Анализ Результатов расчета и выводы
Для компрессорных лопаток опасным сечение являеться корневое сечение или сечение лежащее в зоне, близкой к корневому сечению. Результаты расчета лопатки на ЭВМ показываеют, что лопатка удовлетворяет нормы прочности и массы, коэффициент запаса прочности в корневом сечении К=2,8. Рост коэффициент запаса прочности равномерный,в средноем сечении К=3,2. Максимальные напряжения лопатка испытывает в точке С, где наименьшая степень концентрации напряжений. С целью дополнительного снижения массы лопатки возможно использовать материал с меньшей плотностью (YT-900-2,5: ρ=2,40 г/см3, σ=590Мпа; YT-900-3: ρ=3,000 г/см3, σ=590Мпа; BT-5: ρ=4,40 г/см3, σ=650Мпа).
4.6.3 Расчет лопатки на колебания
Колебания лопаток создают большие дополнительные динамические напряжения, вызывают усталостные явления в материале. Поэтому с течением времени в различных местах лопаток появляются трещины, и в дальнейшем происходит их разрушение. Как правило причиной большинства прочностных дефектов лопаток являются колебания.
Лопатка, как всякая упругая конструкция, обладает спектром собственных частот и форм колебаний. Эти показатели являются определяющими, т.к. полностью представляют динамические свойства лопаток, их способность «отзываться» на различные виды воздействий определяют колебательные процессы лопаток. Поэтому расчет и исследование спектров собственных частот и форм колебаний лопаток является первой задачей при их проектировании.
В результате расчета на ЭВМ получаем, что статическая частота лопатки
f0 = 181,6009 Гц.
Максимальная секундная частота вращения ротора:
Определим секундные частоты вращения ротора на всех режимах работы двигателя:
Собственная статическая частота не учитывает влияние центробежных сил и температуры нагрева лопатки. Для учета этих влияний можно воспользоваться следующим приближенным уравнением:
Динамическая
собственная частота лопатки
Где Е, Et - модули упругости материала лопатки при нормальной и рабочей температурах.
-постоянный
коэффициент, зависящий от геометрии
пера лопатки.
Тогда динамическая собственная частота лопатки:
Колебания рабочих лопаток возникают вследствие неоднородности потока газа в окружном направлении. Частота возбуждения определяется числом импульсов к, получаемых лопаткой за каждый оборот ротора:
-
номер гармоники возбуждающей силы.
Обычно номер гармоники возбуждения соответствует числу конструктивных элементов проточной части двигателя (стойки, жаровые трубы, топливные форсунки, лопатки), вносящих возмущение в поток. Места пересечения лучей диаграммы возбуждения с частотной диаграммой ступени определяют резонансы, обусловленные опасными гармониками. Зависимость частот возбуждающих сил от числа конструктивных элементов, расположенных в тракте двигателя и секундного числа оборотов ротора представлена в виде частотной диаграммы возбуждения.
4.6.4 Анализ результатов и выводы
В результате построения частотной диаграммы выделены резонансные зоны (области) для данной лопатки.
Опасными гармониками являются гармоники с номерами 3,5 . На малом газе и на крейсерском режиме лопатка может попасть в резонансный режим. Для предотвращения разрушения лопатки можно:
- уменьшить продолжительность работы на этом режиме;
- спрофилировать силовые стойки для уменьшения возмущений, вносимых в поток;
- применить пластинчатый демпфер в замковое соединение лопатки с диском;
- повысить вибропрочность материала путем плавных переходов при обработке материала (полировка);
- применить антивибрационную полку на лопатке первой ступени
Результаты выполненных расчетов РЛ ТРДД на статическую и динамическую прочность указывают на то, что лопатка удовлетворяет всем конструктивным требованиям, обеспечивая необходимую надежность и долговечность.