Основы проектирования элементов конструкции дисков

На любом АД с осевыми компрессорами и турбиной применяются 2 разновидности дисков: диск турбины и диск компрессора

(Рисунок)

А)Диск турбины Б)диск компрессора

1-замковая часть, 2-обод, 3-полотно диска, 4-основные элементы крепления диска, 5-ступица.

Обод служит для размещения устройств закрепления на диске рабочих лопаток, конфигурация обода зависит от конструкции устройств крепления и конфигурации проточной части турбо компрессора. Обод диска создает дополнительные нагрузки на полотно диска, поэтому во многих случаях его размеры необходимо проектировать возможно меньшими. Основной частью диска является полотно, которое соединяет обод и ступицу, геометрическая форма полотна определяет распределение напряжений вдоль радиуса диска. Полотно диска может быть постоянной толщины или иметь профилированное сечение форму, диски постоянной величины обычно в АД не применяются, так как бывают очень тяжелыми. Диски профилированной конфигурации могут быть коническими, гиперболическими и равного сопротивления.

Рассмотрим диск конического профиля:

(рисунок)

B₀- основание треугольника

R-высота треугольника, определяющая форму диска

B-текущая толщина на текущем радиусе r

r-текущий радиус

b_k-толщина на внешнем контуре

b₀-толщина на начальном контуре

B=B₀(1-r/R)

b_k/b =1-r/R

Отношение конечной толщины к начальной подбирается в процессе проектирования. Для получения наиболее рационального распределения напряжений диски конического профиля наиболее распространены в конструкции роторов двигателя. Так как просты в изготовлении, механической обработкой и позволяют получить наиболее легкую конструкцию дисков.

Диск гиперболического профиля:

(рисунок)

b_к-

b-

b₀-

r-

r_к-

r₀-

b=a/r^m

b₀/b_к=r_к^m/r₀^m

коэффициенты “a” и “m” это параметры показывающие толщину и степень изменения толщины вдоль радиуса диска. Отношение толщины диска вначале b₀ к толщине диска в конце b_кпоказывает что с увеличением степени m толщина диска на начальном радиусе существенно возрастает по сравнению с толщиной конце. При проектировании обычно выбирается m =1.5, в случае, если m=0 гиперболический диск обращается в диск постоянной величины, который является частным случаем гиперболического диска. Коэффициент а определяется заданной толщиной диска, диск гиперболического профиля имеет наименьший вес из существующих профилей, однако он очень трудоемок в изготовлении, поэтому очень часто гиперболические формы заменяются на более простые, состоящие из прямых и двух окружностей, приближающиеся к идеальной гиперболической форме. Гиперболическая форма диска применяется обычно для диска с центральным отверстием.

Диск равного сопротивления:

(рисунок)

b= b₀e^-mr2

m=pw²/G_r

e- основание натурального логарифма

p(ро)- плотность материала

G_r- сопротивление напряжения растяжения, равная для всех точек полотна диска

w-угловая скорость диска

Диск равного сопротивления можно получить при условии что он не имеет центрального отверстия и отсутствует неравномерность нагрева, если диск спроектировать на максимально допустимое напряжение растяжения, то его масса будет минимальная, по сравнению со всеми другими дисками. Идеально можно приблизиться к диску равного сопротивления, если выполнить диск заодно с валом. Если в процессе проектирования использовать САПР то задаваясь формой сечения диска и характеристиками Д можно получить графическое изображение диска.