Порядок расчета диска произвольного профиля

Вычерченный в масштабе диск разбивается на 4 участка постоянной толщины, рис.17. Размеры каждого участка определяются по эскизу. Вычисляются или задаются граничные условия (иначе говоря, известные или задаваемые произвольно радиальные и тангенциальные напряжения) на внутреннем и внешнем радиусах диска r₀ и r_a. Граничные условия на внутреннем радиусе диска r₀ задаются по-разному для первого и второго расчетов.

Первый расчет. Для диска, насаженного на вал с натягом, истинное радиальное напряжение на внутреннем радиусе, создаваемое посадкой диска, МПа. Тангенциальное напряжение принимается произвольно. Для диска цельнокованого ротора со свободным отверстием в центре истинное радиальное напряжение на внутреннем радиусе , а тангенциальное принимается произвольно. Для диска сварного ротора без отверстия в центре радиальное и тангенциальное напряжения принимаются произвольно, причем

Второй расчет. Для диска, насаженного на вал с натягом, и диска цельнокованого ротора со свободным отверстием в центре радиальное напряжение на внутреннем радиусе принимается , а тангенциальное - произвольным, не равным нулю. Для диска без отверстия принимаются новые произвольные значения не равные нулю.

Граничное условие на внешнем радиусе диска r_a – это радиальное напряжение, создаваемое центробежной силой рабочих лопаток, МПа:

где - площадь профиля рабочей лопатки, м²; - высота рабочей лопатки, м; - средний радиус ступени, м; 1/c; Z₂ – число рабочих лопаток; - внешний радиус диска (корневой радиус ступени), м; y_a – толщина обода диска, м; - плотность материала рабочих лопаток, кг/м³. Плотность титановых сплавов = 4500 кг/м³, плотность сталей = 7800-8050 кг/м³.

Рисунок 17 – Эскиз диска

Первый расчет

1. Определяются напряжения в первом участке диска, ограниченном радиусами и , рис.17. Напряжения и на внутреннем радиусе заданы (граничные условия). Напряжения на наружном радиусе первого участка, МПа:

Коэффициенты, входящие в эти формулы:

2. Определяются напряжения во втором участке диска, ограниченном радиусами и . Напряжения на внутреннем радиусе , МПа:

где у_1, у₂ – толщина первого и второго участков; коэффициент Пуассона. Напряжения на наружном радиусе определяются по формулам пункта 1. При этом

3. В той же последовательности определяются напряжения во всех участках диска вплоть до и на внешнем радиусе

Второй расчет

4. Второй расчет (для неподвижного ротора, n = 0) производится при новых граничных условиях и в той же последовательности, что и первый. В результате определяются новые значения напряжений во всех участках, в том числе и на внешнем радиусе, и

Суммирование двух расчетов

5. Истинные напряжения во всех сечениях определяются суммированием результатов двух расчетов:

Коэффициент К определяется из уравнения напряжений на внешнем радиусе

где - известное истинное значение радиальное напряжение на внешнем радиусе диска от центробежной силы рабочих лопаток; - радиальные напряжения на радиусе , полученные в первом и втором расчетах.

По результатам расчета строится эпюра напряжений по радиусу диска. Пример эпюры приведен на рис.21.

Рисунок 21 – Эпюра напряжений диска

Рисунок 22 – Выходные характеристики ЧНД со стандартными лопатками ЛМЗ: а– потери с выходной скоростью в зависимости от Gvк, б – КПД последней ступени: 1– =550 мм, dк = 1350 мм, 2– = 755 мм, dк = 1350 мм, З – =755 мм, dк= 1520 мм, 4 – =960 мм, dк = 1520 мм, 5 – = 1000 мм, dк = 1800 мм,6 – =1200 мм, dк= 1800 мм (все на 50 с-1)

ДОБАВИТЬ: эскиз поршня, расчет фланца, рисунок к расчету диафрагмы, рисунок диска, эпюру напряжений в диске, рисунки с примерами чертежей проточной части, лопатки и диафрагмы в двух проекциях, расчет спецзадания, схему ступени к расчету закрутки,

Приложение 6