3.4. Перевірочний розрахунок камери згоряння

Тип, конструктивні особливості і розміри камери зго­ряння вибирають відповідно до рекомендацій, приведеними в навчальної літературні, а також виходячи з конструктивних рішень, прийнятих у двигуні-прототипі. Перевірочний розра­хунок камери згоряння полягає у визначенні її питомої тепло­напруженості і порівнянні цих значень з рекомендованими.

Досконалість камери згоряння, тобто її габарити і питому масу, визначають за її питомою теплонапруженістю або, ін­шими словами, по кількості тепла, що виділяється за одиницю часу в одиниці об'єму, і віднесеному до тиску газу:

, (1)

де _Г=0,980…0,995 – коефіцієнт повноти згоряння палива; G_п– годинна витрата палива, кг/год; Vж – об’єм жарової труби, м³; Hu - нижча теплотворна здатність палива (для авіаційного гасу Hu=42500…43500 кДж/кг); р_к^ – повний тиск повітря на виході з компресора, Па.

Годинну витрату палива G_п і тиск повітря з компресора р_к^ варто взяти з термодинамічного розрахунку двигуна, а об­сяг жарової труби Vж розраховують після її проектування, ви­конаного відповідно до конструктивних особливостей камери згоряння двигуна-прототипу.

Рекомендована теплонапруженість для ГТД великого ре­сурсу знаходиться в межах (1,2…6,5)10⁶ Дж/(м³годПа). Роз­раховану за формою (1) теплонапруженість порівнюють з ре­комендованою і формулюють висновок про досконалість спроектованої камери згоряння.

3.5. Розрахунок на міцність елементів гтд

3.5.1. Розрахунок на міцність робочої лопатки турбіни

Розрахунок на міцність робочої лопатки виконується по спрощеній методиці. Визначають напруження розтягнення від відцентрових сил і згину від газових і відцентрових сил. На­пруження кручення від газових сил через незначну їхню вели­чину в даному розрахунку не враховують.

Напруження розтягнення від відцентрових сил необхідно обчислювати в чотирьох перерізах: кореневому та на відстанях 25 %, 50 % і 75 % довжини пера лопатки h_п від кореневого перерізу.

Варто вважати, що площа перерізу лопатки змінюється за степеневим законом:

, (2)

де Fк, Fо – площі кореневого і кінцевого перерізів відповідно (визначаються після профілювання [9]); R – поточний радіус; q – показник закону, який для турбінних лопаток приймають рівним 0,5...0…0,6.

За умови (2) напруження розтягнення від дії відцентро­вих сил у будь-якому перерізі лопатки

де  – густина матеріалу лопатки, кг/м³;  – кутова швидкість обертання, рад/с; (у розрахунках варто приймати =0,25…0,35); h_п– висота пера лопатки, м.

Напруження згину лопаток газовими і відцентровими си­лами звичайно невеликі, тому що вони майже цілком компен­совані за рахунок виносів центрів мас перерізів лопатки щодо кореневого перерізу. Напруження згину газовими силами можна визначити через інтенсивності газових навантажень, що діють на робочі лопатки.

Проте з метою скорочення обсягу розрахунків з ураху­ванням вищесказаного в курсовому проекті припускається приймати сумарні напруження згину в усіх перерізах лопатки

_З = (0,05...0,1)_Р.

Сумарні напруження в розрахункових перерізах

_ = _З+_Р=(1,05...1,1)_Р.

Кінцева задача розрахунку – визначення коефіцієнтів за­пасу міцності k в розрахункових перерізах лопатки, порівняння їх із допустимими і формулювання висновків про працездат­ність робочої лопатки.

Для визначення запасу міцності варто побудувати залеж­ності (рис.2) зміни сумарних напружень від відцентрових і га­зових сил, температури лопатки Т_л і межі довготривалої міцності на базі 100 год – вздовж висоти лопатки.

Рис. 2. Графік зміни напружень, температури, межі довготривалої міцності і коефіцієнта запасу міцності по довжині лопатки

При визначенні температури матеріалу лопатки в розра­хункових перерізах необхідно виходити з того, що поле тем­ператур на виході з камери згоряння формується так, щоб мак­симальне значення температури досягалося на передній кромці лопатки на відстані 50...70 % довжини пера від її кореневого перерізу. Температуру лопатки в кореневому перерізі в залеж­ності від типу охолодження можна прийняти на 150…200 К, а максимальне значення на 120…170 К нижчою від розрахунко­вої температури газу на середньому радіусі перед ступенню.

Значення меж довготривалої міцності для обраного мате­ріалу лопатки в кожному розрахунковому перерізі визначають за графіком (рис.3).

Порівнюючи значення меж довготривалої міцності вибраного матеріалу з сумарними напруженнями, визначають коефіцієнти запасу міцності k в розрахункових перерізах

k = / _  1,3…1,5

і будують графік їхньої зміни по довжині лопатки (див. рис.2).

Рис.3. Залежність межі довготривалої міцності жароміцних сплавів від температури