Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей под ред. Хронина Д. В. (1014169), страница 16
Текст из файла (страница 16)
371. 0 .7.. Соединение лопаток с дисками типа «ласточкин хвост» На элементы соединения действуют центробежная сила от ок жн пера и хвостовика лопатки, центробежная сила выст па и у диска, тока. ру ая и осевая составляющие от газодинамических с л о . Последние две силы вызывают изгиб элемента соединения лопатки, но влияние их незначительно.
Поэтому обычно напряженное состояние элементов соединения определяют только от действия центробежных сил. Расчетная схема представлена на рис. 3.21. При расчете соединения типа «ласточкин хвост» опреде— напряжение растяжения ор в основании межпазового вы. ступа диска (сечение 1 — 1) от центробежных сил массы лопатки и выступа диска; — напряжения смятия аем на поверхностях контакта лопатки с диском; — напряжения среза т,р „ в элементах соединения лопатки по сечению!1 — 11 и в диске йо сечению111 — !11 (т, ты) от цент обежной силы лопатки. Н апряжение кручения от центробежных сил имеет незначительную величину и им пренебрегают.
Центробежная сила лопатки Р;а, которая представляет собой ве с сумму центробежных сил пера и хвостовика, раскладывается д илы Р, и Р, (рис. 3.21). Последняя нагружает элемент, фнкна сирующий лопатку от перемещения вдоль паза. 78 Рис. 3.21. Расчетная схема соединения лопаток с диском типа «ласточкин хвост» при оценке прочности его элементов Сила Р, в плоскости и — лт, перпендикулярной пазу, уравновешивается усилиями А1, действующими нормально к боковым контактным поверхностям соединения. Если пренебречь силами трения, то из условия равновесия лопатки можно определить Р7л 2мпя (3.3) где ф и а — углы расположения паза и наклона контактяых поверхностей к плоскости симметрии. Если угол ф = О, то Ф =- (3.4) 25!пя (3.7) 79 Напряжения смятия на контактных поверхностях соединения лопатки и диска осм = Ат!(!Ь„), (3.3) Здесь 1 и В, — длина и ширина контактной поверхности.
На диск в сечении 1 — 1 действует сила Я, отрывающая межпазовый выступ и вызывающая напряжения растяжения пр. Сила Я определяется нз условия равновесия сил: Я = 2А! зтп(се+ — х+Р7нл (З.б) и о в сан Таблица 3.3 где р — угловой шаг (при мп,' числе лопаток г — р = — ). асн' 360'т . Р1„ — центробежная сила вы- 4 ступа; а и Ь, — ширина и дли- 120"'280 на диска в сечении 7 — 1. 60 ...
160 Истинное напряжение о необходимо определять с учетом р коэффициента концентрации напряжений аю зависящего от в пазу диска а в = анпр, где а„ = Матернан инска с1г Па Сталь Титановый сплав Алюминиевый сплав 120 ... 300 80 ... 160 40 ... 80 радиуса закругления =1,3... 1,8. Напряжения среза бежной силы в элементе соединения лопатки от центро- Ртл Рэл торы = ср. л 2йср мбп где й,ры — высота элемента соединения в сечении П вЂ” 11. Нап апряжения среза в межпазовом выступе диска от цент обежной силы лопатки центро еж- (3.8) тср ты Р1л Рт 2Рср.
л 28ср ааабп где гг,рттг — высота выступа диска в сечении 1П вЂ” П1. Допускаемые в соединении напряжения растяжения о и смятия о,„приведены в табл. 3.3. ения ор и Окончательная оценка прочности определяется запасом прочности для каждого вида напряжений отдельно. 3.7.2. Щ ... Шарнирное соединение лопаток с днскамн оп е еля Для соединения данной конструкции основной нагрузко, й, сила от пе а и р д ющей прочность его элементов, является це б ентро ежная р и хвостовика лопатки и ребер обода диска.
Расчетные схемы соединения изображены на рис. 3.22. Для оценки прочности элементов соединения оп 1) н о ределяются: п о шин ) напряжения растяжения о в сечении Б — Б ( . 3.22 р — (рис, а) р у ы лопатки, которые рассчитываются по формуле ар — — — ьт + ы, (3.9) Р1п+ Ргх Р Р (1т 8) ~ ь~ с=1 где Р д е — центробежная сила пера лопатки, Р— н б ная сила части хвос ы — центро еж- Р остовика, расположенной выше сечения Б — Б; ,р — площадь сечения Б — Б проушины; Р— на й метр про шины' Ь вЂ” т — наружны диву; ~ — толщина 1-го ребра проушины лопатки; — внутренний диаметр проушины; к — число ребер проушины 80 б ! б б Рис. 3.22, Расчетные схемы шарнирного соединении лопаток с диском при оценке прочности его элементов Для лопаток из стали максимальная величина напряжений растяжения достигает 2000 1О' Па, из титанового сплава— 1500 10' Па; 2) максимальные контактные напряжения исходя из условия, что значения коэффициентов Пуассона контактирующих материалов одинаковы: "ш Р ба ) (Е Е)) (3.10) Здесь р — нагрузка на единицу длины линии контакта Ртл Р = ~, 'б| г-1 (3.
11) 81 Рис. 3.23. Типы рстороа комдрассора 82 где Р|л — центробежная сила всей лопатки; Е! и Е, — модули упругости контактирующих материалов; !с — коэффициент П ас- сона; с( — диаметр штифта. Контактные напряжения в штифте и проушине лопатки со- ставляют (6500 ... 8000) 10' Па; 3) напряжение растяжения в ослабленном окружном сечении обода диска, проходящем через оси отверстий под штифты ( асчет- ная схема дана на рис. 3.22, б): т ы (расчет- ~Р, (3.12) ~ " Од.о — Вд) «(Ьр)! с где Рд,, — диаметр окружности, представляющей собой геоме- трическое место центров отверстий под штифты в ободе диска; |(д — диаметр отверстия под штифт в ободе диска (5 )— щина |-го еб а п о р р роушины обода диска; в — число ребе~ про- ушины обода диска; и — число лопаток на ободе диска;, Р суммарная сила растяжения ска;, в Е Р! = Ряд+ Ргш+ Е РМ, (3.!3) |=! где Р;„ — центробежная сила штифта; Р; — центробежная сила участка а, б, в, г, д, е |-го ребра проушийы обо а Номи л ы ода диска.
ном сечении оминальные напряжения растяжения в ослаблен ном окружсечении обода диска равны примерно (1500 ... 2500) !Оа П ' ) р женин смятия о, между штифтом и диском а; О Р|л+ Р|ш (3.!4) Вш ~ (Ь,), ! д~~~ |~! (лд)! — суммарная ширина обода диска. 4500) 10' Па. П и ь Для дисков из стали напряжения смятия составля т (2000 ... а. ри выполнении дисков из титанового сплава ют ( хо имо напряжения смятия равны (1800 ... 4000) !О' Па. П а. ри этом необд мо учитывать, что штифт изготавливается из стали! 5) напряжение среза в ободе диска ~~~ Р|с сои 8 тор. д— (3.15) (28 — Вш и|п 8) ~ (Ьд)! !|ш ь где 6 = агсз!п —, а 8— — — 8 — расстояние от оси отверстия под штифт до наружной окружности кольцевого ребра обода диска; ~х;Р,— суммарная сила среза, равная диска; ~х Е Ргс = Р!л+ Рд, + Е (Рус)! =- 1>025 (Р|л+ Р|ш) (3 16) Здесь ~„(Рго)! — центробежная сила участка а, б, в, г |-го коль|=1 цевого ребра обода диска.
Напряжение среза в ободе диска может составлять (1000 ... 1600) 10" Па. 6) напряжение среза в штифте |л !ш (3.17) где Р! — центробежная сила участка штифта длиной, равной . суммарной ширине проушины замка лопатки ~ ~„' 6! ~; с(а — диаметр внутреннего отверстия в штифте; ла — число плоскостей среза. Напряжение среза в штифте достигает (1000 ... 1800) 10' Па. 3.8.
РОТОРЪ| ОСЕВЫХ КОМПРЕССОРОВ По конструкции элементов, к которым крепятся рабочие лопатки, различают следующие типы роторов осевых компрессоров; барабанный (а), дисковый (б) и смешанный — барабанно- дисковый (в) (см. рис. 3.23). 3.8.1. Ротор барабанного типа Ротор барабанного типа представляет собой барабан, на котором крепятся лопатки и две боковые крышки с цапфами, с помощью которых ротор опирается на подшипники (рис. 3.24, а). В зависимости от закона профилирования проточной части барабан может иметь цилиндрическую или коническую форму. Для крепления лопаток на его поверхности прорезаются кольцевые или продольные фасонные пазы (рис. 3.24, б, в).
При продольных пазах число лопаток во всех ступенях одинаковое, что не позволяет обеспечить максимальную напорность в каждой ступени. Однако такое расположение лопаток удобно для их монтажа и демонтажа, а изготовление продольных пазов проще, чем кольцевых. Расстояние между лопатками обеспечивается специальными проставками 3. 83 Рис. 3.24. Ротор барабанного типа: а — прннцнпнальиаи схема; б — крепление ло.
патон, установленных в кольцевме пазы; ив крепление лопаток, установленных в продольные пазы: à — барабан: т — рабочаи лопатка; 3, ив проставма; З' — проставка да постамовмн в паз: и — отверстие в паву Использование в конструкции кольцевых пазов позволяет устанавливать различное число лопаток в ступени, но монтаж и демонтаж их сложнее, чем в роторе с продольными пазами.
Это объясняется трудностями крепления последней вводимой в кольцевой паз через отверстие Б лопатки специальной проставкой 4 (рис. 3.24, б). При кольцевых пазах выступы замков являются как бы ребрами, подкрепляющими барабан. Вследствие этого при одинаковой массе барабан с кольцевыми пазами прочнее барабана с продольными пазами. При работе двигателя барабан нагружен центробежными силами от масс лопаток и стенок собственно барабана, а при эволюциях самолета — дополнительными массовыми силами.
Крутящий момент к каждой ступени передается через стенку барабана. Достоинство ротора барабанного типа: простота конструкции и, следовательно, простота изготовления, большая поперечная (изгибная) жесткость и, как следствие, высокая критическая частота вращения, Недостатком ротора данного типа является его низкая несущая способность, допускающая окружные скорости на среднем диаметре лопаток не более 200 ... 250 м/с.
Следовательно, ротор барабанного типа — тихоходный, и дли получения необходимой степени повышения давления в компрессоре должно быть большое число ступеней. Это ведет к увеличению массы, что противоречит одному из основных требований, предъявляемых к компрессорам, — обеспечению минимальной удельной массы тм. д. 84 Р тор барабанного типа используется в вентиляторе и подпорных ступенях, расположенных за вентилятором, в о ТР с большой степенью двухконтурности.
Если на внутренней поверхности барабана выполнить подкрепляющие ребра, то прочность и несущая способность его повысятся. Роторы подобного типа могут применяться в малоразмерных маломощных двигателях. 3.8.2. Оценка прочности ротора барабанного типа В компрессорах ГТД цилиндрическая или коническая часть ротора барабанного типа имеет небольшую толщину стенки— 6 ( О,! г (см. рис, 3.24, а). Поэтому при оценке его прочности барабанный участок можно рассматривать как свободно вращающееся кольцо, нагруженное центробежной силой собственной массы и масс закрепленных на нем лопаток. Определяются напряжения разрыва по образующей.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
