Karakteristike obremenitve in izračun stanja kompresorjev in turbinskih diskov zrakoplovov
Čeprav obstajajo razlike v funkcijah in strukturah kompresorjev in rotorjev turbine, so glede na trdnost delovni pogoji koles obeh približno enaki. Vendar je turbinski disk pri višji temperaturi, kar pomeni, da je delovno okolje turbinskega diska bolj ostro.
Obremenitve, ki jih nosi kompresorski disk ali turbinski disk zrakoplova, so naslednje:
Masovna centrifugalna sila
Trgovec mora vzdržati centrifugalno silo rezil in sam rotor, ki ga povzroča vrtenje rotorja. V izračunu moči je treba upoštevati naslednje hitrostne pogoje:
Hitrost obratovanja v stanju dinamičnega ravnovesja pri izračunu trdnosti, določeni v ovojnici leta;
Največja dovoljena hitrost obratovanja v stanju dinamičnega ravnovesja, določena v specifikaciji modela;
115% in 122% največje dovoljene obratovalne hitrosti v stanju dinamičnega ravnovesja.
Rezila, ključavnice, pregrade, vijaki, matice in vijaki, nameščeni na disku, so nameščeni na robu kolesnega diska. Običajno je zunanji rob kolesnega diska na dnu žleba. Ob predpostavki, da so te obremenitve enakomerno razporejene na površini zunanjega roba kolesnega diska, je enakomerna obremenitev:
Kjer je F vsota vseh zunanjih obremenitev, je R polmer zunanjega kroga kolesa, H pa osna širina zunanjega roba kolesa.
Ko je dno utora in tenonskega utora vzporedno z vrtenjem osi kolesnega diska, se polmer zunanjega roba vzame kot polmer položaja, kjer se nahaja dno utora; Ko imata dno utora za mortise in tenon naklon kot v radialni smeri z vrtenjem osi kolesnega diska, je polmer zunanjega roba približno vzet kot povprečna vrednost sprednjega in zadnjega ročnega utora.
Toplotna obremenitev
Kolesni disk mora nositi toplotno obremenitev, ki jo povzroča neenakomerno ogrevanje. Za kompresorski disk lahko toplotno obremenitev na splošno prezremo. Vendar pa je s povečanjem skupnega tlačnega razmerja in hitrosti letenja motorični pretok zračnega toka kompresorja dosegel zelo visoko temperaturo. Zato toplotna obremenitev diskov pred in po kompresorju včasih ni zanemarljiva. Za turbinski disk je toplotni stres najpomembnejši dejavnik po centrifugalni sili. Med izračunom je treba upoštevati naslednje vrste temperaturnih polj:
Temperaturno polje v stanju dinamičnega ravnovesja za vsak izračun trdnosti, določeno v ovojnici leta;
TEMPERALNO TEMPERALNO TEMPERALNO v tipičnem krogu leta;
Polje temperature prehoda v tipičnem letalskem ciklu.
Pri oceni, če izvirnih podatkov ni mogoče v celoti zagotoviti in za referenco ni izmerjene temperature, se lahko za oceno uporabijo parametri zračnega toka v stanju oblikovanja in najvišje stanje toplotne obremenitve. Empirična formula za oceno temperaturnega polja na disku je:
V formuli je t temperatura na zahtevanem polmeru, t {{0}} je temperatura v sredinski luknji diska, TB je temperatura na robu diska, r je poljubni polmer na disku in naročniki 0 in B ustrezajo sredinski luknji in rodu.
M =2 ustreza titanijevi zlitini in feritskim jeklom brez prisilnega hlajenja;
M =4 ustreza zlitini na osnovi niklja s prisilnim hlajenjem.
Za kompresorski disk z visokim tlakom
Temperaturno polje v stanju dinamičnega ravnovesja:
Kadar ni hladilnega pretoka zraka, je mogoče upoštevati, da ni temperaturne razlike;
Kadar je hladilni pretok zraka, lahko TB približno vzamemo kot temperaturo odtoka zračnega toka na vsaki ravni kanala {0}}}} in T0 lahko približno vzamemo kot temperaturo odtoka zračnega toka pri stopnji hlajenja zraka + 15.
Prehodno temperaturno polje:
TB lahko približno vzamemo kot temperaturo izhoda vsake stopnje pretoka zraka;
T 0 je mogoče približno 50% temperature platišča, kadar ni hladilnega pretoka zraka; Kadar je hladilni pretok zraka, ga lahko približno vzamemo kot temperatura odtoka faze ekstrakcije hladilnega pretoka.
Za turbinski disk
Temperaturno polje v stanju dinamičnega ravnovesja:
TB 0 je temperatura prereza korenine rezila; △ t je temperaturna kapljica tenona, ki jo je mogoče vzeti približno na naslednji način: △ t =50-100 stopnja, ko tenon ni ohlajen; △ t =250-300 stopnja, ko se tenon ohladi.
Prehodno temperaturno polje:
Disk s hladilnimi rezili lahko približamo na naslednji način: prehodni temperaturni gradient=1. 75 × TEMPERALNI Gradient v stanju dinamičnega ravnovesja;
Disk brez hladilnih rezil je mogoče približati na naslednji način: prehodni temperaturni gradient=1. 3 × temperaturni gradient v stanju dinamičnega ravnovesja.
Plinska sila (osna in obodna sila), ki jo prenašajo rezila in tlak plina na sprednjem in zadnjem koncu rotorja
Plinska sila, ki se prenaša iz rezil
Za rezila kompresorja je komponenta plinske sile, ki deluje na višino rezila enote,:
AXIAL:
Kjer sta ZM in Q povprečni polmer in število rezil; ρ1m in ρ2m sta gostota pretoka zraka na odtočnih in odtočnih odsekih; C1AM in C2AM sta osna hitrost pretoka zraka na povprečnem polmeru odhodov in odtočnih odsekov; P1M in P2M sta statični tlak pretoka zraka na povprečnem polmeru odhodov in odtočnih odsekov.
Obodna smer:
Za turbinske rezila
Smer plinske sile na plinu se razlikuje od dveh formul zgoraj glede na negativni znak. Na splošno je v votlini med dvostopenjskim rotorjem (zlasti rotor kompresorja) določen tlak. Če je tlak v sosednjih presledkih drugačen, bo na rotorju med obema votlinama nastala razlika tlaka, △ p=p 1- p2. Na splošno △ P malo vpliva na statično trdnost rotorja, še posebej, če je v govoru rolerja luknja, △ p je mogoče prezreti.
4.Žiroskopski navor, ustvarjen med manevriranjem
Za diske z ventilatorji velikega premera z rezili ventilatorjev je treba upoštevati učinek žiroskopskih trenutkov na upogibni stres in deformacijo diska.
5.Dinamične obremenitve, ki jih ustvarijo vibracije rezila in diska
Vibracijski stres, ki nastane na disku, ko rezila in diski vibrirajo, je treba namestiti s statičnim stresom. Splošne dinamične obremenitve so:
Periodična neenakomerna plinska sila na rezilih. Zaradi prisotnosti nosilca in ločene zgorevalne komore v pretočnem kanalu je zračni tok neenakomeren vzdolž oboda, ki na rezilih proizvaja periodično neuravnoteženo plin. Pogostost te vznemirljive sile je: hf=ωm. Med njimi je ω hitrost rotorja motorja, M pa je število oklepajev ali zgorevalnih komor.
Periodični neenakomerni tlak plina na površini diska.
Navdušujoča sila, ki se prenaša na disk skozi povezano gred, povezovalni obroč ali druge dele. To je posledica neravnovesja sistema gredi, ki povzroči vibracijo celotnega stroja ali sistema rotorja, s čimer se priključeni disk združi skupaj.
Med rezili več rotorne turbine obstajajo zapletene motnje, ki bodo vplivale na vibracijo diskov in plošč.
Vibracije diska. Vibracija na robu diska je povezana z značilnostmi vibracij diskovnega sistema. Ko je vznemirljiva sila diskovnega sistema blizu določenega vrstnega reda dinamične frekvence sistema, bo sistem odmeval in ustvaril vibracijski stres.
6.Montažni stres na povezavi med diskom in gredjo
Motenje med diskom in gredjo bo ustvarilo montažni stres na disku. Obseg napetosti montaže je odvisna od prileganja motenj, velikosti in materiala diska in gredi ter je povezana z drugimi obremenitvami na disku. Na primer, obstoj centrifugalne obremenitve in temperaturnega napetosti bo povečal sredinsko luknjo diska, zmanjšalo motnje in tako zmanjšalo napetost montaže.
Med zgoraj omenjenimi obremenitvami sta glavna komponenta masna centrifugalna sila in toplotna obremenitev. Pri izračunu trdnosti je treba upoštevati naslednje kombinacije vrtilne hitrosti in temperature:
Hitrost vsake točke izračuna trdnosti, določena v ovojnici leta in temperaturno polje v ustrezni točki;
Temperaturno polje v stanju dinamičnega ravnovesja na največji točki toplotne obremenitve ali največje temperaturne razlike v letu in največjo dovoljeno delovno hitrost v stanju dinamičnega ravnovesja ali ustrezno temperaturno polje v stanju dinamičnega ravnovesja, ko je med letom dosežena največja dovoljena obratovalna hitrost v stanju dinamičnega ravnovesja.
Pri večini motorjev je vzlet pogosto najslabše stresno stanje, zato je treba upoštevati kombinacijo prehodnega temperaturnega polja med vzletom (ko je dosežena najvišja temperaturna razlika) in največja hitrost obratovanja med vzletom.
