Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей под ред. Хронина Д. В. (1014169), страница 85
Текст из файла (страница 85)
100 Гц, З.б. К РАСЧЕТУ ДЕТАЛЕЙ ФОРСАЖНОЙ КАМЕРЫ НА ПРОЧНОСТЬ Рис. 9.22. Температурное поле ма. тернелл оболочки и фланца: Х 1 — флаэан; г — абалочааа Э вЂ” эк»аэ га В 1 г Наиболее нагруженные элементы форсажной камеры— это фланцы и оболочки корпусов.
Определяющими нагрузками на них являются: — радиальные и осевые силы, возникающие от действия перепада давления на стенки; — нагрузки, возникающие вследствие неравномерного распределения температур по длине и толщине фланцев и оболочек. Вследствие интенсивного нагрева изнутри горячим газом и охлаждения снаружи с помощью вентиляционного обдува в гондоле двигателя распределение температур на фланце и оболочке оказывается существенно нсравномерным. Для снижения этой нсравномерности фланец изнутри можно защитить экраном.
На рис. 9.22 показано типовое температурное поле корпуса и фланца защи- 'Ъг яяив Рне. 9.23. Рнсчетнак схема нагрузок и деформециз щенного экраном, полученное по результатам термометрирования. На рис, 9.23 показана схема силовой нагрузки (а) на оболочку с фланцем и схема деформаций оболочки от силовой (в) и температурной (б) нагрузок. В расчете принято, что угол поворота фланца равен нулю, так как он притянут болтами к жесткому корпусу и во много раз более жесткий, чем оболочка. Задача решается из условий равенства радиальных перемещений оболочки и фланца (гв,б = = иафл) и равенства нулю угловых перемещений.
Жесткость оболочки оценивается из значения толщины (А) без учета геометрии галтели (А, и г,). Радиальные перемещения фланца и оболочки от температурной неравномерности и действия возникающей при этом перерезывающей силы Я,) <ь м1е~ —— пав„+ маб э = аелТбло + я чт Гвэб И1об т + М об э <ХобТа) бн»11 а где м1в„„ца,бт — темпеРатУРные пеРемещениЯ фланца и оболочки; пав „гв бэ — перемещения фланца и оболочки от действия перерезывающей силы Я,; ав, гх,б — коэффициенты линейного рас- та+ т ширения материала фланца и оболочки; ТФ вЂ” — — — средняя 1,285 .
Е бвэ га э аи э- — ' —:о — ~ ~/Р» ' 12(1 — Р) параметры оболочки; РФ„, = 1Флйфл — площадь сечения фл нца; Еоб — модУли УпРУгости матеРиала фланца и оболочки; Фл а Р— коэффициент Пуассона. Из равенства радиальных перемещений игф, = игоб определяем перерезывающую силу: лобТ~К вЂ” гнфлТфттк Ев +— ЕфлЕфл 46Ч2 Изгибающий момент в сечении стыка оболочки и фланца 181 Мт = — ° ест 26 Напряжение изгиба с учетом концентрации в галтели 6Мт пт - —,йт где Й = 1 + 0,18 ~ — ) ' — козффнциент концентрации напряг «т ха.а ~ г„) жений в галтели фланца.
Радиальные перемещения фланца и оболочки от действия силовой нагрузки н перерезывающей силы Яр:. 4) он нгфл — Р Ефл фл ~РР 0р Нэеб Гфеба ГВО64 = т «Еоб 4РЧ) ' гДе нгобн — пеРемеЩение оболочки от ДействиЯ ДвигателЯ; нгоба— перемещение оболочки от действия перерезывающей силы Яр.
Перемещением фланца ' ат действия давления пренебрегаем в виду его малости. Из равенства радиальных перемещений нгф„= иг б определяем перерезывающую силу: ЬРКн «Ео б Изгибающий момент в сечении стыка оболочки и фланца Мр гетр /(2 ' тп) Напряжение изгиба а учетом концентрации в галтелн и осевой нагрузки Р 6Мр „р и = — и— «з 2ид«т Суммарное напряжение составляет ах = от+ар. Запас прочности тг ли = а, /ах, т где ат — предел длительной прочности материала для заданных температуры н времени работы на расчетном режиме.
466 Рг Рг 1г«г !2 Рис, 9.24, Расчетные схеми нагрузок и сечение стабилизатора: а — схема нагруэон кольца; б— поперечное сете«не стабнлнаатора; а — эквнввнентнан схема осевой нагруэнн пролета Для фланцев фарсажной камеры запас прочности составляет пх =- 1,5 ... 2,0. Расчет оболочек жаровой трубы и днффузора форсажной камеры производится только от действия перепада давления на оболочке: Запас прочности и в атом случае должен составлять 1,5 ... 2,0. Толщина оболочки в выполненных конструкциях обычно равна 1,0 ... 1,5 мм. Действие о'евых снл в расчет не принимается из-за малости возникающих при атом напряжений. Одной из характерных деталей форсажпой камеры является кольцевой стабилизатор пламени.
Он представляет собой листовое кольцо У-образного сечения, прикрепленное к корпусу диффузора с помощью б ... 18 шарнирных тяг. Точку крепления шарнирных тяг на стабилизаторе обычно выбирают в центре жесткости его разомкнутого поперечного сечения, который находится в точке пересечения образующих наружной и внутренней поверхностей стабилизатора (точка Д на рис. 9.24, б). Стабилизатор, представляющий собой замкнутое кольца, нагружен осевой равномерно распределенной нагрузкой ат действия газовой силы д. Эта сила уравновешена силами реакции от тяг крепления стабилизатора Р„ которые можно разложить на радиальные Р, и осевые Р, составляющие.
467 Максимальные изгибающие моменты в плоскости кольца возникают в плоскостях действия сил 181 1 1 1 — М,= Р>К 2 11 18 — ! 2 Растягивающие или сжимающие усилия в этом сечении составляют 1 1 — А/ =Р 2 !в Г В крайних точках сечения стабилизатора А и Г (рис. 9.24, б) напряжения М, 3[1 а[А(Г) = + — > (РлА [Г) где Р = 6 (21 + 1,) — площадь сечения стабилизатора /и (рис. 9.24, б); Ф' А[г> =- †" — момент сопротивления изгибу !а/2 в точке А (Г) относительно осн хх; /, = 6 ~ — ~ + 2 — з[п' Т + г !1 !а 12 / 1,+!а ~з1 + 21 ( 4 ) >1 — момент инерции сечения относительно оси О'х.
Для определения напряжений от нагрузок в направлении, перпендикулярном к плоскости кольца, пролет между соседними силами Р, представим в виде прямой балки, защемленной по концам и нагруженной распределенной нагрузкой а. При числе пролетов г )~ 6 такое упрощение допустимо, так как влияние кри- визны незначительно. В этом случае максимальный изгибающий момент возникает в начале и конце пролета и составляет М, = д(,а/12, где /. = 2пг[ — (г — число пролетов), В точках А и Г напряжения сжимающие: М алА(Г) = (Р ' 3 рА (Г! где 97рл [г> — момент сопротивления изгибу в точке А (Г) от- носительно оси Оу, )Ррл(Г> = р Суммарное напряжение в точке А (Г) ахА (Г) = а1А(Г) ауА[Г) Запас прочности ,ут л 3— а Для стабилизаторов форсажпой камеры запас прочности составляет ах —— 1,5 ...
2,5. 9.7. МАТЕРИАЛЫ ДЕТАЛЕЙ ФОРСАЖИОЙ КАМЕРЫ Для изготовления деталей форсажной камеры в основном применяются жаропрочные материалы. Материалы выбираются в зависимости от условий работы и температуры элементов форсажной камеры. Так, например, для изготовления корпуса днффузора, корпуса жаровой трубы и экранов форсажных камер ТРДФ, работающих при высокой температуре, достигающей 900 ...
1100', применяют листовой материал ХН60В (ЭИ868). В то же время наружные корпусы и смесителя форсажных камер ТРДДФ, температура которых благодаря интенсивному охлаждению воздухом второго контура не превышает 300 ... 400', изготовляют из листового титанового сплава ОТ4-1 и ВТ-20, Механические свойства сплавов ОТ4-1 и ВТ20 приведены в табл. 9.1 Трубопроводы и топливные коллекторы обычно выполняют из труб 1Х18Н9Т (Я1Т), а для нагревающихся до температуры 950— 1100 'С вЂ” из труб ХН60В (ЭИ868).
Соединение труб между собой или с арматурой выполняют сваркой или пайкой жаростойким припоем типа ВПр-!. Материалы, применяемые для изготовления форсажных камер, должны быть стойкими к действию теплосмен и коробленню. Детали, например, топливных коллекторов подвергаются резким, в течение 1 ... 2 с, изменениям температуры от 900 ... 1000 до 100 ... 200 'С. В этом отношении преимущество имеют материалы, которые при высокой жаропрочности обладают меньшим коэффициентом линейного расширения н большей теплопроводностью. При выборе материала следует учитывать иногда и величину температуры плавления. Это относится к деталям, подвергающимся Таблица 91 ТемпеРатура иепытаими, с и, мпа п,>Л, мпа бм, М лм И Сплав 20 12 10... 20 1О ...
13 950 ... 1100 490 ... 520 469 Здесь /и = б ~/,ар+2 — мп'(90 — Т)+21 ( ~~т — а) " — момент инерции сечения относительно оси Оу, где амм р' (! сор т)' —; 'лр — статический момент сечения относи-' 1 тельно оси О'у'. 468 ОТ4-! ВТ20 ОТ4 ВТ20 20 20 350 350 470 ... 600 850 ... 1050 420 ... 460 600 нагреву до 1100 ... 1200 'С при относительно низкой нагрузке. Так, например, болты 4 (см. рис. 9.19) крепления экрана лучше выполнять из материала Х20Н80Т (ЭИ435), так как температура плавления его на 30 ... 50 'С выше, чем у других жаропрочных материалов.
Для защиты от газовой коррозии при высокой температуре таких деталей, как стабилизаторы и тепловые экраны, часто при- меняют покрытие тугоплавкон эмалью ЭВ55. Поверхность деталей ' 1 покрывают тонким слоем эмали, подсушивают на воздухе и затем в течение 3 ... 5 мин обжигают при 1200 'С. Керамические материалы еще не нашли широкого применения в форсажных камерах. Для каталитических пусковых устройств (см.
рис. 9.21) применяют карбид или нитрид кремния, а для изоляторов свечей — синоксаль 49. С целью предупреждения пригорания резьбовых соединений, работающих при 300 ... 600'С, применяют различные графитовые нли меловые смазочные материалы, а также омеднение и серебрение резьбы. 9.з. дОВОдкА и дефекты ФОРсАжнОЙ кАмеРы При проектировании и расчете форсажной камеры не- возможно учесть все особенности ее работы в составе конкретного двигателя.
Поэтому при доводке ее на стендовых испытаниях и в эксплуатации встречаются различные дефекты. Остановимся на ': некоторых, наиболее характерных из них. Самым опасным дефектом форсажной камеры является возникновение вибрационного горения. Этот деффект может возникать на различных режимах работы двигателя: на полном или частичном форсаже, в стендовых условиях или в условиях полета. Для устранения этого дефекта необходимо прежде всего с помощью осциллографирования пульсации давлении в нескольких точках форсажной камеры определить частоту и форму колебаний. Только после этого можно наметить пути устранения этого дефекта". прн помощи настройки антивибрационного экрана (изменением зазора между экраном и стенкой и выбором диаметра отверстий в экране) иля другим способом. Очень часто встречаются прогары и обгорания кромок различных элементов конструкции: экранов, стабилизаторов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
