Расчет на прочность лопатки газовой турбины

 

Федеральное агентство  по образованию

ГОУ ВПО «Уральский государственный  технический университет - УПИ»

Кафедра  “Оборудование  и эксплуатация газопроводов”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РАСЧЁТ   НА   ПРОЧНОСТЬ   ЛОПАТКИ   ОСЕВОй

ТУРБИНЫ

 

Курсовая работа

 

 

 

Пояснительная записка

 

10.14.000.000.007.ПЗ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение  3

1.Расчет  пера лопатки  4           

2.Расчет  хвостовика лопатки  13

3.Расчёт  межпазового выступа диска  18

Заключение  20

Приложение  21

Список  литературы  22

                    

 

ВВЕДЕНИЕ

 

В данной работе необходимо рассчитать на прочность рабочую лопатку, хвостовик и межпазовый выступ диска первой ступени  осевой турбины.

Данный расчёт делится  на три этапа:

1. Расчёт на прочность  пера лопатки.

2. Расчёт на прочность  хвостовика.

3. Расчёт на прочность межпазового выступа.

Заданная мощность силовой  турбины 6 МВт.

Для выполнения соответствующих  расчетов заданы следующие параметры:

- расход газа через  турбину – G_г=19,56 кг/с.

    - частота вращения ротора – n=13,549 об/мин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. РАСЧЕТ  ПЕРА  ЛОПАТКИ

Исходные данные:

материал лопатки ЖС6К (r=8250 кг/м³),

частота вращения – n=13549  мин^-1(w=1418,85 об/с),

радиус корневого сечения –  R₀=0,189   м,

радиус концевого сечения –  R₅=0,230  м,

секундный расход газа – G_г=19,56 кг/с,

число лопаток –73,

давление газа на входе  – р₁=1,106 МПа,

давление газа на выходе – р₂=0,678 МПа,

составляющие скорости на входе – С_1а=187,4 м/с,  С_1u=515,96 м/с,

составляющие скорости на выходе – С_2а=232,61   м/с, С_2u=57,82 м/с,

заторможенная температура газа на среднем радиусе – T^*_г.ср=1193  К,

время работы на максимальном режиме – t=100  ч,

параметры профиля лопатки  по шести сечениям сведены в табл.1.

Таблица 1

Параметры профиля	Радиус сечения, м
	0,19	0,20	0,21	0,21	0,22	0,23
b, м	0,0190	0,0188	0,0186	0,0184	0,0182	0,0180
δ, м	3,60	3,06	2,52	1,98	1,44	0,90
h, м	0,0077	0,0064	0,0050	0,0037	0,0023	0,0010
β, град	25,0000	26,0000	27,0000	28,0000	29,0000	30,0000

 

Последовательность выполнения расчета.

1. Разбиваем лопатку по длине шестью сечениями (i=0…5) на пять равных частей. Нулевое сечение совмещаем с корневым, а пятое – с концевым сечением лопатки.

 

2. Пользуясь данными  табл.1, для каждого расчетного  сечения определяем:

а) площадь сечения F=0,7bd.

б) координаты центров  масс сечения b_ц=0,43b ;  h_ц=0,76h.

     Полученные  значения F, b_ц, h_ц заносим в табл.2.  

 

3. Из центра масс каждого расчетного  сечения проводим главные центральные  оси инерции: ось x параллельно хорде лопатки, ось h - перпендикулярно к ней. Измеряя расстояние до наиболее удаленных точек А,С и В от осей x и h, заносим их значения в табл.2.

 

4.Определяем главные  центральные моменты инерции I_h и I_x для каждого сечения:

Заносим полученные значения в табл.2.

Таблица 2

Параметры профиля	номер сечения
	0	1	2	3	4	5
R,м	0,1890	0,1972	0,2054	0,2136	0,2218	0,2300
F*104,м	0,9576	0,8054	0,6562	0,5100	0,3669	0,2268
bц*103,м	8,1700	8,0840	7,9980	7,9120	7,8260	7,7400
hц*103,м	5,8520	4,8336	3,8152	2,7968	1,7784	0,7600
hА, м	0,0059	0,0048	0,0038	0,0028	0,0018	0,0008
hС, м	-0,0054	-0,0046	-0,0037	-0,0029	-0,0020	-0,0011
hВ, м	0,0059	0,0048	0,0038	0,0028	0,0018	0,0008
xА, м	-0,0082	-0,0081	-0,0080	-0,0079	-0,0078	-0,0077
xС, м	0,0108	0,0107	0,0106	0,0105	0,0104	0,0103
Jx*109, м4	0,6233	0,3675	0,1945	0,0873	0,0296	0,0056
Jh*108, м4	0,1862	0,1533	0,1223	0,0930	0,0655	0,0396

 

5. Находим центробежные  силы, действующие в сечениях i=4, 3, 2, 1, 0, и соответствующие им напряжения от растяжения:

где К=F_i/F₅ – отношение площади сечения на расчетном радиусе R_i к площади концевого сечения на радиусе R₅; А – постоянный множитель,

 кг/м³с².

Результаты вычислений заносим в табл. 3

Таблица 3

номер сеч.	R,м	R25-R2i, м2	F*104,м2	k	k+1/2k	Pj*10-3,	sp, МПа
5	0,2300	0,00	0,23	1,00	1,00	0,00	0,00
4	0,2218	0,00	0,37	1,62	0,81	0,91	24,89
3	0,2136	0,01	0,51	2,25	0,72	2,23	43,64
2	0,2054	0,01	0,66	2,89	0,67	3,93	59,84
1	0,1972	0,01	0,81	3,55	0,64	6,01	74,56
0	0,1890	0,02	0,96	4,22	0,62	8,45	88,22

 

По приведенным в  табл.3 результатам строим график s_p=f(R) (рис. 1).

 

6. Полагая интенсивность  газовой нагрузки неизменной  по длине лопатки, находим ее  осредненное значение в окружном  направлении u:

 н/м.

 

7. Находим осредненную  интенсивность газовой нагрузки  в осевом направлении х:

н/м.

Рис. 1

Таблица 4

номер сеч.	Ri, м	R5-Ri, м	(R5-Ri)2, м2	Mpx=-(1/2)Pu* (R5-Ri)2, H*м	Mpy=(1/2)Pa* (R5-Ri)2, H*м
5	0,23	0,000	0,00000	0,000	0,000
4	0,222	0,008	0,00007	0,102	0,253
3	0,214	0,016	0,00027	0,408	1,012
2	0,205	0,025	0,00061	0,919	2,277
1	0,197	0,033	0,00108	1,633	4,048
0	0,189	0,041	0,00168	2,551	6,325

 

8. Правильность полученных  для P_u и Р_а знаков проверяем.

 

9. Заполняя табл. 4 находим  значения изгибающих моментов М_рх и М_ру от действия газовой нагрузки P_u и Р_а относительно осей х и у.

 

10. Проверяем правильность полученных  в табл. 4 знаков для моментов  М_рх и М_ру. Для лопаток турбины изгибающие моменты от газовой нагрузки в случае правого вращения ротора должны иметь знак «+».

 

11. Проецируем векторы  моментов от газовой нагрузки  на направление осей  x и h. Результаты расчета по формулам  заносим в табл. 5.

                                                                                                     Таблица 5

номер сеч.	b, град	Mpycosb	Mpxsinb	Mpysinb	Mpxcosb	Mph	Mpx
		Н*м
4	29	0,2213	0,0893	0,1227	0,0495	0,1718	0,2119
3	28	0,8936	0,3604	0,4751	0,1917	0,7019	0,8356
2	27	2,0289	0,8184	1,0338	0,4170	1,6119	1,8522
1	26	3,6385	1,4677	1,7746	0,7158	2,9226	3,2423
0	25	5,7326	2,3124	2,6732	1,0783	4,6543	4,9856

 

12. Коэффициенты разгрузки  корневого сечения лопатки в  окружном и осевом направлениях  принимаем равными g_х=g_у=0,6.

 

13. Для реализации принятых  в п. 12 значений g_х и g_у по формулам (5) и (6) определяем координаты положения конца линии выноса центров масс с направления радиуса в пятом сечении:

 

Вычисления х₅ и у₅ производим при заполнении табл. 6.

Таблица 6

1	i	5	4	3	2	1
2	Fi*104, м2	0,2268	0,2268	0,2268	0,2268	0,2268
3	Fi-1*104, м2	0,3669	0,3669	0,3669	0,3669	0,3669
4	(Fi+ Fi-1)* 104, м2	0,5937	0,5937	0,5937	0,5937	0,5937
5	Ri, м	0,2300	0,2300	0,2300	0,2300	0,2300
6	Ri-1, м	0,2218	0,2218	0,2218	0,2218	0,2218
7	Ri- Ri-1, м	0,0082	0,0082	0,0082	0,0082	0,0082
8	Ri2- Ri-12, м	0,0037	0,0037	0,0037	0,0037	0,0037
9	Ri+ Ri-1-2R0, м	0,0738	0,0738	0,0738	0,0738	0,0738
10	(4)*(8)*(9)*106, м5	0,0162	0,0162	0,0162	0,0162	0,0162
11	(4)*(7)*(9)*106,м5	0,0359	0,0359	0,0359	0,0359	0,0359