Файл: Курсовой проект по дисциплине конструкция и прочность авиационных двигателей тема Анализ статической и динамической прочности рабочей лопатки первой ступени турбины гтд тв2117.docx

Напряжения изгиба от газодинамических сил в каждом сечении пера лопатки определим по упрощённой методике:

31)

где m – коэффициент пропорциональности (для лопаток с бандажной полкой m = 0,25).

Пример расчета:



В общем случае суммарные действующие напряжения в каждом сечении пера лопатки определяются суммой напряжений от центробежных и газодинамических сил в этих сечениях.
. (32)

Пример расчета:

188,84 + 229,16 + 47,21 = 465,21 МПа
Результаты термометрирования двигателей в стендовых условиях позволяют получить эмпирическую зависимость, которая с достаточной степенью точности описывает распределение температуры по высоте пера лопатки:

(33)

где - температура газа на входе в турбину, .

Далее следует воспользоваться характеристиками длительной прочности жаропрочного сплава ЖС-6К, и определить допустимые напряжения в каждом сечении пера лопатки по формулам:

Пример расчета дл:




(34)



(35)
Будем производить расчёт по второй формуле, т.к. .

Пример расчета :

839,81
Найдём коэффициент запаса прочности для каждого сечения.

. (36)

Пример расчета:

839,81/465,21 = 1,805

---

2.3 Результаты расчёта

В этом пункте внесем окончательные результаты, воспользовавшись программой расчета. В данной таблице проведены все значимые для данной задачи параметры.
Таблица 1 - Результаты расчёта статической прочности рабочей лопатки

R	σц	σц.п.	σиз	σΣ	tл	σдоп	Kзп
м	МПа	МПа	МПа	МПа	Град	МПа	-
0,11	188,84	229,16	47,21	465,21	677,6	839,81	1,8052
0,12	166,69	258,54	41,67	466,9	732,35	689,47	1,4767
0,13	137,67	291,67	34,42	463,77	771,24	582,66	1,2564
0,14	100,9	329,06	25,23	455,19	794,28	519,4	1,1411
0,15	55,386	371,24	13,85	440,47	801,47	499,68	1,1344
0,16	0	418,82	0,00	418,82	792,79	523,49	1,2499

---

Обозначения:

R – Радиус сечения лопатки;

σ_ц. - Напряжения от центробежных сил, действующих на массу пера лопатки;

σ_ц.п. - Напряжения от центробежных сил, действующих на массу бандажной полки;

σ_из - Изгибающие напряжения от действия газовых сил;

σ_{Σ -} Суммарные действующие напряжения в сечении пера лопатки;

t_л - Температура в сечении пера лопатки;

σ_доп. - Допустимые напряжения в данном сечении;

K_зп - Коэффициент запаса прочности в данном сечении

По полученным данным построим график изменения коэффициента запаса прочности по длине пера лопатки (рис. 5).


Рисунок 4 – График изменения коэффициента запаса прочности по длине пера лопатки



Рисунок 5 – Изменение коэффициента запаса прочности по длине лопатки

---

2.4 Вывод

По полученным данным, представленным на графике видно, что условие запаса прочности не удовлетворяется по всем сечениям пера лопатки, кроме первого сечения лопатки.

Наиболее вероятным разрушение будет в четвертом сечении, так как его коэффициент запаса прочности самый низкий из шести рассматриваемых сечений.

Для повышения запаса прочности следует снизить температурные нагрузки на лопатку путём её охлаждения или снижения полной температуры на входе в турбину, что снизит тяговые показатели двигателя. Также можно увеличить площадь поперечного сечения или установить в корневой части пера бандажную полку.

Целесообразно использовать при изготовлении лопаток более жаропрочную сталь.

В настоящее время на двигателе ТВ2-117, устанавливаемом на вертолётах Ми-8Т, лопатки первой ступени турбины имеют две бандажные полки, в корневой и концевой её частях.

Лопатки изготовлены из жаропрочной деформируемой стали ЭИ-867, температура газа на входе в турбину на взлётном режиме не превышает 850 градусов. Воздухом охлаждается только замковая часть лопатки и обод диска.

3 Анализ динамической прочности лопатки

3.1 Исходные данные

– длина рабочей лопатки;

– хорда профиля лопатки;

– максимальная толщина профиля;

– максимальное отстояние средней линии от хорды профиля;

– число лопаток соплового аппарата первой ступени турбины;

– число форсунок в камере сгорания;

– обороты малого газа;

---

– обороты на взлётном режиме;

– плотность сплава лопатки;

– модуль упругости сплава.

3.2 Ход работы

Цель анализа заключается в проверке наличия опасных резонансных режимов работы исследуемой детали в рабочем диапазоне частот вращения ротора и в резервных зонах близи частот малого газа и взлётного режима.

Прежде всего необходимо вычислить частоты собственных колебаний рабочей лопатки по первым трем изгибным формам. Считается что при наличии резонансов по первым трем изгибным формам, выход действующих напряжений за предел усталостной прочности материала является наиболее вероятным.

Частота собственных колебаний по первой изгибной форме определяется зависимостью:

(36)

где – коэффициент, учитывающий степень изменения площади сечения рабочей лопатки по её высоте.


Для расчёта момента инерции корневого сечения рабочей лопатки в направлении минимальной жесткости используется эмпирическая зависимость:




Остальные более сложные формы колебаний характеризуются частотами, которые приближенно описываются формулами:





5051,28

5870,4


9556,47

10921,7
При построении частотной диаграммы принимается допущение о том

---