Belastningskarakteristika og beregningsstatus for kompressor- og turbinedisker af flysmotorer
Selvom der er forskelle i funktionerne og strukturerne af kompressor- og turbinrotorer, er arbejdsvilkårene for de to omtrent de samme. Imidlertid er turbinedisken ved en højere temperatur, hvilket betyder, at arbejdsmiljøet på turbinedisken er mere hård.
Belastningen, der bæres af kompressorskiven eller turbinedisken fra en flysmotor, er som følger:
Massecentrifugalkraft
Skovlhjulet skal modstå centrifugalkraften af klingerne og pumpehjulet selv forårsaget af rotorens rotation. Følgende hastighedsbetingelser skal overvejes i styrkeberegning:
Stødstats driftshastighed ved styrkeregningspunktet, der er angivet i flyvningskonvolutten;
Maksimalt tilladt steady-state driftshastighed, der er specificeret i modelspecifikationen;
115% og 122% af den maksimale tilladte steady-state driftshastighed.
Bladene, låse, baffler, bolte, nødder og skruer, der er installeret på disken, er alle placeret ved kanten af hjulskiven. Normalt er den ydre kant af hjulskiven i bunden af rillen. Hvis man antager, at disse belastninger er jævnt fordelt på overfladen af den ydre kant af hjulskiven, er den ensartede belastning:
Hvor F er summen af alle eksterne belastninger, er R radius for den ydre cirkel af hjulet, og H er den aksiale bredde af den ydre kant af hjulet.
Når bunden af Mortise og Tenon Groove er parallel med rotationsaksen på hjulskiven, tages den ydre kantradius som radius for den position, hvor bunden af rillen er placeret; Når bunden af Mortise og Tenon Groove har en hældningsvinkel i den radiale retning med rotationsaksen på hjulskiven, tages den ydre kantradius omtrent som den gennemsnitlige værdi af fronten og bagkanten rillebundradier.
Termisk belastning
Hjulskiven skal bære den termiske belastning forårsaget af ujævn opvarmning. For kompressorskiven kan den termiske belastning generelt ignoreres. Med stigningen i motorens samlede trykforhold og flyvehastighed har kompressorens udløb luftstrøm imidlertid nået en meget høj temperatur. Derfor er den termiske belastning af diske før og efter kompressoren undertiden ikke ubetydelig. For turbineskiven er termisk stress den vigtigste påvirkningsfaktor efter centrifugalkraft. Følgende typer temperaturfelter skal overvejes under beregning:
Feltfelt for stabil tilstand for hver styrke beregning, der er specificeret i flyvningskonvolutten;
Feltfelt i stabil tilstand i en typisk flyvningscyklus;
Overgangstemperaturfelt i en typisk flyvecyklus.
Når man estimerer, hvis de originale data ikke kan leveres fuldt ud, og der ikke er nogen målt temperatur til reference, kan luftstrømningsparametrene under designtilstanden og den højeste varmebelastningstilstand bruges til estimering. Den empiriske formel til estimering af temperaturfeltet på disken er:
I formlen er t temperaturen ved den krævede radius, t {{0}} er temperaturen ved midthullet på disken, TB er temperaturen ved henholdsvis kanten af disken, R, R en vilkårlig radius på disken, og abonnementet 0 og B svarer til midthullet og RIM.
m =2 svarer til titanlegering og ferritisk stål uden tvungen afkøling;
M =4 svarer til nikkelbaseret legering med tvungen afkøling.
Til højtrykskompressorskive
Feltfelt i stabil tilstand:
Når der ikke er nogen afkøling af luftstrøm, kan det overvejes, at der ikke er nogen temperaturforskel;
Når der er afkøling af luftstrømmen, kan TB tilnærmelsesvis tages som udløbstemperatur på luftstrømmen på hvert niveau af kanalen {{0}} grad, og T0 kan tilnærmelsesvis tages som udløbstemperaturen for luftstrømmen ved ekstraktionskøling af luftstrømningsniveau + 15 grad.
Forbigående temperaturfelt:
TB kan tilnærmelsesvis tages som udløbstemperatur på hvert niveau af kanalens luftstrøm;
T 0 kan tilnærmelsesvis tages som 50% af hjulkantstemperaturen, når der ikke er nogen kølig luftstrøm; Når der er afkøling af luftstrømmen, kan det tages tilnærmelsesvis som udløbstemperaturen på den kølige luftstrømsekstraktionstrin.
Til turbinedisk
Feltfelt i stabil tilstand:
TB 0 er tværsnitstemperaturen på bladroden; △ T er temperaturfaldet af tenonen, som kan tages omtrent som følger: △ t =50-100 grad, når tenonen ikke afkøles; △ t =250-300 grad, når tenonen er afkølet.
Forbigående temperaturfelt:
Disken med køleblade kan tilnærmes som følger: forbigående temperaturgradient=1. 75 × stabil tilstandstemperaturgradient;
Disken uden afkølingsblade kan tilnærmes som følger: forbigående temperaturgradient=1. 3 × stabil temperaturgradient.
Gasstyrke (aksial og omkredsstyrke) overført af knivene og gastrykket foran og bagenden af pumpehjulet
Gasstyrke transmitteret fra knivene
For kompressorblade er gaskraftkomponenten, der virker på enhedsbladhøjden,:
Aksial:
Hvor ZM og Q er den gennemsnitlige radius og antal klinger; ρ1m og ρ2m er densiteten af luftstrømmen ved indløbs- og udløbssektionerne; C1AM og C2AM er den aksiale hastighed af luftstrømmen ved den gennemsnitlige radius af indløbs- og udløbssektionerne; P1M og P2M er det statiske tryk fra luftstrømmen ved den gennemsnitlige radius af indløbs- og udløbssektionerne.
Omkredsretning:
Til turbineblade
Retningen af gaskraften på gassen er forskellig fra de to formler ovenfor med et negativt tegn. Der er generelt et bestemt tryk i hulrummet mellem to-trins drejerhjul (især kompressorskovelhjulet). Hvis trykket i de tilstødende rum er anderledes, vil en trykforskel være forårsaget af pumpehjulet mellem de to hulrum, △ p=p 1- p2. Generelt har △ p ringe indflydelse på den statiske styrke af pumpehjulet, især når der er et hul i pumpehjulet, der er talt, kan p ignoreres.
4.Gyroskopisk drejningsmoment genereret under manøvreringsflyvning
For fanskiver med stor diameter med ventilatorblader, skal effekten af gyroskopiske øjeblikke på bøjningsspændingen og deformationen af disken overvejes.
5.Dynamiske belastninger genereret af blad og diskvibration
Den vibrationsspænding, der genereres i disken, når knivene og diske vibrerer, skal overføres med den statiske stress. De generelle dynamiske belastninger er:
Den periodiske ikke-ensartede gasstyrke på knivene. På grund af tilstedeværelsen af beslaget og det separate forbrændingskammer i flowkanalen er luftstrømmen ujævn langs omkredsen, der producerer en periodisk ubalanceret gas spændende kraft på knivene. Hyppigheden af denne spændende kraft er: Hf=ωm. Blandt dem er ω hastigheden på motorrotoren, og M er antallet af parenteser eller forbrændingskamre.
Det periodiske ikke-ensartede gastryk på diskoverfladen.
Den spændende kraft, der overføres til disken gennem den tilsluttede skaft, forbinder ring eller andre dele. Dette skyldes ubalance i skaftsystemet, der forårsager vibrationen af hele maskinen eller rotorsystemet og derved driver den tilsluttede disk til at vibrere sammen.
Der er komplekse interferensstyrker mellem knivene i den multi-rotor-turbin, hvilket vil påvirke vibrationen af disk- og pladesystemet.
Diskkoblingsvibration. Diskkantkoblingsvibrationen er relateret til disksystemets iboende vibrationsegenskaber. Når den spændende kraft på disksystemet er tæt på en bestemt rækkefølge af systemets dynamiske frekvens, vil systemet resonere og generere vibrationsstress.
6.Forsamlingsspænding ved forbindelsen mellem disken og skaftet
Interferensen, der passer mellem disken og skaftet, genererer monteringsspænding på disken. Størrelsen af samlingsspændingen afhænger af interferenspasningen, størrelsen og materialet på disken og skaftet og er relateret til andre belastninger på disken. For eksempel reducerer eksistensen af centrifugalbelastning og temperaturspænding midthullet på disken, reducerer interferensen og reducerer således samlingsspændingen.
Blandt de ovennævnte belastninger er massecentrifugalkraft og termisk belastning hovedkomponenterne. Ved beregning af styrken skal følgende kombinationer af rotationshastighed og temperatur overvejes:
Hastigheden for hvert styrkeberegningspunkt, der er specificeret i flyvningskonvolutten og temperaturfeltet på det tilsvarende punkt;
Feltfeltet med stabil tilstand ved det maksimale varmebelastningspunkt eller den maksimale temperaturforskel i flyvning og den maksimale tilladte steady-state driftshastighed, eller det tilsvarende steady-state temperaturfelt, når den maksimale tilladte steady-state driftshastighed nås under flyvning.
For de fleste motorer er start ofte den værste stresstilstand, så kombinationen af det forbigående temperaturfelt under start (når den maksimale temperaturforskel er nået), og den maksimale driftshastighed under start bør overvejes.
