24. Соединение дисков с валом и между собой.

Элементы, соединяющие диски турбины с валами, передают большие нагрузки от крутящего и изгибающего моментов, а также от осевых сил, действующих на ротор. Кроме того, они должны выдерживать дополнительные нагрузки в случае возникновения вибраций ротора. При этом следует учесть, что эти узлы турбины работают при относительно высокой температуре и в условиях термоциклирования.

К указанным соединениям предъявляют следующие основные требования:

• минимально возможная масса при обеспечении необходимой прочности;

• сохранение центровки и балансировки ротора в течение межремонтного ресурса (в холодном и в горячем состоянии);

• обеспечение максимально возможного термического сопротивления в местах стыка диска с валом;

технологичность конструкции, обеспечивающей простоту изготовления и сборки уз­ла, а также его ремонтопригодность.

Соединения дисков с валом и дисков между собой могут быть неразъемными и разъ­емными. Но конструкции турбин с неразъемными соединениями дисков с валами и дисков между собой до настоящего времени широкого распространения не получили. На рис.2.4.11 показаны некоторые способы соединений дисков с валами турбины.

К числу разъемных относятся широко распространенные фланцевые соединения с ис­пользованием торцовых шлиц, призонных болтов, призонных втулок или призонных штиф­тов. Для обеспечения соосности соединяемых узлов и деталей конструкторы используют ли­бо цилиндрические пояски, либо сами элементы призонного соединения - болты, втулки, штифты.

Осевая сила в таких соединениях воспринимается стяжными болтами. Ряд конструк­тивных типов соединений дисков турбины между собой приведен в [2] и разделе 2.4.10 дан­ного учебного пособия.

25. Силовые факторы, действующие на вал газокомпрессора.

Центробежные силы испытывают в основном барабаны и диски. Под действием этих сил в материале барабанов и дисков возникают напряжения растяжения.

Барабан подобно кольцу под действием центробежных сил собст­венных масс и масс лопаток стремится разорваться по образующей. Напряжения в нем тем больше, чем больше центробежные силы рабо­чих лопаток и окружная скорость барабана.

При рассмотрении действия центробежных сил на диск последний можно мысленно представить состоящим из отдельных, не связанных друг с другом колец, вращающихся с одинаковым числом оборотов. За наружное кольцо примем обод диска, т. е. его утолщенную часть, в которой размещены замки лопаток. В этом случае обод подобен ба­рабану, нагруженному центробежными силами лопаток и собственной массы. Каждое из последующих колец, отдельно" взятое, также можно уподобить барабану, нагруженному только центробежными силами собственной массы. Кольца, лежащие ближе к центру, нагружены мень­ше, чем периферийные. Поэтому они обладают запасом прочности и несут дополнительную радиальную нагрузку.

При окружной скорости обода и прилегающей к нему части диска, большей, чем это допустимо из условий прочности барабана с такой же нагрузкой, в реальном диске происходит догружение его элемен­тов, лежащих ближе к центру, радиальными нагрузками со стороны периферийных участков, и диск не разрушается. Следовательно, в диске действуют, помимо растягивающих напряжений в окружном направлении, растягивающие напряжения в радиальном направлении.

Диск с центральным отверстием при прочих равных условиях ме­нее прочен, чем сплошной. Для компенсации ослабления диска, выз­ванного наличием центрального отверстия, у таких дисков вокруг отверстия обычно делают утолщенную ступицу.

Силы собственного веса ротора действуют в плоскости, проходя­щей через ось двигателя, и вызывают изгиб ротора. Так как равнодей­ствующая сила собственного веса ротора G_p (рис.21) приложена в ц.т. ротора, то изгибающий момент имеет максимальное значение вблизи середины пролета между опорами. Чем меньше расстояние между опорами, тем меньше изгибающий момент. Для уменьшения расстоя­ния между опорами в роторах барабанного и барабанно-дискового типов первая и последняя ступени компрессора иногда размещены на консольных участках. Изгибающие моменты восприни­маются в роторах дискового типа валом, а в роторах барабанного и ба­рабанно-дискового типов — барабаном и кольцевыми участками.

Силы инерции возникают при разгоне или торможении самолета, а также при изменении траектории полета.

При разгоне или торможении самолета появляется осевая сила инерции, нагружающая ротор двигателя и передающаяся на корпус через упорный подшипник. Величина этой силы зависит от массы ро­тора и ускорения летательного аппарата.

Сила инерции, передающаяся в осевом направлении на фиксирую­щий упорный подшипник, определяется из равенства

*

где а — ускорение самолета.

Так как отношение (п^э — коэффициент эксплуатационной перегрузки), то P_ja = п^э G_p. Для случая торможения самолета при посадке п^э = 3.

Рис.21. Схема нагружения ротора компрессора:

Р_ц. _л- центробежные силы лопаток; P_{Q д} - осевые силы лопаток; Р_к -давление воздуха в проточной части; Р_вн_- давление воздуха внутри ротора; Р - давление воздуха на переднюю торцовую стенку; ,- давление воздуха на заднюю торцовую стенку; -сила собственного веса ротора; -центробежная сила инерции; -момент от турбины; -осевая сила инерции; -суммарная осевая сила, действующая на ротор.