Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей под ред. Хронина Д. В. (1014169), страница 28
Текст из файла (страница 28)
4.1. Соединение передает на диск все нагрузки, действующие на лопатку. Наиболее существенной является инерционная (центробежная) сила, 'достигающая значений Р; =- (1,0 ... 2,5) 10' Н. Под действием этой силы и изгибающих моментов зубья соединения Таблица 4.! з, ' предельные отклонение Колнееотво пер зУбьев о 1,8; 2,0, 2,2; 2,4; 2,61 2,8; 3,0; 3,2; 3,5 ~ 20 115 65 55 1,8; 2,0; 2,2; 2,4; 2,6; 2,8; 3,0; 3,2; 3,5 4,0; 4,5; 5,2; 6,0 105 115 65 от 2 до 5 40 55 105 50 (электрошлифованием), при которых по сравнению с механической обработкой не возникает остаточных напряжений. В настоящее время для изготовления рабочих лопаток широкое распространение получили методы отливок по специальной технологии заливки и охлаждения с направленной кристаллизацией либо многокристаллического вида.
Лопатки проходят контроль по допустимому отклонению частоты собственных колебаний, чтобы избежать возможных резонансных колебаний и значительного повышения вибронапряжений в процессе эксплуатации. бг Рис. 4.9 К .. Конструкция и размеры соединения лопаток с диском елочного типа с пятью парами зубьев: à — паз в виске; 2 — . — хзосговик лопатки; 3 — грзнипы соединений прн четырех, грех н двух парах зубьев в соединении: е — угол между среднимн лнниямн гребенок паза в диске и хвосговик» лопатки; т — угоз между рабочей н нерабоч й у *; б — угол между средней линией гребенки в рабочей поверхностью зуба; Я вЂ” шаг зубьев; Ь вЂ” размер высоты зуба, й — размер высоты половины высоты зуб»; г — радиус скруглення во впадинах зубьев; г — радиус округления зуба; ь — расстояние бенки; С вЂ” азме ы и между точкамн пересечения рабочей поверхности зуба пава дн к й .
а с. а со средйе линней гре. — размеры по роликам в соответствующих впадинах диска; Š— число пар этбьев: гн — РзлиУс перехоДа Рабочей паверхвосгн пеРвогО зУба к ножке хвостовика ло. паек», гй — Р Д У перехода к основанию пава; й з — РассгоЯнне ог базовой плоскости до донышка паза дз Как показал опыт авиационного газотурбостроения, соединение елочного типа в узлах газовых турбин нашло преимущественное применение благодаря его достоинствам: — клиновидная форма замковой части лопатки и периферийной части диска обеспечивает близкое к равномерному распределение напряжений в расчетных сечениях.
Толщина обода, а следовательно, и масса диска с лопатками получается меньшей; — относительно малые размеры паза и клиновидной части хвостовика лопатки позволяют разместить большое число лопаток. В некоторых случаях в один паз диска устанавливают по две лопатки как неохлаждаемых (рис. 4.11), так и охлаждаемых; — свободная (с зазором) установка лопаток в диск, устраняющая возникновение температурных напряжений в соединении «лопатка — обод диска»," — наличие зазоров по нерабочей стороне между зубьями лопаток и диска допускает продувку соединения воздухом, обеспечивая некоторое охлаждение; — возможна легкая замена лопаток в процессе сборки и балансировки ротора, а также замена поврежденных лопаток в эксплуатации и др. Наряду с достоинствами соединению елочного типа свойствен и ряд недостатков: — затрудненный теплоотвод от лопатки в диск из-за малой суммарной поверхности контакта зубьев; — значительная концентрация напряжений вблизи малых радиусов впадин г, и г, (см.
рис. 4.9 и 4.10); — необходимость изготовления с высокой степенью точности как пазов в диске, так и хвостовиков у лопаток по шагу 5, углам ф, Т, р и другим размерам зубьев с целью обеспечения более равномерной нагрузки на зубья соединения. Так, например, допуск Рис. 4.10. Варианты исполнения кои. фнгурации зуба и впадины у основа.
иия паза; с — размер фески; г — Радиус скругле. н ния рабочей поверхности зуба с плоскостью клина; Ь и г — радиус впадины Рис. 4.11. Пара пеохлаждае. мых рабочих лопаток с односторонними елочными злемеитами соединения, устанавливаемых в один паз диска !47 ра отают на изгиб, срез и смятие, а сечения по впадинам хвостоб вика лопатки и перемычек выступов периферийной части диска— на растяжение.
3 б с бо убья на хвостовнке лопатки и выступах диска выполняю т н большой точностью, чтобы обеспечить наиболее равномерно е г агружение всех зубьев соединения и избежать опасной пер рерузки отдельных элементов соединения, обеспечивая равномерность прилегаиня по всей поверхности контакта как по длине полоски контакта 1,, так и по ее ширине ег (см.
рис. 4.13 н 4.15, а), исключая неправильное прилегание. !46 на шаг 8 составляет 0,006 ... 0,016 мм, на радиусы впадин и округлений зубьев г, и г — 0,05 мм. Оценка точности изготов+оды леиия контролируется по заданным размерам 1+о,оа при установке и. д в соответствующие впадины контрольных роликов диаметром с( (см. рис. 4.9). В конструкторской документации оговорены основные размеры хвостовика лопатки и паза в диске, количество пар зубьев. Угол клина р выбирают в пределах 20 ...
50', угол Р между рабочей поверхностью зуба и средней линией профиля гребенки — в пределах !05 ... 115'; угол у между рабочей и нерабочей поверхностями зуба — в пределах 55 ... 65'. Число пар зубьев д соединения принимают от двух до пяти. В случаях, когда соединение имеет менее пяти пар зубьев и проектируется с 4, 3 и 2-мя парами, должны включаться следующие пары зубьев (см. рис. 4.9): при четырехпарном соединении — 2, 3, 4 и 5-я либо 1, 2, 3 и 4-я пара; при трехпарном соединении — 1, 2, З-я, либо 2, 3, 4-я, либо 3,4,5-я; при соединении двухпарном — 3, 4-я, либо 4-я и 5-я пара.
С увеличением числа пар зубьев уменьшается величина нагрузки, передаваемая каждой парой, но, с другой стороны, увеличивается концентрация напряжений, так как при большем числе зубьев значение радиуса впадин зубьев замка г, уменьшается. Поэтому меньшее число пар зубьев предпочтительнее. Большое влияние иа величину напряжений в замке оказывает форма перехода от полки лопатки к первому зубу.
Для снижения концентрации напряжений в этой впадине радиус перехода рабочей поверхности первого зуба к ножке хвостовика лопатки г, по сравнению с радиусом впадин остальных зубьев г, увеличивают примерно в два раза. Снижение концентрации напряжений ведет к повышению надежности и долговечности конструкции. С целью обеспечения свободной посадки, т. е. посадки с гарантированным зазором, этот зазор в холодном состоянии по разности размеров по базовым плоскостям хвостовика лопатки и паза диска составляет сх ам 0,2 ...
0,3 мм. Этот зазор обусловливает качку конца лопатки в окружном направлении, равную б = =- Л вЂ , здесь 1 — длина лопатки с хвостовиком, д — число пар, 48 ' Я вЂ” шаг зубьев. В процессе работы двигателя при частоте вращения ротора, равной приблизительно (0,5 ... 0,7) ю,„, лопатка защемляется, Из-за наличия технологических допусков на точность изготовления условия защемления различных лопаток в комплекте оказываются неодинаковыми. Эксперименты показывают, что, если защемление происходит в верхней части замка, виброиапряжения возрастают, так как ухудшаются условия демпфирования.
Если же защемление наступает в нижней части 148 Рнс. 4.12. Форма и размеры периферийной части диска соединения, вибронапряжения падают. Поэтому шаг зубьев в верхней части хвостовика целесообразно брать большим, чем в ниж- а д' !1 ней части. Для снижения напряжений в элементах соединения ширину обода й,о делают больше толщины полотна диска ок (рис, 4.12, а). !4 соз (з 1 лу! Рис. 4.18. Конструктивная форма, характерные р меры сг,единения елочного типа и действующие силы а Рув = Ру + Руб+ Е Р7 1=1 Р7 -2 ~ Р,=О 1 1 Рнс. 4.14. Овевая фнксацнд рабочих лопаток в дисках, формы н исполнение пластннчатых замков; 1, 7, В, 4, В, В, 7 — а*ики соответственна 1-го--7-го видов;  — пластины; Р— рабочие лопатки; 10 — отгибиоа усик; 1! — вращающиеся дорлектор диска Наиболее нагруженное поперечное сечение в перемычке выступов обода диска находится у основания выступов шириной Ь (рис, 4,13), наиболее нагруженным сечением хвостовика лопатки является сечение ао Ширина перемычки выступов обода (7В обычно 150 больше ширины хвостовика п„а при большой густоте решетки профилей они равны.
В случае умеренной густоты, когда величина (7В больше а„толщину обода диска делают сужающейся от периферии к центру (см, рис. 4.12, б), что позволяет уменьшить массу обода и выполнить полотно диска турбины более ,тонким. В некоторых случаях, например, для снижения контурной нагрузки на диск (см. рис. 4.12, в) ширину замковой части обода выполняют увеличивающейся от периферии к центру. Закрепление (фиксация) лопаток 9 в диске от перемещения вдоль паза в соединениях лопаток с диском елочного типа осуществляется замками различного конструктивного вида (рис.
4.14). В замках, показанных на рис. 4.14, а, б, угол сб .= 3601г, где г— число лопаток, устанавливаемых иа диске; угол тр соответствует углу разворота продольной оси елочного паза диска (см. рис. 4.13), толщина а =- 0,8 ... 2,5 мм. Для замков 1, 2 и 3 6 = з; остальные линейные и угловые размеры выполняются согласно конструкторской документации.
Конструктивные варианты замков 1, 2, 6 и 7, показанных на рис. 4.14, используются для фиксации как небандажирозанных, так и баидажированных лопаток турбин, а замков 3, 4 и б — небандажированных лопаток. 4.2.3. Расчет на прочность соединения лопаток с диском (елочного типа) При расчете соединения на прочность рассчитывается зуб хвостовика лопатки на смятие, срез и изгиб.
Сечение хвостовика лопатки и перемычки обода рассчитывается на растяжение. Ниже дается приближенный расчет замка на прочность только от действия инерционной силы всей лопатки Рль т, е. с учетом полки, пера и хвостовика (см. рнс, 4.13). При этом считаем, что сила Ртк действует по оси симметрии хвостовика: где Р;б — инерционная сила бандажной полки; Ру — инерционная сила пера лопатки; Р1 — инерционная сила 1-го участка хвостовика; д — число пар зубьев. Условие равновесия сил, действующих в направлении оси хвостовика (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
