Особенности проектирования лопаток.При проектировании лопаток авиационного двигателя, учитываются новейшие научно-технические достижения в области газовой динамики лопаточных машин. В теории прочности и колебаний теплотехники, материаловедения с учетом современных возможностей технологии изготовления. Компрессорные и турбинные лопатки делятся на две большие группы: 2. статорные лопатки. Рабочие лопатки работают в сложных условиях, поэтому их проектированию уделяется особое внимание, а для статорных лопаток многие проблемы отсутствуют. К конструкции рабочих лопаток предъявляются очень высокие требования: 1. Совершенные газодинамические характеристик, обеспечивающие необходимое преобразование воздушного или газового потока в рабочем колесе ступени с минимальными потерями. Выполнение этого условия приводит к получению высоких значений коэффициентов полезного действия компрессора и турбины двигателя. 2. Высокая надежность конструкции лопаток – это способность, определена длительным временем выдерживания больших динамических нагрузок, работать в условиях вибрации и больших напряжениях. Для турбинных лопаток к этому требованию добавляется сохранение работоспособности при предельно высоких температурах с частой сменой температурных режимов, при наличии явления ползучести материала. 3. Технологичность конструкции – это возможность изготовления всех элементов лопатки, как единого целого при помощи современных методов и средств, с обеспечением плавности изменения заданных форм пера по длине лопатки. Необходимая точность всех размеров, качество и чистота поверхности. 4. Живучесть конструкции – это способность сохранить работоспособность и надежность в процессе эксплуатации, при условии появления возможных заранее обусловленных повреждений посторонними предметами, водяной и пылевой эрозии и атмосферной коррозии. Особенность проектирования лопаток состоит в том, что в все эти требования должны быть максимально обеспечены в процессе проектирования. Это вызвано тем, что доводка пера лопатки по геометрии для исправления аэродинамических качеств или увеличения прочности, вызовет изменения характеристик ступени и ее координацию с другими ступенями компрессора или турбины. А изменение в конструкции замковой части лопатки турбины потребует существенного изменения конструкции диска, что практически невозможно. В процессе проектирования широко используется методы всесторонней оценки качества и работоспособности лопаток. При этом применяются упрощенные методы предварительных расчетов, а также проводятся расчеты с применением объемных моделей течения воздуха и газа в каналах рабочих колес. Благодаря этим методам появились современно новые конструкции лопаток существенно отличающихся по форме и аэродинамическим характеристикам от предыдущих лопаток. Трудность расчета лопаток заключается в том, что геометрическая форма пера и множества других факторов влияющих на прочность лопатки. Для высокотемпературных турбинных лопаток работоспособность и долговечность оценивается на основе теории термической прочности с учетом ползучести материала. Другая особенность проектирования – одновременное решение многих проблем, определяющих качество лопатки. Методика проектирована лопатки строится в следующем порядке: вначале решаются вопросы формы профилей лопатки, затем определяется форма пера в целом, уточняются аэродинамические и прочностные характеристики лопаток. В последнюю очередь проектируются хвостовик лопатки и другие части. Окончательная оценка результатов проектирования производится наиболее современными расчетными методами и проверкой экспериментом. Рабочая лопатка состоит из пера и хвостовика. Перо – профильная часть лопатки, которая плавно сопрягается с хвостовиком для снижения концентрации напряжений. Лопатки имеют бандажные полки, расположенные примерно на одну треть от верхнего сечения лопатки – для лопатки турбин. Полки на лопатках делают для снижения вибрационных напряжений, для уменьшения перетекания газа в радиальном зазоре. На наружной поверхности периферийных бандажных полок часто выполняются гребешки лабиринтного уплотнения. Опыт эксплуатации показывает, что КПД турбины с бандажными полками на 1- 2% больше, чем в лопатках без бандажных полок. Лопатки турбины иногда имеют переходную часть между пером лопатки и хвостовиком. По условию балансировки ротора рабочие лопатки проходят контроль по массе. Допустимый разброс лопатки одного комплекта составляет плюс минус 5-6 граммов. Заготовка лопаток получают штамповкой для компрессора и литьем для турбины. Это дает возможность получить профиль пера требуемой формы и размеров с точность до плюс минус 1%. После проектирования лопатки производят расчет на прочность, при этом расчет на прочнсть лопатки турбины имеет свои особенности, например: допустимое напряжение выбирается из условия работы материалов при повышенных температурах с учетом длительной прочности. При проведении расчетов выбирается место сечения лопатки, которые наиболее возможно будет подвергаться деформация. Опасные сечения лопаток турбины определяются с учетом изменения температуры лопаток по длине, изменения прочности материалов в зависимости от температуры и длительности работы в часах. Изменение растягивающих и изгибающих напряжений по длине лопатки. Обычно опасные сечения находятся примерно на расстоянии 20 – 30% длины лопатки от корневого сечения. Вполне очевидно, что прочность лопаток и место опасных сечений зависят от распределения температуры газа по длине лопатки. Из проведенных экспериментов установлено, что сечение лопатки в котором имеется максимальное значение температуры перемещается по длине лопатки при изменении частоты вращения. Расчет лопатки на прочность производится по специальным компьютерным программам. После расчета профиля лопатки рассчитывается полки лопатки турбины и замок в зависимости от конструкции замка.
|
