विमान इंजन के कंप्रेसर और टरबाइन डिस्क की लोड विशेषताएं और गणना स्थिति

विमान इंजन के कंप्रेसर और टरबाइन डिस्क की लोड विशेषताएं और गणना स्थिति

यद्यपि कंप्रेसर और टरबाइन रोटर के कार्यों और संरचनाओं में अंतर हैं, लेकिन ताकत के मामले में, दोनों के पहियों की कार्य स्थितियां लगभग समान हैं। हालांकि, टरबाइन डिस्क उच्च तापमान पर है, जिसका अर्थ है कि टरबाइन डिस्क का कार्य वातावरण अधिक कठोर है।

किसी विमान इंजन के कंप्रेसर डिस्क या टरबाइन डिस्क द्वारा वहन किये जाने वाले भार इस प्रकार हैं:

1. द्रव्यमान केन्द्रापसारी बल

प्ररित करनेवाला को रोटर के घूमने के कारण ब्लेड और प्ररित करनेवाला के केन्द्रापसारक बल का सामना करना चाहिए। शक्ति गणना में निम्नलिखित गति स्थितियों पर विचार किया जाना चाहिए:

उड़ान लिफ़ाफ़े के भीतर निर्दिष्ट शक्ति गणना बिंदु पर स्थिर-अवस्था संचालन गति;

मॉडल विनिर्देश में निर्दिष्ट अधिकतम स्वीकार्य स्थिर-अवस्था संचालन गति;

अधिकतम स्वीकार्य स्थिर-अवस्था परिचालन गति का 115% और 122%।

डिस्क पर लगाए गए ब्लेड, लॉक, बैफल, बोल्ट, नट और स्क्रू सभी व्हील डिस्क के किनारे पर स्थित होते हैं। आमतौर पर, व्हील डिस्क का बाहरी किनारा खांचे के नीचे होता है। यह मानते हुए कि ये भार व्हील डिस्क के बाहरी किनारे की सतह पर समान रूप से वितरित हैं, एकसमान भार है:

जहाँ F सभी बाह्य भारों का योग है, R पहिये के बाहरी वृत्त की त्रिज्या है, तथा H पहिये के बाहरी किनारे की अक्षीय चौड़ाई है।

जब मोर्टिस और टेनन नाली का तल पहिया डिस्क के घूर्णन अक्ष के समानांतर होता है, तो बाहरी किनारे की त्रिज्या को उस स्थिति की त्रिज्या के रूप में लिया जाता है जहां खांचे का तल स्थित होता है; जब मोर्टिस और टेनन नाली के तल में पहिया डिस्क के घूर्णन अक्ष के साथ रेडियल दिशा में झुकाव कोण होता है, तो बाहरी किनारे की त्रिज्या को लगभग सामने और पीछे के किनारे के खांचे के तल की त्रिज्या के औसत मूल्य के रूप में लिया जाता है।

2. थर्मल लोड

व्हील डिस्क को असमान हीटिंग के कारण होने वाले थर्मल लोड को सहन करना पड़ता है। कंप्रेसर डिस्क के लिए, थर्मल लोड को आम तौर पर अनदेखा किया जा सकता है। हालांकि, इंजन के कुल दबाव अनुपात और उड़ान की गति में वृद्धि के साथ, कंप्रेसर आउटलेट एयरफ्लो बहुत अधिक तापमान पर पहुंच गया है। इसलिए, कंप्रेसर से पहले और बाद में डिस्क का थर्मल लोड कभी-कभी नगण्य नहीं होता है। टरबाइन डिस्क के लिए, केन्द्रापसारक बल के बाद थर्मल तनाव सबसे महत्वपूर्ण प्रभावित करने वाला कारक है। गणना के दौरान निम्नलिखित प्रकार के तापमान क्षेत्रों पर विचार किया जाना चाहिए:

उड़ान लिफ़ाफ़े में निर्दिष्ट प्रत्येक शक्ति गणना के लिए स्थिर-अवस्था तापमान क्षेत्र;

एक विशिष्ट उड़ान चक्र में स्थिर अवस्था तापमान क्षेत्र;

एक विशिष्ट उड़ान चक्र में संक्रमण तापमान क्षेत्र.

अनुमान लगाते समय, यदि मूल डेटा पूरी तरह से उपलब्ध नहीं कराया जा सकता है और संदर्भ के लिए कोई मापा गया तापमान नहीं है, तो डिज़ाइन स्थिति और उच्चतम ताप भार स्थिति के तहत वायु प्रवाह मापदंडों का उपयोग अनुमान के लिए किया जा सकता है। डिस्क पर तापमान क्षेत्र का अनुमान लगाने के लिए अनुभवजन्य सूत्र है:

सूत्र में, T आवश्यक त्रिज्या पर तापमान है, T0 डिस्क के केंद्र छिद्र पर तापमान है, Tb डिस्क के रिम पर तापमान है, R डिस्क पर एक मनमाना त्रिज्या है, तथा उप-अंक 0 और b क्रमशः केंद्र छिद्र और रिम के अनुरूप हैं।

m=2 बलपूर्वक शीतलन के बिना टाइटेनियम मिश्र धातु और फेरिटिक स्टील से मेल खाता है;

m=4 बलपूर्वक शीतलन के साथ निकल-आधारित मिश्र धातु से मेल खाता है।

• उच्च दबाव कंप्रेसर डिस्क के लिए

स्थिर अवस्था तापमान क्षेत्र:

जब कोई शीतलन वायु प्रवाह नहीं होता है, तो यह माना जा सकता है कि कोई तापमान अंतर नहीं है;

जब शीतलन वायु प्रवाह होता है, तो Tb को लगभग चैनल के प्रत्येक स्तर पर वायु प्रवाह के आउटलेट तापमान के रूप में लिया जा सकता है + 15℃, और T0 को लगभग निष्कर्षण शीतलन वायु प्रवाह स्तर + 15 पर वायु प्रवाह के आउटलेट तापमान के रूप में लिया जा सकता है℃.

क्षणिक तापमान क्षेत्र:

टीबी को लगभग चैनल वायुप्रवाह के प्रत्येक स्तर के आउटलेट तापमान के रूप में लिया जा सकता है;

जब कोई शीतलन वायु प्रवाह नहीं होता है, तो T0 को लगभग पहिया रिम तापमान के 50% के रूप में लिया जा सकता है; जब शीतलन वायु प्रवाह होता है, तो इसे लगभग शीतलन वायु प्रवाह निष्कर्षण चरण के आउटलेट तापमान के रूप में लिया जा सकता है।

• टरबाइन डिस्क के लिए

स्थिर अवस्था तापमान क्षेत्र:

Tb0 ब्लेड रूट का क्रॉस-सेक्शनल तापमान है; △T टेनन का तापमान गिरावट है, जिसे लगभग इस प्रकार लिया जा सकता है: △टी=50-100℃ जब टेनन ठंडा नहीं होता है; △टी=250-300℃ जब टेनन ठंडा हो जाता है.

क्षणिक तापमान क्षेत्र:

शीतलन ब्लेड वाली डिस्क का अनुमान इस प्रकार लगाया जा सकता है: क्षणिक तापमान प्रवणता = 1.75 × स्थिर अवस्था तापमान प्रवणता;

शीतलन ब्लेड के बिना डिस्क को निम्नानुसार अनुमानित किया जा सकता है: क्षणिक तापमान ढाल = 1.3 × स्थिर अवस्था तापमान प्रवणता.

3. ब्लेड द्वारा प्रेषित गैस बल (अक्षीय और परिधीय बल) और प्ररितक के आगे और पीछे के छोर पर गैस का दबाव

• ब्लेड से प्रेषित गैस बल

कंप्रेसर ब्लेड के लिए, इकाई ब्लेड ऊंचाई पर कार्य करने वाला गैस बल घटक है:

अक्षीय:

जहाँ Zm और Q ब्लेड की औसत त्रिज्या और संख्या हैं; ρ1मी और ρ2m इनलेट और आउटलेट खण्डों पर वायु प्रवाह का घनत्व है; C1am और C2am इनलेट और आउटलेट खण्डों की औसत त्रिज्या पर वायु प्रवाह का अक्षीय वेग है; p1m और p2m इनलेट और आउटलेट खण्डों की औसत त्रिज्या पर वायु प्रवाह का स्थैतिक दबाव है।

परिधिगत दिशा:

• टरबाइन ब्लेड के लिए

गैस पर गैस बल की दिशा ऊपर दिए गए दो सूत्रों से ऋणात्मक चिह्न द्वारा भिन्न होती है। दो-चरण प्ररित करनेवाला (विशेष रूप से कंप्रेसर प्ररित करनेवाला) के बीच गुहा में आम तौर पर एक निश्चित दबाव होता है। यदि आसन्न स्थानों में दबाव अलग है, तो दो गुहाओं के बीच प्ररित करनेवाला पर दबाव अंतर पैदा होगा, △p=p1-p2. आम तौर पर, △प्ररितक की स्थैतिक शक्ति पर p का बहुत कम प्रभाव पड़ता है, विशेष रूप से जब प्ररितक स्पोक में छेद होता है, △p को नजरअंदाज किया जा सकता है.

4.पैंतरेबाजी उड़ान के दौरान उत्पन्न जाइरोस्कोपिक टॉर्क

पंखे के ब्लेडों के साथ बड़े व्यास वाले पंखे डिस्कों के लिए, डिस्क के बंकन प्रतिबल और विरूपण पर जाइरोस्कोपिक आघूर्णों के प्रभाव पर विचार किया जाना चाहिए।

5.ब्लेड और डिस्क कंपन द्वारा उत्पन्न गतिशील भार

ब्लेड और डिस्क के कंपन करने पर डिस्क में उत्पन्न कंपन तनाव को स्थैतिक तनाव के साथ आरोपित किया जाना चाहिए। सामान्य गतिशील भार हैं:

ब्लेड पर आवधिक गैर-समान गैस बल। प्रवाह चैनल में ब्रैकेट और अलग दहन कक्ष की उपस्थिति के कारण, परिधि के साथ वायु प्रवाह असमान है, जो ब्लेड पर आवधिक असंतुलित गैस उत्तेजक बल उत्पन्न करता है। इस उत्तेजक बल की आवृत्ति है: Hf = ωउनमें से, ω इंजन रोटर की गति है, और m ब्रैकेट या दहन कक्षों की संख्या है।

डिस्क सतह पर आवधिक असमान गैस दबाव।

डिस्क से जुड़े शाफ्ट, कनेक्टिंग रिंग या अन्य भागों के माध्यम से डिस्क को प्रेषित रोमांचक बल। यह शाफ्ट सिस्टम के असंतुलन के कारण होता है, जो पूरी मशीन या रोटर सिस्टम के कंपन का कारण बनता है, जिससे जुड़ी हुई डिस्क एक साथ कंपन करने लगती है।

बहु-रोटर टरबाइन के ब्लेडों के बीच जटिल हस्तक्षेप बल होते हैं, जो डिस्क और प्लेट प्रणाली के कंपन को प्रभावित करते हैं।

डिस्क युग्मन कंपन। डिस्क एज युग्मन कंपन डिस्क सिस्टम की अंतर्निहित कंपन विशेषताओं से संबंधित है। जब डिस्क सिस्टम पर उत्तेजक बल सिस्टम की गतिशील आवृत्ति के एक निश्चित क्रम के करीब होता है, तो सिस्टम प्रतिध्वनि करेगा और कंपन तनाव उत्पन्न करेगा।

6.डिस्क और शाफ्ट के बीच कनेक्शन पर असेंबली तनाव

डिस्क और शाफ्ट के बीच हस्तक्षेप फिट डिस्क पर असेंबली तनाव उत्पन्न करेगा। असेंबली तनाव की मात्रा हस्तक्षेप फिट, डिस्क और शाफ्ट के आकार और सामग्री पर निर्भर करती है, और डिस्क पर अन्य भार से संबंधित होती है। उदाहरण के लिए, केन्द्रापसारक भार और तापमान तनाव का अस्तित्व डिस्क के केंद्र छेद को बड़ा कर देगा, हस्तक्षेप को कम करेगा, और इस प्रकार असेंबली तनाव को कम करेगा।

उपर्युक्त भारों में, द्रव्यमान केन्द्रापसारक बल और तापीय भार मुख्य घटक हैं। शक्ति की गणना करते समय, घूर्णन गति और तापमान के निम्नलिखित संयोजनों पर विचार किया जाना चाहिए:

उड़ान लिफ़ाफ़े में निर्दिष्ट प्रत्येक शक्ति गणना बिंदु की गति और संबंधित बिंदु पर तापमान क्षेत्र;

अधिकतम ताप भार बिंदु पर स्थिर-अवस्था तापमान क्षेत्र या उड़ान में अधिकतम तापमान अंतर और अधिकतम स्वीकार्य स्थिर-अवस्था संचालन गति, या उड़ान में अधिकतम स्वीकार्य स्थिर-अवस्था संचालन गति तक पहुंचने पर संगत स्थिर-अवस्था तापमान क्षेत्र।

अधिकांश इंजनों के लिए, टेकऑफ़ अक्सर सबसे खराब तनाव की स्थिति होती है, इसलिए टेकऑफ़ के दौरान क्षणिक तापमान क्षेत्र (जब अधिकतम तापमान अंतर पहुँच जाता है) और टेकऑफ़ के दौरान अधिकतम परिचालन गति के संयोजन पर विचार किया जाना चाहिए।