Карактеристике оптерећења и стање израчунавања компресора и турбинских дискова авиона

Карактеристике оптерећења и стање израчунавања компресора и турбинских дискова авиона

Иако постоје разлике у функцијама и структурама компресорских и турбинских ротора, у смислу чврстоће, услови рада точкова двоје су приближно исти. Међутим, турбински диск је на већој температури, што значи да је радно окружење турбинског диска суровије.

Напреге које носи компресорски диск или турбински диск авионаса су следеће:

1. Маса центрифугалне снаге

Тркач мора да издржи центрифугалну силу лопатица и сам тркач узрокован ротацијом ротора. Уколико је потребно, уколико је могуће, за да се измери степен чврстоће, треба узети у обзир следеће услове брзине:

У сталном стању оперативне брзине у тачки израчунавања снаге која је наведена у летном опсегу;

Максимално дозвољено радно брзина у сталном стању, која је наведена у спецификацији модела;

115% и 122% максимално дозвољеног брзине рада у сталном стању.

Оштрице, браве, бафле, бутоне, ораге и вијаци инсталирани на диск се налазе на ивици диска трка. Обично се спољашњи ивица диска тркала налази на дну жлебова. Ако се претпостави да су ова оптерећења равномерно распоређена на површини спољашњег ивице диска тркала, равномерно оптерећење је:

Где је F збир свих спољних оптерећења, R радиус спољног круга точкова, а H осијска ширина спољне ивице точкова.

Када је дно мартезе и тенон рове паралелно оси ротације диска тока, радијум спољне ивице узима се као радијум положаја где се налази дно мартезе; када је дно мартезе и тенон рове има угао нагиба у радијалном правцу са осом ротације

2. Тхермално оптерећење

Диск трка мора да издржи топлотно оптерећење узроковано неједнакомерним загревањем. За компресорски диск, топлотне оптерећење се обично може игнорисати. Међутим, са повећањем укупног односа притиска мотора и брзине летења, проток ваздуха из излаза компресора је достигао веома високу температуру. Због тога, топлотна оптерећења дискова пре и после компресора понекад нису занемарљива. За турбински диск, топлотни стрес је најважнији фактор који утиче након центрифугалне снаге. Следеће врсте температурних поља треба узети у обзир током израчунавања:

Поље за температуру стационарног стања за свака израчунавања чврстоће која су наведена у летном енверпу;

Поље температуре у сталном стању у типичном циклусу лета;

Поље температуре преласка у типичном циклусу лета.

Приликом процене, ако се оригинални подаци не могу у потпуности пружити и нема мерене температуре за референцу, параметри проток ваздуха у конструктивном стању и стање највише топлотне оптерећења могу се користити за процјену. Емиричка формула за процењу температурног поља на диску је:

У формули, Т је температура на потребном радијусу, Т0 је температура на средњој рупи диска, Тб је температура на ивици диска, Р је произвољни радијус на диску, а субскрипти 0 и б одговарају средњој рупи и ивици, респективно.

m=2 одговара титанијумској легури и феритичном челину без присилног хлађења;

m=4 одговара легури на бази никла са присиљним хлађењем.

• За дискове компресора високог притиска

Поље температуре у стабилном стању:

Када нема проток хладног ваздуха, може се сматрати да нема разлике температуре;

Када постоји проток хладног ваздуха, Тб се може приближно узети као исходна температура проток ваздуха на сваком нивоу канала + 15 ℃, а Т0 се може приближно узети као исходна температура проток ваздуха на нивоу проток ваздуха за екстракцију хлађења + 15 ℃.

Поље прелазне температуре:

Тб се може приближно узети као температура излаза сваког нивоа проток ваздуха у каналу;

Т0 се може приближно узети као 50% температуре рамена колике када нема проток хладног ваздуха; када постоји проток хладног ваздуха, може се приближно узети као исходна температура стадијума екстракције проток хладног ваздуха.

• За турбински диск

Поље температуре у стабилном стању:

Тб0 је температура попречног пресека корена лопате; △Т је пад температуре терона, који се може приближно узети на следећи начин: △Т=50-100 ℃ када се терон није охладио; △Т=250-300 ℃ када се стенов охлади.

Поље прелазне температуре:

Диск са хладним лопатима може се приближити на следећи начин: прелазни температурни градијент = 1,75 × гредијант температуре у сталном стању;

Диск без хладних лопаћа може се приближити на следећи начин: прелазни температурни градијент = 1.3 × градијант температуре у сталном стању.

3. Гас сила (осивна и окружност сила) преношена лопатицама и притисак гаса на предњем и задњем крају прљавника

• Гас сила преношена од лопате

За компресорска лопа, компонента снаге гаса која делује на висину једињењег лопа је:

Осијално:

Где су Zm и Q просечни радијус и број лопаћа; р 1м и р 2м је густина проток ваздуха на уходном и излазном секцијама; Ц1ам и Ц2ам су осевна брзина проток ваздуха на просечном радијусу уходног и излазног секција; П1м и П2м су статички притисак проток ваздуха на просечном радијусу ухо

У правцу окружности:

• За лопате турбина

Направљење силе гаса на гас се разликује од горе наведених две формуле негативним знаком. Уопштено, постоји одређени притисак у шупљини између двостепеног кружника (посебно компресорског кружника). Ако је притисак у суседним просторима другачији, на прскачицу ће се изазвати разлика притиска између две шупљине, △p=p1-p2. Уопштено, △p има мали утицај на статичку чврстоћу ролка, посебно када постоји рупа у спилу ролка, △p може бити игнорисано.

4.Гироскопијски окретни момент настао током лета маневром

За дискове вентилатора великог дијаметра са лопатима вентилатора, треба узети у обзир ефекат жироскопских момената на стрес савијања и деформацију диска.

5.Динамичка оптерећења настала вибрацијама лопате и диска

Вибрациони напор који се ствара у диску када се лопатице и дискови вибрирају треба да се преклапа са статичким напором. Опште динамичко оптерећење је:

Периодична неједнаква сила гаса на лопатицама. Због присуства залога и одвојене коморе за сагоревање у каналу пролаза, проток ваздуха је неравномеран дуж окружности, што производи периодичну неуравнотежену гасну узбуду на лопатице. Фреквенција ове узбуђене снаге је: Hf = ω м. Међу њима, ω је брзина ротора мотора, а m је број заграда или комора за сагоревање.

Периодични неједнакомерни притисак гаса на површини диска.

Узбуђена сила која се преноси на диск кроз повезан ваљ, повезујући прстен или друге делове. Ово је због неуравнотежености система вала, што узрокује вибрацију целе машине или роторског система, чиме се повезан диск вибрира заједно.

Постоје сложене силе интерференције између лопаћа мулти-ротор турбине, које ће утицати на вибрацију система диска и плоча.

Вибрација дисковог спајања. Вибрација споја ивице диска је повезана са својственим вибрационим карактеристикама дисковог система. Када је сила узбуђења на систем диска близу одређеног реда динамичке фреквенције система, систем ће резонирати и генерисати вибрациони стрес.

6.Напреза монтажа на споју између диска и вала

Интерференција између диска и вала ће генерисати стрес монтаже на диску. Величина напетости монтажа зависи од интерференције, величине и материјала диска и вала, и повезана је са другим оптерећењима на диску. На пример, постојање центрифугалног оптерећења и температурног стреса увећаће централну рупу диска, смањиће интерференције и на тај начин смањиће стрес монтаже.

Међу горе поменутим оптерећењима, масовна центрифугална сила и топлотна оптерећења су главне компоненте. Приликом израчунавања чврстоће треба узети у обзир следеће комбинације брзине ротације и температуре:

Брзина сваке тачке за израчунавање чврстоће која је наведена у летном опсегу и температурно поље у одговарајућој тачки;

Поље температуре у стационарном стању у тачки максималног топлотног оптерећења или максимална разлика температуре у лету и максимално дозвољена оперативна брзина у стационарном стању, или одговарајуће поље температуре у стационарном стању када се у лету достигне максимална дозвољена оперативна брзина у стационарном стању.

За већину мотора, полетање је често најгоре стање стреса, тако да треба размотрити комбинацију прелазног температурног поља током полетања (када се достигне максимална разлика температуре) и максималне оперативне брзине током полетања.