Lastegenskaper og beregningsstatus for kompressor- og turbinskiver til flymotorer

Lastegenskaper og beregningsstatus for kompressor- og turbinskiver til flymotorer

Selv om det er forskjeller i funksjonene og strukturene til kompressor- og turbinrotorer, når det gjelder styrke, er arbeidsforholdene til hjulene til de to omtrent de samme. Turbinskiven har imidlertid høyere temperatur, noe som betyr at arbeidsmiljøet til turbinskiven er tøffere.

Belastningene som bæres av kompressorskiven eller turbinskiven til en flymotor er som følger:

1. Massentrifugalkraft

Løftehjulet må tåle sentrifugalkraften til bladene og selve løpehjulet forårsaket av rotasjonen av rotoren. Følgende hastighetsforhold bør vurderes ved styrkeberegning:

Driftshastighet i stabil tilstand ved styrkeberegningspunktet spesifisert i flykonvolutten;

Maksimal tillatt driftshastighet i stabil tilstand spesifisert i modellspesifikasjonen;

115 % og 122 % av maksimalt tillatt driftshastighet i stabil tilstand.

Bladene, låsene, ledeplatene, boltene, mutrene og skruene som er installert på skiven, er alle plassert på kanten av hjulskiven. Vanligvis er den ytre kanten av hjulskiven nederst i sporet. Forutsatt at disse belastningene er jevnt fordelt på overflaten av ytterkanten av hjulskiven, er den jevne belastningen:

Der F er summen av alle ytre belastninger, R er radiusen til den ytre sirkelen til hjulet, og H er den aksiale bredden til den ytre kanten av hjulet.

Når bunnen av spor- og tappsporet er parallell med hjulskivens rotasjonsakse, tas den ytre kantradius som radius til posisjonen der bunnen av sporet er plassert; når bunnen av tapp- og tappsporet har en helningsvinkel i radiell retning med hjulskivens rotasjonsakse, tas ytterkantradius tilnærmet som gjennomsnittsverdien av for- og bakkantsporets bunnradius.

2. Termisk belastning

Hjulskiven må tåle den termiske belastningen forårsaket av ujevn oppvarming. For kompressorskiven kan den termiske belastningen generelt ignoreres. Men med økningen av motorens totale trykkforhold og flyhastighet, har kompressorens utløpsluftstrøm nådd en veldig høy temperatur. Derfor er den termiske belastningen til skivene før og etter kompressoren noen ganger ikke ubetydelig. For turbinskiven er termisk spenning den viktigste påvirkningsfaktoren etter sentrifugalkraft. Følgende typer temperaturfelt bør vurderes under beregningen:

Steady-state temperaturfelt for hver styrkeberegning spesifisert i flykonvolutten;

Steady-state temperaturfelt i en typisk flysyklus;

Overgangstemperaturfelt i en typisk flysyklus.

Ved estimering, hvis de originale dataene ikke kan gis fullt ut og det ikke er noen målt temperatur for referanse, kan luftstrømparametrene under designtilstanden og den høyeste varmebelastningstilstanden brukes for estimering. Den empiriske formelen for å estimere temperaturfeltet på disken er:

I formelen er T temperaturen ved den nødvendige radien, T0 er temperaturen ved senterhullet på skiven, Tb er temperaturen ved kanten av skiven, R er en vilkårlig radius på skiven, og de nedskrevne 0 og b tilsvarer henholdsvis senterhullet og kanten.

m=2 tilsvarer titanlegering og ferritisk stål uten tvungen avkjøling;

m=4 tilsvarer nikkelbasert legering med tvungen kjøling.

• For høytrykkskompressorskive

Temperaturfelt ved stabil tilstand:

Når det ikke er noen kjøleluftstrøm, kan det vurderes at det ikke er noen temperaturforskjell;

Når det er kjøleluftstrøm, kan Tb tilnærmet tas som utløpstemperaturen til luftstrømmen på hvert nivå av kanalen + 15℃, og T0 kan omtrent tas som utløpstemperaturen til luftstrømmen ved avtrekkskjøleluftstrømnivået + 15℃.

Forbigående temperaturfelt:

Tb kan omtrent tas som utløpstemperaturen for hvert nivå av kanalluftstrøm;

T0 kan antas omtrent som 50 % av felgtemperaturen når det ikke er noen kjøleluftstrøm; når det er kjøleluftstrøm, kan det tilnærmet tas som utløpstemperaturen til kjøleluftstrømavtrekkstrinnet.

• For turbinskive

Temperaturfelt ved stabil tilstand:

Tb0 er tverrsnittstemperaturen til bladroten; △T er temperaturfallet til tappen, som kan tas omtrent som følger: △T=50-100℃ når tappen ikke er avkjølt; △T=250-300℃ når tappen er avkjølt.

Forbigående temperaturfelt:

Skiven med kjøleblader kan tilnærmes som følger: forbigående temperaturgradient = 1.75 × steady-state temperaturgradient;

Skiven uten kjøleblader kan tilnærmes som følger: forbigående temperaturgradient = 1.3 × steady-state temperaturgradient.

3. Gasskraft (aksial og periferisk kraft) overført av bladene og gasstrykket på fremre og bakre ende av pumpehjulet

• Gasskraft overført fra bladene

For kompressorblader er gasskraftkomponenten som virker på enhetsbladhøyden:

Aksial:

Hvor Zm og Q er gjennomsnittlig radius og antall blader; ρ1m og ρ2m er tettheten av luftstrømmen ved innløps- og utløpsseksjonene; C1am og C2am er luftstrømmens aksiale hastighet ved gjennomsnittsradiusen til innløps- og utløpsseksjonene; p1m og p2m er det statiske trykket for luftstrømmen ved den gjennomsnittlige radiusen til innløps- og utløpsseksjonene.

Omkretsretning:

• For turbinblader

Retningen til gasskraften på gassen er forskjellig fra de to formlene ovenfor ved et negativt fortegn. Det er generelt et visst trykk i hulrommet mellom to-trinns pumpehjul (spesielt kompressorhjulet). Hvis trykket i de tilstøtende rom er forskjellig, vil det oppstå en trykkforskjell på impelleren mellom de to hulrommene, △p=pl-p1. Generelt, △p har liten effekt på den statiske styrken til impelleren, spesielt når det er et hull i impellereiken, △p kan ignoreres.

4.Gyroskopisk dreiemoment generert under manøvreringsflyging

For vifteskiver med stor diameter med vifteblader bør effekten av gyroskopiske momenter på bøyespenningen og deformasjonen av skiven vurderes.

5.Dynamiske belastninger generert av blad- og skivevibrasjoner

Vibrasjonsspenningen som genereres i skiven når bladene og skivene vibrerer, bør legges over den statiske spenningen. De generelle dynamiske belastningene er:

Den periodiske ujevne gasskraften på bladene. På grunn av tilstedeværelsen av braketten og det separate forbrenningskammeret i strømningskanalen, er luftstrømmen ujevn langs omkretsen, noe som gir en periodisk ubalansert gassspenningskraft på bladene. Frekvensen til denne spennende kraften er: Hf = ωm. Blant dem, ω er hastigheten til motorrotoren, og m er antall braketter eller forbrenningskamre.

Det periodiske uensartede gasstrykket på skivens overflate.

Den spennende kraften som overføres til skiven gjennom den tilkoblede akselen, koblingsringen eller andre deler. Dette skyldes ubalansen i akselsystemet, som forårsaker vibrasjon av hele maskinen eller rotorsystemet, og dermed driver den tilkoblede skiven til å vibrere sammen.

Det er komplekse interferenskrefter mellom bladene til multi-rotor-turbinen, som vil påvirke vibrasjonen av skiven og platesystemet.

Vibrasjon av skivekobling. Skivekantkoblingsvibrasjonen er relatert til de iboende vibrasjonsegenskapene til skivesystemet. Når den spennende kraften på disksystemet er nær en viss rekkefølge av dynamisk frekvens til systemet, vil systemet gi resonans og generere vibrasjonsspenninger.

6.Monteringsspenning ved forbindelsen mellom skiven og akselen

Interferenspasningen mellom skiven og akselen vil generere monteringsbelastning på skiven. Størrelsen på monteringsspenningen avhenger av interferenspasningen, størrelsen og materialet til skiven og akselen, og er relatert til andre belastninger på skiven. For eksempel vil eksistensen av sentrifugalbelastning og temperaturspenning forstørre senterhullet på skiven, redusere interferensen og dermed redusere monteringsspenningen.

Blant de ovennevnte lastene er massesentrifugalkraft og termisk last hovedkomponentene. Ved beregning av styrken bør følgende kombinasjoner av rotasjonshastighet og temperatur vurderes:

Hastigheten til hvert styrkeberegningspunkt spesifisert i flykonvolutten og temperaturfeltet ved det tilsvarende punktet;

Stille tilstandstemperaturfeltet ved det maksimale varmebelastningspunktet eller den maksimale temperaturforskjellen under flyging og den maksimalt tillatte stabile driftshastigheten, eller det tilsvarende steady-state temperaturfeltet når den maksimalt tillatte driftshastigheten i stabil tilstand er nådd under flyging.

For de fleste motorer er start ofte den verste stresstilstanden, så kombinasjonen av det forbigående temperaturfeltet under start (når maksimal temperaturforskjell er nådd) og maksimal driftshastighet under start bør vurderes.