Курсач динамика и прочность Магияров

Министерство образования и науки РФ
Самарский государственный технический университет
Кафедра «Механика»



КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине «Динамика и прочность турбомашин»


РАСЧЁТ НА ПРОЧНОСТЬ РАБОЧЕЙ ЛОПАТКИ ТУРБИНЫ

Вариант №5



Выполнил:студент 3-тэф-7
Магияров А.Э.

Руководитель:Фокин В.Г.








Самара 2017
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Исходные данные
Мощность ступени паровой турбины N =20,9MBт;
Частота вращения n = 10000 об/мин;
Перепад давления на рабочем венце Δ p = 0,2 МПа;
Диаметр корневого сечения D = 0,66 м;
Длина лопатки l = 0,066 м;
Число лопаток z = 110;
Угол установки лопатки βу = 78о;
Заданный профиль 1 - рис. 1, таблица 1. Сечение по длине лопатки постоянное.
Таблица 1

bм
мм
δм
мм
R1м
мм
R2м
мм
Fм
мм2
Imin м
мм4
Imax м
мм4
η1м
мм
η2м
мм
ξ1м
мм
ξ2м
мм
24,9
720,3
12,8
144,57
815,37
5926,4
-11,64
12,1
-5,38
-5,84


Рис.1 Модельный профиль


Материал рабочей лопатки паровой турбины – сталь ЭИ765 , ме­ханические свойства даны в таблице №2.
Таблица 2
Температура
Плотность
Коэффициент линейного расширения
Модуль упругости
Предел прочности
Условный предел текучести
Удлинение при разрыве
Сужение при разрыве
Длительная прочность
Ползучесть
Предел усталостнойпрочности
T
оС
ρ
кг/м4
αт 106
град-1
E 10-6
Ϭв
МПа
Ϭ0,2
МПа
δ
%
ψ
%
Ϭв, 104
МПа
Ϭ2, 104
МПа
Ϭ-1
МПа
20
8600

0,216
1070
690
30
32



565

14,3
0,19
1000
610
26
24
590


700

15,1
0,177
900
570
22
31
230
200

800



560
490
19
49
80
160

Температура на установившемся режиме работы -700 0С. Закон установившей­ся ползучести при этой температуре (напряжения в МПа). Распределение температуры вдоль хордыдлиной b при останове
.
Требуется определить
1. Из условия подобия определить профиль рабочей лопатки турбины.
2. Рассчитать напряжения от центробежных сил.
3. Рассчитать наибольшие напряжения от газодинамических сил.
4. Рассчитать температурные напряжения.
5. Проверить выполнение условия кратковременной (статической) прочности.
6. Рассчитать удлинение лопатки вследствие ползучести. Проверить выполне­ниеусловия длительной прочности.
1. Расчёт профиля
Определение шага в корневом сечении:
.
Определение длины хорды лопатки, принимая
.
Определение коэффициента масштаба:

Определение характеристик профиля лопатки на основании подобия:
максимальная толщина лопатки ;
радиус спинки профиля; радиус корыта профиля ;
радиусы кромок профиля ;
;
площадь ;
минимальный осевой момент инерции профиля
;максимальный осевой момент инерции профиля
;
координаты опасной точки на входной кромке ,
;
координаты опасной точки на выходной кромке ,
;
Сводка рассчитанных параметров профиля лопатки (рис. 2) дана в таблице 3.
Таблица 3.

b
мм
δ
мм
R1
мм
R2
мм
F
мм2
Imin
мм4
Imax
мм4
η1
мм
η2
мм
ξ1
мм
ξ2
мм
31,93

8,96

16,384

25,984

236,8634

2188,74

15908,55

-14,8992

15,488

-6,8864

-7,4752Спроектированный профиль и вся лопатка показаны на рис. 2.

Рис.2. Спроектированный профиль и лопатка
2. Расчёт напряжений от центробежных сил
Центробежные силы инерции создаются в лопатке вследствие её вращения вместе с диском с угловой скоростью
.
Расчетная схема показана на рис. 3. На элемент лопатки длиной dz1 действует центробежная сила
, (1)
где ρ – плотность материала лопатки, F(z1)– площадь сечения с координатой z
Растягивающее усилие N(z) растягивающее усилие в сечении с координатой z:
. (2)
Растягивающие напряжения в сечении с координатой z:
. (3)

Рис. 3. Определения растягивающих напряжений от центробежных сил.
Для лопатки с постоянной площадью поперечного сечения F(z) = F = const со­гласно(2) и (3) имеем
(4)
где σ0 - растягивающее напряжение в корневом сечении лопатки, ζ=z/l безразмерная координата, dc=2rc=D+l =0,66+0,066=0,726 м - средний диаметр рабочего венца, θ = dc/l = 0,726/0,066=11- обратная веерность рабочего венца. Растягивающее напряжение в корневом сечении лопатки с постоянным сечением (это...