Нагрузки, действующие на ротор компрессора

(рабочее колесо, хвостовик лопатки, диск, вал)

Обычно, рабочее колесо (РК) компрессора состоит из рабочей лопатки (РЛ), хвостовика и диска. При работе авиационного ГТД на РЛ действуют инерционные и аэродинамические силы, вызывающие напряжения изгиба и кручения.

Осевое усилие, действующее на РК компрессора (рис. 2), определяется как:

_{, (2)}

_где p_1, p_{2 – давления перед и за диском компрессора;} p_пi_, p_зi _{– давления перед и за РЛ компрессора;} D_пi_, d_пi_, D_зi_,d_зi _{– наружный и внутренний диаметры входной и выходной кромки лопатки;} m _{– расход воздуха;} d_{в – внутренний диаметр диска; С1}V _{и С2}V _{– осевые составляющие скорости воздуха на входе и выходе из РК.}

_{Крутящий момент от газовых сил действующий на лопатки РК компрессора вычисляется на основе треугольников скоростей (рис. 3) на среднем радиусе ступени [2]:}

, (3)

_где m _{– расход воздуха (газа);} R_1ср, R_{2ср - средний радиус проточной части перед и за РК; С1}U_,С2U _{–окружная скорость воздуха (газа) на среднем радиусе.}

Рис. 2. Схема действий статических сил на РК осевого компрессора

Рис. 3. Усилия, действующие на элемент РЛ компрессора (а) и турбины (б)

Центробежная сила, действующая в корневом сечении РЛ:

_{, (4)}

_где M _{– масса пера лопатки;} r _{– радиус центра масс лопатки; ω – угловая частота вращения ротора.}

Для экспертной оценки прочности пера лопатки (для подбора материала) необходимо оценивать суммарные растягивающие напряжения (от центробежных и газовых сил), действующие в наиболее напряжённых точках профиля (точки на входной и выходной кромках в корневом сечении пера лопатки) [4]:

, (5)

где F – площадь корневого сечения пера лопатки , – изгибающие моменты от газовых сил; , – моменты инерции сечения относительно главных осей ξ и η.

_{Силы, действующие на элементы соединения лопатки с диском, типа «ласточкин хвост» включают в себя центробежную силу пера, полки, ножки и хвостовика лопатки (рис. 4).}

_Силы N_{, действующие на боковые грани зубцов замка определяются по формуле:}

_{, (6)}

_где PΣ _{– центробежная сила лопатки.}

Центробежные силы, действующие на хвостовик лопатки и на выступ диска определяются по формулам, аналогичным формуле (4).

_{Силу, стремящуюся оторвать межпазовый выступ, можно определить как:}

. (7)

_{Напряжения смятия для хвостовика лопатки:}

_{, (8)}

_где F_{см – площадь смятия; М – изгибающий момент, действующий от пера лопатки;} PΣ _{– центробежная сила лопатки;e – смещение центра масс пера лопатки;} b_{, с – геометрические размеры хвостовика.}

_{Соединение лопатки с диском обычно проверяют на отрыв межпазового выступа, срез, смятие. На хвостовик лопатки обычно наносят специальные покрытия, обеспечивающие защиту от фреттинг коррозии.}

_{При работе двигателя на диск компрессора действуют статические и динамические нагрузки (рис. 5).}

_{В статические напряжения входят центробежные сил лопатки и масса диска, осевое усилие от газовых сил и термические напряжения от радиальной неравномерности температур [5]. Главным образом, они вызывают деформации растяжения диска в плоскости его вращения. Так как динамические напряжения в дисках обычно незначительны, то для экспертной оценки прочности их можно не принимать во внимание.}

Рис. 4. Схема действия сил на элементы соединения лопатки с диском

Рис. 5. Нагрузки, действующие на диск

_{На вал компрессора (и на элементы соединения секций ротора) действуют суммарные осевые силы (от лопаток и дисков), крутящие моменты (от рабочих лопаток).}

_{Диски и вал компрессора работают при относительно низких температурах 200-300˚С, воздействию агрессивной среды не подвержены, поэтому обычно на них особые покрытия не наносятся. Для валов характерны методы подготовки поверхности, создающие на поверхности сжимающие напряжения, повышающие длительную прочность и работоспособность валов.}

Поиск по сайту: