Материал: Конструкция и прочность авиационных двигателей

4.2 Расчет на прочность диска

Расчет производится для диска первой ступени турбины высокого давления.

Исходные данные для расчета.

Материал диска и лопатки одинаковы ХН73МБЮТ

ρ1=8320кг/мᵌ  =0  =0  =1  =0

ρ2=8320кг/мᵌ

μ=0,3

Таблица 9 Расчет диска на прочность

Алгоритм расчета диска на прочнсть от растягивающих центрабежных сил с примерами расчета для сечения И1 с радиусом 0,074м

Температура по радиусу диска

=273+(300+(700-300))*((0,082-0,0695)/0,177)^2=273,4524562

Коэффициенты форм и упругих свойств материала

=0*0,86+1*0,10448=0,104477612

=0*0,816+(0-37348480)*0,10448=0,104477612

Коэффициенты температурных и центробежных нагрузок диска

=1*0,895+0*0,094=0,895

=0*0,895+0*0,09-0,3*37348480*0,104-0=-1170624

=3-1,104-1,03448=0,861039629

=1,104-1=0,104

=8320*(1000^2)*(0,074^2)= 37348480

=1+1-1,104=0,895522388

=1,104-1-0,3*(1,03+1-2)= 0,094132784

=1*((11111*273)-(111111*273))= -28406083,82

Значения радиальных контурных нагрузок

60 377 899,20

Напряжения в корневом сечении

=1/0,104*(60377899-(-3902080))= 615251229,5Па

Радиальные напряжения в сечениях

=0,104*615251229-3902080=60377899,15

Окружные напряжения в сеченях

=0,895*284053657,4+27235459=281611869,4

Эквивалентные растягивающие напряжения в сечениях

=((60377899,15^2)+(281611869,4^2)- 60377899,15*281611869,4)^0,5=256802653,1Па

Коэффмциент запаса длительной прочности

=(1212908755/256802653,1)*0,95=4,487

Коэффициент запасса по разрушающей частоте вращения

Коэффициент запаса по меридиальному сечению по разрушающей частоте.

Предельная угловая скорость

=1570,680628*(5555843,262/(8320*1570,680628^2*0,012608795+60 377 899,20*0,058*0,067)^0,5)=542194,1 рад/с

Момент инерции половины поперечного сечения

=Σ ((bn*rn^2+b(n-1)*r(n-1)^2)/2)*(rn-r(n-1))= 0,012608795 м⁴

Коэффициент запаса по цилендрическому сечению для сечений.

Для нулевого сечения

=

=1570*=((487200+12*10^8*0,058*0,067)/(0,000261273*1570^2+60377899*0,058*0,067))^0,5=4,67880419

Напряжения в нулевом сечении =615251229 Па

Радиальные контурные напряжения 60 377 899,20 Па

Таблица 10. Результаты расчета коэффициента запаса прочности по разрушающей частоте

Вывод

Расчеты диска первой ступени турбины показали что конструкция работоспособна, в целом имеет запасы прочности удовлетвояющие потребным.

Запас прочности по меридиальному сечению равен 36 что в более чем 25 раз превышает потребный запас прочности. В связи с этим следует пересмотреть профиль диска и уменьшить площади сечений до такого уровня прикотором напряжения в сечениях будут соответствовать нужному запасу прочности k=1,3

5. Индивидуальное задание курсового проектирования

Предложить конструктивные и технологические мероприятия по повышению эксплуатационной надежности камеры сгорания.

Чтобы предложить действительно что-то стоющее в данном вопросе, нужно очень хорошо представлять и понимать процессы которые происходят в КС и их физическую картину, «перелопатить» большую гору информации о повреждаемости КС, которая известна по прошлому опыту эксплуатации. Поэтому рассмотрим успехи и предложения ведущих двигателестроительных организаций.

Успешное решение задачи по созданию перспективной конструкции КС невозможно без применения новыхматериалов и технологий изготовления. В первую очередь это относится к жаровой трубе. Так, для повышения эффективности системы охлаждения требуется материалы с высокой рабочей температурой (1200 С и более), например такие как интерметаллиды и композиционные материалы на основе керамики.

Фирма Rolls-Royce применяет систему охлаждения типа «трансплай» с «толстым» (δ=500…600 мкм) теплозащитным покрытием стенок жаровой трубы. От исходного уровня расход воздуха на охлаждение уменьшается почти в два раза.

Фирма General Electric и Pratt&Whitney внедрили технологию конвективного охлаждения так же с «толстым» теплозащитным покрытием, что дало возможность исключить расход воздуха на пленочное охлаждение, используя его в процессе низкотемпературного горения.

Наиболее радикальным способом снижения расхода охлаждающего воздуха является применение керамики. Фирма Siemens на своих больших цилиндрических камерах сгорания применяет керамические плитки, не связанные жестко с основной конструкцией, а в газосборнике - металлические плитки, покрытые керамикой.

В результате межремонтный ресурс достиг уровня 100000 часов.

Несмотря на очевидные положительные стороны внедрения керамики в конструкцию КС, ее применение ограничивается такими свойствами как:

малые запасы прочности на изгиб и растяжение;

растрескивание при часто повторяющихся тепловых ударах;

трудности неразрушающего контроля деталей перед поставкой на двигатель.

Использованная литература

1. Б.П. Умушкин, Б.А. Чичков КПАД Пособие по выполнению курсового проекта.

. Б.А. Чичков.. Расчет на прочность дисков турбомашин с использованием численных методов.

. Л.П. Лозицкий, А.Н. Ветров. Конструкция и прочность авиационных газотурбинных двигателей.

. А.А. Иноземцев, Е.А. Коняев, В.В. Медведев. ПС-90А. Авиационный двигатель.