Расчет осевого усилия КНД и вентилятора 1 страница

Расчет суммарного осевого усилия, действующего на ротор КНД и ротор вентилятора, ведется следующим образом:

1) определяется суммарное осевое усилие, действующее на вентилятор , Н;

2) определяется суммарное осевое усилие, действующее на компрессор , Н;

Расчетное усилие, действующее на вентилятор определяется как:

, (7.7)

где - усилие, действующее на лопатки вентилятора, Н;

- усилие, действующее на торцы ротора вентилятора.

Схема для определения усилия, действующего на лопатку, представлена на рисунке 7.1.

Рис. 7.1. Схема расчета осевого усилия, действующего на лопатку

Осевую силу, действующую на лопатку i-той ступени , Н, определим по формуле

, (7.8)

где - массовый расход, кг/с;

- осевая скорость потока на выходе из лопатки, м/с;

- осевая скорость потока на входе в лопатку, м/с;

- статическое давление перед лопаткой, Па;

- статическое давление за лопаткой, Па;

- площадь проходного сечения ПЧ на входе в лопатку, м²;

- площадь проходного сечения ПЧ на выходе из лопатки, м²

- среднее усилие, действующее на торец лопатки, Н.

Статическое давление перед и за рабочей лопаткой , определим по формуле

, (7.9)

где - давление торможения, Па;

- коэффициент скорости;

- абсолютная скорость потока, м/с;

- температура торможения, К.

Значения параметров берутся из результатов уточненного поступенчатого расчета КНД на среднем радиусе.

Давление торможения за лопаткой определяется как

.

Суммарное усилие на лопатки определяется как

.

Схема определения осевой силы, действующей на торцы ротора, показана на рисунке 7.2.

Рис. 7.2. Упрощенная схема расчета осевого усилия, действующего на торцы

Суммарное усилие , Н, действующее на торцы ротора определяется как

, (7.10)

где - усилие, действующее на передний торец ротора, Н;

- усилие, действующее на задний торец ротора, Н.

Результаты расчета суммарной силы сведены в таблице 7.2 – расчет осевого усилия на лопатки – и таблице 7.1 – расчет осевого усилия на торцы.

Таблица 7.1

Расчет осевого усилия на торцы

Параметр	Ед. изм.	Ротор
Вентилятор	Компрессор
Pп	Пa		136433,614
p'п	Пa		113694,6783
Pз	Пa		634871,5665
p'з	Пa		124030,5582
R'п	м	0,223	0,256
Rп	м	0,196	0,227
r'п	м	0,137	0,156
rП	м	0,072	0,295
R'з	м	0,255	0,146
Rз	м	0,194	0,075
r3	м	0,077	-
Pп	Н	14172,459	15708,557
Pз	Н	25709,640	137101,629
∑Pa	Н	11537,181	121393,073

Таблица 7.2

Результаты расчета осевого усилия на лопатки КНД

	Ед. изм	вентилятор
m	кг/с		39,4	39,4	39,4	39,4	39,4	39,4
p*1	Па
p*2	Па
cz1	м/с	201,918	193,269	193,269	193,269	193,269	193,269	183,605
cz2	м/с	193,269	193,269	193,269	193,269	193,269	183,605	183,605
c1	м/с	201,918	212,460	210,310	208,488	208,233	210,821	204,885
c2	м/с	219,999	279,761	283,624	287,108	287,614	282,684	271,194
T*1	К	288,000	321,950	354,915	390,591	428,976	467,362	501,948
T*2	К	321,950	354,915	390,591	428,976	467,362	501,948	532,734
λ1	-	0,650	0,647	0,610	0,576	0,549	0,533	0,500
λ2	-	0,670	0,811	0,784	0,757	0,727	0,689	0,642
p1	Па
p2	Па
R1	м	0,665	0,346	0,338	0,331	0,326	0,322	0,320
R2	м	0,645	0,344	0,336	0,329	0,324	0,320	0,318
Rm	м	0,655	0,345	0,337	0,330	0,325	0,321	0,319
Rвт	м	0,272	0,259	0,268	0,275	0,280	0,284	0,286
F1	м^2	1,154	0,166	0,133	0,108	0,088	0,073	0,065
F2	м^2	1,073	0,160	0,129	0,103	0,084	0,069	0,061
pm	Н	6203,424	480,901	525,751	828,551	1010,662	1390,420	1757,378
∆PA	Н	22712,328	601,880	634,002	693,065	748,855	429,920	931,124
∑PA		4038,846

Найдем суммарное осевое усилие на ротор вентилятора,

.

С учетом частичной разгрузки ротора вентилятора за счет турбины итоговое усилие на вентилятор составит

.

Найдем суммарное осевое усилие на ротор КНД,

.

С учетом частичной разгрузки ротора КНД за счет турбины итоговое усилие на КНД составит

.

7.3.2. Расчет осевого усилия КВД

Расчет суммарного осевого усилия, действующего на ротор КВД, производится по схеме, аналогичной описанной в п.7.3.1.

. (7.11)

Результаты расчета усилий, действующих на рабочие лопатки КВД и торцы ротора, приведены в таблицах 7.3 и 7.4 соответственно.

Таблица 7.3

Расчет осевого усилия на торцы

Параметр	Ед.измерения	компрессор
Pп	Пa	645578,000
p'п	Пa	151995,000
Pз	Пa	2835546,014
p'з	Пa	283554,601
R'п	м	0,225
Rп	м	0,220
r'п	м	0,127
R'з	м	0,250
Rз	м	0,245
r3	м	0,184
Pп	Н	19912,127
Pз	Н	45336,315
∑Pa	Н	25424,188

Суммарное осевое усилие на ротор КВД

.

С учетом частичной разгрузки ротора КВД за счет турбины итоговое усилие на КВД составит

.

Таблица 7.4

Результаты расчета осевого усилия на лопатки КВД

m	кг/с	39,4	39,4	39,4	39,4	39,4	39,4	39,4
p*1	Па
p*2	Па
cz1	м/с	183,605	183,605	183,605	183,605	183,605	183,605	156,064
cz2	м/с	183,605	183,605	183,605	183,605	183,605	183,605	156,064
c1	м/с	237,983	235,722	233,869	234,970	242,507	249,888	230,135
c2	м/с	321,615	329,275	335,639	337,294	329,805	322,196	307,129
T*1	К	540,958	587,530	639,077	695,600	752,124	800,350	840,280
T*2	К	587,530	639,077	695,600	752,124	800,350	840,280	880,210
λ1	-	0,559	0,531	0,506	0,487	0,483	0,483	0,434
λ2	-	0,725	0,712	0,695	0,672	0,637	0,607	0,566
p1	Па
p2	Па
R1	м	0,268	0,268	0,268	0,268	0,268	0,268	0,268
R2	м	0,268	0,268	0,268	0,268	0,268	0,268	0,268
Rm	м	0,268	0,268	0,268	0,268	0,268	0,268	0,268
Rвт1	м	0,231	0,237	0,243	0,248	0,251	0,252	0,254
Rвт2	м	0,231	0,237	0,243	0,247	0,250	0,252	0,254
F1	м^2	0,057	0,049	0,039	0,032	0,027	0,025	0,022
F2	м^2	0,058	0,048	0,040	0,033	0,029	0,025	0,022
pm	Н	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000
∆PA	Н	1255,695	635,338	1397,875	2805,098	3117,773	966,475	1163,664
∑PA	11341,918

7.4. Расчет подшипниковых опор на долговечность

Расчет подшипниковых опор на долговечность производится по методике, изложенной в [2.c.68].

Зависимость, связывающая грузоподъемность подшипника С, кгс, с условной постоянной по величине нагрузкой, действующей на подшипник, Q, кгс, выражается как:

, (7.12)

где - частота вращения ротора, об/мин;

- расчетная долговечность подшипника, мин.

Грузоподъемность подшипников определяется по эмпирическим формулам

- для шариковых радиальных подшипников:

, (7.13)

- для роликовых радиальных подшипников:

, (7.14)

где - число тел качения;

- диаметр тела качения, мм;

- длина ролика подшипника, мм;

- поправка на диаметр тела качения;

- угол скоса для опорно-упорных подшипников, градусы.

В случае превышения частоты вращения ротора величины в 10000 оборотов в минуту, грузоподъемность подшипника определяется как:

, (7.15)

где - поправка на число оборотов;

- рабочая частота вращения ротора, об/мин;

- предельное число оборотов подшипника, указанное в каталоге, об/мин.

Приведенную нагрузку, действующую на подшипник, , кгс, определим по формуле:

, (7.16)

где - радиальная нагрузка, действующая на подшипник, кгс;

- осевая нагрузка, действующая на подшипник, кгс;

- коэффициент, приводящий осевую нагрузку в условную радиальную;

;

- коэффициент безопасности;

- температурный коэффициент.

Передняя опора ротора вентилятора – радиально-упорный шарикоподшипник с разрезной внутренней обоймой

Передняя опора ротора КНД – радиально-упорный шарикоподшипник с разрезной внутренней обоймой.

Передняя опора ротора КВД – радиально-упорный шарикоподшипник с разрезной внутренней обоймой.

Опорами роторов турбины высокого давления (ТВД), турбины низкого давления (ТНД), турбины вентилятора (ТВ), являющимися задними опорами роторов КВД, КНД и вентилятора, служат роликоподшипники.

Подшипники роторов вентилятора, КНД и КВД, за исключением подшипника КНД, стандартные выбираются по каталогу, [10]. Опорно-упорный подшипник КНД нестандартный и проектируется по индивидуальному заказу. Также по индивидуальному заказу проектируются роликоподшипники.

Основные конструктивные параметры роликовых и шариковых подшипников приведены на рисунке 8.2.1:

Рис. 7.3. Основные конструктивные параметры подшипников качения

Стандартные подшипники выбираются в
соответствии с:

- ГОСТ 8995-75. Шариковые радиально – упорные четырехточечные подшипники.

Результаты выбора подшипников сведены в таблицу 7.5.

Таблица 7.5

Выбор подшипников

Распол.	Номер	Тип	d	D	B	α	z	do	m	nп	nр
			м	м	м	град.		м	кг	об/мин	об/мин
Вентилятор		Шар	0,170	0,260	0,042			0,026	8,25
КНД	инд.	Шар	0,180	0,240	0,030			0,02
КВД		Шар	0,150	0,225	0,030			0,02	4,6
ТВД	Инд.	рол	0,100	0,130	0,018	-		0,04
ТНД	Инд.	рол	0,100	0,130	0,018	-		0,04
ТВ	Инд.	рол	0,120	0,146	0,018	-		0,04

Согласно п. 7.3.1. и 7.3.2, осевая нагрузка на роторы составляет:

1) - осевая нагрузка на ротор КНД;

1) - осевая нагрузка на ротор КНД;

2) - осевая нагрузка на ротор КВД.

Радиальную нагрузку на ротор КНД распределим следующим образом: 70% радиальной нагрузки действует на передний опорно-упорный подшипник, 30% - на задний опорный подшипник.

Радиальную нагрузку на подшипники , кгс, определим по формуле:

,

где - масса ротора компрессорного каскада, кг.

Материал роторов принимается следующим:

материал ротора вентилятора: алюминиевый сплав, , за исключением лопаток первой ступени вентилятора, которые изготавливаются из стали, ;

материал роторов КНД и КВД: титановый сплав, , за исключением трех последних ступеней КВД, которые изготавливаются из жаропрочной стали: .

Масса лопатки , кг, определяется по эмпирической формуле:

(7.17)

- хорда лопатки, м;

- толщина лопатки, м;

- длина лопатки, м;

- плотность материала лопатки, кг/м³.

Массы дисков, цапф и соединяющих диски элементов каскадов рассчитаны на ЭВМ с помощью программы Компас.

Окончательные расчетные массы роторов с лопатками составляют:

;

.

Результаты расчета подшипников на долговечность приведены в таблице 7.6.

Таблица 7.6

Результаты расчета подшипников на долговечность

Расп.	w	C	m	C'	R	A	R/A	kk	ks	kt	m	Q	h
-	-	кг	-	кг	кг	кг	-	-	-	-	-	кг	Ч
Вент.	0,999		1,000				0,067	1,35		1,05	0,7
КНД	1,000		1,000				0,055	1,35		1,05	0,7
КВД	1,000		0,473				0,112	1,35		1,05	0,7
ТВД	0,999		0,403			-	-	1,35		1,35	-		1,91E+11
ТНД	0,999		1,000			-	-	1,35		1,35	-		1,25E+12
ТВ	0,999		1,000			-	-	1,35		1,35	-		9,1E+13

Дата добавления: 2015-10-24