Биргер И А , Шорр Б Ф , Иосилевич Г Б - Расчет На Прочность Деталей Машин Справочник (1993.4 Изд)(Scan) (947315), страница 67
Текст из файла (страница 67)
При симметричном цикле для лопаток компр~ссора — стальных а,л— 400 —:550 МПа, титановых а гл ж 260 —:450 МПа; длн лопаток турбин а,л аа 160 —;300 МГ!а. Обычно а,л гм ж (0,5 —:0,9) а м где а х — предел выносливости образцов. Запас прочности должен учитывать разброс максимальных напряжений между отдельными экземплярами ма. шин н между отдельнымн лопатхами, неточность определения максимального шррбомшиин Расчет деталей фд7 фауг с7 удо гад Луд асугу ж ддд уоо Р, у-Ч Рпс. Э.
Спекгрограима переменных ааоркмепвя а лопатке: à — ГС вЂ” гврионпвв вовбужаеава напряжения при тензометрировании, воэможность случайного повреждения поверхности лопатки н эксплуатации, эрозию поверхности и ряд других фаиторов. Поэтому для обеспечения надежной рябовы турбомашины запас прочности лопатки по переменным напряжениям должен быть достаточно большим (обычно п „м 3). Прц проектировании лопаток косвенной оценкой надежности могут служить напряжения в лопатке от изгиба статическими газовымн силами (см. с.
277). Однако дальнейшее экспери. ментальное определение запасов выносливосчи лопаток является совершенно необходимым. Если запас прочности по переменным напряжениям оказываетсн недостаточным, он должен быть увеличен в процессе экспериментальной доводки машины.
Основные пути повышения запаса прочностн лопаток приведены ниже. Часлгслснал отсгнрсйка явл яесся наиболее эффективным средстволс для машин с узким диапазоном рабочих частот вращения, который может быть полностью освобожден от опасных резонансов. Для машин с широким диапазоном рабочих частот вращения полсзьо переводить сильные резонансы на малоиспользуемые или проходные обороты. Отстройка большей частью проводится «вверх», т. е.
повышением собственной частоты лопатки, хотя в некоторых случаях можно частоту снижать Повышения основной изгнбной частоты достигают утолщением корневого и близких и нему сечений. Необходимое изменение размеров лопатки определяют расчетным путем и уточняют экспериментально. Простым и эффективным средством изменения частот, в том числе высоких форм, является подрезка уголков у периферии пера лопатки. Величину подрезки и ее форму устанавливают экспериментально испытаниями лопатки на вибраторе. При отстройке должен быть обеспечен запас на разброс собстненных частот отдельных лопатон за счет технологических допусков.
Возможный разброс частот устанавливают по результатам испытаний нескольких (не менее трех) комплектов лопаток серийного изготовления. Углаличснис опасных сечений лопатки, особенно кромок, приводит к перерве. пределению динамических напряжений и к изменению их урания. Эффективным оиазывэется также повышение качества нонтроля геометрии лопатки и ужесто. чение допусков. Изменение режима работа турбомашины, улучшение согласования работы ступеней, различные аэродинамические мероприятия, затягивающие наступлс.
ния срывов на наиболее напряженных ступенях. Изменение числа стоек, окон пере- пуска воздуха и других возбудителей меняет интенсивность отдельных гармоник и соответственно резонансные напряжения. Такой же эффект оказывает изменение формы входного устройства, улучшение аэродинамики стоек и другие мероприитии, Расчет дисков. 1(ипряхгния ни контуре 315 (156) Увеличение асгвага вазари между направляющими и рабочими лопатками снижает интенсивность возбуждения высокочастотных форм колсбаннй Для ликвидации сильного резонанс. ного возбуждения от сопловых лопаток турбины можно применять так называемую ризнаииысвасть, т.
е. постановку сапловых лопатах с неодинаковым шагом. При этом резко умень. шается интенсивность возбуждения га рмоникой й =- г и, но появляется ряа близких гарссойик. Аналогично влияет несимметричное расположение стоек, окон перепуска и других возбудителей. Повышение запаса орочностн может быть достигнуто тахже увеличением предела выносливости лопатки, осабонно его минимального значения.
Это обеспечивается выбором оптимальных режимов механико-термической абра. ботки и их строжайшим нонтролем, а также применением специальных методов поверхнасююго упрочнения лопатки, особенно ее крамок Следует контролировать уровень ас. таточных напряжений у поверхности (лучше, если анн сжимающие) и предел выносливости лопатки а эл. Простым и полезным нераэрушающим средством контроля является проверка основной частоты колебаний всех лопаток в процессе производства.
РАСЧЕТ ДИСКОВ. НАПРЯЖЕНИЯ НА КОНТУРЕ Рассмотрим асесимметричное растяжение дисков от действия центробежных снл и перавномераога нагрева. В диске возникают напряжения радиальные а, н окружные (тангенциальные) аа (рнс 51) Ва вссх точках цилиндрической поверхности радиуса г (или, короче, нэ радиусе г) напра кения одинаковы вследствие симметрии Радиальные напряженна на внешнем контуре а„ь (рнс 52) создаются центробежными сил элси ат лопаток и замковой части диска В центре диска без атвер.
стия аа, = ат, что вытекает из условия симметрии Для дисха с тверстием радиальное напряжение на внутреннем контуре или равно нулю (а,о = О, свободное отверстие), или приравнивается давлению напрессовки ва вал Рнс. ЭК Направлено» нппрнмснна и Лнскв (а,о= — р, где р — даВление напрессовки в рабочих условиях) Прн определении радиальных напряжений на ободе предполагается, что они распределяются равномерно по цилиндрической поверхности на радиусе Ь. Напряжение от центробежных сил профильных частей лопаток гС„ "ь= ыдь' где г — число лопаток, Сп — центра.
бежная сила профильной части лопатки, дь — толщина диска на радиусе Ь Напряжения ат замковых частей лопаток и диска выражаются равен. створ 2 ЬсР ась = Ры габ й (15У) Рнс. Э2. Граничные условно прн расчете Лнснон Расчет деталей турбомашим 316 гЯ пгь = — = 2пЬЛь 22«ЬЬь где р — платность материала; ю— угловая скорость диска; г, — радиус корневого сечения профильной части лопатки; 6 — радиальная высота замка; Ьо — средняя толщина замка дисор ха; Ьь — толшина диена на внешнем радиусе Ь. При выиоде формулы (157) предпола. галось, что кольцевой слой между радиусами г, и Ь целином заполнен металлом; центробежная сила этого слоя создает напряжении о",ь, Радиальяые напряжения на внешнем контуре диска и =о'+и = — + 2Сп гЬ гз гз 2нбйЬ йо, вг 6 .
(158) о Ьь Растягнвающее напряжение в опасном сечении замхового выступа диска 2пЬ оа, в = ать —, (159) ас где 2пЬ)г — шаг лопатки на радиусе Ь; с — ширина перемычки (рис. 53). В дисках газовых турбин о,ь —— = 100 —;180 МПа, а значения о,. ( 200 —:250 МПа. Рмс.
ЬЗ. К определению раакахьвого па врвм«каа мв ободе Запас прочности в замковых высту. пах дисков газовых турбин л = дл ) 2,5, (160) о в где одл — предел длительной прочности материала диска с учетом температуры и длительности работы. При работе диена на различных режимах запас прочрссти определяют для наждого режимз в отдельности и проводят «суммирование повреждаемо. стим Обший запас прочности определяют по формуле (33) в гл. 2. Формула (158) справедлива и для замков других типов, если центробежные силы замновой части можно учитывать указанными ранее способами. Для замков типа ласточкин хвост следует принимать во внимание распорное действие клинат и определять п,з по формуле з1п (а+ 0,55) Мни ~l 2(С ' С (161) где !] — сила, отрываюшая перемычку замкового выступа диске; Сп = Сп+ + Св — центробежная сила профильной и замковой частей лопатки; Св— центробежная сила замкового выступа диска [см.
формулу (144)]. Если считать з!п (и + 0,55) з1п я что допустимо, например, при а 20' и числе лопаток 2) 50, то формулы (158) и (161) совпадают, так как Св -г Св ср Ь 22«ЬЬь Ьь Ры г«6 Величина а,ь в дисках осевых компрессоров лежит обычно в пределах 20 — 80 МПа. ' Если ось замка кв параллельна оск вращекка, то коктактпма усклк» вмвывают скручквакке замкового выступа. «то в квкогорых случавх кеобходкмо учитывать. Запасы прочиосши диска 317 Вследствие осевой симметрии точки диска имеют только радиальное перемещение и.
Предполагая дефор маци н диска упругими, будем иметь перемещение на радиусе г; г и= Е (аа — тп,)+гаТ, (162) )уде Š— модуль упругости материала; щй и и, — окружное н радиальное напряжения; т — коэффициент Пуас.- сона; и — коэффициент линейного расе шнрения; Т вЂ” температура диска, 'С. Все величины, входящие в равенство (!62), определяют для заданного радиуса. ЗАПАСЫ ПРОЧНОСТИ ДИСКА Запас прочности по разрушающей частоте вращения. Одной из основных оценок прочности диска является запас по разрушающим оборотам (частоте праце пня) Л, = —, (166) "раар и Где лраар — частота вращения, прн которой произойдет разрушение диска (с учетом температуры и длительности рабэты); л — максимальная (расчет.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
