EN | 中文 | RU

Прочность лопатки турбины

Главная  Проекты  >  Лопатка турбины

Оценка статической прочности лопатки турбины

Был выполнен нелинейный анализ статической прочности охлаждаемой лопатки турбины.

 

Конечно-элементная модель (КЭМ) была построена на базе предоставленной 3D модели лопатки (рис.1). Для построения сетки использовались гекса- и тетраэдральные 3D элементы. КЭМ дорабатывалась в зонах концентрации напряжений (корневое сечение и примыкающие скругления).

Изменения нелинейных свойств материалов лопатки турбины и предельных разрушающих напряжений были учтены при расчете.

Сплав, из которого изготовлена лопатка турбины, имеет предел текучести 490 МПа и предел прочности 605 МПа при максимально допустимой температуре 1100 град. Цельсия.

Зависимость модуля Юнга материала от температуры также была учтена при расчетах.

В температурном диапазоне 750-900 град. Цельсия наблюдаются аномальные изменения механических свойств материала. Уровень предела текучести и прочности на разрыв немного увеличивается, когда температура достигает 900 град. Цельсия, и только после этого уменьшается (Рис.2).

 

Турбинная лопатка была рассчитана в соответствии с тремя основными типами нагружения:

  1. Воздействие аэродинамического давления на лопатку.
  2. Силы центробежной инерции.
  3. Перепад температур, который воздействует на перо лопатки.

Эти нагрузки были учтены при задании исходных данных для расчета. Аэродинамическая нагрузка распределена по профилю лопатки. Перепад давления на профиле лопатки составляет приблизительно 0.5 МПа. Рабочие обороты турбины –

3000 об/мин. Температура лопатки изменяется в пределах 500-1100 град. Цельсия.

По результатам расчетов были определены и изучены уровни напряжений и деформаций. На рисунках слева можно увидеть диаграммы, показывающие уровни напряжений (рис.3) и перемещений (рис.4).

Максимальное перемещение в радиальном направлении составляет приблизительно 4.2 мм. Небольшие зоны пластических деформаций возникают в области замковой части лопатки.

Максимальные напряжения в корневом сечении (рис.5) не превышают допустимый уровень.

Рис.1. 3D модель лопатки турбины

Рис.2 Изменение предела текучести и прочности 

в зависимости от температуры

Рис.5 Эквивалентные напряжения по Мизесу в корневом сечении лопатки турбины

Рис.3 Эквивалентные напряжения по Мизесу в лопатке турбины

Рис.4 Радиальные перемещения в лопатке турбины