ПРОФИЛИРОВАНИЕ РАВНОПРОЧНЫХ ДИСКОВ

Профилирование диска состоит в выборе толщины диска на радиусе .

Диски турбин и компрессоров часто профилируют так, что напряжения от действия центробежных сил лопаток и самого диска остаются постоянными вдоль радиуса, причем

Такой диск называют равнопрочным, что, строго говоря, справедливо только при отсутствии неравномерного нагрева.

Рис. 57. Диск с постоянными напряжениями (полотно диска)

Сечение полотна равнопрочного диска и эпюры напряжений показаны на рис. 57.

Если положить

где — допускаемое напряжение в диске, то из условия равновесия (см. с. 324) находим следующее значение толщины диска:

где — толщина диска на радиусе с.

Отношение толщины диска в центре к толщине диска на радиусе с

где — окружная скорость на радиусе с.

Отношение возрастает при увеличении окружной скорости и уменьшается при увеличении допускаемого напряжения в диске.

В реальных конструкциях равнопрочный диск имеет обод (для крепления лопаток). Диск равной прочности с ободом и распределение напряжений в нем показано на рис. 58.

При расчете следует учесть равенство радиальных перемещений при Перемещение полотна диска

где — коэффициент Пуассона.

Рис. 58. Диск с постоянными напряжениями (диск равной прочности)

Из условия равенства перемещений обода и полотна диска будем иметь

где — радиальная толщина обода.

В правой части равенства (172) стоит величина окружного напряжения в ободе.

Из условия (172) получаем

Поскольку же обычно задается величина то

Для ориентировочных расчетов можно считать

Зависимость (173) служит для определения толщины диска в шейке. Толщину диска в центре определяют из равенства (171).

В реальных конструкциях толщины Диска, определяемые по формуле (170), заменяют толщинами диска более простого профиля, у которого возле центра толщина постоянная, а далее (до шейки диска) идет участок конического профиля.

Равнопрочный диск не может иметь отверстия, так как в этом случае нарушается условие Однако при практическом профилировании дисков зависимость (170) часто применяют и для дисков с отверстиями. В этом случае материал центральной части диска в зоне отверстия используют для развития ступицы, так что запас по разрушающей частоте вращения остается таким же, как и для сплошного диска.

Приведем формулы для определения массы равнопрочного диска.

Масса полотна диска

где — плотность материала диска.

Или в другой форме

Масса всего диска

При подсчете массы удобно отнести к диску замковые части диска и лопаток, тогда под следует понимать радиальную толщину обода и замковых частей (включая полки лопаток) Для получения массы диска с лопатками добавляют величину , где — масса профильной части лопатки.