Главная | Обратная связь

Кафедра турбиностроения

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ, МОЛОДЁЖИ И

СПОРТА УКРАИНЫ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

«ХАРЬКОВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ»

Кафедра турбиностроения

Расчетное задание №1

«ТЕКСТОВЫЙ РЕДАКТОР MICROSOFT WORD»

 

 

Выполнил ст. Ретизник А.В.
Группа ЭМ-52
Проверил доц. Колодяжная Л.В.

 

Харьков 2012

ЧИСЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ АЭРОПРУГОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ 3-Х
ЛОПАТОЧНЫХ ВЕНЦОВ ПОЛУТОРНОЙ КОМПРЕССОРНОЙ СТУПЕНИ

Численный анализ проведен для полуторной компрессорной ступени, состоящей из 42
лопаток СТ1, 28 лопаток ротора и 35 лопаток СТ2. Таким образом, расчетная область (зона
периодичности) включает 6×4×5 лопаток СТ1, ротора и СТ2 соответственно. Плотность
разносной сетки в межлопаточных каналах каждого из лопаточных венцов равна 10×40×84,
10×60×78 и 10×48×74 расчетных ячеек в радиальном, окружном и осевом направлениях в
каналах СТ1, ротора и СТ2 (рис.3).

При расчете колебаний лопаток ротора учитывались первые 5 собственных форм
колебаний. Собственные частоты для каждой из собственных форм приведены в таблице 1.

 

Таблица1. Собственные частоты колебаний лопатки

Собственная форма
Ν, Гц

 

В данной работе приведены результаты численного анализа нестационарных
аэродинамических характеристик полуторной компрессорной ступени для трех вариантов
при различных относительных окружных расположениях СТ1 и СТ2:

- вариант А – статор СТ1 сдвинут (по сравнению с исходным расположением, как

показано на рис.3б) в окружном направлении в направлении вращения ротора на шага
статора СТ2;

- вариант Б – СТ1 сдвинут на шага СТ2;

- вариант В – СТ1 сдвинут на шага СТ2.

Граничные условия для всех вариантов приняты:

- на входе в статор СТ1: =101000 Па; =288 К ;

- на выходе за статором СТ2 – статическое давление меняется вдоль радиуса

=93000÷96000 Па;

- число оборотов ротора n=15400 об/мин.

Осредненные по времени значения нестационарных аэродинамических нагрузок
(окружная сила Fy, осевая сила Fz момент относительно центра тяжести лопатки),
действующих на периферийный слой рабочей лопатки ( длинны лопатки ), и деформации
периферийного сечения (перемещение в окружном направлении hy, в осевом направлении
hz и угол поворота φ) представлены в таблицах 2,3.

Таблица 2. Осредненные значения аэродинамических нагрузок в периферийном сечении

Вариант	Fy, H	Fz, H	M, H*м
А	-7.21	-7.47	-0.051
Б	-7.57	-7.89	-0.057
В	-7.43	-7.73	-0.054

 

Таблица 3. Осредненные значения перемещений в периферийном сечении

Вариант	hy, мм	hz, мм	φ, градус
А	-0.135	-0.127	-0.070
Б	-0.139	-0.131	-0.073
В	-0.137	-0.130	-0.072

 

Как видно из таблиц, осредненные значения аэродинамических нагрузок и
деформаций рабочей лопатки практически не зависят от относительного расположения двух
статоров.

На рис.4-6 представлены графики нестационарных аэродинамических нагрузок,
действующих на периферийный слой рабочей лопатки, и перемещения периферийного
сечения в течение шести полных оборотов ротора, а также их амплитудно-частотные
спектры.

Для анализа нестационарных характеристик использовано преобразование Фурье

 

,

 

где F(t) –физическая нестационарная нагрузка; –среднее по времени значение нагрузки;
, – коэффициенты Фурье; ν –частота 1-й гармоники, соответствующая времени шести
оборотов ротора. В данном расчете частота вращения ротора равна =256 Гц (n=15400
об/мин); время шести оборотов ротора -0.0234 сек; частота 1-й гармоники в преобразовании
Фурье – 42.67 Гц.

Как видно из графиков, основной вклад в нестационарные составляющие
аэродинамических нагрузок вносят две гармоники, соответствующие двум бегущим волнам,
распространяющихся вверх по потоку с частотой × =256×35=8960 Гц и вниз по
потоку с частотой =256×42=10752 Гц, где и – числа лопаток первого и
второго статоров. Амплитуды основных гармоник для окружной силы составляют 1-3% от
средних значений , для осевой силы – 2-3%Ю для аэродинамического момента – 5-20%.
Максимальные значения амплитуды нестационарных нагрузок для осевой и окружной сил

имеют место в периферийном слое и уменьшаются к корню лопатки, в то время как

 

амплитуды нестационарного момента принимают максимальные значения в среднем сечении
и уменьшаются к корню и периферии.