5. РАСЧЕТ ДИНАМИЧЕСКОЙ ЧАСТОТЫ ПЕРВОЙ ФОРМЫ ИЗГИБНЫХ КОЛЕБАНИЙ ЛОПАТКИ РАБОЧЕГОКОЛЕСА КОМПРЕССОРА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

При работе авиационного газотурбинного двигателя на рабочие лопатки компрессора действуют периодически изменяющиеся газовые силы, что связано с неравномерностью газовоздушного потока по окружности в проточной части двигателя. Эти силы вызывают вынужденные колебания лопаток. При совпадении частот собственных колебаний лопатки с частотами вынужденных колебаний наступают резонансные колебания, при которых амплитуда колебаний резко возрастает, что может привести к разрушению лопатки. Опасных резонансных колебаний можно избежать путем изменения частоты собственных колебаний лопаток или частоты и величины возбуждающей силы.

Колебания лопаток могут быть изгибными, крутильными, изгибно-крутильными и высокочастотными пластиночными. Особенно легко возбуждаются колебания по основной (первой) изгибной форме.

Целью данного расчета является определение частоты собственных изгибных колебаний лопатки по первой форме, построение частотной диаграммы и нахождение резонансных режимов работы двигателя.

Исходные данные:

- плотность материала ;

- радиус корневого сечения ;

- длина лопатки ;

- площади сечения пера лопатки

;;;

- минимальные моменты инерции сечения пера

;;;

- частота вращения

.

Расчет выполняется с помощью кафедральной программы DINLOP.exe, результаты расчета заносятся в файл RDL.rez (таблица 5.1).

Таблица 5.1 - Результаты расчета динамической частоты первой формы изгибных колебаний лопатки компрессора

По результатам расчета построим частотную диаграмму. Для ТВВД за частоту вращения малого газа принимают (принимаем ).

Для определения резонансных режимов работы необходимо учесть частоты колебаний гармоник возбуждающих сил. В нашем случае наибольшее влияние на возможность возникновения резонансного режима оказывают опорные стойки (8 штук), а так же лопатки ВНА на входе в КВД (59 штук), и НА за 1-ой ступенью(55 штук). Их влияние описывается уравнением

,

Где - порядок гармоник возбуждающих сил;

- частота вращения ротора (об/с).

Рисунок 5.1 - Частотная диаграмма колебаний лопатки

По частотной диаграмме видно, что резонансные режимы работы лопаток первой ступени находятся за пределами рабочего диапазона частот вращений ротора высокого давления. Таким образом, возникновение резонансных колебаний лопаток при работе компрессора в его рабочем диапазоне невозможно.

6. Расчет наружного корпуса камеры сгорания на прочность от действия перепада давлений

Кожух камеры сгорания рассчитывают на прочность для максимального внутреннего давления газов (режим работы двигателя при полете у земли с максимальной скоростью в зимних условиях при ).

Напряжённое состояние оболочки, за исключением участков, расположенных вблизи фланцев или мест действия сосредоточенных сил, достаточно точно определится на основании безмоментной теории [5], которая предполагает отсутствие внутренних изгибающих и крутящих моментов, а, следовательно, и перерезывающих сил. Также предполагаем, что все нагрузки независимы схема изображена на рисунках 6.1 и 6.2.

Исходные данные:

- материал - Сталь 12Х18Н9Т (;);

- давление в рабочей полости ;

- средний диаметр кожуха ;

- толщина стенки .

Рисунок 6.1- Расчетная схема действия сил элемент наружного корпуса

Выделим из цилиндрической оболочки элемент, ограниченный отрезками двух параллельных кругов и двух образующих (рис. 8). Заменяя действие отброшенных частей оболочки соответствующими усилиями , рассмотрим равновесие этого элемента.

- радиус меридиана и параллели соответственно.

Рисунок 6.2 - Схема нагружения тонкостеной оболочки

- площадь элемента;

- сила от давления.

Для цилиндрической оболочки

При максимальной подаче расхода воздуха допускаемые напряжения равны: . В данном разделе был выполнен расчёт наружного корпуса КС на прочность, так как при очень большом перепаде давления существует опастность разрыва наружного корпуса. Входе проведенных расчетов определено что полученные напряжения растяжения вписываются предполагаемые значения для камер сгорания ТВВД, из чего следует что полученные результаты удовлетворяют нормам прочности [5], но всеже для для обеспечения надежной работы КС надо поставить колька проставки которые повысят ее жесткость.