Ciri bebanan dan status pengiraan cakera pemampat dan turbin enjin kapal terbang

Ciri bebanan dan status pengiraan cakera pemampat dan turbin enjin kapal terbang

Walaupun terdapat perbezaan dalam fungsi dan struktur rotor pemampat dan rotor turbin, dari segi kekuatan, keadaan kerja roda bagi keduanya adalah lebih kurang sama. Walau bagaimanapun, cakera turbin berada pada suhu yang lebih tinggi, yang bermaksud bahawa persekitaran kerja cakera turbin adalah lebih sengit.

Bebanan yang ditanggung oleh cakera pemampat atau cakera turbin enjin kapal terbang adalah seperti berikut:

1. Kuasa Sentrifugal Jisim

Impeller mesti menahan kuasa sentrifugal daripada blade dan impeller sendiri disebabkan oleh putaran rotor. Keadaan kelajuan berikut harus dipertimbangkan dalam pengiraan kekuatan:

Kelajuan operasi keadaan mantap pada titik pengiraan kekuatan yang ditentukan di dalam selubung penerbangan;

Kelajuan operasi keadaan mantap maksimum yang dibenarkan seperti yang dinyatakan dalam spesifikasi model;

115% dan 122% daripada kelajuan operasi keadaan mantap maksimum yang dibenarkan.

Bilah, kunci, bafal, paku, setORN dan skru yang dipasang pada cakram semuanya terletak di tepi cakram roda. Biasanya, tepi luar cakram roda berada di dasar suluk. Dengan mengandaikan bahawa beban-beban ini adalah sama ratanya diperatakan di permukaan tepi luar cakram roda, beban seragam adalah:

Di mana F ialah hasil tambah semua beban luaran, R ialah jejari bulatan luar roda, dan H ialah lebar aksial tepi luar roda.

Apabila dasar suluk mortaise selari dengan paksi putaran cakram roda, jejari tepi luar diambil sebagai jejari kedudukan di mana dasar suluk itu terletak; apabila dasar suluk mortaise mempunyai sudut condong dalam arah radial dengan paksi putaran cakram roda, jejari tepi luar diambil secara hampir sebagai nilai purata jejari dasar suluk tepi hadapan dan belakang.

2. Bezaan Tepi

Piring roda perlu menanggung beban terma yang disebabkan oleh pemanasan tidak seragam. Untuk piring pemampat, beban terma secara amnya boleh diabaikan. Walau bagaimanapun, dengan meningkatnya nisbah tekanan keseluruhan enjin dan kelajuan penerbangan, aliran udara keluaran pemampat telah mencapai suhu yang sangat tinggi. Oleh itu, beban terma bagi piring sebelum dan selepas pemampat kadang-kadang tidak dapat diabaikan. Bagi piring turbin, stres terma adalah faktor pengaruh yang paling penting selepas daya sentrifugal. Jenis-jenis medan suhu berikut perlu dipertimbangkan semasa pengiraan:

Medan suhu keadaan mantap untuk setiap pengiraan kekuatan yang ditentukan dalam selubung penerbangan;

Medan suhu keadaan mantap dalam kitaran penerbangan tipikal;

Medan suhu transisi dalam kitaran penerbangan tipikal.

Apabila membuat anggaran, jika data asal tidak dapat disediakan sepenuhnya dan tiada suhu terukur untuk rujukan, parameter aliran udara di bawah keadaan reka bentuk dan keadaan beban panas tertinggi boleh digunakan untuk anggaran. Formula empirik untuk menganggarkan medan suhu pada cakera adalah:

Dalam formula tersebut, T adalah suhu pada jejari yang diperlukan, T0 adalah suhu pada lubang pusat cakera, Tb adalah suhu pada tepi cakera, R adalah jejari sewenang-wenang pada cakera, dan subskrip 0 dan b masing-masing berkaitan dengan lubang pusat dan tepi.

m=2 sepadan dengan keluli titanium dan keluli ferrit tanpa penyejukan paksa;

m=4 sepadan dengan keluli berbasa nikel dengan penyejukan paksa.

• Untuk cakera pemampat tekanan tinggi

Medan suhu keadaan mantap:

Apabila tiada aliran udara penyejuk, boleh dipertimbangkan bahawa tiada perbezaan suhu;

Apabila terdapat aliran udara penyejuk, Tb boleh diambil kira sebagai suhu keluaran aliran udara pada setiap tahap saluran + 15 ℃ dan T0 boleh diambil kira sebagai suhu keluaran aliran udara pada tahap penyejukan pengeluaran + 15 ℃ .

Medan suhu sementara:

Tb boleh diambil kira sebagai suhu keluaran aliran udara pada setiap tahap saluran;

T0 boleh diambil kira sebagai 50% daripada suhu tepi roda apabila tiada aliran udara penyejuk; apabila terdapat aliran udara penyejuk, ia boleh diambil kira sebagai suhu keluaran pada peringkat pengeluaran aliran udara penyejuk.

• Untuk cakera turbin

Medan suhu keadaan mantap:

Tb0 adalah suhu keratan lintang punca bilah; △ T adalah penurunan suhu bagi paku, yang boleh diambil kira secara hampir seperti berikut: △ T=50-100 ℃ apabila paku tidak didinginkan; △ T=250-300 ℃ apabila paku disingkirkan dan didinginkan.

Medan suhu sementara:

Cakera dengan bilah penyejuk boleh didekati seperti berikut: kecerunan suhu sementara = 1.75 × kecerunan suhu keadaan mantap;

Cakera tanpa bilah penyejuk boleh didekati seperti berikut: kecerunan suhu sementara = 1.3 × kecerunan suhu keadaan mantap.

3. Daya gas (daya aksial dan lilitan) yang dipindahkan oleh bilah dan tekanan gas pada hujung hadapan dan belakang impeller

• Daya gas yang dipindahkan dari bilah

Untuk bilah pemampat, komponen daya gas yang bertindak pada ketinggian bilah unit adalah:

Aksial:

Di mana Zm dan Q adalah jejari purata dan bilangan bilah; ρ 1m dan ρ 2m adalah ketumpatan aliran udara pada bahagian masuk dan keluar; C1am dan C2am adalah halaju aliran udara pada jejari purata bagi bahagian masuk dan keluar; p1m dan p2m adalah tekanan statik aliran udara pada jejari purata bagi bahagian masuk dan keluar.

Arah lilitan:

• Untuk bilah turbin

Arah daya gas ke atas gas berbeza daripada dua formula di atas dengan tanda negatif. Terdapat tekanan tertentu dalam rongga di antara impeller dua peringkat (terutamanya impeller pemampat). Jika tekanan dalam ruang yang bersebelahan berbeza, ia akan menyebabkan beza tekanan pada impeller di antara dua rongga, △ p=p1-p2. Secara amnya, △ p mempunyai kesan yang kecil terhadap kekuatan statik impeller, terutamanya apabila terdapat lubang di dalam kaki impeller, △ p boleh diabaikan.

4.Torka gyroscopik yang dihasilkan semasa penerbangan manuver

Untuk cakera kipas berdiameter besar dengan bilah kipas, kesan momen gyroscopik terhadap tegasan lentur dan perubahan bentuk cakera perlu dipertimbangkan.

5.Muatan dinamik yang dihasilkan oleh getaran bilah dan cakera

Tegasan getaran yang dihasilkan dalam cakera apabila bilah dan cakera bergetar harus disuperimposkan dengan tegasan statik. Muatan dinamik amnya adalah:

Daya gas tak seragam berkala pada bilah-bilah. Disebabkan oleh kehadiran penyangga dan ruang pembakaran terpisah dalam saluran aliran, aliran udara tidak seragam di sepanjang lilitan, yang menghasilkan daya gas merangsang tidak seimbang berkala pada bilah-bilah. Kekerapan daya rangsang ini ialah: Hf = ω m. Di antara itu, ω adalah kelajuan rotor enjin, dan m adalah bilangan penyangga atau ruang pembakaran.

Tekanan gas tak seragam berkala pada permukaan cakera.

Daya yang membahagi kepada cakera melalui paksi yang disambungkan, gelang penyambung atau bahagian lain. Ini adalah disebabkan oleh ketidakseimbangan sistem paksi, yang menyebabkan getaran mesin atau sistem rotor secara keseluruhan, dengan itu memandu cakera yang disambungkan untuk bergetar bersama-sama.

Terdapat daya gangguan yang kompleks di antara daun-daun turbin rotor pelbagai, yang akan mempengaruhi getaran sistem cakera dan pelatahan.

Getaran penyambungan cakera. Getaran penyambungan tepi cakera adalah berkaitan dengan ciri-ciri getaran asli sistem cakera. Apabila daya pembahagi pada sistem cakera hampir kepada frekuensi dinamik tertentu sistem, sistem itu akan beresonansi dan menghasilkan tekanan getaran.

6.Tekanan perakitan pada sambungan di antara cakera dan paksi

Pengikatan gangguan antara cakram dan paksi akan menghasilkan tekanan perakitan pada cakram. Magnitud tekanan perakitan bergantung kepada pengikatan gangguan, saiz dan bahan cakram serta paksi, dan berkaitan dengan beban lain pada cakram. Sebagai contoh, wujudnya beban sentrifugal dan tegangan suhu akan memperlebar lubang pusat cakram, mengurangkan gangguan, dan dengan itu mengurangkan tekanan perakitan.

Di antara beban-beban yang disebutkan di atas, daya sentrifugal jisim dan beban terma adalah komponen utama. Apabila mengira kekuatan, kombinasi berikut bagi kelajuan putaran dan suhu harus dipertimbangkan:

Kelajuan setiap titik kiraan kekuatan yang ditentukan dalam selubung penerbangan dan medan suhu pada titik yang sepadan;

Medan suhu keadaan mantap pada titik beban haba maksimum atau perbezaan suhu maksimum semasa penerbangan dan kelajuan operasi keadaan mantap yang dibenarkan, atau medan suhu keadaan mantap sepadan apabila kelajuan operasi keadaan mantap maksimum yang dibenarkan dicapai dalam penerbangan.

Untuk kebanyakan enjin, takeoff kerap kali merupakan keadaan stres terburuk, jadi gabungan medan suhu sementara semasa takeoff (apabila perbezaan suhu maksimum dicapai) dan kelajuan operasi maksimum semasa takeoff harus dipertimbangkan.