Lastegenskaper og beregningsstatus for kompressor- og turbinehjul av flymotorer

Lastegenskaper og beregningsstatus for kompressor- og turbinehjul av flymotorer

Selv om det finnes forskjeller i funksjonene og strukturene til kompressor- og turbine rotorer, er arbeidsbetingelsene for hjulene på de to omtrent like når det gjelder styrke. Likevel er temperaturen på turbinehjulet høyere, noe som betyr at arbeidsmiljøet for turbinehjulet er mer strengt.

Lastene som bæres av kompressordisken eller turbinen i et flymotor er følgende:

1. Massesentrifugalkraft

Rorelingen må klare sentrifugalkraften fra bladene og seg selv som oppstår grunnet rotoras rotasjon. Følgende hastighetsforhold bør tas med i betraktning under styrkeberegning:

Stabil driftshastighet ved den spesifiserte styrkeberegningpunktet innen flyveomslaget;

Den maksimale tillatte stabil driftshastigheten som er spesifisert i modellspeksifikasjonen;

115% og 122% av den maksimale tillatte stabile driftshastigheten.

Bladene, låsene, forstyringer, bølger, nutter og skruer som er installert på disken er alle plassert ved kanten av hjuldisken. Vanligvis er den ytre kanten av hjuldisken nederst i groven. Antager at disse lastene er jevnt fordelt over flaten av den ytre kanten av hjuldisken, er den jevne lasten:

Hvor F er summen av alle eksterne laster, R er radiusen til den ytre sirkelen av hjulet, og H er den aksemessige bredden til den ytre kanten av hjulet.

Når bunnen av mortis- og tenon-groven er parallelle med rotasjonsaksen til hjuldisken, tas den ytre kant-radiusen som radiusen til posisjonen hvor grovbunnen ligger; når bunnen av mortis- og tenon-groven har en hellingvinkel i radial retning med rotasjonsaksen til hjuldisken, tas den ytre kant-radiusen omtrent som gjennomsnittet av de foran- og bakre kantgrovbunn-radiusene.

2. Varmelast

Hjulskiven må klare varmeeffekten forårsaket av ulikformig oppvarming. For kompressor-skiven kan den termiske belastningen vanligvis ignoreres. Men med økningen i motorens totale trykkforhold og flythastighet har kompressorens utgangsluft nådd en veldig høy temperatur. Derfor er den termiske belastningen av skivene før og etter kompressoren noen ganger ikke ubetydelig. For turbin-skiven er termisk spenning det viktigste påvirkningsfaktoren etter sentrifugalkraft. Følgende typer temperatursfelter bør tas i betraktning under beregninger:

Stasjonært temperatursfelt for hver styrkeberegning spesifisert i flyveomslaget;

Stasjonært temperatursfelt i en typisk flyveis;

Overgangstemperatursfelt i en typisk flyveis.

Ved beregning, hvis de opprinnelige dataene ikke kan leveres fullstendig og det ikke finnes noen målt temperatur for referanse, kan parameterne for luftstrøm under designtilstanden og den høyeste varmelastetilstanden brukes til beregning. Den empiriske formelen for å estimere temperaturspredningen på skiven er:

I formelen er T temperaturen på den ønskede radiusen, T0 temperaturen i sentralsåpet av skiven, Tb temperaturen ved kanten av skiven, R en vilkårlig radius på skiven, mens subskriptene 0 og b svarer til sentralsåpet og kanten, henholdsvis.

m=2 tilsvarer titanlegemer og ferritisk stål uten tvungen kjøling;

m=4 tilsvarer nikkelbasert legeme med tvungen kjøling.

• For høytrykskompressorskive

Stasjonært temperatursfelt:

Når det ikke finnes noen kjølingsluft, kan det antas at det ikke finnes noen temperaturforskjell;

Når det er kjølingsslutt, kan Tb omtrent tas som utgangstemperaturen av luftstrømmen på hvert nivå i kanalen + 15 ℃ , og T0 kan omtrent tas som utgangstemperaturen av luftstrømmen på kjølingssluttnivået + 15 ℃ .

Midlertidig temperaturfelt:

Tb kan omtrent tas som utgangstemperaturen av luftstrømmen på hvert nivå i kanalen;

T0 kan omtrent tas som 50% av hjulfløyte temperaturen når det ikke er kjølingsslutt; når det er kjølingsslutt, kan det omtrent tas som utgangstemperaturen fra kjølingssluttnivået.

• For turbinhjul

Stasjonært temperatursfelt:

Tb0 er tverrsnittstemperaturen av bladrotet; △ T er temperatursvaret for tenonen, som kan tas omtrent som følger: △ T=50-100 ℃ når tenonen ikke er kjølet; △ T=250-300 ℃ når spretten er kjølt.

Midlertidig temperaturfelt:

Skiven med kjølevinger kan tilnærmes på følgende måte: midlertidig temperaturgradient = 1.75 × stasjonær temperaturgradient;

Skiven uten kjølevinger kan tilnærmes på følgende måte: midlertidig temperaturgradient = 1.3 × stasjonær temperaturgradient.

3. Gasskraft (aksial og sirkumferensiel kraft) overført av vingene og gasstrykk på foran og bakenden av impelleren

• Gasskraft overført fra vingene

For kompressorsvinger, er den gasskraftskomponenten som virker på enhetsvingehøyde:

Aksial:

Hvor Zm og Q er gjennomsnittsradiusen og antall blade; ρ 1m og ρ 2m er tettheten av luftstrømmen ved inngang- og utgangsseksjonene; C1am og C2am er den aksekvate hastigheten av luftstrømmen ved gjennomsnittsradiusen av inngang- og utgangsseksjonene; p1m og p2m er den statiske trykket av luftstrømmen ved gjennomsnittsradiusen av inngang- og utgangsseksjonene.

Omliggende retning:

• For turbinblade

Retningen på gasskrefta på gassen skiller seg fra de to formelene ovenfor ved et negativt fortegn. Det finnes vanligvis en viss trykk i hulen mellom de to trinnene av rørhjulet (spesielt kompressorrørhjulet). Hvis trykket i naboliggende rom er forskjellig, vil det forårsake en trykkforskjell på rørhjulet mellom de to hullene, △ p=p1-p2. Generelt, △ p har lite innvirkning på den statiske styrken til rørhjulet, spesielt når det er et hull i rørhjulets stråle, △ kan p ignoreres.

4.Gyroskopisk torsjon som oppstår under manøvrerende flyving

For store diameter faner med fanblader bør effekten av gyroscopiske øyeblikk på bøyingsstressen og deformasjonen av disken tas hensyn til.

5.Dynamiske laster generert av blad- og diskvibrasjoner

Vibrasjonsstressen som oppstår i disken når bladene og diskene vibrerer, skal legges til statisk stress. De vanlige dynamiske lastene er:

Den periodiske ujevne gasskreft på bladene. Grunnet tilstedeværelsen av støtter og separate bränningskamre i strømveislet er luftstrømmen ujevn langs omkretsen, noe som fører til en periodisk ubalansert gasskjønningskraft på bladene. Frekvensen for denne skjønningskraften er: Hf = ω m. Deriblant er ω hastigheten til motorens rotor, og m er antall støtter eller bränningskamre.

Den periodiske ujevne gasspressingen på diskoverflaten.

Den opphissende kraften som overføres til skiven gjennom den koblede akse, forbindelsesringen eller andre deler. Dette skyldes ubalansen i akkesystemet, som forårsaker vibrasjon i hele maskinen eller rotor-systemet, og dermed driver den koblede skiven til å vibrere sammen.

Det finnes komplekse styringskrefter mellom bladene i den flerrotor-turbinen, som vil påvirke vibrasjonen av skive- og plattesystemet.

Skivekoblingsvibrasjon. Vibrasjonen ved skivekanter er relatert til de innfødte vibrasjonskarakteristikene til skvesystemet. Når den opphissende kraften på skvesystemet nærmer seg en bestemt orden av dynamisk frekvens i systemet, vil systemet resonere og generere vibrasjonsstress.

6.Montasje-stress ved forbindelsen mellom skiven og aksen

Interferensforbindelsen mellom skiven og aksen vil generere monteringsstress på skiven. Størrelsen på monteringsstressen avhenger av interferensforbindelsen, størrelsen og materialet til skiven og aksen, og er relatert til andre laster på skiven. For eksempel vil tilstedeværelsen av sentrifugalkraft og temperaturstress forstørre senteråpningen i skiven, redusere interferensen og dermed redusere monteringsstressen.

Blant de nevnte lastene er masse sentrifugalkraft og varmelast hovedkomponentene. Ved styrkeberegning bør følgende kombinasjoner av rotasjonshastighet og temperatur tas med i betraktning:

Hastigheten for hver styrkeberegningpunkt spesifisert i flygeomslaget og temperaturfeltet ved det tilsvarende punktet;

Temperatursfeltet i likevekt ved punktet for maksimal varmelast eller den største temperaturforskjellen under kjøring og den maksimale tillatte likevektsdriftshastigheten, eller det tilsvarende likevektstemperatursfeltet når den maksimale tillatte likevektsdriftshastigheten nås under kjøring.

For de fleste motorene er start ofte den verste stresssituaasjonen, så kombinasjonen av det midlertidige temperatursfeltet under start (når den maksimale temperaturforskjellen nås) og den maksimale driftshastigheten under start bør tas i betraktning.