Основы проектирования элементов конструкции дисков.

В любом авиационном двигателе с осевым компрессором и турбиной применяются 2 разновидности дисков:

1. Диск турбины

2. Диск компрессора

1. замковая часть

2. обод

3. полотно диска

4. основные элементы крепления диска

5. ступица

 

Обод служит для размещения и закрепления на диске рабочих лопаток. Конфигурация обода зависит от конструкции устройств крепления и конфигурации проточной части турбокомпрессора. Обод диска во создает дополнительные нагрузки на полотно диска, поэтому во многих случаях его размеры необходимо проектировать как можно меньшими. Основной частью диска является полотно. Оно соединяет обод и ступицу. Геометрическая форма полотна определяет распределение напряжений вдоль радиуса диска. Полотно диска может быть постоянным в толщине или иметь профилированное сечение. Диски постоянной толщины в авиационных двигателях обычно не применяются т.к. они тяжелые. Диски профилированной конфигурации могут быть конические (а), гиперболические (б) и ровного сопротивления (в).

 

а) Диск конического профиля

 

Во – основание треугольника, R – высота треугольника, определяющая форму диска, в – текущее значение толщины на текущем радиусе r, вк – толщина на внешнем контуре.

 

в = Во (1 – r / R);

вк / во = 1 – rк / R

 

Данное отношение подбирается в процессе проектирования для получения наиболее рационального распределения напряжений. Диски конического профиля распространены в конструкциях роторов двигателей, т.к. просты в изготовлении, технологичны при механической обработке и позволяют получить наиболее легкую конструкцию диска.

б) Диск гиперболического профиля

 

в = а / r^m

а и m – параметры, определяющие толщину и степень ее изменения вдоль радиуса диска.

вк / во = rк^m / rо^m

 

Это отношение показывает, что с увеличением степени m толщина диска на начальном радиусе существенно возрастает, по сравнению с толщиной во внешнем контуре. Обычно применяются m = 1,5. в случае если m = 0, то гиперболический диск обращается в диск постоянной толщины, который является частным случаем гиперболического диска. Диск этого профиля имеет наименьший вес из всех существующих профилей. Коэффициент «а» определяется заданной толщиной диска. Однако, данный диск очень трудоемок в изготовлении, поэтому часто гиперболические диски заменяют на более простой диск, который имеет прямые и окружности и наиболее приближенные к форме гиперболического диска. Гиперболическая форма диска обычно применяется для диска с центральным отверстием.

в) Диск равного сопротивления.

 

в = во * е ^–mr2

m = ρ * ω² / δ²

 

ρ – плотность материала, е – основание натурального логарифма, δ – напряжение напряжения, равное для всех точек полотна диска, ω – угловая скорость диска.

Диск равного сопротивления можно получить при условии, что, если диск не имеет центрального отверстия и отсутствует неравномерности нагрева. Если диск спроектировать на максимально допустимое напряжение, то его масса будет минимальной по сравнению со всеми другими дисками. Идеально можно приблизится к диску равномерного сопротивления, если выполнить диск заодно с валом. При проектировании при помощи САПР можно, задавая исходные данные двигателя, и форму сечения диска, получить графическое изображение диска.