Charakteristiky zaťaženia a stav výpočtu diskov a turbínových diskov leteckých motorov
Aj keď existujú rozdiely vo funkciách a štruktúrach rotorov kompresora a turbíny, z hľadiska sily sú pracovné podmienky kolesí oboch zhruba rovnaké. Disk turbíny je však pri vyššej teplote, čo znamená, že pracovné prostredie disku turbíny je tvrdšie.
Zaťaženia znášané diskom kompresora alebo turbíny leteckého motora sú nasledujúce:
Reditrifugálna sila
Oterper musí vydržať odstredivú silu čepelí a obežného kolesa spôsobenej rotáciou rotora. Pri výpočte pevnosti by sa mali zvážiť nasledujúce podmienky rýchlosti:
Prevádzková rýchlosť v ustálenom stave pri výpočte pevnosti určeného v letovej obálke;
Maximálna prípustná prevádzková rýchlosť v ustálenom stave určená v špecifikácii modelu;
115% a 122% maximálnej povolenej prevádzkovej rýchlosti v ustálenom stave.
Čepele, zámky, usmernenie, skrutky, matice a skrutky nainštalované na disku sú umiestnené na okraji kolesa. Vonkajší okraj kolesa je zvyčajne na spodnej časti drážky. Za predpokladu, že tieto zaťaženia sú rovnomerne rozložené na povrchu vonkajšieho okraja kolesa, rovnomerné zaťaženie je:
Kde f je súčet všetkých vonkajších záťaží, r je polomer vonkajšieho kruhu kolesa a H je axiálna šírka vonkajšieho okraja kolesa.
Keď je spodná časť úmrtia a drážky tenonu rovnobežná s osou rotácie kolesa, polomer vonkajšej hrany sa berie ako polomer polohy, kde sa nachádza spodná časť drážky; Keď má spodná časť úmrtia a drážky tenonu v radiálnom smere s osou rotácie kolesa, polomer vonkajšej hrany sa približne považuje za priemernú hodnotu spodných polomerov drážky predných a zadných okrajov.
Tepelné zaťaženie
Kolesový disk musí znášať tepelné zaťaženie spôsobené nerovnomerným kúrením. Pre disk kompresor je možné tepelné zaťaženie všeobecne ignorovať. Avšak so zvýšením celkového tlakového pomeru motora a rýchlosti letu dosiahlo prúdenie vzduchu kompresora veľmi vysokú teplotu. Preto tepelné zaťaženie diskov pred a po kompresori niekedy nie je zanedbateľné. Pre disk turbíny je tepelný stres najdôležitejším ovplyvňujúcim faktorom po odstredivej sile. Počas výpočtu by sa mali brať do úvahy nasledujúce typy teplotných polí:
Teplotné pole v ustálenom stave pre každý výpočet pevnosti určeného v letovej obálke;
Teplotné pole v ustálenom stave v typickom letovom cykle;
Teplotné pole prechodu v typickom letovom cykle.
Pri odhadovaní, ak pôvodné údaje nie je možné úplne poskytnúť a pre referenciu nie je meraná teplota, parametre prúdenia vzduchu v konštrukčnom stave a najvyšší stav tepelného zaťaženia sa môžu použiť na odhad. Empirický vzorec na odhad teplotného poľa na disku je:
Vo vzorci t je teplota v požadovanom polomere, t {{0} je teplota v strednom otvorovi disku, TB je teplota na okraji disku a R je ľubovoľný polomer na disku a predplatné 0 a B zodpovedajú stredovej diere a rimu.
m =2 zodpovedá zliatine titánu a feritickej ocele bez núteného chladenia;
M =4 zodpovedá zliatine založenej na nikle s núteným chladením.
Pre vysokotlakový kompresorový disk
Teplotné pole v ustálenom stave:
Ak nedochádza k žiadnemu chladiacemu prúdu vzduchu, možno sa domnievať, že neexistuje žiadny teplotný rozdiel;
Ak dôjde k prúdeniu chladiaceho vzduchu, TB sa dá približne odobrať ako výstupná teplota prúdenia vzduchu na každej úrovni kanála {{{0}} a T0 sa dá približne považovať za výstupnú teplotu prúdu vzduchu pri stupni studenej vzduchovej vzduchu {{}}.
Pole prechodnej teploty:
TBC sa môže brať približne ako výstupná teplota každej úrovne prúdenia vzduchu kanála;
T 0 sa dá brať približne ako 50% teploty okraja kolesa, keď nie je k dispozícii žiadny chladiaci vzduch; Ak je prúd chladiaceho vzduchu, môže sa približne užívať ako výstupná teplota štádia extrakcie chladiaceho vzduchu.
Pre turbínové disky
Teplotné pole v ustálenom stave:
TB 0 je prierezová teplota koreňa čepele; △ t je pokles teploty tenónu, ktorý sa dá užívať približne takto: △ t =50-100, keď sa tenón nezmení; △ T =250-300 Stupeň pri ochladení tenónu.
Pole prechodnej teploty:
Disk s chladiacimi čepeľami sa dá aproximovať takto: prechodný teplotný gradient=1. 75 × teplotný gradient v ustálenom stave;
Disk bez chladiacich čepelí sa dá aproximovať takto: prechodný teplotný gradient=1. 3 × teplotný gradient v ustálenom stave.
Plynová sila (axiálna a obvodová sila) prenášaná čepeľami a tlakom plynu na predných a zadných koncoch obežného kolesa
Benzínová sila prenášaná z čepelí
Pre čepele kompresora je komponent plynovej sily pôsobiace na výšku čepele jednotky:
Axiálne:
Kde ZM a Q sú priemerný polomer a počet čepelí; ρ1m a ρ2m sú hustota prúdenia vzduchu vo vstupných a výstupných úsekoch; C1AM a C2AM sú axiálna rýchlosť prúdenia vzduchu v priemernom polomere vstupných a výstupných rezov; P1M a P2M sú statický tlak prietoku vzduchu v priemernom polomere vstupných a výstupných úsekov.
Obvodový smer:
Pre lopatky turbíny
Smer plynovej sily na plyn sa líši od dvoch vzorcov vyššie negatívnym znakom. Vo všeobecnosti existuje určitý tlak v dutine medzi dvojstupňovým obehom (najmä obežníkom kompresora). Ak je tlak v susedných priestoroch iný, bude spôsobený tlakovým rozdielom na obežníku medzi dvoma dutinami, △ p=p 1- p2. Všeobecne platí, že △ p má malý vplyv na statickú pevnosť obežného kolesa, najmä ak je v rozprávaní obežného kolesa otvor, △ P sa dá ignorovať.
4.Gyroskopický krútiaci moment generovaný počas letu manévrovania
Pre disky ventilátora s veľkým priemerom s lopatkami ventilátorov by sa mal zvážiť účinok gyroskopických momentov na ohybové napätie a deformáciu disku.
5.Dynamické záťaže generované vibráciami čepele a diskov
Vibračné napätie generované na disku, keď sa lopatky a disky vibránujú, by sa malo prekrývať so statickým napätím. Všeobecné dynamické zaťaženia sú:
Periodická nejednotná plynová sila na čepele. Vzhľadom na prítomnosť držiaka a samostatnej spaľovacej komory v prietokovom kanáli je prúd vzduchu v obvode nerovnomerný, čo vytvára periodickú nevyváženú vzrušujúcu silu plynu na čepele. Frekvencia tejto vzrušujúcej sily je: HF=ωm. Medzi nimi je Ω rýchlosť rotora motora a M je počet konzol alebo spaľovacích komôr.
Periodický nejednotný tlak plynu na povrchu disku.
Vzrušujúca sila prenášaná na disk cez pripojený hriadeľ, spojovací krúžok alebo iné časti. Dôvodom je nerovnováha systému hriadeľa, ktorá spôsobuje vibrácie celého stroja alebo rotora, čím vedie k pripojenému disku, aby sa vibrovali spolu.
Medzi čepeľami viacerých rotorových turbíny existujú komplexné interferenčné sily, ktoré ovplyvnia vibrácie systému disku a doštičiek.
Vibrácie spojenia s diskom. Vibrácie spojenia s okrajmi disku súvisia s vlastnými vibračnými charakteristikami diskového systému. Ak je vzrušujúca sila na diskový systém blízko určitého poradia dynamickej frekvencie systému, systém bude rezonovať a generovať vibračné napätie.
6.Montážne napätie na spojení medzi diskom a hriadeľom
Interferencia medzi diskom a hriadeľom bude vytvárať stres montáže na disku. Rozsah stresu zostavenia závisí od interferenčného prispôsobenia, veľkosti a materiálu disku a hriadeľa a súvisí s inými zaťaženiami na disku. Napríklad existencia odstredivého zaťaženia a teplotného napätia zväčší stredový otvor disku, zníži interferenciu a tak zníži stres montáže.
Medzi vyššie uvedenými zaťaženiami sú hlavné komponenty hmotnostná odstredivka a tepelné zaťaženie. Pri výpočte sily by sa mali zohľadniť nasledujúce kombinácie rýchlosti a teploty rotácie:
Rýchlosť každého bodu výpočtu pevnosti určená v letovej obálke a teplotnom poli v zodpovedajúcom bode;
Teplotné pole v ustálenom stave v maximálnom bode tepelného zaťaženia alebo maximálny teplotný rozdiel v lete a maximálna povolená prevádzková rýchlosť v ustálenom stave alebo zodpovedajúce teplotné pole v ustálenom stave, keď sa pri lete dosiahne maximálna povolená prevádzková rýchlosť v ustálenom stave.
Pre väčšinu motorov je vzlet často najhorším stavom napätia, takže kombinácia prechodného teplotného poľa počas vzletu (keď sa dosiahne maximálny teplotný rozdiel) a mala by sa zvážiť maximálna prevádzková rýchlosť počas vzletu.
