Charakterystyka obciążenia i status obliczeń dysków sprężarki i turbiny silników samolotów
Chociaż istnieją różnice w funkcjach i strukturach sprężarki i wirników turbinowych, pod względem siły, warunki pracy kół tych dwóch są mniej więcej takie same. Jednak dysk turbinowy ma wyższą temperaturę, co oznacza, że środowisko pracy dysku turbiny jest surniejsze.
Ładunki ponoszone przez tarczę sprężarki lub dysk turbinowy silnika samolotu są następujące:
Masowa siła odśrodkowa
Wirnik musi wytrzymać siłę odśrodkową ostrzy i wirnika spowodowanego obrotem wirnika. Należy wziąć pod uwagę następujące warunki prędkości w obliczeniach siły:
Prędkość robocza w stanie ustalonym przy punkcie obliczania siły określonej w kopercie lotniczej;
Maksymalna dopuszczalna prędkość robocza stanu ustalonego określona w specyfikacji modelu;
115% i 122% maksymalnej dopuszczalnej prędkości roboczej w stanie ustalonym.
Ostrza, zamki, przegrody, śruby, nakrętki i śruby zainstalowane na płycie znajdują się na krawędzi krążka koła. Zwykle zewnętrzna krawędź krążka koła znajduje się na dole rowka. Zakładając, że obciążenia te są równomiernie rozmieszczone na powierzchni zewnętrznej krawędzi krążka koła, jednolite obciążenie to:
Gdzie f jest sumą wszystkich obciążeń zewnętrznych, R jest promieniem zewnętrznego okręgu koła, a H jest osiową szerokością zewnętrznej krawędzi koła.
Gdy dno rowka wpustowego i czopowego jest równolegle do osi obrotu krążka koła, promień krawędzi zewnętrznego jest traktowany jako promień pozycji, w której znajduje się dno rowka; Gdy dno wpustu i rowka czowowego ma kąt nachylenia w kierunku promieniowym z osą obrotu krążka koła, zewnętrzny promień krawędzi jest w przybliżeniu przyjęty jako średnia wartość przedniej i tylnej krawędzi dolnej promienia.
Obciążenie termiczne
Dysk kół musi nosić obciążenie termiczne spowodowane nierównomiernym ogrzewaniem. W przypadku dysku sprężarki obciążenie termiczne można ogólnie zignorować. Jednak wraz ze wzrostem całkowitego współczynnika ciśnienia silnika i prędkości lotu przepływ powietrza do wylotu sprężarki osiągnął bardzo wysoką temperaturę. Dlatego obciążenie termiczne dysków przed i po sprężarce czasami nie jest nieistotne. W przypadku dysku turbinowego stres termiczny jest najważniejszym czynnikiem wpływającym po sile odśrodkowej. Podczas obliczeń należy rozważyć następujące rodzaje pól temperaturowych:
Pole temperatury w stanie ustalonym dla każdego obliczenia wytrzymałości określone w kopercie lotniczej;
Pole temperatury w stanie ustalonym w typowym cyklu lotu;
Pole temperatury przejścia w typowym cyklu lotu.
Podczas szacowania, jeśli nie można w pełni dostarczyć oryginalnych danych i nie ma zmierzonej temperatury w celu odniesienia, parametry przepływu powietrza w stanie projektowym i najwyższy stan obciążenia ciepła można wykorzystać do oszacowania. Empiryczna formuła oszacowania pola temperatury na dysku to:
W wzorze t jest temperaturą w wymaganym promieniu, t {{0}} jest temperaturą w środkowym otworze dysku, TB jest temperaturą na obręczy dysku, R jest arbitralnym promieniem na dysku, a dolne przydziały 0 i B odpowiadają odpowiednio otworu środkowego i obręczowi.
M =2 odpowiada stopowi tytanowi i stali ferrytycznej bez przymusowego chłodzenia;
M =4 odpowiada stopowi niklu z wymuszonym chłodzeniem.
Dla dysku sprężarki wysokociśnieniowej
Pole temperatury w stanie ustalonym:
Gdy nie ma przepływu powietrza chłodzącego, można uznać, że nie ma różnicy temperatury;
Gdy jest przepływ powietrza chłodzącego, gruźlica może być w przybliżeniu wzięta jako temperatura wylotowa przepływu powietrza na każdym poziomie kanału {{0}}}, a T0 może być przyjęta jako temperatura wylotowa przepływu powietrza na poziomie przepływu powietrza ekstrakcyjnego + 15.
Przejściowe pole temperatury:
TB może być w przybliżeniu wzięte jako temperatura wylotowa każdego poziomu przepływu powietrza kanału;
T 0 może być w przybliżeniu traktowane jako 50% temperatury obręczy koła, gdy nie ma przepływu powietrza chłodzącego; Gdy jest przepływ powietrza chłodzącego, można go w przybliżeniu zabrać jako temperaturę wylotową stadium ekstrakcji przepływu powietrza.
Dla dysku turbinowego
Pole temperatury w stanie ustalonym:
TB 0 jest przekrojową temperaturą korzenia ostrza; △ T jest spadkiem temperatury czopu, który można przyjąć w przybliżeniu następująco: △ T =50-100, gdy czop nie jest chłodzony; △ T =250-300, gdy czop jest chłodzony.
Przejściowe pole temperatury:
Dysk z ostrzami chłodzącymi można przybliżać w następujący sposób: Gradient temperatury przejściowej=1. 75 × Gradient temperatury w stanie ustalonym;
Dysk bez ostrzy chłodzących można przybliżać w następujący sposób: Gradient temperatury przejściowej=1. 3 × gradient temperatury w stanie ustalonym.
Siła gazowa (siła osiowa i obwodowa) przenoszona przez ostrza i ciśnienie gazowe na przednich i tylnych końcach wirnika
Siła gazowa przenoszona z ostrzy
W przypadku ostrzy sprężarki składnik siły gazowej działający na wysokość ostrza jednostkowego wynosi:
Osiowy:
Gdzie ZM i Q są średnim promieniem i liczbą ostrzy; ρ1M i ρ2M to gęstość przepływu powietrza w sekcjach wlotowych i wylotowych; C1AM i C2AM są prędkością osiową przepływu powietrza w średnim promieniu sekcji wlotowych i wylotowych; P1M i P2M to ciśnienie statyczne przepływu powietrza w średnim promieniu sekcji wlotowych i wylotowych.
Kierunek obwodowy:
Do łopat turbiny
Kierunek siły gazowej na gazie różni się od dwóch wzorów powyżej znakiem ujemnym. Zasadniczo istnieje pewne ciśnienie w jamie między dwustopniowym wirnikiem (zwłaszcza wirnik sprężarki). Jeśli ciśnienie w sąsiednich przestrzeniach jest inne, różnica ciśnienia zostanie spowodowana przez wirnik między dwoma wnękami, △ p=p 1- p2. Zasadniczo △ P ma niewielki wpływ na wytrzymałość statyczną wirnika, szczególnie gdy w mówieniu wirnika jest otwór, △ P można zignorować.
4.Moment żyroskopowy generowany podczas manewrowania
W przypadku dysków wentylatora o dużej średnicy z ostrzami wentylatora należy rozważyć wpływ momentów żyroskopowych na naprężenie zginające i deformacja dysku.
5.Obciążenia dynamiczne generowane przez wibrację ostrza i krążka
Naprężenie wibracji generowane na dysku, gdy wibrują łopatki i dyski, należy nałożyć na naprężenie statyczne. Ogólne obciążenia dynamiczne to:
Okresowa nierównomierna siła gazowa na ostrzach. Ze względu na obecność wspornika i oddzielnej komory spalania w kanale przepływu przepływ powietrza jest nierównomierny wzdłuż obwodu, co wytwarza okresową niezrównoważoną ekscytującą siłę gazu na ostrzach. Częstotliwość tej ekscytującej siły to: hf=ωm. Wśród nich ω jest prędkością wirnika silnika, a M to liczba wsporników lub komory spalania.
Okresowe nierównomierne ciśnienie gazowe na powierzchni dysku.
Ekscytująca siła przenoszona na dysk przez podłączony wał, pierścień łączący lub inne części. Wynika to z nierównowagi systemu wału, który powoduje wibrację całej maszyny lub układu wirnika, w ten sposób wibruje podłączony dysk.
Istnieją złożone siły zakłóceń między ostrzami turbiny wielozadaniowej, które wpłyną na wibracje systemu dysku i płyt.
Wibracje z sprzężeniem dysku. Wibracje sprzęgające krawędź dysku jest powiązane z nieodłącznymi charakterystykami wibracji systemu dysku. Gdy ekscytująca siła w systemie dyskowym jest zbliżona do pewnej kolejności dynamicznej częstotliwości systemu, system będzie rezonował i generuje naprężenie wibracyjne.
6.Naprężenie montażowe przy połączeniu między dyskiem a wałem
Dopasowanie zakłóceń między dyskiem a wałem wygeneruje naprężenie montażowe na dysku. Wielkość naprężenia montażowego zależy od dopasowania zakłóceń, wielkości i materiału dysku i wału, i jest związana z innymi obciążeniami na dysku. Na przykład istnienie obciążenia odśrodkowego i naprężenia temperaturowego powiększy środkowy otwór dysku, zmniejszy zakłócenia, a tym samym zmniejszy naprężenie montażowe.
Wśród wyżej wymienionych obciążeń główne są siła odśrodkowa i obciążenie termiczne. Przy obliczaniu siły należy rozważyć następujące kombinacje prędkości obrotu i temperatury:
Prędkość każdego punktu obliczania siły określonej w kopercie lotniczej i polu temperatury w odpowiednim punkcie;
Pole temperatury w stanie ustalonym przy maksymalnym punkcie obciążenia cieplnego lub maksymalnej różnicy temperatury w locie i maksymalnej dopuszczalnej prędkości roboczej w stanie ustalonym lub odpowiadającego pola temperatury w stanie ustalonym, gdy w locie osiągnie maksymalną dopuszczalną prędkość roboczą w stanie ustalonym.
W przypadku większości silników start jest często najgorszym stanem naprężeń, więc kombinacja przejściowego pola temperatury podczas startu (po osiągnięciu maksymalnej różnicy temperatury) i należy wziąć pod uwagę maksymalną prędkość roboczą podczas startu.
