаждения для сопловых Q_C и рабочих Q_Л лопаток первой ступени ТВД, соответствующая полученным значениям и определяется

По полученным значениям и по графикам, представленным на рис.12, находим относительное количество воздуха, необходимое для охлаждения сопловых и рабочих лопаток.

Рис. 12. Сравнения эффективности воздушного охлаждения

лопаток различной конструкции:

В нашем примере расчета = 0,024, что соответствует конвективно-пленочному охлаждению дефлекторных сопловых лопаток (кривая 4с на рис. 12), = 0,01 – рабочие лопатки с продольным течением охладителя (кривая 2 на рис. 12).

Следующим этапом расчета является определение суммарного относительного количества воздуха, затраченного на охлаждение первой ступени ТВД

= 0,01 + 0,024 = 0,034.

7.Расчет диска на прочность.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

1 Частота вращения (об/мин) - 11400.0

2 Количество участков - 8

3 Напряжение на внешнем радиусе диска (МПа) - 129.0

4 Коэффициент Пуассона - 0.3

5 Внутренний радиус диска (мм) - 35.0

Коэффициент В1 (Мпа) - 100.0

6 Минимально допустимый запас прочности - 1.40

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ (продолжение)

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

| | | | | | | | |

уч. | R | Y | Альфа | E | "ro" | Сигма | N отв.| D отв.|

| | | *10^6 | /10^5 | | "тау" | | |

----|------|------|-------|-------|-------|-------|-------|-------|

- | мм | мм | 1/K | МПа | кг/м^3| МПа | - | мм |

----|------|------|-------|-------|-------|-------|-------|-------|

1 35.0 111.0 10.4 1.0 4500.0 899.7 0 0.0

2 40.4 113.5 10.4 0.9 4500.0 899.5 0 0.0

3 80.7 113.5 10.4 0.9 4500.0 897.4 0 0.0

4 121.0 71.5 10.4 0.9 4500.0 898.4 0 0.0

5 161.4 53.5 10.3 1.0 4500.0 932.3 0 0.0

6 201.8 34.5 9.9 1.1 4500.0 1100.3 0 0.0

7 242.1 45.8 8.6 1.4 4500.0 1683.5 0 0.0

8 317.5 44.0 -2.7 4.7 4500.0 6953.9 0 0.0

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА

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

Сеч.| R | Сигма r | Сигма t | Сигма r` | Сигма t` |

----|-------|-----------|-----------|------------|-----------|

- | мм | МПа | МПа | МПа | МПа |

----|-------|-----------|-----------|------------|-----------|

0 35.0 -100.0 -37.4 0.0 0.0

1 35.0 -100.0 -37.4 -100.0 -37.4

2 40.4 -97.8 -37.1 -91.5 -45.1

3 80.7 -91.5 -52.1 -90.4 -73.7

4 121.0 -143.4 -108.2 -157.2 -128.4

5 161.4 -210.1 -179.7 -237.2 -200.1

6 201.8 -367.8 -299.0 -399.5 -328.5

7 242.1 -300.9 -383.5 -367.9 -391.2

8 317.5 -382.9 2662.4 129.0 1974.6

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА

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

| Осредненные | Запас прочности | Разрушающая |

| напряжения |----------------------| частота |

R |-------------------| по | по | вращения |

| Сигма r | Сигма t |напряжениям|разр.част.| |

------|---------|---------|-----------|----------|-----------------|

мм | МПа | МПа | - | - | об/мин |

------|---------|---------|-----------|----------|-----------------|

35.0 -100.0 -37.4 -24.0 2.1 23829.8

35.0 98.9 37.3 9.1 2.1 23829.8

40.4 91.5 48.6 9.8 2.1 23886.2

80.7 116.9 90.9 7.7 2.1 24149.9

121.0 183.7 154.0 4.9 2.0 22851.8

161.4 302.5 249.6 3.1 2.0 22491.8

201.8 350.2 356.0 3.1 1.9 22104.7

242.1 375.4 1135.6 1.5 2.6 30103.4

317.5 129.0 1974.6 3.5 5.4 61958.0

Удлинение диска 0.989 мм, Масса диска 44.08 кг

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: