Расчет турбины высокого давления двигателя Д-30

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 28 Мая 2012 в 07:14, курсовая работа

Описание

Двухконтурный двигатель Д-30 I серии с 1966 по 1977 гг. устанавливался на пассажирские самолеты Ту-134. Д-30 построен по двухвальной схеме со смешением потока газа наружных и внутренних контуров, состоит из пятиступенчатого осевого компрессора низкого давления (πкнд = 2,5), десятиступенчатого компрессора высокого давления (πквд = 7,4), кольцевой камеры сгорания с 12 форсунками, двухступенчатой турбины высокого давления, двухступенчатой турбины низкого давления.

Содержание

Введение……………………………………………………………………………... 3
Выбор конструктивной схемы проектируемого узла…………………………..
4
Описание конструкции спроектированного узла……………………………….
4
Расчёты на прочность и колебания………………………………………………
6
Расчёт пера рабочей лопатки на прочность…………….…………………
6
Исходные данные………………………………………………………
6
Расчёт геометрических характеристик сечений пера лопатки……...
8
Подготовка данных для расчета в программе UISAPR…..………….
9
Расчет лопатки на прочность в программе UISAPR…………………
11
Расчёт рабочей лопатки на колебание……………………………………..
14
Расчет собственной частоты колебаний лопатки в программе UISAPR…………………………………………………………………
14
Определение динамических частот колебаний лопатки, соответствующих режимам работы двигателя максимал – малый газ…………………………………………………………..…………...
15
Определение формы колебаний, при котором наступит резонанс……………………………………………..………………….
15
Расчёт диска на прочность………………………………………………….
16
Подготовка данных для расчета данных в UISAPR …………………
16
Расчёт диска на прочность в программе UISAPR …………………..
17
Расчёт вала на критические обороты………………………………………
19
Подготовка данных для расчета в программе UISAPR …………….
19
Расчет вала на критические обороты в программе UISAPR ……….
20
Патентное исследование………………………………………………………….
21
. Краткое описание патентов………………………………………………….
21
4.2. Анализ патентов…………………………………………………………….. 38
Заключение………………………………………………………………………….. 42
Список литературы…………………………………

Скачать (1.01 Мб) Сколько стоит заказать работу?
Работа состоит из  1 файл

Расчет ТВД Д-30.doc

— 1.43 Мб (Скачать документ)

     Таблица 3.2

№ сечения R, м C1u, м/с C2u, м/с C1a, м/с C2a, м/с p1, МПа p2, МПа Tw2*, К
5 0,2895 538,878 159,416 208,892 242,12 1,095 0,783 1287,7
4 0,30514 554,3386 164,6242 205,3944 236,2174 1,0692 0,783 1285,406
3 0,32078 569,7992 169,8324 201,8968 230,3148 1,0434 0,783 1283,112
2 0,33642 585,2598 175,0406 198,3992 224,4122 1,0176 0,783 1280,818
1 0,35206 600,7204 180,2488 194,9016 218,5096 0,9918 0,783 1278,524
0 0,3677 616,181 185,457 191,404 212,607 0,966 0,783 1276,23

 

                               Таблица  3.3

№ сечения b, мм h, мм d, мм S, мм2 b
5 50,241765 16,291538 9,366015 155,442 45,160 3708,50984 37310,94016
4 49,48588 15,520726 8,6876506 177,057 42,203 5079,99168 45965,97769
3 48,729995 14,749913 8,0092862 186,255 39,246 6451,47351 54621,01522
2 47,97411 13,979101 7,3309218 206,519 36,288 7822,95535 63276,05275
1 47,218225 13,208288 6,6525574 181,426 33,331 9194,43719 71931,09027
0 46,46234 12,437476 5,974193 131,758 30,374 10565,919 80586,1278

 

    Продолжение таблицы 3.3

точка А точка B точка D
, мм
, мм
, мм
, мм
, мм
, мм
-20,488166 10,45996 29,7536 10,45996 -7,61115 -8,02484
-20,0189196 10,9214 29,46696 10,9214 -8,22832 -7,3212
-19,5496732 11,38285 29,18032 11,38285 -8,84548 -6,61755
-19,0804268 11,8443 28,89368 11,8443 -9,46265 -5,91391
-18,6111804 12,30574 28,60704 12,30574 -10,0798 -5,21027
-18,141934 12,76719 28,32041 12,76719 -10,697 -4,50663

 

    Таблица 3.4
7182,495 -7235,05

 
      1. Расчет  лопатки на прочность в программе UISAPR
  1. ***********************************************************************
  2. ****             РАСЧЕТ РАБОЧИХ ЛОПАТОК ГТД НА ПРОЧНОСТЬ          ****
  3. ***********************************************************************
  4.                   ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА                        
  5.      материал лопатки XH70
  6.      частота вращения  W =  844.6 1/c
  7.      единичная газовая сила по оси X  Px =  7182.50 Н/м
  8.      единичная газовая сила по оси Y  Py = -7325.05 Н/м
  9.      плотность материала лопатки Ro = 7900.0 кг/м3
  10.      объем бандажной полки Yb =    0.0 мм
  11.      радиус центра масс бандажной полки Rb =   0.0
  12. !---------------------------------------------------------------------!
  13. ! температуры,пределы длительной прочности и коэффициенты компенсации !
  14. !---------------------------------------------------------------------!
  15. ! номер сечения !   0    !   1    !   2    !   3    !   4    !   5    !
  16. !---------------------------------------------------------------------!
  17. !    T (К)      ! 1151.7   1150.2   1148.7   1147.2   1145.7   1144.1 !
  18. !  SIT (МПа)    !  263.9    266.0    268.0    270.1    272.1    274.2 !
  19. !  UKX ( - )    !  0.000    0.000    0.000    0.000    0.000    0.000 !
  20. !  UKY ( - )    !  0.000    0.000    0.000    0.000    0.000    0.000 !
  21. !---------------------------------------------------------------------!
  22. !          геометрические характеристики сечений лопатки              !
  23. !---------------------------------------------------------------------!
  24. ! номер сечения !   0    !   1    !   2    !   3    !   4    !   5    !
  25. !---------------------------------------------------------------------!
  26. !    R (мм)     !  392.1    382.3    372.4    362.6    352.7    342.9 !
  27. !    F (мм2)    !  155.4    177.1    186.3    206.5    181.4    131.8 !
  28. !  BET (град)   !   45.2     42.2     39.2     36.3     33.3     30.4 !
  29. !  AJ1 (мм4)    ! 3708.5   5080.0   6451.5   7823.0   9194.4   10565.9!
  30. !  AJ2 (мм4)   ! 37310.9  45966.0  54621.0  63276.1  71931.1  80586.1!
  31. !  AKA (мм)     !  -20.5    -20.0    -19.5    -19.1    -18.6    -18.1 !
  32. !  AKB (мм)     !   29.8     29.5     29.2     28.9     28.6     28.3 !
  33. !  AKD (мм)     !   -7.6     -8.2     -8.8     -9.5    -10.1    -10.7 !
  34. !   QA (мм)     !   10.5     10.9     11.4     11.8     12.3     12.8 !
  35. !   QB (мм)     !   10.5     10.9     11.4     11.8     12.3     12.8 !
  36. !   QD (мм)     !   -8.0     -7.3     -6.6     -5.9     -5.2     -4.5 !
  37. !=====================================================================!
  38. !                      результаты расчета                             !
  39. !=====================================================================!
  40. ! номер сечения !   0    !   1    !   2    !   3    !   4    !   5    !
  41. !---------------------------------------------------------------------!
  42. !    X (мм)     !    0.0      0.0      0.0      0.0      0.0      0.0 !
  43. !    Y (мм)     !    0.0      0.0      0.0      0.0      0.0      0.0 !
  44. ! AMPX (Н*м)    !    0.0     0.35     1.42     3.19     5.67     8.86 !
  45. ! AMJX (Н*м)    !    0.0     0.00     0.00     0.00     0.00     0.00 !
  46. ! AMPY (Н*м)    !    0.0     0.35     1.39     3.13     5.56     8.69 !
  47. ! AMJY (Н*м)    !    0.0     0.00     0.00     0.00     0.00     0.00 !
  48. !  AM1 (Н*м)    !    0.0     0.50     1.98     4.42     7.79    12.04 !
  49. !  AM2 (Н*м)    !    0.0     0.02     0.18     0.63     1.53     3.02 !
  50. !  SRS (МПа)    !    0.0    20.15    39.56    55.05    83.86   138.40 !
  51. ! SIGA (МПа)    !    0.0     1.07     3.55     6.89    10.83    15.23 !
  52. ! SIGB (МПа)    !    0.0     1.05     3.39     6.41     9.82    13.49 !
  53. ! SIGD (МПа)    !    0.0    -0.71    -2.00    -3.25    -4.20    -4.74 !
  54. !  SSA (МПа)    !    0.0    21.23    43.11    61.94    94.69   153.62 !
  55. !  SSB (МПа)    !    0.0    21.21    42.95    61.46    93.69   151.88 !
  56. !  SSD (МПа)    !    0.0    19.44    37.56    51.80    79.66   133.66 !
  57. ! SMAX (МПа)    !    0.0    21.23    43.11    61.94    94.69   153.62 !
  58. !   AN          ! 100000000000000000000.0    12.53     6.22     4.36     2.87     1.78 !
  59. !---------------------------------------------------------------------!
  60.   *****    минимальный коэффициент запаса прочности ANMIN =  1.78
 
 

     По  полученным результатам построены графики, рисунки 3.5, 3.6, 3.7, 3.8. 

     

     Рисунок 3.5 – Напряжения растяжения от центробежных сил и максимальные напряжения 
 
 
 
 

     

Рисунок 3.6 – Напряжения изгиба в точкахA, B, D

Рисунок 3.7 – Результирующие напряжения в точках A, B, D 

Рисунок 3.8 – Коэффициент запаса прочности лопатки

     Вывод: минимальный запас прочности  K=1,78  в корневом сечении лопатки, что входит в заданный диапазон , следовательно, лопатка из материала ХН70Ю  обеспечивает нужную работу под воздействием заданных на нее нагрузок.

      3.2. Расчет рабочей лопатки на колебания

     Частота собственных колебаний лопатки определялась в программе      UISAPR.

    3.2.1. Расчет собственной  частоты колебаний  лопатки в программе UISAPR

***********************************************************************

*           ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА ЛОПАТКИ НА КОЛЕБАНИЯ          *

***********************************************************************

* Высота пера  лопатки [ м ]                              *     0.04919*

* Модуль упругости  материала пера лопатки [ Па*E-12 ]    *     0.20500*

* Плотность материала  лопатки [ кг/м3 ]                  *  7900.00000*

* Момент инерции  сечения 1 лопатки [ м4*Е9 ]             *    10.56592*

* Момент инерции  сечения 2 лопатки [ м4*Е9 ]             *     9.19444*

* Момент инерции  сечения 3 лопатки [ м4*Е9 ]             *     7.82296*

* Момент инерции  сечения 4 лопатки [ м4*Е9 ]             *     6.45147*

* Момент инерции  сечения 5 лопатки [ м4*Е9 ]             *     5.07999*

* Площадь сечения  1 лопатки [ м2*Е3 ]                    *     0.17706*

* Площадь сечения  2 лопатки [ м2*Е3 ]                    *     0.18625*

* Площадь сечения  3 лопатки [ м2*Е3 ]                    *     0.20652*

* Площадь сечения  4 лопатки [ м2*Е3 ]                    *     0.18143*

* Площадь сечения  5 лопатки [ м2*Е3 ]                    *     0.13176*

***********************************************************************

         Низшая собственная частота колебаний  лопатки = 9467.1 Гц

*********************************************************************** 

     3.2.2.Определение динамических частот колебаний лопатки, соответствующих режимам работы двигателя максимал - малый газ

    Динамическую  частоту колебания лопатки - , определяем по формуле:

                                                      (3.5),

    где - коэффициент пропорциональности (динамического ужесточения),

     - частота вращения для режима двигателя максимал;

     - частота вращения для режима двигателя  малый газ.

    Тогда:

-режим максимал;

- режим малый газ. 

     3.2.3. Определение формы  колебаний, при которых наступит резонанс

     Варьируя  формой колебания, находим частоту  вращения ротора по формуле 3.7:

                               (3.6),

а затем  находим  при условии, что динамические колебания должны попадать в область работы двигателя малый газ – максимал (Рисунок 3.9). В результате получили, что при 71≤k≤234 лопатки входят в резонансный режим.

Рисунок 3.9 – Динамические колебания в  области малый газ – максимал

     Вывод: при форме колебаний 71≤k≤234 лопатки входят в автоколебательный процесс на режимах работы двигателя близких к максималу, но т.к. форма колебаний высокая (k≥9), то эти колебания считаем неопасными.  

     3.3. Расчет диска на  прочность

     Расчет  диска на прочность осуществлялся  в программе UISAPR. При этом примем, что запас прочности - .

     3.3.1 Подготовка данных для расчета в программе UISAPR

     Диск, представленный на рисунке 3.10, был заменен эквивалентной схемой, представленной на рисунке 3.11.

     

     Рисунок 3.10 – Исходный диск

     Рисунок 3.11 – Эквивалентная схема диска 

     3.3.2 Расчет диска на прочность в программе UISAPR

***********************************************************************

*           ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА  ДИСКОВ НА ПРОЧНОСТЬ           *

***********************************************************************

* Признак диска(0-компрессора,1-турбины)                 *     1.00000*

* Признак расчета(0-без учета температуры,1-с учетом)    *     1.00000*

* Число сечений  диска                                    *    16.00000*

* Угловая скорость  вращения диска [1/c]                  *   844.56690*

* Плотность материала  диска [кг/м3]                      *  8570.00000*

* Напряжение в  корневом сечении лопатки [МПа]            *   138.40000*

* Площадь корневого  сечения лопатки [cм2]                *     1.55442*

* Число лопаток                                          *    75.00000*

* Площадь сечения обода диска [cм2]                      *    10.51587*

* Радиус центра  тяжести обода диска [м]                  *     0.44800*

* Коэффициент Пуассона                                   *     0.30000*

* Радиальн.напряжение  в сечении 1 ( расчет 1) [МПа]      *   250.00000*

* Радиальн.напряжение  в сечении 1 ( расчет 2) [МПа]      *   100.00000*

* Тангенциальн.напряжение  в сечении 1 (расчет 1) [МПа]   *   250.00000*

* Тангенциальн.напряжение  в сечении 1 (расчет 2) [МПа]   *   100.00000*

***********************************************************************

*                     Параметры по сечениям диска                     *

***********************************************************************

* Nсеч *  R[m]  *   R[m]  * E[Па*E-12]*  T[K]  * AL[1/K*E5] * SD[МПа] *

***********************************************************************

*   1  *  0.119 *  0.0730 *       0.2 *  973.2 *  125.7000000 *  960.00 *

*   2  *  0.193 *  0.0670 *       0.2 *  975.2 *  128.1020000 *  882.08 *

*   3  *  0.208 *  0.0720 *       0.2 *  976.7 *  128.5860000 *  866.40 *

*   4  *  0.217 *  0.0410 *       0.2 *  977.8 *  128.8700000 *  857.19 *

*   5  *  0.242 *  0.0270 *       0.2 *  982.4 *  129.6850000 *  830.76 *

Информация о работе Расчет турбины высокого давления двигателя Д-30