Расчет на прочность замка лопатки “елочного” типа

Страница 1

При проектировании соединения, выбираемые конструктивные размеры хвостовиков лопаток и пазов должны удовлетворять требованиям прочности. С этой целью определяется напряжённое состояние элементов соединения, которое зависит от конструкции и действующих сил. Трудность расчета связана со сложностью их конфигурации, вызывающей неравномерность распределения напряжений, и со сложным характером нагружения замка статическими и динамическими силами и моментами сил. На элементы соединения действуют центробежная сила от пера и хвостовика лопатки, центробежная сила выступа диска, окружная и осевая составляющие от газодинамических сил потока. Последние две силы вызывают изгиб элемента соединения лопатки, но влияние их незначительно. Действием на лопатку газового потока, инерционными силами пера, трением хвостовика в пазе – пренебрегают.

Расчет на прочность замка состоит из расчета замковой части лопатки и замковой части обода диска.

Методика упрощенных расчетов дает возможность провести сравнительный анализ прочности замков. За расчетный случай обычно принимают режим максимального числа оборотов ротора двигателя при максимальном расходе воздуха (у земли).

Допускаемые напряжения для каждого типа замка устанавливаются на основании статистики по указанным напряжениям в ранее изготовленных и успешно отработавших заданный ресурс ГТД.

При упрощенных расчетах замков обычно принимают во внимание лишь нагружение элементов центробежными силами масс пера и хвостовика лопатки. Таким образом, методика упрощенных расчетов замковых соединений имеет следующие допущения:

­ на замок действует только центробежная сила лопатки;

­ центробежная сила лопатки и центробежная сила хвостовика лопатки направлены по одному радиусу, проходящему через центр тяжести лопатки;

­ центробежная сила лопатки распределяется между опорными площадками замкового соединения пропорционально величинам их контактирующих поверхностей;

­ для упрощения расчета, расчетная схема выполнена без зазоров.

Для расчета необходимы следующие данные:

­ материал: ЖС6-К;

­ плотность материала: 8250 (кг/м3);

­ число оборотов турбины: 14168,2 (об/мин);

­ угол наклона контактной площадки: б = 300;

­ угол клина замка: 2ц = 250;

­ напряжение растяжения в лопатке у корня: 360,71 (МПа);

­ площадь корневого сечения лопатки: 0,14·10-3 (м2).

У правильно спроектированного замка напряжения смятия, изгиба и среза на всех зубьях должны быть одинаковыми.

Учитывая, что целью проверочного расчета является проверка правильности создания замка лопатки, расчет следует выполнять для всех зубьев.

Напряжения растяжения в различных сечениях хвостовика лопатки и гребня диска отличаются по своим значениям.

Рисунок 2.13 - Хвостовик лопатки

Рисунок 2.14 - Гребень диска

Рисунок 2.15 - Зуб хвостовика лопатки

Таблица 2.8 - Геометрия замка лопатки