ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОГО ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЖАРОВОЙ ТРУБЫ И АНАЛИЗА ЕЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО НАГРУЖЕНИЯ Курсант 114 у/г Мутовкина Ж.В. Научные консультанты: Ст. преп. Степанова М.В. Доцент Нефедовский В.А. ПЛАН РАБОТЫ: • Объектная область – отработка процесса моделирования с использованием универсального специализированного программного комплекса КОМПАС-3D и анализ параметров математического моделирования, возникающего в жаровой трубе, на основе интегрированного инструмента для подготовки и последующего конечно-элементного анализа трехмерной твердотельной модели (детали или сборки). • Объект – жаровая труба газотурбинного двигателя. Для упрощения - трубчатокольцевого типа. • Предмет исследования – характеристики теплового нагружения модели. • Цель - оценить возможности применяемого метода для получения конечного результата. • Задача – получить нагрузочные характеристики теплового расчета, частоты и формы собственных колебаний. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ • ГТД относится к воздушнореактивным двигателям, в которых происходит преобразование энергии топлива в кинетическую энергию газовой струи, создающей реактивную силу тяги двигателя. ТИПЫ КАМЕР СГОРАНИЯ Камера сгорания работает в весьма сложных условиях: - высокие температуры газов (в ядре горения температура газов достигает 2300К); - высокие температуры элементов камеры (корпусов – до 600-650 К, жаровых труб до 1000-1200 К) при значительной неравномерности температурного поля газового потока; - элементы конструкции камеры сгорания, в особенности жаровые трубы, смесители, омываются химически активными газами при повышенном давлении (до 2,5 – 4 МПа) и значительных скоростях движения газа. КОНСТРУКТИВНОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ЖАРОВОЙ ТРУБЕ • Жаровые трубы не включают в силовую схему двигателя; • Для изготовления жаровых труб применяются высококачественные жаропрочные и жаростойкие никельхромистые сплавы со специальным жаростойким покрытием; • Связь между отдельными элементами жаровой трубы выполняются с малой жесткостью («температурные швы»), чтобы уменьшить до возможного минимума температурные напряжения, возникающие из-за неравномерного температурного поля газового потока и элементов жаровой трубы во время работы двигателя; • Для компенсации температурных напряжений применяются различные конструктивные и технологические мероприятия • Стенки жаровой трубы защищаются от нагрева со стороны факела пламени путем создания пристеночной завесы из сравнительно холодного «вторичного» воздуха. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЖАРОВОЙ ТРУБЫ Первый элемент жаровой трубы, в который устанавливается топливная форсунка состоит из сочетания поверхностей вращения, конуса, сферы и цилиндра. Третий элемент представляет собой пустотелый цилиндр, в верхней части которого имеются пазы с отверстиями сложной цилиндро-призматической формы, носящие название расширители. Они необходимы для компенсационного расширения элементов трубы, вследствие температурных нагрузок, возникающих при эксплуатации двигателя. Такие расширители присутствуют и на последующих элементах жаровой трубы, на плоскостях которых произведена точечная сварка. В результате составлена электронная модель неразъемного соединения Используя комплексный подход к объекту моделирования, подключив приложение APM FEM – систему прочностного анализа cможем подойти на начальном этапе к оценке возможности определения температурных напряжений, возникающих на различных режимах работы двигателя. Система APM FEM для КОМПАС-3D работает через конечно-элементную программную систему, то есть электронная модель (в нашем случае) разбивается на четырех узловые тетраэдры с максимальной стороной 5 мм. В результате разбиения были получены 104167 конечных элементов, на которые и производится расчет. Введя исходные параметры по материалу (сплав ХН70ВМТЮ), температуре нагрева 1000С модели, места закрепления с учетом того, что жаровая труба ……... в итоге получены следующие инерционные характеристики, реакции в опорах Наименование Тип Эквивалентное SVM напряжение по [Н/мм^2 Мизесу ] Минимальное значение Максимальное значение 0.013771 537.189637 Теория максимальной энергии формоизменения. Пластичный материал начинает повреждаться в местах, где напряжение по Мизесу становится равным предельному напряжению. В большинстве случаев, предел текучести используется в качестве предельного напряжения. Наименование Тип Суммарное линейное перемещение USUM [мм] Минимальное значение 0 Максимальное значение 6.031726 Наименование Тип Коэффициент запаса по пределу текучести SVM Минимальное значение 0.378 Максимальное значение 10 Наименование Тип Температура Температура [°c] Минимальное значение 1000 Максимальное значение 1000 ВЫВОД Задача поставленная в начале исследования достигнута. Прослежена междисциплинарная связь дисциплин: • Начертательная геометрия • Инженерная графика • Материаловедение • Теория авиационных двигателей • Конструкция авиационных двигателей
