3. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ДИСКА РАБОЧЕГО КОЛЕСА КВД

Диски компрессоров являются весьма ответственными элементами конструкции газотурбинных двигателей. При вращении ротора диски находятся под воздействием инерционных центробежных сил, возникающих при воздействии от массы рабочих лопаток и собственной массы диска, что вызывает в них растягивающие напряжения.

Помимо растягивающих напряжений, в дисках могут возникать напряжения кручения и изгиба. Кручение вызвано передачей диском крутящего момента. Причиной появления изгибного напряжения может быть разность давлений на боковых поверхностях диска, действие осевых газовых сил, вибрация лопаток и самих дисков, а так же действие гироскопического момента при совершении ЛА различных эволюций.

Наиболее существенными являются напряжения от центробежных сил. Напряжения кручения, как правило, незначительны, и поэтому практически не учитываются. Напряжения изгиба зависят, в первую очередь, от толщины диска и способа соединения дисков между собой и с валом (и проявляются, как следствие, в относительно тонких дисках).

Рисунок 3.1 - Расчетная схема диска компрессора

При расчете на прочность принимаются следующие допущения:

- диск считается симметричным относительно срединной плоскости, перпендикулярной к оси вращения;

- диск находится в плосконапряженном состоянии;

- напряжение на любом радиусе не меняется по толщине;

- наличие отверстий и бобышек на полотне диска, отдельных выступов

и проточек не принимается во внимание.

Исходные данные:

- материал лопатки - ВТ-3 (, );

- число лопаток рабочего колеса ;

- частота вращения ротора ;

- напряжение в корневом сечении пера лопатки ;

- площадь корневого сечения лопатки ;

- площадь радиального сечения разрезной части обода ;

- центр тяжести размерной части обода

Расчет контурной нагрузки:

В данном расчете не будут учитываться температурные напряжения диска, поскольку диски компрессора работают в значительно меньшем диапазоне температур, нежели диски турбин, а градиент температуры по радиусу диска - незначителен.

Геометрические размеры диска в расчетных сечениях и радиусы этих сечений принимаем согласно расчетной схеме (рисунок 3.1).

Расчет диска на прочность выполнен с помощью кафедральной программы DISK_112.exe. Результаты расчета заносятся в файл RESULT.dsk (таблица 3.1)

Таблица 3.1 - Результаты расчета диска на прочность

На основании полученных расчетных данных построим графические зависимости, отображающие распределение радиальной и окружной нагрузки, а также коэффициента запаса прочности по сечениям исследуемого диска (рисунки 3.2-3.3)

Рисунок 3.2 - Распределение напряжений по сечениям диска

Рисунок 3.3 - Распределение коэффициента запаса прочности по сечениям

Полученные графические зависимости соответствуют теоретическому распределению радиального и окружного напряжения Во всех сечениях диска имеется достаточный запас прочности (соблюдается условие, согласно которому коэффициент запаса прочности для диска должен быть не менее 1,5).