Расширение Пунгинской ПХГ (подземного хранилища газа)

курсовая работа

4. Расчет на прочность диска ТВД

Разрушение дисков является одной из наиболее тяжелых аварий, поскольку оно, как правило, влечет за собой полное разрушение турбины, а также наносит серьезный урон соседнему оборудованию.

Диски роторов являются одними из самых напряженных элементов турбомашин. Основные напряжения в дисках возникают вследствие центробежных сил инерции, обусловленных вращением ротора (динамические напряжения), и неравномерного распределения температуры по объему диска (температурные напряжения). Прочностные расчеты дисков турбомашин обязательны при их проектировании, так как они позволяют достичь необходимого запаса прочности и тем самым обеспечить достаточную надежность и долговечность эксплуатации турбомашин.

Динамические силы и напряжения, связанные с колебаниями и определяющие длительную усталостную прочность деталей в рамках данного дипломного проекта не рассматриваются. Расчет произведен для рабочего колеса ступени турбины высокого давления.

Основными величинами, влияющими на прочность диска, являются температура, воздействующая на него при работе и напряжения от действия центробежных сил.

В расчете используются следующие величины:

N - число разбиений диска на участки;

- плотность материала диска, ;

n - частота вращения диска, ;

- радиусы участков диска, м;

- ширины участков дисков, м;

- значения температур участков диска, ;

- значения коэффициентов линейного расширения, ;

- значения модуля упругости материала диска по участкам, МПа;

- значение динамических радиальных напряжений, МПа;

- значение динамических тангенциальных напряжений, МПа;

- значение температурных радиальных напряжений, МПа;

- значение температурных тангенциальных напряжений, МПа.

Свойства материала: предел текучести , модуль упругости , коэффициент Пуассона и коэффициент линейного расширения - принимаем в соответствии с температурой диска.

Таблица 4.1. Параметры, необходимые для расчёта диска ТВД

Материал

диска

МПа

МПа

r0

r1

rа

rоб

у0

у1

уа

уоб

t0,0С

t,

0С

20Х12ВНМФШ

10

220

00

150

450

520

190

100

55

65

400

36

Таблица 4.2. Характеристики материала диска

Характеристика

материала

Температура 0С

20

100

2300

300

400

500

600

Модуль упругости, ??????МПа

2,14

2,12

2,09

2,03

1,95

1,87

1,71

Коэффициент линейного расширения, ?t.10-6, 1/ 0C

10,4

-

10,5

10,7

11,0

11,4

12,0

Коэффициент Пуассона, ?

0,3,

0,3

0,3

0,3

0,3

0,3

0,3

Плотность, ?, кг/м3

7850

7850

7850

7850

7850

7850

7850

Предел текучести, ?0.2, МПа

559

545

527

509

491

456

368

Для расчета разобьем диск на 10 частей. На каждом участке реальный профиль заменяется профилем постоянной ширины. Температурный режим диска задается исходя из условий эксплуатации. Распределение температуры диска по радиусу задано в виде функции

Распределение температуры диска по радиусу отображено в табл.4.1

Таблица 4.3. Распределение температуры по радиусу диска

№ участка

Внутренний радиус участка,

rср, м

Температура участка,

t, 0C

1

0,025

400

2

0,045

400

3

0,110

400

4

0,150

400

5

0,250

401

6

0,350

406

7

0,410

415

8

0,450

427

9

0,485

436

10

0,520

436

Расчет напряжений производится с применением ЭВМ (программа DISK22), исходные данные и результаты этого расчета приведены в прил.1.

- суммарные тангенциальные напряжения в точке диска,

- суммарные радиальные напряжения в точке диска.

Изменение температуры по радиусу диска отображено на рис.4.1

Эпюры распределения напряжений отображены на рис.4.2

=

== 254,1 МПа.

Запас прочности определяет коэффициент запаса прочности (). Для выбранного материала диска (сплав 20Х12ВНМФШ) при t = 436 С предел текучести =478 МПа.

Коэффициент запаса прочности: kзап =/?max =1,88.

Так как значение коэффициента запаса прочности вошло в необходимый диапазон (1,5 < kзап < 2,0), можно считать, что диск выдержит оказываемую на него нагрузку.

Делись добром ;)