Турбина двигателя АИ-20

Уфимский государственный авиационный технический университет
Кафедра ОКМ и М
к курсовому проекту по дисциплине Детали машин
Курсовой проект по теме: «Газовая турбина»
Уфа 2007г.

Техническое задание
Рассчитать и спроектировать на основе прототипа АИ-20 узел газовой турбины со следующими параметрами:

Р=3200кВт - мощность турбины;
N=8кН -тяга (осевая сила, действующая на вал);
7500 об/м - частота вращения вала;
1,13 кН*м - сосредоточенный изгибающий момент;
425мм - диаметр проточной части;
400ч - ресурс в часах.

Описание конструкции узла газовой турбины
Турбина состоит из ротора, корпуса и системы смазки.
Ротор турбины
Ротор турбины состоит из вала и дисков с рабочими лопатками. Опорами вала турбины являются цапфа компрессора, на которую опирается вал, и роликовый подшипник, расположенный вблизи дисков. Для уменьшения массы турбины применяется консольное расположение дисков (с подшипником перед турбиной). Соединение дисков с валом выполнено разъемным. Для нашей турбины крепление дисков к валу выполнено с помощью шпилек. Сборка разъемного ротора с корпусом проводится следующим образом. Вначале собирается ротор, взаимное положение вала и дисков фиксируется метками. Клеймятся также шпильки, гайки и контрящие замки. Затем проводится динамическая балансировка, и ротор разбирается (снимаются облопаченные диски II и III ступеней). После сборки соплового аппарата I ступени его размещают так, чтобы ось турбины была в вертикальном положении, устанавливают вал с диском I ступени, сопловой аппарат и диск II ступени, затем сопловой аппарат и диск III ступени (диски садятся на призонные втулки и заточки центрирующих буртиков). После этого затягивают гайки.
Корпус турбины
Корпус турбины ГТД является наружной стенкой проточной части и входит в общую силовую схему двигателя. Корпус представляет собой кольцо в форме усеченного конуса, что определяется проточной частью турбины и числом ступеней. К передней части корпуса турбины присоединен с помощью фланцевого крепления корпус камер сгорания, к задней – сопловое устройство. Разъемы корпуса турбины делаются перпендикулярно оси. Число разъемов определяется конструкцией турбин и числом ступеней. Корпус изготавливают из ленты, сворачивая ее в кольцо, сваривая ее торцы и приваривая точеные фланцы, либо из ленты профильного проката, из которого образуют оболочку.
Система смазки
Масло подается к подшипникам, главным образом, для отвода от них тепла, а также для смазки трущихся частей. В условиях работы на двигателе вся мощность, расходуемая на привод подшипника, практически целиком превращается в тепловой поток, идущий на повышение его рабочей температур. Количество тепла, которое необходимо отвести от подшипника прокачиваемым через него маслом, определяется затрачиваемой на его привод энергией и нагревом его от горячих деталей двигателя. Методики расчета прокачки базируются на обобщенном выражении для расчета мощности, затрачиваемой на привод подшипников при существовании гидродинамического подобия течений потоком масла в их каналах и использовании равнения теплового баланса в подшипниковом узле.
В ГТД применяется замкнутая циркуляционная система смазки. Резервуаром для масла служит маслосборник, в котором находится определенный запас масла, необходимый для его циркуляции.
Каждый масляный насос на всасывании имеет сетчатый фильтр, предохраняющий его рабочую полость от попадания в нее крупных твердых частиц. На выходе из нагнетающей ступени устанавливается фильтр высокого давления, очищающий масло перед поступлением его в двигатель. Пройдя фильтр высокого давления и полость редукционного клапана, масло поступает в коробку приводов и к форсункам подшипников, которые распыляют масло и направляют его на подшипники. Масло из полостей подшипников отсасывается откачивающей ступенью насоса.
Курсовой проект содержит 1 лист формата А1 графической части, 26 страниц пояснительной записки.

Содержание
Техническое задание 4
Введение 5
1 Описание конструкции и процесса сборки узла газовой турбины 6
2 Проектный расчет вала турбины 6
2.1 Определение крутящего момента, выбор материала и его основных механических характеристик 7
2.2 Определение наружного и внутреннего диаметров валов 7
3 Выбор подшипников 8
3.1 Определение реакции опор 8
3.2 Выбор подшипников по динамической грузоподъемности и проверка их на статическую грузоподъемность 9
4 Проверочный расчет вала на усталостную прочность 11
4.1 Построение эпюр изгибающих и крутящих моментов 11
4.2 Расчет амплитудных и средних напряжений цикла 12
4.3 Выбор опасных сечений и определение запасов сопротивления усталости 14
4.4 Расчет устойчивости вала при действии крутящего момента 17
4.5 Расчет критической частоты вращения ротора турбины 18
5 Расчет на прочность соединений 21
5.1 Расчет на прочность шлицевого соединения 21
5.2 Расчет на прочность шпильки 21
6 Выбор масла и описание системы смазки турбины 22
6.1 Выбор марки масла и расчет его количества для смазки и охлаждения подшипников турбины 22
6.2 Описание системы смазки и ее элементов 24
Список литературы 26
Приложение 27