Đặc điểm tải và trạng thái tính toán của máy nén và đĩa tuabin của động cơ máy bay
Mặc dù có sự khác biệt trong các chức năng và cấu trúc của máy nén và rôto tuabin, về sức mạnh, các điều kiện làm việc của bánh xe của cả hai là giống nhau. Tuy nhiên, đĩa tuabin ở nhiệt độ cao hơn, điều đó có nghĩa là môi trường làm việc của đĩa tuabin khắc nghiệt hơn.
Các tải trọng do đĩa máy nén hoặc đĩa tuabin của động cơ máy bay như sau:
Lực ly tâm khối lượng
Bánh công tác phải chịu được lực ly tâm của lưỡi dao và bánh công tác gây ra bởi sự quay của rôto. Các điều kiện tốc độ sau đây nên được xem xét trong tính toán sức mạnh:
Tốc độ hoạt động ở trạng thái ổn định tại điểm tính toán điểm mạnh được chỉ định trong phong bì bay;
Tốc độ hoạt động trạng thái ổn định tối đa cho phép được chỉ định trong đặc tả mô hình;
115% và 122% tốc độ hoạt động trạng thái ổn định tối đa cho phép.
Các lưỡi dao, khóa, vách ngăn, bu lông, đai ốc và ốc vít được lắp đặt trên đĩa đều nằm ở rìa của đĩa bánh xe. Thông thường, cạnh ngoài của đĩa bánh xe nằm ở dưới cùng của rãnh. Giả sử rằng các tải này được phân phối đều trên bề mặt của cạnh ngoài của đĩa bánh xe, tải trọng đồng nhất là:
Trong đó F là tổng của tất cả các tải bên ngoài, R là bán kính của vòng tròn bên ngoài của bánh xe và H là chiều rộng trục của cạnh ngoài của bánh xe.
Khi đáy của rãnh Mortise và Tenon song song với trục quay của đĩa bánh xe, bán kính cạnh ngoài được lấy làm bán kính của vị trí có đáy rãnh; Khi đáy của rãnh Mortise và Tenon có góc nghiêng theo hướng xuyên tâm với trục quay của đĩa bánh xe, bán kính cạnh ngoài được lấy xấp xỉ làm giá trị trung bình của bán kính đáy rãnh phía trước và phía sau.
Tải nhiệt
Các đĩa bánh xe phải chịu tải trọng nhiệt do sưởi ấm không đều. Đối với đĩa máy nén, tải trọng nhiệt thường có thể bị bỏ qua. Tuy nhiên, với sự gia tăng tỷ lệ áp suất và tốc độ bay của động cơ, luồng không khí đầu ra máy nén đã đạt đến nhiệt độ rất cao. Do đó, tải nhiệt của các đĩa trước và sau máy nén đôi khi không đáng kể. Đối với đĩa tuabin, ứng suất nhiệt là yếu tố ảnh hưởng quan trọng nhất sau lực ly tâm. Các loại trường nhiệt độ sau đây nên được xem xét trong quá trình tính toán:
Trường nhiệt độ trạng thái ổn định cho mỗi tính toán cường độ được chỉ định trong phong bì bay;
Trường nhiệt độ trạng thái ổn định trong một chu kỳ bay điển hình;
Trường nhiệt độ chuyển tiếp trong một chu kỳ bay điển hình.
Khi ước tính, nếu dữ liệu gốc không thể được cung cấp đầy đủ và không có nhiệt độ đo được để tham chiếu, các tham số luồng khí dưới trạng thái thiết kế và trạng thái tải nhiệt cao nhất có thể được sử dụng để ước tính. Công thức thực nghiệm để ước tính trường nhiệt độ trên đĩa là:
Trong công thức, t là nhiệt độ ở bán kính yêu cầu, t {{0}} là nhiệt độ tại lỗ trung tâm của đĩa, TB là nhiệt độ ở vành của đĩa, R là bán kính tùy ý trên đĩa và các chỉ số 0 và B tương ứng với lỗ trung tâm và RIM.
m =2 tương ứng với hợp kim titan và thép ferritic mà không cần làm mát cưỡng bức;
m =4 tương ứng với hợp kim dựa trên niken với việc làm mát cưỡng bức.
Đối với đĩa máy nén áp suất cao
Trường nhiệt độ trạng thái ổn định:
Khi không có luồng khí làm mát, có thể xem xét rằng không có chênh lệch nhiệt độ;
Khi có luồng khí làm mát, TB có thể được lấy xấp xỉ dưới dạng nhiệt độ đầu ra của luồng khí ở mỗi cấp của kênh {{0}} độ và T0 có thể được lấy xấp xỉ dưới dạng nhiệt độ đầu ra của luồng khí ở mức độ làm mát.
Trường nhiệt độ thoáng qua:
TB có thể được lấy xấp xỉ làm nhiệt độ đầu ra của từng cấp độ của luồng không khí;
T 0 có thể được lấy xấp xỉ 50% nhiệt độ vành bánh xe khi không có luồng khí làm mát; Khi có luồng không khí làm mát, nó có thể được lấy xấp xỉ làm nhiệt độ đầu ra của giai đoạn chiết khí làm mát.
Cho đĩa tuabin
Trường nhiệt độ trạng thái ổn định:
TB 0 là nhiệt độ cắt ngang của gốc lưỡi; △ T là sự sụt giảm nhiệt độ của mười, có thể được thực hiện xấp xỉ như sau: △ t =50-100 độ khi tenon không được làm mát; △ T =250-300 độ khi tenon được làm mát.
Trường nhiệt độ thoáng qua:
Đĩa có lưỡi làm mát có thể được xấp xỉ như sau: độ dốc nhiệt độ thoáng qua=1. 75 × gradient nhiệt độ trạng thái ổn định;
Đĩa không có lưỡi làm mát có thể được xấp xỉ như sau: Độ dốc nhiệt độ thoáng qua=1. Độ dốc nhiệt độ trạng thái ổn định 3 ×.
Lực khí (lực dọc và chu vi) được truyền bởi lưỡi dao và áp suất khí ở phía trước và phía sau của bánh công tác
Lực khí truyền từ lưỡi dao
Đối với lưỡi máy nén, thành phần lực khí tác dụng lên chiều cao lưỡi đơn vị là:
Axial:
Trong đó ZM và Q là bán kính trung bình và số lưỡi; ρ1m và ρ2m là mật độ của luồng không khí ở các phần đầu vào và đầu ra; C1AM và C2AM là vận tốc trục của luồng không khí ở bán kính trung bình của các phần đầu vào và đầu ra; P1M và P2M là áp suất tĩnh của luồng không khí ở bán kính trung bình của các phần đầu vào và đầu ra.
Hướng chu vi:
Cho lưỡi tuabin
Hướng của lực khí trên khí khác với hai công thức ở trên bởi một dấu hiệu âm. Nhìn chung có một áp lực nhất định trong khoang giữa bánh công tác hai giai đoạn (đặc biệt là bánh công tác máy nén). Nếu áp suất trong các không gian liền kề là khác nhau, sự chênh lệch áp suất sẽ được gây ra trên bánh công tác giữa hai khoang, p=p 1- p2. Nói chung, △ P có ít ảnh hưởng đến cường độ tĩnh của bánh công tác, đặc biệt là khi có một lỗ hổng trong bánh công tác, △ p có thể bị bỏ qua.
4.Mô -men xoắn con quay được tạo ra trong quá trình điều khiển chuyến bay
Đối với các đĩa quạt có đường kính lớn với lưỡi quạt, ảnh hưởng của các khoảnh khắc con quay đối với ứng suất uốn và biến dạng của đĩa nên được xem xét.
5.Tải trọng động được tạo ra bởi lưỡi và rung động
Ứng suất rung được tạo ra trong đĩa khi lưỡi và đĩa rung phải được đặt chồng lên với ứng suất tĩnh. Tải trọng động chung là:
Các lực khí không đồng nhất định kỳ trên lưỡi dao. Do sự hiện diện của giá đỡ và buồng đốt riêng trong kênh dòng chảy, luồng không đều không đều dọc theo chu vi, tạo ra một lực hấp dẫn khí không cân bằng định kỳ trên các lưỡi dao. Tần số của lực thú vị này là: HF=m. Trong số đó, là tốc độ của rôto động cơ và M là số lượng dấu ngoặc hoặc buồng đốt.
Áp suất khí không đồng nhất định kỳ trên bề mặt đĩa.
Lực thú vị được truyền đến đĩa qua trục được kết nối, vòng kết nối hoặc các bộ phận khác. Điều này là do sự mất cân bằng của hệ thống trục, khiến cho sự rung động của toàn bộ máy hoặc hệ thống rôto, do đó điều khiển đĩa được kết nối để rung lại với nhau.
Có các lực nhiễu phức tạp giữa các lưỡi của tuabin đa cánh quạt, điều này sẽ ảnh hưởng đến sự rung động của hệ thống đĩa và tấm.
Đĩa khớp nối rung. Độ rung khớp nối cạnh đĩa có liên quan đến các đặc tính rung vốn có của hệ thống đĩa. Khi lực thú vị trên hệ thống đĩa gần với một thứ tự nhất định của tần số động của hệ thống, hệ thống sẽ cộng hưởng và tạo ra ứng suất rung.
6.Lắp ráp căng thẳng ở sự kết nối giữa đĩa và trục
Sự giao thoa phù hợp giữa đĩa và trục sẽ tạo ra ứng suất lắp ráp trên đĩa. Độ lớn của ứng suất lắp ráp phụ thuộc vào độ phù hợp nhiễu, kích thước và vật liệu của đĩa và trục, và có liên quan đến các tải khác trên đĩa. Ví dụ, sự tồn tại của tải trọng ly tâm và ứng suất nhiệt độ sẽ mở rộng lỗ trung tâm của đĩa, giảm nhiễu và do đó làm giảm ứng suất lắp ráp.
Trong số các tải trọng nêu trên, lực ly tâm khối lượng và tải nhiệt là các thành phần chính. Khi tính toán cường độ, nên xem xét các kết hợp tốc độ quay và nhiệt độ sau:
Tốc độ của mỗi điểm tính toán được chỉ định trong phong bì bay và trường nhiệt độ tại điểm tương ứng;
Trường nhiệt độ trạng thái ổn định tại điểm tải nhiệt tối đa hoặc chênh lệch nhiệt độ tối đa trong chuyến bay và tốc độ hoạt động trạng thái ổn định tối đa cho phép hoặc trường nhiệt độ trạng thái ổn định tương ứng khi đạt tốc độ vận hành trạng thái ổn định tối đa cho phép trong chuyến bay.
Đối với hầu hết các động cơ, việc cất cánh thường là trạng thái ứng suất tồi tệ nhất, do đó, sự kết hợp của trường nhiệt độ thoáng qua trong quá trình cất cánh (khi đạt được chênh lệch nhiệt độ tối đa) và nên xem xét tốc độ vận hành tối đa trong quá trình cất cánh.
