2020-01-14
946
При работе авиационного газотурбинного двигателя на рабочие лопатки действуют статические, динамические и температурные нагрузки, вызывая сложную картину напряжений.
Расчет на прочность пера лопатки выполняем, учитывая воздействие только статических нагрузок. К ним относятся центробежные силы масс лопаток, которые появляются при вращении ротора, и газовые силы, возникающие при обтекании газом профиля пера лопатки и в связи с наличием разности давлений газа перед и за лопаткой.
Центробежные силы вызывают деформации растяжения, изгиба и кручения, газовые – деформации изгиба и кручения.
Напряжения кручения от центробежных, газовых сил слабозакрученных рабочих лопаток компрессора малы, и ими пренебрегаем.
Напряжения растяжения от центробежных сил являются наиболее существенными.
Напряжения изгиба обычно меньше напряжений растяжения, причем при необходимости для уменьшения изгибающих напряжений в лопатке от газовых сил ее проектируют так, чтобы возникающие изгибающие моменты от центробежных сил были противоположны по знаку моментам от газовых сил и, следовательно, уменьшали последние.
|
|
|
Допущения, принимаемые при расчете
При расчете лопатки на прочность принимаем следующие допущения:
· лопатку рассматриваем как консольную балку, жестко заделанную в ободе диска;
· напряжения определяем по каждому виду деформации отдельно;
· температуру в рассматриваемом сечении пера лопатки считаем одинаковой, т.е. температурные напряжения отсутствуют;
· лопатку считаем жесткой, а деформацией лопатки под действием сил и моментов пренебрегает;
· предполагаем, что деформации лопатки протекают в упругой зоне, т.е. напряжения в пере лопатки не превышают предел пропорциональности.
Цель расчета
Цель расчета на прочность лопатки – определение напряжений и запасов прочности в различных сечениях по длине пера лопатки.
В качестве расчетного режима выбираем режим максимальной частоты вращения ротора и максимального расхода воздуха через двигатель. Этим условиям соответствует взлет или полет с максимальной скоростью у земли (рис. 2).
Расчетная схема
Рис. 2 - К определению геометрических характеристик расчетных сечений лопатки КВД
Исходные данные
1. Материал лопатки: ВТ8;
2. Длина лопатки 
=0.052 м;
3. Радиус корневого сечения 
=0.131 м;
4. Объем бандажной полки 
=0 м 
;
5. Хорда профиля сечения пера 
- в корневом сечении 
=0.023 м;
- в среднем сечении 
=0.023 м;
- в периферийном сечении 
=0.023 м;
6. Максимальная толщина профиля 
- в корневом сечении 
=0.0030 м;
- в среднем сечении 
=0.0020 м;
- в периферийном сечении 
=0.0015 м;
7. Максимальная стрела прогиба профиля 
- в корневом сечении 
=0.0033 м;
|
|
|
- в среднем сечении 
=0.0025 м;
- в периферийном сечении 
=0.0020 м;
8. Угол установки профиля 
- в корневом сечении 
=1.15 рад;
- в среднем сечении 
=0.89 рад;
- в периферийном сечении 
=0.72 рад;
9. Интенсивность газовых сил на среднем радиусе в окружном направлении
;
10. Интенсивность газовых сил в осевом направлении
;
В формулах: 
– радиус сечения; 
– число лопаток; 
- плотность газа 
– осевая составляющая скорости газа перед лопаткой; 
– окружные составляющие скорости газа перед и за лопаткой; 
– давление газа (воздуха) перед и за лопаткой.
=465 Н/м,
=554 Н/м, 
=795 Н/м.
11. Частота вращения рабочего колеса 
=16400 об/мин;
12. Плотность материала лопатки 
=4530 кг/м 
;
13. Предел длительной прочности 
=950 МПа.
Определение напряжений изгиба
Напряжения изгиба в каждой точке расчетного сечения определяются по формуле
В целях упрощения расчета значения изгибающих моментов и моментов сопротивления берут без учета знаков (по модулю).
Напряжение изгиба от газовых сил, как правило, определяют в трех точках, наиболее удаленных от оси h(на рисунке 2.2 это точки А, Б и В).
Так в точке А
;
в точке В
;
в точке С 
Вместе с тем знак при определении напряжения изгиба характеризует вид деформации волокон лопатки. Так, если волокна лопатки растянуты, то напряжение изгиба имеет знак "+", если же они сжаты, то "-". Заметим, что от действия газовых нагрузок на кромках профиля (в точках А и В) всегда возникают напряжения растяжения, а на спинке профиля (в точке С) – напряжения сжатия.
