Расчет осевого усилия КНД и вентилятора 5 страница

9.4. Главные центральные моменты инерции площади поперечного сечения лопатки

Таблица 9.4.

Определение главных центральных моментов инерции

Сечение	Втулочное	Среднее	Наружное
	0,408	0,121	0,058
	37,540	25,046	20,834
	21,276	14,049	11,426
	-2,301	-1,466	-0,980
	-0,124	-0,118	-0,094
	-3,533	-3,355	-2,695
	0,266	0,035	0,012
	37,682	25,132	20,880
	0,374	0,111	0,055
	34,520	23,013	19,178

Рис.9.2. Изменение главного центрального момента инерции по высоте лопатки

Рис.9.3. Изменение главного центрального момента инерции по высоте лопатки

9.2. РАСЧЕТ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ЛОПАТКИ

9.2.1. Напряжение растяжения под действием центробежной силы

Исходные данные:

плотность материала лопатки (титановый сплав);

частота вращения ротора.

площадь поперечного сечения лопатки у втулки;

площадь поперечного сечения лопатки на периферии;

радиус лопатки у втулки;

радиус лопатки на периферии.

Таблица 9.5

Определение напряжения растяжения

R, м	F, мм2	I, мм2	Np, Н	σр, МПа
0,233	6,45666	0,046	545,424	84,475
0,237	6,1696751	0,041	480,946	77,953
0,240	5,8826902	0,036	418,430	71,129
0,244	5,5957053	0,030	357,968	63,972
0,248	5,3087204	0,025	299,652	56,445
0,251	5,0217355	0,021	243,575	48,504
0,255	4,7347506	0,016	189,829	40,093
0,259	4,4477657	0,012	138,506	31,140
0,262	4,1607808	0,008	89,698	21,558
0,266	3,8737959	0,004	43,499	11,229
0,270	3,586811	0,000	0,000	0,000

Из рис.2.1 видно, что максимального значения растягивающее напряжение достигает у втулки: .

Рис.9.4. Изменение растягивающего напряжения по высоте лопатки

Для данного случая: , . Из рис.8.8. находим, что .

Максимальное растягивающее напряжение у оси лопатки у втулки:

.

Тогда:

,

9.2.2. Напряжение изгиба под действием газовых сил

Исходные данные:

;

;

.

Найдем параметры:

;

;

;

;

.

.

Таблица 9.6

Определение изгибающих моментов в осевой плоскости и в плоскости вращения

R, м	Mη, Нˑм	Mξ, Нˑм
0,233	-1,288	-0,578
0,237	-1,048	-0,468
0,240	-0,832	-0,370
0,244	-0,640	-0,283
0,248	-0,472	-0,208
0,251	-0,330	-0,144
0,255	-0,212	-0,092
0,259	-0,120	-0,052
0,262	-0,053	-0,023
0,266	-0,013	-0,006
0,270	0,000	0,000

Рис.9.5. Изменение изгибающих моментов в осевой плоскости и в плоскости вращения по высоте лопатки

Таблица 9.7

Определение изгибающих моментов по главным центральным осям

Сечение
Втулочное	55,498	30,969	-1,158	-0,807
Среднее	48,382	38,264	-0,318	-0,169

Таблица 9.8

Определение напряжений в опасных точках

Сечение	Втулочное	Среднее
Точка
	0,282	0,042
	0,004761	0,000722	0,004761	0,000512
	0,000474	0,000536	0,000339	0,000362
	84,475	48,504
	84,477	84,472	48,507	48,501

Максимальное напряжение действует во втулочном сечении в точке :

.

В качестве материала лопатки выберем титановый сплав , для которого предел прочности и предел текучести равны: , . Тогда:

,

,

то есть запас прочности и запас текучести превышают минимально допустимое значение .

9.3. РАСЧЕТ ХВОСТОВИКА ЛОПАТКИ

9.3.1. Напряжение смятия на поверхности контакта

Исходные данные:

;

;

;

.

Найдем параметры,

,

,

,

.

.

.

9.3.2. Напряжение растяжения

Исходные данные:

;

;

;

;

Найдем параметры,

,

,

,

,

.

9.3.3. Напряжение изгиба

Исходные данные:

; .

Найдем параметры,

,

.

В качестве материала диска выберем сталь , предел текучести которой превышает напряжения, возникающие в диске.

Запас прочности по каждому из напряжений равны:

9.4. РАСЧЕТ КОЛЕБАНИЙ ЛОПАТКИ

9.4.1. Собственная частота колебаний без учета вращения

Исходные данные:

;

;

;

;

;

;

.

Найдем параметры,

,

,

,

.

Таблица 9.9

Определение собственной частоты колебаний без учета вращения

Форма колебаний
	0,159	0,463	0,745
	518,578	1510,073	2429,815

9.4.2. Собственная частота колебаний с учетом вращения

Исходные данные:

площадь периферийного сечения лопатки;

площадь корневого сечения лопатки;

диаметр среднего сечения лопатки;

угол установки профиля.

Найдем параметры,

,

,

,

.

Таблица 9.10

Определение собственной частоты колебаний с учетом вращения

Форма колебаний
	518,793	1510,147	2429,861
	519,436	1510,368	2429,998
	520,507	1510,736	2430,227
	522,002	1511,252	2430,548
	523,919	1511,915	2430,960
	526,251	1512,725	2431,464
	528,995	1513,682	2432,059
	532,143	1514,785	2432,746
	535,688	1516,034	2433,524
	539,623	1517,429	2434,393
	543,939	1518,969	2435,354
	548,627	1520,654	2436,405
	553,678	1522,484	2437,547
	559,082	1524,457	2438,780
	564,828	1526,574	2440,104
	570,907	1528,833	2441,518
	577,307	1531,235	2443,023
	584,019	1533,778	2444,618
	591,031	1536,462	2446,302
	598,334	1539,286	2448,077
	638,835	1555,477	2458,290
	685,094	1575,040	2470,715
	736,024	1597,851	2485,319

9.4.3. Построение резонансной (частотной) диаграммы

Определим для первой собственной частоты колебаний лопатки резонансные частоты и диапазоны частот, в которых работа недопустима.

Приравняв соответствующие формулы, получаем:

.

Границы недопустимых для работы диапазонов частот определим из соотношения:

,

где коэффициент (табл.4.3).

Рис.9.6. Резонансная диаграмма

Таблица 9.11

Определение границ недопустимых для работы диапазонов частот

	389,457		361,639	413,798
	199,262		170,796	221,402
	139,733		111,787	159,695
	108,669		81,501	126,780
	89,234		59,489	107,081

Рис.9.7. Границ недопустимых для работы диапазонов частот

Частота вращения ротора не попадает в недопустимый диапазон.

10. Охрана труда при эксплуатации осевого компрессора газотурбинного двигателя.

Охрана труда - это система сохранения жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности, включающие в себя правовые, социально-экономические, организационно-технические санитарно-гигиенические, ле­чебно-профилактические, реабилитационные и иные мероприятия. Система охраны труда регламентирована законом РФ от 17.07.99 № 181-Ф3 «Об основах охраны труда в Российской Федерации».

Осевые компрессоры находят применение там, где требуются большие подачи воздуха при сравнительно небольшом давлении. Наибольшее распространение осевые компрессоры находят в газотурбинных установках.

Газотурбинный двигатель (ГТД) – тепловая машина, предназначенная для преобразования энергии сгорания топлива в кинетическую энергию реактивной струи и (или) в механическую работу на валу двигателя, основными элементами которой являются компрессор, камера сгорания и газовая турбина.

В дипломном проекте разрабатывается осевой компрессор газотурбинного двигателя Д-36 со следующими характеристиками:

мощность привода – N=22,0 МВт;

рабочая частота вращения вала вентилятора– n =6698 об/мин;

рабочая частота вращения вала комрессора низкого давления – n =9160 об/мин;

рабочая частота вращения вала компрессора высокого давления – n =15450 об/мин;

начальная температура на входе в вентилятор — t_н= 15°С=288К;

начальная температура на входе в компрессор низкого давления — t_н= 49°С=322К;

степень повышения давления π = 22;

начальное давление на входе в вентилятор— Р_н =101325 Па.

конечное давление — Р_к = 2,8 МПа;

Данный раздел посвящён вопросам обеспечения техники безопасности при эксплуатации осевого компрессора. Обеспечение безопасности эксплуатации является одной из важнейших задач при разработке конструкции компрессора и должно учитывать и предотвращать все основные опасные и вредные производственные факторы.

При работе установки возникает угроза воздействия на обслуживающий персонал опасных и вредных производственных факторов:

1. Опасность получения ожогов под воздействием высоких температур при прикосновении к отдельным частям корпусов и трубопроводов. Температура наружной поверхности работающих кожухов не превышает 45˚С, согласно ГОСТ 21190-82.

2. Опасность травматизма вследствие высокого давления газа в системе. Для борьбы с разгерметизацией предусмотрены специальные конструктивные меры: уплотнения, рассчитанные на определенное давление и препятствующие утечке газа из проточной части, уплотнения в местах соединения трубопроводов. Кроме того, необходимо проводить контроль всех коммуникаций системы.

3. Наличие быстровращающихся элементов (роторы).

4. Повышенный уровень вибрации (за счет неуравновешенных масс при вращении ротора).

5. Повышенный уровень шума, вызванный наличием вращающихся узлов (привод) и неоднородностью и нестационарностью потока в проточной части компрессора (аэродинамический шум).

6. Опасность поражения электрическим током (кабели для привода электрической энергии).

Конструкция агрегата соответствует требованиям ГОСТ 28775-90 «Агрегаты газоперекачивающие с газотурбинным приводом. Общие технические требования». Необходимо выполнение соответствующих требований, так как при эксплуатации компрессорной установки могут возникнуть следующие вредные и опасные производственные факторы:

1. Вентиляция

2. Освещение

3. Вибрация

4. Шум

5. Электробезопасность

6. Обеспечение безопасности систем, находящихся под давлением

7. Взрывобезопасность и пожаробезопасность

Далее следует рассмотрение обеспечения безопасности по каждому из пунктов.

10.1. Вентиляция

Компрессор, проектируемый в дипломном проекте входит в состав авиационного газотурбинного двигателя Д-36.

Выхлопные пары и газы всегда содержат в себе углекислый (CO­₂) и угарный (CO) газы. Последний наиболее опасен для человека тем, что, проникая в орга­низм через легкие и соединяясь с гемоглобином, вызывает кислородное го­лодание. Элементы, содержащиеся в выхлопных газах, оказывают отрав­ляющее воздействие на организм человека. Вдыхание, например, паров бен­зина и керосина приводит к раздражению слизистой оболочки органов дыха­ния и бензиновой пневмонии.

Испытания двигателя проводятся в специальном помещении, называе­мом боксом, конструкция которого обеспечивает безопасность людей, задей­ствованных в испытаниях.

В боксе предусмотрена общестанционная приточно-вытяжная вентиляция, обеспечивающая трехкратный воздухообмен в час. Подача воздуха предусматривается от приточной вентиляционной установки с резервным вентилятором. Дополнительный приток наружного воздуха в теплый период должен осуществляется естественным потоком через приточные проемы, оборудованные воздушными клапанами. В дополнение к общеобменной вентиляции предусмотрена аварийная вытяжная вентиляция в объеме, обеспечивающем совместно с основной системой вентиляции восьмикратный воздухообмен.

Также необходимо поддерживать основные параметры микроклимата в рабочей зоне. Нагрев частей установки ведёт к повышению температуры и понижению влажности в окружающей среде, следовательно, необходимо экранирование источников тепла. Микроклимат создается и поддерживается с помощью систем отопления и вентиляции. Согласно СанПин 2.2.4.548-96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений» устанавливаются следующие гигиенические требования к показателям микроклимата. Температура воздуха в помещении должна находиться в пределах 19-21°С и 20-22°С, скорость движения воздуха 0,1и 0,2 м/с в холодный и теплый периоды соответственно, относительная влажность должна поддерживаться в пределах меньше 70%.

По ГОСТ 12.1.005-88 «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны» установлены оптимальные и допустимые метеорологические условия для рабочей зоны помещения, с учётом времени года и категории работы по её тяжести.

Принятые меры должны обеспечивать содержание вредных веществ в соответствии с ГН 2.2.5.686-98 ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны.

- пары керосина -180-200 мг/м³;

- пары масла-100-80 мг/м³;

- пары СО - не более 12 мг/м³;

10.2. Освещение

В соответствии со СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение» освещенность определяется из условий выбора объектов различения. При эксплуатации компрессорной установки этими объектами являются предметы около 1 мм (стрелки контрольно-измерительных приборов).

Дата добавления: 2015-10-24