Московський Державний Технічний Університет
ім. Н. Е. Баумана
Калузький філія
РОЗРАХУНКОВО-ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
до курсового проекту на тему:
"РОЗРАХУНОК І ПРОЕКТУВАННЯ ТУРБІНИ Приводні ВМД"
Зміст
Розрахунок першого ступеня
Розрахунок другого ступеня
Профілювання
Розрахунок на міцність
Опис установки
Вибір матеріалів
Список літератури
Розрахунок турбіни приводного ВМД.
Вихідні дані: ;
;
;
;
;
;
;
Приймаємо: ;
;
- Ступінь реактивності;
- Коефіцієнт швидкості в робочих лопатках,
- Коефіцієнт швидкості сопловой решітки першого ступеня;
,
,
Обчислення:
Знаходимо располагаемую роботу розширення (наявний теплоперепад в турбіні):
Визначаємо число ступенів:
- Коефіцієнт повернення тепла
Розрахунок першого ступеню:
50% від , Отримуємо
;
Розрахунок процесу в соплових апаратів.
- Наявний теплоперепад в соплових апаратів
- Швидкість на виході з соплового апарату
- Відносна швидкість при вході в РЛ
- Температура в кінці ізоентропійного розширення в СА
- Повний тиск на виході з соплового апарату
- Температура газу за сопловим апаратом
- Питомий об'єм газу за гратами СА
Розрахунок параметрів за робочим колесом.
- Відносна швидкість на виході з РЛ
- Абсолютна швидкість газу за щаблем
Визначаємо розміри соплового апарату.
приймаємо
- Висота сопловой лопатки в перетині на виході із грат
Визначаємо розміри РЛ.
- Ейлера робота газу на окружності колеса турбіни
- ККД ступені на окружності колеса
- Втрати в РЛ
Відносні втрати в соплових апаратів:
- Коефіцієнт втрат кінетичної енергії в СА
- Коефіцієнт втрат з вихідною швидкістю
- Коефіцієнт втрат кінетичної енергії в РЛ
Втрати в СА.
- Коефіцієнт конфузорно, так як k> 1.7, то к = 1.7
(Визначаємо за графіком)
Втрати в РЛ.
Розрахунок другого ступеня
;
;
.
Визначаємо розміри соплового апарату.
Визначаємо розміри РЛ.
Втрати в СА.
- Коефіцієнт конфузорно, так як k> 1.7, то к = 1.7
(Визначаємо за графіком)
Втрати в РЛ.
Профілювання
Використовуємо закон профілювання .
Периферія.
Корінь.
Розрахунок на міцність.
Хвостовик.
Матеріал ХН65КНВЮТ; ;
;
.
ДИСК.
Матеріал 25Х1М1Ф; ;
;
ВИГИН ЗУБА.
;
;
;
;
Опис установки.
Турбіна приводного ВМД складається з одноступінчастого компресора, трубчасто-кільцевої КС, осьової двоступеневої турбіни.
Турбіна - осьова, двоступенева. Ротор турбіни виконаний з двох частин: валу і двох дисків з лопатками. Задній вал - цапфа виконаний у згоді з другим диском турбіни, передній вал ротора фланцем з'єднується з обома дисками за допомогою шести болтів. Диски турбіни виконані з матеріалу 25Х1М1Ф, передній і задній вали виконані зі сталі ЕІ-961.
Соплові апарати першого та другого ступенів складаються з литих лопаток, виконаних із сплавів ЖС-6К, і набраних в кільця. Передній сопловой апарат передає зусилля на задній корпус компресора через внутрішню стійку, пов'язану з корпусом гофрованої обичайкою.
У зоні роботи робочих лопаток вмонтовані металокерамічні вставки з матеріалу УМБ-4С. Ротор турбіни обертається на передньому кульковому підшипнику. Радіальні і осьові зусилля від кулькового підшипника сприймаються корпусом компресора. Корпус турбіни складається з двох кожухів, виконаних з жароміцної листової сталі, з'єднаних між трьома профільними стійками. Внутрішня порожнина стійок використовується для підведення масла до підшипника, зливу олії з нього і для повітряного охолодження заднього диска турбіни.
Передній диск турбіни і замкове з'єднання лопаток охолоджуються повітрям, що надходить з камери згоряння в порожнину переднього валу.
Вибір матеріалів
Вибір матеріалу деталей газових турбін здійснюється на підставі техніко-економічних міркувань, які повинні забезпечити:
надійність роботи виробу протягом усього терміну служби. Ця вимога передбачає відсутність руйнувань і неприпустимих деформацій в умовах дії механічних і хімічних чинників;
технологічну придатність, тобто подальшу обробку і з'єднання з іншими деталями;
економічну доцільність, що виражається в помірній вартості і малій кількості дефіцитних і стратегічних матеріалів.
Соплові лопатки першого ступеня турбіни працюють при найбільш високих температурах і під дією газових сил піддаються вигину, тому важливою характеристикою матеріалу цих деталей є опірність повзучості. Напруження згину в соплових лопатках сучасних і перспективних газових турбін досягають 100-130 МПа. У охолоджуваних соплових лопатках перших ступенів через велику градієнта температури в матеріалах виникають значні термічні напруги, порівнянні з напругами від вигину.
Крім того, висока температура робочого середовища, а також наявність в газі кисню, сірки, водяної пари, а при спалюванні мазуту і пятиокиси ванадію, викликають корозію металу, тому матеріал повинен бути ще і корозійно-стійким. Тому для соплових лопаток ми вибираємо сталь 31Х19Н9МВБТ.
Робочі лопатки є найбільш навантаженими деталями робочого колеса турбіни. Вони піддаються дії відцентрових сил, вібраційних навантажень; зусиллям, що виникають, внаслідок різниці коефіцієнтів розширення матеріалів лопаток і стикається диска, корозії і ерозії від дії гарячих газів, а також термічним напруженням через різницю температур в корені лопатки і на периферії. Працюючи тривалий час в умовах високих температур і напруг, матеріал лопаток повинен володіти високим опором повзучості і втоми і малою чутливістю до концентрації напружень. Останні виникають у місцях переходів, вирізів, отворів і т.п. Тому для робочих лопаток ми вибираємо сталь ХН65КНВЮТ.
Диски й ротори турбін, так само як і робітники лопатки, схильні до дії відцентрових сил і температурних напружень, проте найбільшу небезпеку представляють напруги від відцентрових сил власне диска і робочих лопаток. Температурні напруги по своїй величині значно менше, а при хороших пластичних властивості металу дисків вони знімаються під впливом невеликих пластичних деформацій. Тому вибираємо сталь 25Х1М1Ф.
Список літератури
Скубачевскій Г.С. Авіаційні газотурбінні двигуни. Конструкція і розрахунок деталей. - М.: Машинобудування, 1974.
Лапін Ю.Д., Каришев А.К. Розрахунок осьової газової турбіни. Матеріали газових турбін. - М.: Видавництво МГТУ ім. Н. Е. Баумана, 2002.
Казанджан П.К., Тихонов Н.Д., Янко А.К. Теорія авіаційних двигунів. - М.: Машинобудування, 1983.
Курс лекцій «Теорія і розрахунок газових турбін»