Пиши Дома Нужные Работы

Обратная связь

Выбор допускаемых напряжений

Список обозначений и сокращений

ПМ – профиль модельный;

РЛ – рабочая лопатка;

СЛ – сопловая лопатка.


 

Общая структура расчета

1. Исходные данные
l – длина лопатки; dc – средний диаметр ступени; T1 – температура среды за СЛ; ρ2 – плотность среды за РЛ; ω – угловая скорость вращения; ПМ – модельные профили сечений; – относительный шаг РЛ; W1, W2, β1, β2 – параметры треуг. скростей.
2. Выбор конструкционного материала
М – материал; σдоп – допустимые напряжения; Кзап – коэффициент запаса прочности.
3. Расчет на растяжение
F(ζ)/F0 – закон изменения площадей профилей по высоте; σ(ζ) – распределение растягивающих напряжение по высоте.
T1
l, dc, ω
σдоп
4. Расчет на изгиб
F(ζ), b(ζ) и др – распределение площадей, хорд и др. геометрических характеристик профилей по высоте; z2 – число рабочих лопаток ступени; σизг(ζ,ξ,η) – распределение изгибных напряжение по сечениям.
F(ζ)/F0
W1, W2, β1, β2
ПМ,
ρ2
Рис1. Общая структура расчета рабочей лопатки на прочность
ρ

Исходные данные

В качестве исходных данных к расчету принимаются следующие величины:

1. Длина лопатки l и средний диаметр ступени dc, полученные в результате предварительного расчета проточной части турбины.

2. Угловая скорость вращения ротора турбины ω.

3. Температура рабочего тела за сопловым аппаратом T1 и его плотность за рабочей решеткой ρ2, полученные в результате подробного аэродинамического расчета ступени турбины.

4. Тип профиля ПМ и относительный шаг рабочих лопаток принимаются в ходе выполнения подробного аэродинамического расчета ступени турбины.



5. Относительные скорости потока рабочей среды W1, W2 и углы β1, β2 соответственно на входе в сопловой канал и выходе из него, определенные в результате подробного аэродинамического расчета ступени турбины.

Если в ходе теплового расчета ступени турбины выполнялось аэродинамическое профилирование рабочей лопатки, то параметры ρ2, ПМ, W1, W2, β1, β2 не постоянны по высоте канала и определены для ряда отстоящих друг от друга сечений по радиальному направлению. Если же профилирование не выполнялось, то перечисленные параметры принимаются равными на среднем диаметре ступени и считаются постоянными по всей длине рабочей лопатки.

По результатам анализа исходных данных заполняется табл.1.1 и табл. 1.2

 

Таблица 1.1. Исходные данные

l, м dс, м ω, рад/с T1, 0С   Параметры на среднем диаметре
ПМ βу, град ρ2, кг/м3 W1, м/с W2, м/с β1, град β2, град
                       

 

Если аэродинамическое профилирование ступени турбины не выполнялось, то табл. 1.2 не заполняется.

Таблица 1.2. Данные аэродинамического профилирования

№ сечения z, м ПМ βу, град ρ2, кг/м3 W1, м/с W2, м/с β1, град β2, град
… N                  

Здесь z – координата расчетного сечения по высоте рабочей лопатки, N – количество расчетных сечений.

 

Выбор конструкционного материала и допускаемых напряжений

Свойства материалов

Предпосылкой к выбору конструкционного материала и допускаемых напряжений является значение температуры среды на входе в рабочий аппарат ступени Т1.

Для рабочих лопаток до температуры 440 0С целесообразно применять хромистые нержавеющие стали 1Х13 и 2Х13. Сталь 1Х13 обладает более высокими прочностными характеристиками из-за меньшего содержания в ней углерода. Кроме того, она более пластична, обладает высоким декрементом колебаний и более технологична.

При более высоких температурах используются хромистые нержавеющие стали 15Х12ВМФ (ЭИ802) и 15Х11МФ. Сталь 15Х11МФ целесообразно применять до температуры 540 0С, сталь ЭИ802 – до 560 0С. Для лопаток, работающих в зоне низких температур, но с очень большими напряжениями растяжения, может быть применена сталь ЭИ802.

Для изготовления сверхдлинных лопаток используются титановые сплавы, например, ВТ-6.

Свойства металлов, необходимые для вычисления допускаемых напряжений приведены в табл. 2.1.

Выбор допускаемых напряжений

Независимо от выбора величины допускаемых напряжений обязательна проверка вибрационных характеристик и в случае необходимости отстройка ступени.

При парциальном подводе пара напряжения парового изгиба для режима с неограниченным сроком службы рабочих лопаток не должны превышать 15-18 МПа. При полном подводе пара – 30-35 МПа.

Для лопаток, работающих в зоне температур 300С-2000С, допускаемые напряжения на растяжение

где σ0,2 – предел текучести, МПа; KT =1,7.

При температурах более 2000С, когда начинает сказываться ползучесть, допускаемые напряжения на растяжение выбираются минимальными из трех величин

где σдп – предел длительной прочности, МПа; σп – предел ползучести, МПа; KT =2,0; KД =2,0; KП =1,3. При этом подразумевается, что напряжения парового изгиба не превышают рекомендованных величин.

 

Таблица 2.1. Механические характеристики материалов

Марка стали Верхний предел температуры, 0С Предел текучести, МПа Предел прочности, МПа Предел длительной прочности, МПа Предел ползучести, МПа
1Х13 2Х13 15Х11МФ ЭИ802 ВТ-6

 

Расчет на растяжение

В качестве исходных данных для расчета рабочей лопатки турбины на растяжения являются минимальное допустимое напряжение на растяжение σдоп.р, длина l, средний диаметр dc и угловая скорость вращения ω лопатки.

Цель расчета – определить распределение растягивающих напряжений σ(ζ)и закон изменения площадей профиля F(ζ)/Fк по длине лопатки. Так как растягивающие напряжения не зависят от значения площади поперечного сечения, а определяются соотношением площадей, то на этом этапе принимается закон изменения и находятся значения отношения F(ζ)/Fк по высоте лопатки.

Ход расчета.

1. Перпендикулярно вертикальной оси лопатки проводятся 11 равноотстоящих друг от друга расчетных сечений, включая корневое и периферийное. Определяются абсолютные и относительные координаты расчетных сечений.

2. Определяется максимальное растягивающее напряжение (в корне) при условии, если лопатка будет выполнена с постоянной площадью сечения профиля по высоте

где ρ – плотность материала лопатки, кг/м3; ω – угловая скорость вращения лопатки, рад/с; rc – средний радиус ступени, м; l – длина лопатки, м; σ0 – максимальное растягивающее напряжение для лопатки с постоянным сечением профиля по высоте, Па.

3. Производится сравнение величины σ0 с допускаемым напряжением на растяжение σдоп.р.

4. Если σ0σдоп.р, то лопатку можно выполнять с постоянным сечением профиля по высоте (F=const, a=1). Тогда распределение растягивающих напряжений по высоте лопатки описывается следующим законом:

где υ=dc/l – веерность ступени; ζ=z/l – относительная координата сечения лопатки по высоте; z – абсолютная координата сечения лопатки по высоте, м; σ(ζ) – растягивающее напряжение в сечении с относительной координатой ζ по высоте, Па. По формуле (3.2) вычисляются значения растягивающих напряжений во всех расчетных сечениях. Результаты заносятся в таблицу 3.2. Таблица 3.1 не заполняется.

5. Если σ0 > σдоп.р, то лопатку необходимо выполнять переменного сечения с уменьшающимся от корня к периферии площадью. Рекомендуется принять один из следующих законов разгрузки.

5.1. Линейный закон изменения площади сечения по высоте.

В этом случае изменение площади поперечного сечения по высоте лопатки описывается формулой

где F(ζ) – площадь поперечного сечения лопатки с относительной координатой ζ по высоте, м2; Fк – площадь корневого сечения лопатки, м2; Fп – площадь периферийного сечения лопатки, м2.

Распределение растягивающих напряжений по высоте лопатки можно найти как

Максимальное растягивающее напряжение наблюдается в корневом сечении лопатки (ζmax=0), то есть σmax=σ(0). Параметр a подбирается таким образом, чтобы

Для этого задаются рядом значений параметра a от 0,9 до 0,1 с шагом 0,1 и по формуле (3.5) вычисляют σmax при ζ=ζmax и коэффициент разгрузки k=σmax0 Искомым является такое значение a, начиная с которого удовлетворяется условие (3.6). Результаты заносятся в таблицу 3.1. По формулам (3.3–3.5) вычисляются значения соотношения площадей и растягивающих напряжений во всех расчетных сечениях. Результаты заносятся в таблицу 3.2.

5.2. Показательный закон изменения площади сечения по высоте.

Площадь поперечного сечения лопатки подчиняется закону

Распределение растягивающих напряжений по высоте лопатки определяется как

Сечение, в котором растягивающие напряжения достигают максимума, вычисляется по формуле

Если ζmax, вычисленное по (3.9) меньше нуля, то принимаем ζmax=0.

Параметр a подбирается так, чтобы выполнялось условие (3.6). Для этого задаются рядом значений параметра a от 0,9 до 0,1 с шагом 0,1 и по формуле (3.8) вычисляют σmax при ζ=ζmax и коэффициент разгрузки k=σmax0. Искомым является такое значение a, начиная с которого удовлетворяется условие (3.6). Результаты заносятся в таблицу 3.1. По формулам (3.7-3.8) вычисляются значения соотношения площадей и растягивающих напряжений во всех расчетных сечениях. Результаты заносятся в таблицу 3.2.

5.3. Лопатка равной прочности.

Лопатка равной прочности имеет два участка. На первом участке при 0≤ζ≤ζ* напряжения постоянны и принимаются равными допустимым, т.е σ1maxдоп.р. На втором участке при ζ*<ζ≤l лопатка имеет постоянное поперечное сечение.

Координата границы участков лопатки равной прочности, вычисляется по формуле

где υ=dc/l – веерность ступени; k=σmax0 – коэффициент разгрузки.

Изменение площади поперечного сечения по высоте лопатки определяется зависимостью

где r=rк+z – текущий радиус.

Распределение растягивающих напряжений по высоте лопатки равной прочности определяется следующими зависимостями:

По формулам (3.11-3.12) вычисляются значения соотношения площадей и растягивающих напряжений во всех расчетных сечениях. Результаты заносятся в таблицу 3.2. Таблица 3.1 не заполняется.

 

Таблица 3.1. Определение коэффициента разгрузки

a 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1
ζmax                  
σmax, МПа                  
k                  
Искомые величины
a ζmax σmax, МПа k
       
                         

 

 

Таблица 3.2. Распределение площадей сечений и растягивающих напряжений

  υ σ0, МПа ζmax σmax, МПа k/a
         
ζ 0,1 0,2 0,3 0,4 0,4 0,6 0,7 0,8 0,9
z,м                      
F(ζ)/Fк                      
σ(ζ), МПа                      
                               

 

По результатам расчета строятся графики зависимостей F(ζ)/Fк и σ(ζ) по высоте лопатки.

 

Расчет на изгиб

В качестве исходных данных для расчета рабочих лопаток на изгиб выступают результаты аэродинамического расчета ступени (табл. 1.1 и табл. 1.2) в том числе выбранный модельный профиль, распределение площадей поперечных сечений профиля по высоте лопатки (табл. 3.2). Разбиение лопатки на расчетные сечения выполняется также, как и в расчете на растяжение, т.е. принимается одиннадцать сечений включая корневое и периферийное.

Цель расчета – определить абсолютные значения геометрических характеристик профилей и изгибное напряжение для входной и выходной кромок профиля в каждом из расчетных сечений, а так же количество рабочих лопаток на турбинном колесе.

Ход расчета.

Методика расчета лопатки на изгиб отличается для коротких (υ>5) и длинных (υ≤5) лопаток.






ТОП 5 статей:
Экономическая сущность инвестиций - Экономическая сущность инвестиций – долгосрочные вложения экономических ресурсов сроком более 1 года для получения прибыли путем...
Тема: Федеральный закон от 26.07.2006 N 135-ФЗ - На основании изучения ФЗ № 135, дайте максимально короткое определение следующих понятий с указанием статей и пунктов закона...
Сущность, функции и виды управления в телекоммуникациях - Цели достигаются с помощью различных принципов, функций и методов социально-экономического менеджмента...
Схема построения базисных индексов - Индекс (лат. INDEX – указатель, показатель) - относительная величина, показывающая, во сколько раз уровень изучаемого явления...
Тема 11. Международное космическое право - Правовой режим космического пространства и небесных тел. Принципы деятельности государств по исследованию...



©2015- 2021 pdnr.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.