Lidmašīnu dzinēju kompresoru un turbīnu disku slodzes raksturlielumi un aprēķinu statuss

Lidmašīnu dzinēju kompresoru un turbīnu disku slodzes raksturlielumi un aprēķinu statuss

Lai gan pastāv atšķirības kompresoru un turbīnu rotoru funkcijās un struktūrās, izturības ziņā abu riteņu darba apstākļi ir aptuveni vienādi. Tomēr turbīnas disks ir augstākā temperatūrā, kas nozīmē, ka turbīnas diska darba vide ir skarbāka.

Slodzes, ko sedz gaisa kuģa dzinēja kompresora disks vai turbīnas disks, ir šādas:

1. Masu centrbēdzes spēks

Darba ratam ir jāiztur lāpstiņu un paša lāpstiņriteņa centrbēdzes spēks, ko izraisa rotora griešanās. Stiprības aprēķinos jāņem vērā šādi ātruma nosacījumi:

līdzsvara stāvokļa darbības ātrums stipruma aprēķina punktā, kas norādīts lidojuma robežās;

Modeļa specifikācijā norādītais maksimālais pieļaujamais līdzsvara stāvokļa darbības ātrums;

115% un 122% no maksimāli pieļaujamā līdzsvara stāvokļa darba ātruma.

Uz diska uzstādītie asmeņi, slēdzenes, deflektori, skrūves, uzgriežņi un skrūves atrodas pie riteņa diska malas. Parasti riteņa diska ārējā mala atrodas rievas apakšā. Pieņemot, ka šīs slodzes ir vienmērīgi sadalītas uz riteņa diska ārējās malas virsmas, vienmērīga slodze ir:

Kur F ir visu ārējo slodžu summa, R ir riteņa ārējā apļa rādiuss un H ir riteņa ārējās malas aksiālais platums.

Kad rievas un tapas rievas apakšdaļa ir paralēla riteņa diska griešanās asij, ārējās malas rādiuss tiek uzskatīts par rievas apakšas atrašanās vietas rādiusu; ja rievas un tapas rievas apakšai ir slīpuma leņķis radiālā virzienā ar riteņa diska griešanās asi, ārējās malas rādiusu aptuveni pieņem par priekšējās un aizmugurējās malas rievas dibena rādiusu vidējo vērtību.

2. Termiskā slodze

Riteņa diskam ir jāiztur termiskā slodze, ko rada nevienmērīga sildīšana. Kompresora diskam termisko slodzi parasti var ignorēt. Taču, palielinoties dzinēja kopējam spiediena koeficientam un lidojuma ātrumam, kompresora izplūdes gaisa plūsma ir sasniegusi ļoti augstu temperatūru. Tāpēc disku termiskā slodze pirms un pēc kompresora dažkārt nav niecīga. Turbīnas diskam termiskais spriegums ir vissvarīgākais ietekmējošais faktors pēc centrbēdzes spēka. Veicot aprēķinus, jāņem vērā šādi temperatūras lauku veidi:

līdzsvara stāvokļa temperatūras lauks katram stipruma aprēķinam, kas norādīts lidojuma aploksnē;

līdzsvara stāvokļa temperatūras lauks tipiskā lidojuma ciklā;

Pārejas temperatūras lauks tipiskā lidojuma ciklā.

Veicot aplēses, ja sākotnējos datus nevar sniegt pilnībā un atsaucei nav izmērītās temperatūras, aplēsei var izmantot gaisa plūsmas parametrus projektētajā stāvoklī un augstāko siltuma slodzes stāvokli. Empīriskā formula temperatūras lauka noteikšanai diskā ir:

Formulā T ir temperatūra vajadzīgajā rādiusā, T0 ir temperatūra diska centra caurumā, Tb ir temperatūra diska malā, R ir diska patvaļīgs rādiuss, un apakšindeksi 0 un b atbilst attiecīgi centra caurumam un lokam.

m=2 atbilst titāna sakausējumam un ferīta tēraudam bez piespiedu dzesēšanas;

m=4 atbilst sakausējumam uz niķeļa bāzes ar piespiedu dzesēšanu.

• Augstspiediena kompresora diskam

Līdzsvara stāvokļa temperatūras lauks:

Ja nav dzesēšanas gaisa plūsmas, var uzskatīt, ka nav temperatūras starpības;

Ja ir dzesēšanas gaisa plūsma, Tb var aptuveni pieņemt kā gaisa plūsmas izplūdes temperatūru katrā kanāla līmenī + 15℃, un T0 var aptuveni pieņemt kā gaisa plūsmas izplūdes temperatūru nosūkšanas dzesēšanas gaisa plūsmas līmenī + 15℃.

Pārejošs temperatūras lauks:

Tb var aptuveni pieņemt kā katra kanāla gaisa plūsmas līmeņa izplūdes temperatūru;

T0 var uzskatīt par aptuveni 50% no riteņa loka temperatūras, ja nav dzesēšanas gaisa plūsmas; ja ir dzesēšanas gaisa plūsma, to var aptuveni uzskatīt par dzesēšanas gaisa plūsmas ekstrakcijas stadijas izplūdes temperatūru.

• Turbīnas diskam

Līdzsvara stāvokļa temperatūras lauks:

Tb0 ir asmeņa saknes šķērsgriezuma temperatūra; △T ir tapas temperatūras kritums, ko var pieņemt aptuveni šādi: △T=50-100℃ kad tapa nav atdzesēta; △T=250-300℃ kad tapa ir atdzisusi.

Pārejošs temperatūras lauks:

Disks ar dzesēšanas lāpstiņām var būt aptuveni šāds: īslaicīgs temperatūras gradients = 1.75 × līdzsvara stāvokļa temperatūras gradients;

Disks bez dzesēšanas lāpstiņām var tikt tuvināts šādi: īslaicīgs temperatūras gradients = 1.3 × līdzsvara stāvokļa temperatūras gradients.

3. Gāzes spēks (aksiālais un apkārtmērs spēks), ko pārraida lāpstiņas, un gāzes spiediens uz lāpstiņriteņa priekšējo un aizmugurējo galu

• Gāzes spēks, ko pārraida no asmeņiem

Kompresora lāpstiņām gāzes spēka komponents, kas iedarbojas uz vienības lāpstiņu augstumu, ir:

Aksiālais:

kur Zm un Q ir vidējais lāpstiņu rādiuss un skaits; ρ1 m un ρ2 m ir gaisa plūsmas blīvums ieplūdes un izplūdes sekcijās; C1am un C2am ir gaisa plūsmas aksiālais ātrums pie ieplūdes un izplūdes sekciju vidējā rādiusa; p1m un p2m ir gaisa plūsmas statiskais spiediens pie ieplūdes un izplūdes sekciju vidējā rādiusa.

Apkārtnes virziens:

• Turbīnu lāpstiņām

Gāzes spēka virziens uz gāzi atšķiras no divām iepriekš minētajām formulām ar negatīvu zīmi. Dobumā starp divpakāpju lāpstiņriteni (īpaši kompresora lāpstiņriteni) parasti ir noteikts spiediens. Ja spiediens blakus esošajās telpās ir atšķirīgs, lāpstiņritenī starp abām dobumiem tiks radīta spiediena atšķirība, △p=p1-p2. Parasti △p maz ietekmē lāpstiņriteņa statisko izturību, it īpaši, ja lāpstiņriteņa spieķī ir caurums, △p var ignorēt.

4.Žiroskopiskais griezes moments, kas rodas manevrēšanas lidojuma laikā

Liela diametra ventilatora diskiem ar ventilatora lāpstiņām jāņem vērā žiroskopisko momentu ietekme uz diska lieces spriegumu un deformāciju.

5.Dinamiskās slodzes, ko rada asmeņu un disku vibrācija

Vibrācijas spriegums, kas rodas diskā, kad asmeņi un diski vibrē, ir jāpārklāj ar statisko spriegumu. Vispārējās dinamiskās slodzes ir:

Periodisks nevienmērīgs gāzes spēks uz asmeņiem. Kronšteina un atsevišķas sadegšanas kameras klātbūtnes dēļ plūsmas kanālā gaisa plūsma ir nevienmērīga gar apkārtmēru, kas rada periodisku nelīdzsvarotu gāzes ierosināšanas spēku uz lāpstiņām. Šī aizraujošā spēka frekvence ir: Hf = ωm. Viņu vidū ω ir dzinēja rotora ātrums, un m ir kronšteinu vai sadegšanas kameru skaits.

Periodisks nevienmērīgs gāzes spiediens uz diska virsmas.

Aizraujošais spēks, kas tiek pārnests uz disku caur savienoto vārpstu, savienojošo gredzenu vai citām daļām. Tas ir saistīts ar vārpstas sistēmas nelīdzsvarotību, kas izraisa visas mašīnas vai rotora sistēmas vibrāciju, tādējādi liekot savienotajam diskam vibrēt kopā.

Starp vairāku rotoru turbīnas lāpstiņām ir sarežģīti traucējumu spēki, kas ietekmēs diska un plākšņu sistēmas vibrāciju.

Diska savienojuma vibrācija. Diska malu savienojuma vibrācija ir saistīta ar diska sistēmas raksturīgajām vibrācijas īpašībām. Kad diska sistēmas aizraujošais spēks ir tuvu noteiktai sistēmas dinamiskās frekvences secībai, sistēma rezonēs un radīs vibrācijas stresu.

6.Montāžas spriegums pie savienojuma starp disku un vārpstu

Interference starp disku un vārpstu radīs montāžas spriegumu uz diska. Montāžas spriedzes lielums ir atkarīgs no traucējumu savienojuma, diska un vārpstas izmēra un materiāla, kā arī ir saistīts ar citām diska slodzēm. Piemēram, centrbēdzes slodzes un temperatūras sprieguma esamība palielinās diska centrālo caurumu, samazinās traucējumus un tādējādi samazinās montāžas spriegumu.

No iepriekšminētajām slodzēm galvenās sastāvdaļas ir masas centrbēdzes spēks un termiskā slodze. Aprēķinot spēku, jāņem vērā šādas griešanās ātruma un temperatūras kombinācijas:

Katra lidojuma aploksnē norādītā stipruma aprēķina punkta ātrums un temperatūras lauks attiecīgajā punktā;

Līdzsvara stāvokļa temperatūras lauks maksimālās siltuma slodzes punktā vai maksimālā temperatūras starpība lidojumā un maksimālais pieļaujamais līdzsvara stāvokļa darbības ātrums, vai atbilstošs līdzsvara stāvokļa temperatūras lauks, kad lidojumā tiek sasniegts maksimālais pieļaujamais līdzsvara stāvokļa darbības ātrums.

Lielākajai daļai dzinēju pacelšanās bieži ir vissliktākais slodzes stāvoklis, tāpēc ir jāņem vērā pārejoša temperatūras lauka kombinācija pacelšanās laikā (kad tiek sasniegta maksimālā temperatūras starpība) un maksimālais darbības ātrums pacelšanās laikā.