Расчет напряженно-деформированного состояния диска турбины агрегата наддува поршневого ДВС

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное

учреждение высшего образования

 «Уральский федеральный университет

имени первого Президента России Б.Н.Ельцина»

Уральский энергетический институт

кафедра «Турбины и двигатели»

Расчетная работа

на тему: «Расчет напряженно-деформированного состояния диска турбины агрегата наддува поршневого ДВС»

Преподаватель:                                                                

Студент

гр. ЭНМ-101105                                                              

Екатеринбург

2021 г.

Цель расчета. Определить термические поля и напряжения в диске турбины агрегата наддува ДВС, обусловленные неравномерностью нагрева и статическими нагрузками, используя программу конечного-элементного анализа ANSYS.

Описание задачи. Диск турбины с лопатками агрегата наддува двигателя, прикрепленный к валу, вращается с частотой вращения n, с одной стороны омывается потоком горячих газов , а с другой стороны (тыльной) охлаждается воздухом из компрессора .[pic 1][pic 2]

На рисунке 1 представлено распределение температур  и  и коэффициентов теплоотдачи охлаждающего воздуха  и газов  по радиусу турбины ТКР. Значения основных нагрузок на диск представлены в таблице 1. На рис. 2 представлена расчетная схема диска турбины агрегата наддува, значения геометрических параметров диска турбины приведены также в таблицу 1. Основные характеристики материала диска (сталь 31Х19Н9МБТ) представлены в таблице 2.[pic 3][pic 4][pic 5][pic 6]

[pic 7]

Рисунок 1 – Распределение температуры t и коэффициентов теплоотдачи  охлаждающего воздуха и газов по радиусу диска турбины ТКР[pic 8]

[pic 9]

Рисунок 2 – Вид и основные размеры диска турбины агрегата наддува ДВС

Для выполнения данной расчетной работы необходимо:

1. Произвести для заданных исходных данных расчет распределения температурного потока по поверхности диска турбины и построить график.
2. Произвести расчет напряженно-деформированного состояния диска турбины от совместного действия тепловых и силовых нагрузок и получить распределение эквивалентных напряжений по поверхности диска, построить график.
3. Сопоставить эквивалентные напряжения, получаемые в диске, с допустимыми напряжениями.
4. Получить значения максимальных деформаций и расчетной модели и привести визуальное распределение деформаций на геометрической модели.

1. Построение трехмерной геометрической модели

Для выполнения расчета диска от теплового и силового воздействия необходимо выполнить построение трехмерной геометрической модели поршня ДВС в CAD-системе. Также, следует учесть, что нам необходимо разбить геометрию диска на 6 участков для задания различной плотности материала для каждого участка. Двухмерная модель выполненного диска представлена на рисунке 3. Данные для выполнения геометрии выбраны по номеру исполнителя в группе. Используются следующие данные:

1. Геометрические параметры диска турбины, мм:

R1 = 14; R2 = 27; R3 = 54; R4 = 62; R5 = 34; R6 = 14; R7 = 45; R8 = 60; L =37,0; L1 = 5,0; L2 = 2,5; L3 = 14.

1. Коэффициент «оребрения» диска лопатками kОР(r)= 4,95.
2. Число лопаток диска Z = 14 шт.
3. Средняя толщина лопатки δср = 1,20 мм
4. Частота вращения n∙10-3 = 75 мин-1

[pic 10]

Рисунок 3 – Двухмерная модель диска

Дальнейшим шагом является выполнение трехмерной геометрической модели. Используя Inventor AUTODEST, при помощи команды “Вращать” – получаем выполненную геометрию (см. рис. 4).

[pic 11]

Рисунок 4 – Трехмерная геометрическая модель поршня ДВС

1. Создание сетки конечных элементов

Создаем сетку конечных элементов, отвечающую требованиям, применяемым к модели при построении математической модели физических конструкций.