книги / Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок. Вопросы и задачи

PTBJX ~ суммарная осевая сила, действующая на турбину высокого давле­ ния, приложена к передней части цапфы;

Ри.д - суммарная осевая сила, действующая на ротор низкого давления, приложена к стакану, в который устанавливается опора ротора низкого дав­ ления;

Рд - результирующая осевая сила распределенной нагрузки Qay обуслов­ ленной разностью давлений перед коническим элементом рассматриваемой детали 5 и за ним. В конструкции КВД применены передняя и задняя разгру­ зочные полости;

Рс- реакция на вал привода КВД со стороны опоры ротора.

Осевое положение ротора высокого давления относительно статора при работе двигателя остается неизменным, следовательно, выполняется соотно­ шение:

Анализ схемы нагружения показывает, что все нагрузки, действующие на рассматриваемую деталь, обусловлены: центробежными силами масс са­ мой детали, газодинамическими силами, действующими на рабочие лопатки компрессора и турбины, разностью давлений перед и за дисковым участком детали.

Центробежные силы при неизменной конструкции зависят только от частоты вращения. При увеличении или уменьшении частоты вращения со­ ответственно увеличиваются или уменьшаются пропорционально квадрату угловой скорости.

Нагрузки, обусловленные газодинамическими силами, действующими на рабочие лопатки компрессора и турбины, зависят от частоты вращения роторов двигателя и условий полета (например высоты). С увеличением час­ тоты вращения роторов увеличиваются окружные и осевые составляющие газодинамических сил, действующих на рабочие лопатки компрессора и тур­ бины, и, как следствие, пропорционально увеличиваются передаваемые кру­ тящие моменты и осевые усилия, воспринимаемые рассматриваемой дета­ лью. При уменьшении частоты вращения картина обратная. Из факторов, связанных с условиями полета, наиболее существенно влияет на характер на­ гружения высота полета. Например, с увеличением высоты полета уменьша­ ется плотность рабочего тела, следовательно, уменьшаются (при постоянной частоте вращения ротора) и газодинамические силы, действующие на рабо­ чие лопатки компрессора и турбины, и, как следствие, пропорционально уменьшаются передаваемые крутящие моменты и осевые усилия, восприни­ маемые рассматриваемой деталью. Разность давлений перед и за дисковым участком с увеличением высоты уменьшается, т.к. уменьшается абсолютная величина давлений при сохранении степени повышения давления.

103. Статическая прочность лопаток

Для заданного варианта лопатки (номер варианта указывается по табл. 10.3 или 10.4):

а) выполните расчет статических напряжений в лопатке от действия центробежных и газодинамических сил для характерных точек профиля;

б) постройте графики изменения напряжений растяжения от центробежвых сил, напряжений изгиба от газодинамических сил, напряжений изгиба от центробежных сил и суммарных напряжений по высоте лопатки;

в) определите коэффициент запаса статической прочности; г) постройте график изменения коэффициента запаса прочности по вы­

соте лопатки; д) дайте оценку работоспособности лопатки с точки зрения условий

прочности; е) при получении неудовлетворительных результатов предложите меро­

приятия по увеличению коэффициента запаса прочности и повторите расчет; ж) проанализируйте влияние используемых параметров на величину на­ пряжений и коэффициента запаса прочности. С этой целью проведите расче­

ты:

•при увеличении частоты вращения на 10 %,

•при увеличении газодинамических сил на 15 % (по абсолютной вели­

чине),

•при уменьшении максимальной толщины профиля лопатки на 5 %,

•при замене материала (материал для замены выберите самостоятель­

но).

Втабл. 10.3 приведены исходные данные для расчета лопаток компрес­ сора высокого давления, а в табл. 10.4 - исходные данные для расчета лопа­ ток турбин. Таблицы профилей приведены в приложении Г, схемы для по­ строения профилей лопаток - в приложении В, характеристики материалов -

вприложении Е.

Ниже приведены рекомендации к выполнению работы. Для выполнения расчетов рекомендуется использовать методику расчета статической прочно­ сти лопаток, основанную на стержневой модели, и программу расчета стати­ ческих напряжений в лопатке STRONG_STL. При расчете учесть: напряже­ ния растяжения от центробежных сил, напряжения изгиба от газодинамиче­ ских сил и напряжения изгиба от центробежных сил.

Расчет выполнить для режима, соответствующего максимальным оборо­ там ротора при М = 0 и Я = 0.

Газодинамическую силу, приложенную к лопатке, принять как погон­ ную нагрузку, постоянную по высоте лопатки. Газодинамическая сила пред­ ставлена в задании в виде двух составляющих: осевой составляющей Раи ок­ ружной составляющей Ри.

Принять температуру лопатки по сечению и по радиусу постоянной. Изменение выносов центров тяжести сечений от корневого к перифе­

рийному принять по линейному закону. Для первоначального расчета при­ нять величины выносов центров тяжести сечений равными нулю.