Расчет на статическую прочность диска

 

Расчет диска на статическую прочность производится методом конечных разностей [1], путем разбиения его на кольцевые элементы. Этот метод справедлив только для дисков симметричных относительно своей срединной плоскости, проходящей перпендикулярно оси вращения.

Обычно реальные диски имеют сложную конструкцию и не симметричную форму, поэтому их необходимо перестраивать и приводить к одной из расчетных симметричных относительно срединной плоскости схем.

При цилиндрической форме обода реального диска внешний радиус расчетной схемы диска определяется по основанию замковых пазов.

Если обод реального диска имеет коническую форму, то внешний радиус расчетной схемы диска проводится по наименьшему радиусу основания замковых пазов.

Для большинства конструкций внешний радиус кольцевой замковой части обода можно принять равным радиусу втулочного сечения рабочей лопатки.

На внешнем радиусе расчетной схемы диска приложена суммарная контурная нагрузка .от действия лопаток и кольцевой замковой части обода

= ,

где - число лопаток;

- площадь профиля втулочного сечения лопатки;

- напряжение растяжения во втулочном сечении лопатки от действия центробежных сил;

- плотность материала кольцевой замковой части обода;

- площадь радиального сечения замковой части обода;

- радиус центра тяжести радиального сечения замковой части обода;

- угловая частота вращения диска;

- внешний радиус расчетной схемы диска;

- ширина кольцевой замковой части обода.

Влияние неравномерного нагрева диска по радиусу на его напряженно-деформированное состояние обычно учитывается только для дисков турбин. Температуру диска турбины на внешнем радиусе расчетной схемы можно принять, приближенно оценив перепад температур замковой части обода диска:

= - (100…150), К

где - температура лопатки во втулочном (№4) сечении, К.

Для дисков охлаждаемых турбин разность температур на внешнем и нулевом радиусах ориентировочно оценивается величиной

- = (150…350), К.

Чем совершеннее система охлаждения диска, тем эта разность меньше.

В некоторых случаях можно принять температуру на нулевом радиусе диска равной температуре воздуха за компрессором T^* _k, если турбина охлаждается этим воздухом.

При оформлении расчета на прочность диска на рисунке слева направо должны быть последовательно изображены:

-реальный диск со всеми конструктивными элементами;

-расчетная схема диска, разбитого, согласно требованиям метода конечных разностей, на цилиндрические сечения;

-графики распределения по радиусу диска температур, напряжений (радиальных , окружных и эквивалентных , предельных ), запасов прочности.

Если результат первого расчета неудовлетворителен, следует повторить расчет, реализовав мероприятия по повышению прочности и (или) снижению массы диска.

В конце этого раздела на основании сравнения полученных запасов прочности с нормативными, делается заключение о работоспособности, массе и прочностной надежности диска.

 

 

СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕМА

Специальная тема выбирается студентом и согласуется с преподавателем.

Требования к выбору темы специальной части проекта:

- быть неотъемлемой частью проекта, дополнять и раскрывать его содержание;

- решать конкретные задачи или проблемы, связанные с конструкцией, прочностью, надежностью, производственной и эксплуатационной технологичностью деталей, элементов и систем проектируемого компрессора или турбины.

Оформляется специальная тема в отдельном разделе пояснительной записки и в составе листов графической части.

Для студентов очно-заочной формы обучения специализации 130 203 – технология производства ВРД предлагается специальная тема по технологическому анализу рабочего чертежа рабочей лопатки или диска [19], [28] той ступени, для которой выполнены газодинамический и прочностные расчеты.

 

Список вариантов специальных тем

1. Проблемы, связанные с разработкой модулей конструкции компрессора или турбины [5], [11], [34].

2. Анализ причин отказов и неисправностей из-за несовершенства конструкции компрессора или турбины [11], [26].

3. Анализ конструктивного совершенства компрессоров или турбин ГТД Запорожского машиностроительного конструкторского бюро (ЗМКБ) Прогресс им. А.Г.Ивченко [4], [5], [8], [23].

4. Анализ конструктивного совершенства компрессоров или турбин ОАО А.Люлька –САТУРН. г. Москва [4], [5], [8], [23].

5. Анализ конструктивного совершенства компрессоров или турбин ОАО Авиамоторного научно-технического комплекса СОЮЗ. г.Москва [4], [5], [7] [8], [23].

6. Анализ конструктивного совершенства компрессоров или турбин ОАО Омского моторостроительного конструкторского бюро (МКБ) [4], [5], [8], [23].

7. Анализ конструктивного совершенства компрессоров или турбин ОАО Авиадвигатель. г.Пермь [4], [5], [8], [23].

8. Анализ конструктивного совершенства компрессоров или турбин ГУНПП Завод им. В.Я.Климова. г. Санкт-Петербург [4], [5], [8], [23].

9. Анализ конструктивного совершенства компрессоров или турбин ОАО Рыбинские моторы [4], [5], [8], [23].

10. Анализ конструктивного совершенства компрессоров или турбин Самарского научно-технического комплекса (СНТК) им. Н.Д.Кузнецова [4], [5], [8], [23], [24].

11. Анализ конструктивного совершенства компрессоров или турбин компании США Pratt & Whitney [4], [5], [53], [54], [55], [56].

12. Анализ конструктивного совершенства компрессоров или турбин компании США General Electric [4], [5], [53], [54], [55], [56].

13. Анализ конструктивного совершенства компрессоров или турбин компании Великобритании Rolls-Royce [4], [5], [53], [54], [55], [56].

14. Особенности композиционных материалов и возможности их применения в конструкции компрессоров ГТД [20].

15. Системы управления радиальными зазорами компрессоров или турбин ГТД [29], [30], [32].

16. Анализ конструкторских решений по защите от попадания на вход компрессора посторонних предметов (пыли, птиц, морской воды) [5], [8].

17. Противообледенительные системы [5], [8].

18. Анализ конструкторских решений регулируемых направляющих аппаратов [5], [8].

19. Разработка упруго-демпферных опор роторов сухого трения [5], [8], [17], [48], [50].

20. Разработка упруго-демпферных гидродинамических опор роторов [5], [17].

21. Разработка упруго-демпферных опор роторов с разгрузочными устройствами [5], [17], [37], [50].

22. Теплоизоляция и охлаждение опор [5], [8], [37].

23. Конструктивные методы снижения шума [5], [14].

24. Анализ и оценка эксплуатационной технологичности компрессора или турбины [5], [11].

25. Разработка корпуса компрессора или турбины с двойной стенкой под заданные средства дефектоскопии [2], [5], [10], [11].

26. Конструктивные решения, повышающие надежность и ресурс компрессора или турбины [5], [11], [26].

27. Конструкция устройства отсечки топлива при поломке вала НД [11], [26].

28. Конструктивные особенности соединений валов роторов компрессора и турбины [4], [5], [8].

29. Конструктивные методы повышения вибрационной прочности и надежности лопаток компрессоров или турбин [18], [47], [50].

30. Организация подвода и отвода смазки к подшипникам опор [5], [8], [43], [44], [51].

31. Торцовые контактные уплотнения [5], [8], [15], [46], [51].

32. Радиально-торцовые контактные уплотнения [5], [15], [51].

33. Торцовые гидростатические уплотнения [5], [15], [46].

34. Сотовые лабиринтные уплотнения [5], [8], [10].

35. Разгрузка фиксирующей опоры ротора от действия осевых газодинамических сил [5], [16], [43].

36. Внешнее пленочное охлаждение лопаток [2], [5], [29], [31].

37. Внутреннее конвективное охлаждение лопаток [2], [5], [29], [31], [32].

38. Перспективные способы охлаждения лопаток [5], [29], [31], [32].

39. Охлаждение турбин с предварительной закруткой охлаждающего воздуха [2], [5], [31], [32], [43].

40. Применение конструкционной керамики в высокотемпературных турбинах [5], [21].

41. Особенности конструкции современных вентиляторов [5], [29].

42. Особенности шарнирного соединения лопаток с диском [5], [8], [29], [41].

43. Расчет на прочность хвостовика лопатки елочного типа [5], [8], [29], [41].

44. Расчет на прочность бандажной полки рабочих лопаток [5], [6], [29], [41], [47].

45. Расчет критических частот вращения ротора [5], [8].

46. Теплозащитные покрытия лопаток турбин [13].

47. Основы конвертирования ВРД [22], [33].

48. Проектирование системы крепления двигателя к ЛА [27].

49. Обеспечение надежности компрессора или турбины конструктивными методами [11], [32] [43].

50. Система смазки опор роторов [5], [8], [44], [51].

51. Подшипники опор роторов [5], [8], [37], [44].

52. Механизация компрессора [5], [8], [10], [43].

53. Расчет осевых усилий стяжных болтов [5], [8], [16].

54. Непробиваемость корпусов компрессора [5], [20], [43].

55. Особенности применяемых материалов для деталей компрессоров или турбин [3], [5], [8], [20], [43].

56. Виброзащита трубопроводов гидравлических систем [35], [36], [42], [48], [50].

57. Особенности проектирования гидравлических систем трубопроводов [8], [35], [36], [42].

58. Материал МР и возможности его применения в конструкции компрессора или турбины [48], [49].

59. Упругодемпферные опоры трубопроводов гидравлических систем [35], [42], [48], [49], [50].

60. Влияние конструктивных особенностей компрессора или турбины на установление и увеличение ресурса [11], [26], [45].

61. Компрессор или турбина как источники вибраций [5], [8], [39].

62. Возможности использования конструкционного демпфирования в компрессоре или турбине [5], [8], [35], [36], [42], [48], [49], [50].

63. Разработки и исследования сотрудников кафедры КИПДЛА и ОНИЛ-1, связанные с повышением вибрационной прочности и надежности деталей и элементов компрессоров или турбин [14], [17], [18], [20], [35], [36], [42], [45], [48], [49], [50], [51].

ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Графическая часть проекта является учебной и оформляется по общим правилам ЕСКД с некоторыми упрощениями и особенностями [12], [19]. При выполнении графической части желательно использовать программные средства компьютерных технологий, например, ADEM, Компас, Автокад.

Разработанная конструкция компрессора или турбины представляется в виде сборочного чертежа продольной части необходимого формата в масштабе 1:1. Изображается верхняя половина компрессора или турбины так, чтобы направление движения газов в проточной части было слева направо. Количество изображаемых опор определяется конструктивно-силовой системой ротора, и должно быть не меньше двух. В каждой опоре следует показать силовые детали, передающие нагрузки на силовой корпус, а также конструктивные элементы подвода и отвода смазки и системы уплотнений. Поэтому отображается и нижняя половина опор.

Сборочный чертеж должен содержать следующие элементы:

- технические требования для сборки;

- осевые и радиальные зазоры между рабочими лопатками и корпусом для первой и последней ступени;

- посадки наружной и внутренней обойм подшипников;

- номера позиций только тех деталей и сборочных единиц, которые указаны в спецификации;

- габаритные размеры;

- основную надпись с проставлением в графах: наименования изделия, условного обозначения документа, масштаба, фамилии студента и руководителя (две подписи – как консультанта и нормоконтролера).

Спецификацию выполняют в виде одной таблицы формата А4 и помещают в приложении пояснительной записки. В каждом разделе (сборочные единицы, детали, стандартные изделия) спецификации указывают от одного до трех наименований: сборочных единиц (ротор, корпус, опора и др.), связывающих эти сборочные единицы деталей (гайка, стяжной болт, дистанционное кольцо и др.), стандартных изделий (подшипник, гайка, болт и др.) [9].

Для специальности 130 200 – авиационные и энергетические установки и специализации 130 203 – технология производства ВРД необходимо разработать рабочие чертежи двух сопряженных деталей: рабочей лопатки и диска той ступени, для которой выполнены газодинамический и прочностные расчеты [19].

Специальная часть проекта представляется в виде графической документации: чертежей, плакатов с изображением основных обобщающих данных – текста, рисунков, графиков, схем, таблиц и др. На плакатах основная надпись не оформляется, однако, они должны иметь заголовок.