1.3. Пример программы расчета на прочность рабочей лопатки турбины

Образец файла данных для программы BladeStress:

314.28 1. 0.1 8900. 1.05 1.102 360 0.004 0.0096 0.002 255е+6 1.4е-4 1.е-4 0.623

Program BladeStress;

{ Расчет лопатки на растяжение под действием центробежных сил проводится в соответствии с методикой [1]. Список переменных:

Н - угловая скорость вращения рабочего колеса [рад/с];

Rd - наружный радиус диска [м] ;

L - высота лопатки [м];

Ro - плотность материала лопатки [кг/м.куб];

Rwire - радиус бандажной проволоки [м] ;

Rband - радиус бандажной ленты [м];

Z - число лопаток на рабочем колесе;

Bband - ширина ленточного бандажа [м];

Hband - высота ленточного бандажа [м];

tBand - шаг ленточного бандажа [м];

dWire - диаметр бандажной проволоки [м] ;

tWire - шаг бандажной проволоки;

SigMax - предел длительной прочности [м];

S0 - площадь поперечного сечения лопатки в корневом

сечении [кв.м];

S1 - площадь поперечного сечения лопатки в крайнем

верхнем сечении [кв.м]; m - показатель степени в законе изменения

площади лопатки;

N1, N2 - число расчетных сечений лопатки соответственно с постоянной и переменной площадью сечения;

LI, L2 - положение расчетного сечения соответственно в

случае лопатки постоянной и переменной площади сечения [м];

Rcenter - радиус середины отрезанной части лопатки;

С1 - инерционная сила, действующая на часть лопатки

постоянного профиля, отрезанную сечением L1

[H];

SIGMA1 - напряжение растяжения, действующее в сечении

L1 лопатки постоянного сечения, вызванное совместным действием инерционных сил на отрезанную часть лопатки, на проволочный и ленточный бандаж [Па];

С2 - инерционная сила, действующая на часть лопатки переменного профиля, отрезанную сечением L2 [Н];

SIGMA2 - напряжение растяжения, действующее в сечении L2

лопатки переменного сечения, вызванное совместным действием инерционных сил на отрезанную часть лопатки, на проволочный и ленточный бандаж [Па];

Kl, K2 - коэффициенты запаса длительной прочности для лопаток соответственно постоянной и переменной площади сечения

Const N1 = 10; N2 = 10; NamLength = 64;

VAR W, Rd, L, Ro, Rwire, Rband, Z, Hband,

Bband, dWire, SigMax, S0, S1, m : real;

Swire, C1x, Sig1up, Sig1dw, Cband, Cwire, C2x, Sig2up, Sig2dw : real;

L1, C1, SIGMA1, K1 : array [0..N1] of real; L2, S2, C2, SIGMA2, K2 : array [0..N2] of real;

FName : String[NamLength]; InFile, OutFile : Text;

Function DataLoad(FileName:String):boolean; Begin

Assign(InFILE,FileName); {$I-} Reset(InFile) {$I+};

If IOResult <> 0 then begin

WriteLn('- Файл ',FileNarae,' не найден.',Chr(7));

DataLoad:=False; Exit End;

Read(InFile,W,Rd,L, Ro,Rwire,Rband,Z, Hband,Bband,dWire,

SigMax, S0,Sl,m); DataLoad:=True; Exit End;

Procedure MakeCalc;

VAR i : ShortInt;

tBand, Vband, tWire, Vwire, x, Rcenter, TMPNUM, С : Real;

Function s(xBlade:real):real;

Begin If xBlade<1e-30 then S:=S0

else S:=S0-(S0-S1)*exp(m*LN(xBlade/L)) End;

Begin

tBand:=2.*Pi*Rband/Z; twire:=2.*Pi*Rwire/Z; Vband:=Bband*Hband*tBand;Vwire: = Pi*dWire*dWire*tWire/4. ; Cband:=Ro*Vband*W*W*Rband; Cwire:=Ro*Vwire*W*W*Rwire; For i:=0 to N1 do begin

x:=L*i/N1; L1[i]:=x;

If Rd+x>Rwire then C:=0 else C:=Cwire;

Rcenter := Rd+x+0. 5* (L-x) ;

C1[i]:=Ro*W*W*S0*(L-x)*Rcenter;

SIGMA1[i]:=(C1[i]+Cband+C)/S0;

K1[i]:= SigMax/SIGMA1[i]; End (for1);

For i:=0 to N2 do begin

x:=L*i/N2;

If Rd+x>Rwire then C:=0 else C:=Cwire;

L2[i]:=x; S2[i] :=S(x); Rcenter:=Rd+x+0.5* (L-x) ;

TMPNUM: = (1.-S1/S (x))*(1/(m+1)+m/((m+1)*(m+2)* (2*Rcenter/L))); C2[i] :=Ro*W*W*S(x)*(L-x)*Rcenter*(1-TMPNUM);

SIGMA2[i]:=(C2[i]+Cband+C)/S(x); K2[i] :=SigMax/SIGMA2[i];

End {for2};

x:=Rwire-Rd; Swire:=S(x); Rcenter:=Rwire+0.5*(L-x); Clx:=Ro*W*W*S0*(L-x)*Rcenter;

Sig1dw: = (Clx+Cband+Cwire)/S0; Sig1up: = (Clx+Cband) /S0;

TMPNUM:=(1.-S1/Swire)*(1/(m+1)+m/((m+1)*(m+2)*(2*Rcenter/L)));

C2x:=Ro*W*W*Swire*(L-x)*Rcenter*(1-TMPNUM) ; Sig2dw:=(C2x+Cband+Cwire)/Swire; Sig2up: = (C2x+Cband) /Swire;

Exit End;

Function DataOut(FileName:String):Boolean;

Const StLength = 70;

var DotTitle, TITLE : String[StLength];

i : Shortlnt;

Begin

Assign (OutFILE, FileName) ; {$I-} Rewrite (OutFile) (SI + );

If IOResult <> 0 then begin WriteLn(Chr(7) ) ;

WriteLn(⁽- He могу записать файл >> ', FileName, '. ') ;

DataOut:=Faise; Exit End;

WriteLn (OutFILE); WriteLn (OutFILE) ;

WriteLn(OutFile) ;

WriteLn (OutFile, ' Результаты расчетов прочностных характеристик'); WriteLn(OutFile, ' лопатки постоянного профиля');

Delete(DotTitle,1,Length(DotTitle)); DotTitle:=' -';

For i:=l to STLength-15 do DotTITLE:=DotTitle+'-';

WriteLn(OutFile) ; WriteLn(OutFile,DotTitle) ;

Title:='I X[m] C1[H] SIGMA1[Па] K[ ]';

WriteLn (OutFile, Title) ;

WriteLn (OutFile, DotTitle) ; For i:=0 to N1 do Begin

Write(OutFile,I:8, ' ',L1[i]:8:4, ' ' ,C1[i]:10) ;

Write (OutFile, ' ', SIGMA1[i] : 10, ' ', K1 [i]:8:4) ;

WriteLn(OutFile) ;

End; WriteLn(OutFile,DotTitle) ;

Write(OutFile,' Скачок растягивающей силы'); WriteLn (OutFile, ' в сечении XI =', (Rwire-Rd):8:4, ' м');

Write(OutFile,' составляет от', (Clxicband):10,' до');

WriteLn(OutFile, (C1x+Cband+Cwire):10,' H.');

WriteLn (OutFile, ' Напряжения растяжения изменяются от ');

WriteLn (OutFile,'SIGMA1 =', Siglup:10,' до ', Sigldw:10,'Па.');

For i:=l to 2 do WriteLn(OutFile);

For i:=l to 5 do DotTITLE:=DotTitle+'-';

WriteLn (OutFile, ' Результаты расчетов прочностных характеристик'); WriteLn(OutFile,' лопатки переменного профиля');

WriteLn(OutFile); WriteLn(OutFile, DotTitle);

Title:=' I X[m] S[kb.m.] C2[H] SIGMA2[na] K[ ]';

WriteLn(OutFile,Title);WriteLn(OutFile,DotTitle);

For i:=0 to N2 do Begin

Write(OutFile,I:8,' ',L2[i]:8:4,' ',S2[i]:10);

Write (OutFile,' ',C2[i]:10,' ',SIGMA2[i]:10,' ',K2[i] :8:4);

WriteLn(OutFile); End; WriteLn(OutFile,DotTitle);

WriteLn(OutFile);

Write(OutFile,' Скачок растягивающей силы');

WriteLntOutFile,' в сечении Х2 =',(Rwire-Rd):8:4,' м');

Write(OutFile,' составляет от',(C2x+Cband):10,' до');

WriteLn(OutFile, (C2x+Cband+Cwire):10,' Н.');

WriteLn(OutFile,' Напряжения растяжения изменяются от ');

WriteLn (OutFile, ' SIGMA2 =', Sig2up:10,' до ', Sig2dw:10,' Па.');

Close(OutFile); DataOut:=True; Exit End;

BEGIN

Repeat Write('- Введите имя файла данных << ');

ReadLn(Fname) until DataLoad(Fname);

MakeCalc;

Repeat Write('- Введите имя файла результатов >> ');

Readln(Fname) until DataOut(FName); HALT END.

Результаты расчетов прочностных характеристик лопатки постоянного профиля

1	Х[м]	С1[Н]	SIGMA 1 [Па]	К
0	00000	1.29223Е+04	9.77925Е+07	2.6076
1	0 0100	1.16855E+04	8.89578Е+О7	2.8665
2	0.0200	1.04363E+04	8.00353Е+7	3.1861
3	0 0300	9.17485E+03	7.10248Е+О7	3.5903
4	0.0400	7.90108Е+03	6.19264E+07	4.1178
5	0.0500	6.61500E+03	5.27401E+07	4.8350
6	00600	5.31662Е+0З	4.30864Е+О7	5.9183
7	0.0700	4.00592Е+03	3.37243Е+07	7.5613
8	0 0800	2.68292Е+03	2.42743Е+07	10.5049
9	0.0900	1,34761Е+03	1.47364Е+07	17.3041
10	0.1000	0.00000Е+00	5.11055ЕЮ6	49.8968

* Скачок растягивающей силы в сечении X1= 0.0500 м составляет от 7.330Е+03 до 7.384Е+03 Н.

**Напряжения растяжения изменяются от SIGMA 1 =5.236Е+07 до 5.274Е+07 Па.

Результаты расчетов прочностных характеристик лопатки переменного профиля

1	Х[м]	S[kbm]	С2[Н]	SIGMA2[na]	К
0	0.0000	1.40000Е-04	1 06217Е+04	8.13597Е+07	3.1342
1	0.0100	1.30471Е-04	9.30540Е+ОЗ	7.72129Е^07	3.3026
2	0.0200	1.25324Е-О4	8.16613Е+03	7.12930Е+07	3.5768
3	0.0300	1.21107Е-04	7.07492Е+03	6.47655Е+07	3.9373
4	0.0400	1.17398E-04	6.01382Е+03	5.77729Е+07	4.4138
5	0.0500	1.14027E-04	4.97491E+03	5.03697Е+07	5.0626
6	0.0600	1.10903E-04	3.95371Е+03	4.21016Е+07	6.0568
7	0.0700	1.07970Е-04	2.94737Е+ОЗ	3.39247Е+07	7.5166
8	0.0800	1.05I92E-04	1.95389Е+ОЗ	2.53763Е+07	10.0487
9	0.0900	1.0254IE-O4	9.71808E+02	1.64547Е+07	15.4971
10	0.1000	1.00000Е-О4	0.00000Е+00	7.I5476E+06	35.6406

Скачок растягивающей силы в сечении Х2 = 0.0500 м составляет от 5.690Е+03 до 5.744Е+03 Н. Напряжения растяжения изменяются от SIGMA2 - 4.990Е+07 до 5.037Е+07 Па.