Nosivost karakteristike i status računanja kompresorskih i turbinskih diskova aviokosa

Nosivost karakteristike i status računanja kompresorskih i turbinskih diskova aviokosa

Iako postoje razlike u funkcijama i strukturama rotorima kompresora i turbine, s obzirom na jačinu, radne uslove kota dva su većina po jednaki. Međutim, disk turbine je na višoj temperaturi, što znači da je radno okruženje diska turbine trgu.

Tereta koje nose disk kompresora ili disk turbine avijskog motora su sledeći:

1. Centrifugalna sila mase

Impeler mora da izdrži centrifugalnu silu lopatica i samog impelera uzrokovane rotacijom rotorja. U izračunavanju jačine treba uzeti u obzir sledeće režime brzine:

Stacionarna radna brzina u tački izračunavanja jačine navedenoj unutar letskog ohraničenja;

Maksimalna dozvoljena stacionarna radna brzina navedena u specifikacijama modela;

115% i 122% maksimalne dozvoljene stacionarne radne brzine.

Ostrve, zaključci, pregrade, šipovi, bolci i vijke montirane na disk su svi raspoloženi na ivici kotačnog diska. Obično, spoljašnja ivica kotačnog diska nalazi se na dnu raščina. Pretpostavljajući da su ove opterećenja ravnomerno raspoređena po površini spoljašnje ivice kotačnog diska, ravnomerno opterećenje je:

Gde je F zbir svih spoljašnjih opterećenja, R poluprečnik spoljašnjeg kruga kotača, a H osna širina spoljašnje ivice kotača.

Kada je dno raščinske jame paralelno sa osom rotacije kotačnog diska, poluprečnik spoljašnje ivice uzima se kao poluprečnik položaja gde se nalazi dno raščine; kada dno raščinske jame ima nagibni ugao u radialnom smeru sa osom rotacije kotačnog diska, poluprečnik spoljašnje ivice uzima se približno kao prosečna vrednost poluprečnika dna raščine pre i posle ivice.

2. Termalno opterećenje

Kotrljački disk mora da izdrži termičku opterećenje uzrokovano neuniformnim grejanjem. Za kompresorski disk, termičko opterećenje se opšte može zanemariti. Međutim, sa porastom ukupnog pritiska motora i brzine leta, izlazni zrak kompresora je dostigao vrlo visoku temperaturu. Stoga, termičko opterećenje diska ispred i iza kompresora ponekad nije zanemarljivo. Za turbine disk, termički naprezanja su najvažniji uticaj nakon centrifugalne sile. Sledeće vrste temperaturnih polja treba uzeti u obzir tijekom računanja:

Stacionarno temperaturno polje za svaku jačinsku analizu navedenu u letskom obruču;

Stacionarno temperaturno polje u tipičnom letskom ciklusu;

Transitorno temperaturno polje u tipičnom letskom ciklusu.

Prilikom procenjivanja, ako originalni podaci ne mogu biti potpuno pruženi i ne postoji merena temperatura za referencu, parametri vazdušnog toka u dizajniranom stanju i u stanju sa najvećom grejanom opterećenjem mogu se koristiti za procenu. Empirijska formula za procenu temperaturnog polja na disku je:

U formuli, T predstavlja temperaturu na traženom radijusu, T0 je temperatura u središnjem otvoru diska, Tb je temperatura na ivici diska, R je proizvoljan radijus na disku, a indeksi 0 i b odgovaraju središnjem otvoru i ivici, redom.

m=2 odgovara titanovoj leguri i ferritskoj oceli bez prisilnog hlađenja;

m=4 odgovara nikl-temeljenoj leguri sa prisilnim hlađenjem.

• Za disk visokog pritiska kompresora

Stacionarno temperaturno polje:

Kada ne postoji hladjenje vazduhom, može se pretpostaviti da ne postoji razlika u temperaturi;

Kada postoji hlađajući zrak, Tb se može približno uzeti kao izlazna temperatura zraka na svakom nivou kanala + 15 ℃ i T0 se može približno uzeti kao izlazna temperatura zraka na nivou hlađenja + 15 ℃ .

Privremeno temperaturno polje:

Tb se može približno uzeti kao izlazna temperatura zraka na svakom nivou kanala;

T0 se može približno uzeti kao 50% temperature kotačnog oboda kada ne postoji hlađajući zrak; kada postoji hlađajući zrak, može se približno uzeti kao izlazna temperatura na nivou odbijanja hlađenja.

• Za turbine disk

Stacionarno temperaturno polje:

Tb0 je presjecna temperatura korijena lopatica; △ T je pad temperature štapa, koji se može uzeti približno ovako: △ T=50-100 ℃ kada štap nije hlađen; △ T=250-300 ℃ kada je tenon ohlajen.

Privremeno temperaturno polje:

Disk sa hladiocima može se približno predstaviti ovako: privremeni gradijent temperature = 1.75 × gradijent temperature u ravnom stanju;

Disk bez hladioca može se približno predstaviti ovako: privremeni gradijent temperature = 1.3 × gradijent temperature u ravnom stanju.

3. Gazova sila (osovinska i opčinska sila) prenesena preko lopatica i gazni pritisak na prednje i zadnje krajeve impelera

• Gazova sila prenesena od lopaca

Za kompresorske lopatke, gazova komponenta sile koja djeluje na jedinicu visine lopate je:

Aksijalno:

Gde su Zm i Q prosječni poluprečnik i broj lopatica; ρ 1m i ρ 2m gustoća zraka na ulaznoj i izlaznoj strani; C1am i C2am su aksijska brzina zraka na prosječnom poluprečniku ulazne i izlazne zone; p1m i p2m su statični pritisak zraka na prosječnom poluprečniku ulazne i izlazne zone.

U obodnom smjeru:

• Za turbine lopaste

Smjer gasne sile na plin je različit od gore navedenih dvaju formula po negativnom predznaku. Između dvije stupnjeve impelera (posebno kompresorske lopasti) općenito postoji određeni pritisak. Ako je pritisak u susjednim prostorima različiti, uzrokujeće se pritisak između dva prostora impelera, △ p=p1-p2. Općenito, △ p malo utiče na statičku jačinu impelera, posebno kada postoje rupovi u žičastim dijelovima impelera, △ p može biti zanemaren.

4.Torzija generisana gyroskopskim efektom tijekom manevra leta

Za velike dijametarne ventilatorske diskove sa ventilatorskim listovima, uticaj gyroskopskih momenta na savijajući naprezanja i deformaciju diska treba uzeti u obzir.

5.Dinamički opterećenja generisana vibracijama listova i diska

Naprezanje izazvano vibracijom diska kada se listovi i diskove vibriraju treba nadodati statičkom naprezanju. Opsta dinamička opterećenja su:

Periodično neuniformna gasna sila na listove. Zbog prisutnosti zagrada i odvojenih goriva u toku kanala, vazduhoplov je neuniforman duž obima, što stvara periodičnu neuskladenu gasnu pobudnu silu na listove. Frekvencija ove pobudne sile je: Hf = ω m. Izmedju njih, ω je brzina rotora motora, a m je broj zagrada ili goriva.

Periodično neuniformni gasni pritisak na površinu diska.

Uzbudljiva sila prenosena na disk kroz povezani val, spojnu prstenu ili druge delove. To je uzrok neusavršenosti valnog sistema, što uzrokuje vibracije cele mašine ili rotornog sistema, time povezujući disk da se zajedno vibriše.

Postoje složene međusobne uticaji između listova višeročnog turbine, koji će uticati na vibracije diska i pločnog sistema.

Vibracija diska i njegovog spoja. Vibracija ruba diska je povezana sa intrinzičnim vibracionim karakteristikama sistema diska. Kada je uzbudljiva sila na sistemu diska blizu određenoj dinamičkoj frekvenciji sistema, sistem će rezonirati i generisati vibracioni stres.

6.Montažni stres na vezi između diska ikaza

Potiskujući spoj između diska i osi će generisati montažni napor na disku. Intenzitet montažnog napora zavisi od potiskujućeg spoja, veličine i materijala diska i ose, i povezan je sa drugim opterećenjima diska. Na primer, postojanje centrifugalnog opterećenja i temperaturnog napora će uvećati srednju rupu diska, smanjiti potiskivanje, a time i smanjiti montažni napor.

Među navedenim opterećenjima, masa centrifugalna sila i termičko opterećenje su glavni činioci. Prilikom računanja jačine treba uzeti u obzir sledeće kombinacije brzine rotacije i temperature:

Brzina za svaku tačku izračunavanja jačine navedenu u letskom opsegu i temperaturno polje u odgovarajućoj tački;

Polje temperatury u stanju ravnovesja u tački maksimalnog toplinskog opterećenja ili maksimalna razlika temperaturi tijekom leta i maksimalna dopuštena brzina stalnog rada, ili odgovarajuće polje temperatury u stanju ravnovesja kada je dostignuta maksimalna dopuštena stalna brzina rada tijekom leta.

Za većinu motora, start je često najgori stanje naprezanja, pa treba uzeti u obzir kombinaciju privremenog polja temperatury tijekom starta (kada je dostignuta maksimalna razlika temperatura) i maksimalna brzina rada tijekom starta.