Навигация
Аэродинамические нагрузки и динамические напряжения, действующие на рабочее колесо центробежного компрессора
34399
знаков
3
таблицы
7
изображений
Работа выполнена на кафедре "Газотурбинные, паротурбинные установки и двигатели" Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева и в ЗАО "НИИтурбокомпрессор им. В.Б. Шнеппа".
Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Евгеньев Станислав Сергеевич
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Фафурин А.В., кандидат технических наук Сагадеев Р.Г.
Ведущая организация: ОАО "Авиамотор" (г. Казань)
Защита диссертации состоится " " июня 2006 г. в " " часов на заседании диссертационного совета Д 212.079.02 в Казанском государственном техническом университете им.А.Н. Туполева по адресу: 420111, г. Казань, ул. К. Маркса, 10.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева.
Автореферат разослан " " ____________2006 г.
Ученый секретарь диссертационного совета
Общая характеристика работы
Актуальность работы. Центробежные компрессорные ступени широко используются в осецентробежных компрессорах газотурбинных двигателей (ГТД) наземного и авиационного исполнения, в бортовых турбогенераторах, агрегатах турбонаддува двигателей внутреннего сгорания (ДВС), а также в центробежных компрессорах (ЦК), применяемых в химической, нефтяной и газовой отраслях промышленности.
Опыт эксплуатации ЦК при высоких окружных скоростях вращения и давлениях рабочей среды выявил необходимость исследования нестационарных процессов в связи с усталостными поломками рабочих колес (РК), возникающих из-за наличия значительных переменных аэродинамических нагрузок. Среди известных нестационарных явлений в ЦК наиболее значительное отрицательное влияние на усталостную прочность колеса оказывает неравномерность распределения параметров потока по окружной координате около дисков колеса, связанная со сложной структурой потока на выходе из РК, обратным влиянием выходного устройства в случае безлопаточного диффузора (БЛД) и влиянием лопаточного диффузора (ЛД). При вращении ротора окружная неравномерность параметров потока, стационарная по отношению к корпусу, преобразуется в нестационарное поле давлений и скоростей по отношению к вращающемуся РК. Важно отметить, что этот вид нестационарности существует на всех режимах работы ЦК, допускаемых при эксплуатации. Кроме того, имеется возможность возникновения резонансного режима при совпадении частоты аэродинамической нагрузки с одной из собственных частот колебания какого-либо элемента РК, приводящего к опасным динамическим напряжениям и усталостным разрушениям.
Поэтому дальнейшее исследование закономерностей распределения давлений и скоростей потока по окружности около РК, разработка методов определения величины и частоты воздействия на РК переменных аэродинамических нагрузок и соответствующих напряжений, а также способов их снижения являются весьма актуальными.
Цель работы. На основе экспериментальных и расчетно-теоретических исследований разработать метод определения переменных аэродинамических нагрузок и динамических напряжений, действующих на РК ЦК.
Задачи исследования. В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
1. Разработка и экспериментальные исследования компактных ступеней концевого типа с закрытыми и полуоткрытыми РК с цилиндрическими и пространственными лопатками, с разными типами диффузоров и выходных устройств, для определения обычными и безинерционными приборами внешних полей давлений, их частот и амплитуд воздействия на диски РК.
2. Разработка инженерного метода определения переменных аэродинамических нагрузок, действующих на РК с внешней стороны дисков и со стороны потока в канале РК.
3. Определение динамических напряжений от действия переменных давлений при эксплуатации, собственных частот и форм колебаний РК разных конструкций и их резонансных режимов.
Научная новизна работы. В процессе исследования получены новые научные результаты, которые выносятся на защиту:
1. В результате экспериментальных исследований трех характерных для ЦК ступеней концевого типа с коэффициентами расхода Ф0=0,025-0,07-0,09, содержащих входной аппарат, РК с цилиндрическими и пространственными лопатками, БЛД и ЛД и кольцевую камеру (КК), и анализа экспериментальных данных других авторов получены обобщающие зависимости неравномерности давлений за РК и около дисков РК от реактивности при разных режимах работы ступеней.
2. На основе обобщенных зависимостей создана программа расчета на ПЭВМ аэродинамических нагрузок, действующих на покрывной или основной диски РК с внешней стороны, учитывающая геометрию, газодинамическую характеристику ступени и направление течения газа в зазорах около дисков РК.
3. Определены давления в каналах исследованных РК по известной методике расчета осредненного осесимметричного потока с учетом переменности его стеснения при минимальных и максимальных давлениях на выходе из РК, принятых из экспериментальных данных по неравномерности. Изменение расхода через канал РК за счет разного противодавления из-за неравномерности за один оборот вызывает соответствующее изменение давления в канале РК, что использовано для расчета для расчета мгновенных значений давлений в канале РК.
4. Рассчитаны динамические напряжения и запасы прочности от воздействия суммарного поля давлений на диски и лопатки РК с помощью программного пакета ANSYS. Качество построения конечно-элементной (КЭ) модели РК проверено согласованием расчетов по методу конечных элементов (МКЭ) с опытными данными по собственным частотам и формам колебаний исследованных РК, полученными методом голографической интерферометрии.
5. В результате гармонического анализа распределения статических давлений на стенке за РК, измеренных пневмометрическим методом, а также скоростей и давлений за РК, измеренных анемометрическим и тензометрическим методами, определены номера гармоник аэродинамических нагрузок, соответствующих максимальным амплитудам колебаний.
Похожие работы
... его конструкции, а также рядом эксплуатационных факторов. К числу конструктивных особенностей объекта относятся: - доступность - легкосъемность - удобство работ - взаимозаменяемость - контролепригодность и другие. Заданные свойства ЭТ объектов обеспечиваются в процессе создания и изготовления двигателей. В условиях эксплуатации эти свойства реализуются и ...
... АТКА Агрегат типа АТКА имеет привод от синхронного или асинхронного электродвигателя через мультипликатор, двухэтажную компоновку. Компрессор, редуктор и электродвигатель устанавливаются на отметке +4,8 м. Работает установка следующим образом. Парообразный аммиак засасывается в первую секцию компрессора АТКА-545, где он сжимается до промежуточного давления. Сжатые пары поступают в ...
... машины широко используют в качестве гидродвигателей. Гидродвигатели используются в гидроприводах палубных механизмов. 6. Элементы объёмного гидропривода: рабочие жидкости; гидроаппаратура, гидролинии и гидроёмкости, кондиционеры рабочей жидкости Объемным гидроприводом наз совокупность объем гидромашин, гидроаппаратуры и вспомогательных устройств соед. с помощью гидролиний. Предназначена для ...
... водителя и пассажиров в случае аварии. Это может быть достигнуто за счет применения таких средств защиты, как ремни безопасности, подушки безопасности, а также активные подголовники, защищающие шейные позвонки при ударе сзади. 3. Воздушный транспорт Техническая характеристика самолета ЯК-42 № п/п Наименование Единицы измерения Данные 1 2 3 4 1 ...
0 комментариев