Caracteristici de sarcină și starea calculului a discurilor compresorului și turbinei motorilor pentru avioane

Caracteristici de sarcină și starea calculului a discurilor compresorului și turbinei motorilor pentru avioane

Deși există diferențe în funcțiile și structurile rotorilor compresorului și turbinei, din punct de vedere al rezistenței, condițiile de lucru ale rotilor celor două sunt aproximativ aceleași. Cu toate acestea, discul turbinei este la o temperatură mai ridicată, ceea ce înseamnă că mediul de lucru al discului turbinei este mai greu.

Sarcinile suportate de discul compresorului sau al discului turbinei unui motor pentru avioane sunt următoarele:

1. Forța Centrifugă de Masă

Turbinatorul trebuie să reziste forței centrifuge a pâlpilor și a turbinatorului însuși cauzate de rotația rotorului. Următoarele condiții de viteză ar trebui luate în considerare în calculul rezistenței:

Viteza de funcționare în regim stabil la punctul specificat de calcul al rezistenței, din interiorul ambianței de zbor;

Viteza maximă de funcționare în regim stabil specificată în specificațiile modelului;

115% și 122% din viteza maximă de funcționare în regim stabil permisă.

Pâlpile, închiderile, amorteazoarele, buloanele, mutrele și scrufecele montate pe disc se află toate la marginea discului rotor. De obicei, marginea exterioară a discului este situată în fundul unei grofură. Presupunând că aceste sarcini sunt distribuite uniform pe suprafața marginii exterioare a discului, sarcina uniformă este:

Unde F este suma tuturor sarcinilor externe, R este raza cercului exterior al discului, iar H este lățimea axială a marginii exterioare a discului.

Când partea de jos a grofului mortiz și tenon este paralelă cu axa de rotație a discurului de roti, se ia raza marginii externe ca fiind raza poziției în care se află fundalul grofului; când partea de jos a grofului mortiz și tenon are un unghi de inclinare în direcția radială față de axa de rotație a discurului de roti, raza marginii externe este luată aproximativ ca valoarea medie a razelor fundalului grofului din partea anterioară și posterioră.

2. Încărcare termică

Discul de rouă trebuie să suporte sarcina termică cauzată de încălzire neuniformă. Pentru discul compressorului, sarcina termică poate fi de obicei ignorată. Cu toate acestea, cu creșterea raportului total de presiune al motorului și a vitezei de zbor, curgerea de aer la ieșirea compressorului a ajuns la o temperatură foarte ridicată. Prin urmare, sarcina termică a discelor dinainte și după compressor uneori nu este neglijabilă. Pentru discul turbinei, stresul termic este cel mai important factor de influență după forța centrifugă. Următoarele tipuri de câmpuri temperaturale ar trebui luate în considerare în timpul calculului:

Câmpul de temperatură în regim stabil pentru fiecare calcul de rezistență specificat în ambianța de zbor;

Câmpul de temperatură în regim stabil într-un ciclu de zbor tipic;

Câmpul de temperatură de tranziție într-un ciclu de zbor tipic.

La estimare, dacă datele originale nu pot fi furnizate în totalitate și nu există o temperatură măsurată pentru referință, parametrii de curgere aerului în starea de proiectare și în starea de sarcină maximă a căldurii pot fi utilizați pentru estimare. Formula empirică pentru estimarea câmpului de temperatură pe disc este:

În formula, T reprezintă temperatura la rază cerută, T0 este temperatura la gaură centrală a discului, Tb este temperatura la marginea discului, R este un rază arbitrară pe disc, iar indicii 0 și b corespund găurii centrale și marginii, respectiv.

m=2 corespunde aliajelor de titan și oțelului ferritic fără răcire forțată;

m=4 corespunde aliajelor bazate pe nicleu cu răcire forțată.

• Pentru discul compressorului de presiune ridicată

Câmp de temperatură în regim stabil:

Când nu există curent de aer de răcire, se poate considera că nu există diferență de temperatură;

Când există flux de aer de răcire, Tb poate fi luat aproximativ ca temperatura de ieșire a aerului la fiecare nivel al canalei + 15 ℃ , iar T0 poate fi luat aproximativ ca temperatura de ieșire a aerului la nivelul fluxului de răcire de extracție + 15 ℃ .

Câmp termic transitoriu:

Tb poate fi luat aproximativ ca temperatura de ieșire a aerului la fiecare nivel al canalei;

T0 poate fi luat aproximativ ca 50% din temperatura jumătății roții când nu există flux de răcire; când există flux de răcire, poate fi luat aproximativ ca temperatura de ieșire a aerului la etapa de extracție a răcirii.

• Pentru discul de turbină

Câmp de temperatură în regim stabil:

Tb0 este temperatura secțiunii transversale a rădăcinii lamei; △ T este scăderea temperaturii a incroderii, care poate fi luată aproximativ astfel: △ T=50-100 ℃ când incroderia nu este răcită; △ T=250-300 ℃ când tenonul este răcit.

Câmp termic transitoriu:

Discul cu lame de răcire poate fi aproximat astfel: gradIENTul temperaturii transient = 1.75 × gradIENT al temperaturii în regim stabil;

Discul fără lame de răcire poate fi aproximat astfel: gradientul temperaturii transient = 1.3 × gradient al temperaturii în regim stabil.

3. Forța gazului (forța axială și circumferențială) transmisă de lame și presiunea gazului la capetele frontale și posterioare ale impelantei

• Forța gazului transmisă de lame

Pentru lamele compresorului, componenta forței gazului care acționează pe înălțimea unitară a lamei este:

Axial:

Unde Zm și Q sunt raza medie și numărul de lame; ρ 1m și ρ 2m sunt densitatea curgerii de aer la secțiunile de intrare și ieșire; C1am și C2am sunt vitezele axiale ale curgerii de aer la rază medie a secțiunilor de intrare și ieșire; p1m și p2m sunt presiunile statice ale curgerii de aer la rază medie a secțiunilor de intrare și ieșire.

Direcția circumferențială:

• Pentru lamele de turbină

Direcția forței gazei asupra gazei este diferită față de cele două formule de mai sus printr-un semn negativ. Există, în general, o anumită presiune în cavitatea dintre cele două impelere (în special pentru impelere de compresor). Dacă presiunea în spațiile adiacente este diferită, se va produce o diferență de presiune pe impelere între cele două cavitați. △ p = p1 - p2. În general, △ p are puțină influență asupra rezistenței statice a impelerei, mai ales când există un gaură în brațul de impelere, △ p poate fi ignorată.

4.Momentul giroscoptic generat în timpul zborului de manevrare

Pentru discuri de ventilatoare cu diametru mare și lame de ventilator, efectul momentelor giroscopice asupra stresului de încovoieră și deformării discului trebuie luat în considerare.

5.Încărcările dinamice generate de vibrații ale lămurilor și a discului

Stresul de vibrație generat în disc atunci când lamele și discurile se vibră trebuie suprapus pe cel static. Încărcările dinamice generale sunt:

Forța gazului neuniformă periodică pe lame. Datorită prezenței suportului și a camerei de combustie separate în canalul de flux, debitul aerului este neuniform pe circumferință, ceea ce produce o forță de excitație a gazelor nereciprocată periodică pe lame. Frecvența acestei forțe de excitație este: Hf = ω m. Printre acestea, ω este viteza rotorului motorului, iar m este numărul de suporturi sau camere de combustie.

Presiunea gazului neuniformă periodică pe suprafața discului.

Forța excitatoare transmisă discuri prin arborele conectat, inelul de legare sau alte părți. Acest lucru este cauzat de neechilibrarea sistemului de arbori, care provoacă vibrațiile întregii mașini sau ale sistemului rotor, ducând astfel la vibrația în comun a discurilor conectate.

Există forțe de interferență complexe între lamele turbinei multi-rotor, care vor afecta vibrațiile sistemului de discuri și plăci.

Vibrația de cuplare a discului. Vibrația de cuplare a marginii discului este legată de caracteristicile de vibrație inhrente ale sistemului de disc. Când forța excitatoare din sistemul de disc este apropiată de o anumită ordine a frecvenței dinamice a sistemului, acesta va rezona și va genera stres de vibrație.

6.Stresul de montaj la conexiunea dintre disc și arbore

Montarea prin ajustare strânsă între discuri și arbore va genera o tensiune de asamblare pe disc. Mărimea acestei tense depinde de ajustarea strânsă, dimensiunea și materialul discului și al arborului și este legată de alte sarcini din pe disc. De exemplu, existența sarcinii centrifugale și a tensei termice va mări gaura centrală a discului, va reduce ajustajul strâns și astfel va diminua tensiunea de asamblare.

Dintre sarcinile menționate mai sus, forța centrifugă a masei și sarcina termică sunt componente principale. La calcularea rezistenței, trebuie să se ia în considerare următoarele combinații de viteză de rotație și temperatură:

Viteza fiecărei puncte specificate pentru calculul rezistenței din ambianța de zbor și câmpul de temperatură corespunzător acestui punct;

Câmpul de temperatură la stare stabilă în punctul de sarcină maximă de căldură sau diferența maximă de temperatură în zbor și viteza maximă de funcționare la stare stabilă permisă, sau câmpul de temperatură corespunzător la stare stabilă atunci când se atinge viteza maximă de funcționare la stare stabilă permisă în zbor.

Pentru majoritatea motorilor, decolarea este adesea cel mai rău stadiu de stres, astfel că combinația câmpului de temperatură transient în timpul decolării (când se atinge diferența maximă de temperatură) și viteza maximă de funcționare în timpul decolării ar trebui luată în considerare.