При криволинейном полете возникает центробежная сила инерции ротора

,

где m_р — масса ротора;

r — радиус кривизны траектории самолета;

— угловая скорость эволюции самолета.

Гироскопический момент возникает при отклонении траектории от прямолинейной и вызывает изгиб ротора. Величина этого момента определяется по формуле

где I - массовый момент инерции ротора относительно оси вращения;

- угловая скорость вращения ротора;

- угол между векторами угловых скоростей и .

При расчетах берут = 90 , в этом случае гироскопический момент максимален.

Крутящий момент передается ротору компрессора от турбины. С другой стороны, окружные составляющие аэродинамической силы Р_и, возникающие при обтекании рабочих колес воздушным потоком на каждой ступени создают относительно оси вращения ро­тора крутящий момент сопротивления, направленный против вращения. Крутящий момент турбины действует по направлению вращения рото­ра компрессора и передается через его детали рабочим лопаткам. Наи­больший крутящий момент испытывают детали ротора, непосредст­венно связанные с валом турбины. Так как в каждой ступени компрес­сора часть подведенного момента отдается через рабочие лопатки воз­духу, то передаваемый деталями ротора момент убывает в направлении от последней ступени компрессора к первой.

Величина окружных усилий, возникающих в деталях ротора при передаче крутящего момента, пропорциональна передаваемому мо­менту и обратно пропорциональна количеству соединяющих элемен­тов и их расстояниям от оси вращения.

В роторе барабанного типа крутящий момент от тур­бины передается конической цапфе и от нее через призонные болты барабану.

В роторе дискового типа крутящий момент может передаваться при помощи сил трения, шлицев или фланцевых соединений.

В роторах барабанно-дискового типа крутящий момент от диска к диску может передаваться за счет сил трения торцовы­ми радиальными шлицами, призонными болтами, радиальными или осевыми штифтами (втулками) и через сварные швы.

Осевые силы, действующие на ротор компрессора, возникают на рабочих лопатках при обтекании их воздушным потоком и представляют собой составляющие аэродинамических сил, действующих

26. Диски, валы и их соединения.

Диски служат для размещения рабочих лопаток и передачи с них на вал крутящего момента и осевой силы. Они нагружаются большими растягивающими усилиями от центробежных сил масс самого диска и размещенных на нем лопаток и изгибающим моментом от разности давлений газа перед рабочими колесами и за ними. В диске возникают также динамические напряжения, вызванные колебаниями, и значи­тельные температурные напряжения, обусловленные неравномер­ностью его нагрева по радиусу и толщине.

Диски бывают цельные одновенечные (рис 34, а), двухвенечные (рис.34, б) и составные (рис.34, в). Наибольшее применение получили одновенечные цельные диски как наиболее простые надежные и лег­кие. Форма и размеры диска определяются конструктивными и проч­ностными соображениями. Он должен при малом весе обладать доста­точной жесткостью и прочностью. Ширина обода диска зависит от осевой ширины лопаток у корня и способа их закрепления. В сечении обод выполняется прямоугольным, трапециевидным (суживающимся к периферии или к центру диска) или в виде комбинации этих форм.

Диски изготовляют ковкой или горячей штамповкой с последую­щей механической обработкой. На них делают фланцы или развитые бурты для соединения с валом или между собой. При необходимости на дисках предусматривают коль­цевые выступы с буртиками лаби­ринтного уплотнения, выступы для крепления дефлекторов, колец с лабиринтными гребешками или балансировочных грузиков.

В теле диска иногда выполняют отверстия для прохода охлаждаю­щего воздуха. Однако наличие от­верстий нежелательно, так как они являются концентраторами напря­жений и ослабляют диск.

Соединение дисков с валом и между собой.

Соединения дисков с валом и между собой передают большие на­грузки от крутящего и изгибающего моментов и осевой силы, работают в условиях повышенных температур, частых теплосмен и неравномер­ного нагрева, действия вибрационных нагрузок, возникающих из-за неуравновешенности ротора, пульсации давления газа и других причин

Неразборные соединения дисков с валом. Широкое применение в турбинах получило неразборное фланцевое соединение диска с валом при помощи гладких радиальных штифтов 3 (рис.35). В этом соединении диск без отверстия своим развитым буртом напрессовывается на фланец вала, чем обеспечивается натяг по поса­дочным цилиндрическим поверхностям. Затем в совместно обработан­ные радиальные отверстия ставят с натягом гладкие радиальные штифты.

Для уменьшения теплопередачи от диска на вал на торце фланца вала сделаны кольцевые канавки 2. Это снижает нагревание вала и подшипника турбины. Технология изготовления этого соединения сравнительно проста и не требует больших затрат.

В конструкциях, , соединение диска с валом достигается без увеличения веса, но в них не обеспечивается раздельная отбраковка диска и вала в ремонте, кроме того, имеет место повышенный отвод тепла от диска к валу. Такие конструкции в отдельных случаях могут оказаться целесообразными (для маломощ­ных ГТД).

Разборные соединения дисков с валом упро­щают сборку двигателя и обеспечивают в ремонте раздельную отбра­ковку диска и вала, чем снижаются затраты на ремонт. Наиболее про­стыми являются фланцевые соединения при помощи винтов, болтов и шпилек. В этих соединениях передача крутящего момента осуществляется либо за счет трения по поверхности контакта диска с фланцем вала, либо за счет работы на срез призонных втулок или болтов. При передаче крутящего момента за счет сил трения для уменьшения потребной затяжки винтов (болтов) стык диска с валам размещают на большем радиусе при большой поверхности контакта сопрягаемых деталей.

Такие разборные соединения сравнительно просты в производстве, обеспечивают легкость сборки и разборки. Но они имеют ряд серьез­ных недостатков, например, большой отвод тепла от диска к валу, ослабление диска отверстиями и ослабление стыка из-за вытяжки винтов (болтов), работающих при высоких температурах. При боль­шой разнице в температурных расширениях диска и вала возникают большие усилия среза на призонных втулках или болтах.

Для снижения отвода тепла уменьшают толщину перемычки от диска к валу и площадь контакта сопрягаемых деталей. Подшипник ставят на переходную втулку. Между втулкой и валом протекает охлаждающий воздух.

Шлицевые соединения хвостовика с валом способствуют умень­шению передачи тепла от диска к валу. В этой конструкции посадоч­ная поверхность подшипника приближена к ц. т. ротора турбины

Соединение диска с валом, а также дисков между собой может осу­ществляться при помощи центрального стяжного болта 11 (рис. 36, в). Сила предварительной затяжки стяжного болта должна обеспечивать нераскрытие стыков, при самых неблагоприятных условиях. Такими режимами являются выход самолета из пикирования с большой пере грузкой и быстрое охлаждение ротора турбины, например в полете при выключившемся из работы двигателе, когда через Двигатель про­ходят большие массы холодного воздуха. В этих условиях диски охлаждаются быстрее, чем центральный стяжной болт.

Разность температур дисков и болта, достигающая 200-300 С на установившихся режимах, обусловливает появление значительной силы, действующей на стяжной болт. Для уменьшения ее величины по­нижают жесткость соединения вве­дением в него упругого элемента, на­пример, фланца 10 шлицевой муфты.