Łopatki i tarcze maszyn wirnikowych są elementami o największej pracochłonności wykonania. W związku z tym, poświęca się im wiele uwagi, zarówno z punktu widzenia ich konstrukcji, jak i wykonania. Konstrukcja łopatki powinna spełnić wiele wymagań z punktu widzenia gazodynamiki i wytrzymałości.
Michał Sroka, Marek Rudy
Podczas pracy, w łopatkach powstają naprężenia rozciągające od sił odśrodkowych masy łopatki, naprężenia zginające oraz skręcające, pochodzące od oddziaływania gazów na łopatkę. Z punktu widzenia tarczy, duże znaczenie mają naprężenia obwodowe w tarczach. Dodatkowym obciążeniem elementów sprężarki jest zmienność pola temperatur, zarówno na łopatkach, jak i tarczach. Zmienność rozkładu temperatury wpływa ponadto na zmianę właściwości materiałowych. Dokładność wyznaczenia naprężeń w łopatkach i tarczach jest kluczowym elementem do określenia ich trwałości i niezawodności.
Rys. 1 Model CAD segmentu łopatki sprężarki wysokiego ciśnienia
Do analizy naprężeń metodą elementów skończonych często wykorzystuje się model składający się z segmentu tarczy z łopatką, stosując warunki symetrii cyklicznej. Daje to nam możliwość zbudowania modelu, w którym możemy uwzględnić wiele szczegółów konstrukcyjnych, oszczędzając przy tym czas poświęcony na analizę.
Na podstawie przygotowanej geometrii segmentu łopatki sprężarki (Rys. 1) przeprowadzono analizę naprężeń termicznych.
Obliczenia przeprowadzono we środowisku Simcenter Multiphysics, zastosowano analizę sprzężoną, typ rozwiązania cieplne – strukturalne. Możliwość dostępnych rozwiązań w środowisku Multiphysics przedstawia rysunek 2.
cały artykuł dostępny jest w wydaniu 12 (111) grudzień 2016
