Требования, предъявляемые к рабочим лопаткам

Лопатки компрессора

Рабочие лопатки компрессора — детали, от конструктивного совершенства и долговечности которых зависит качество компрессора и надежная работа двигателя в целом.

На лопатки действуют инерционные и аэродинамические силы, которые вызывают напряжения растяжения, изгиба и кручения. Центробежная сила, создаваемая лопаткой вентилятора, достигает 300... 600 кН. Лопатки испытывают существенные вибрационные напряжения из-за колебаний.

В высоконапорных компрессорах температура лопаток последних ступеней может достигать 1000 К и выше.

Лопатки, особенно первой ступени, подвержены значительному износу при эксплуатации вследствие попадания пыли, капель дождя, посторонних предметов. При значительной величине последних может происходить разрушение рабочих лопаток, что приводит к отказу двигателя.

При проектировании и изготовлении рабочих лопаток должны

быть обеспечены:

– высокая прочность и жесткость, так как лопатки испытывают большие статические и динамические (переменные) нагрузки при высокой температуре;

– высокая степень чистоты обработки пера (R_a 0,32). Гладкая поверхность пера необходима как для уменьшения потерь на трение при течении воздуха, так и для увеличения сопротивления усталости конструкции лопатки;

– высокая точность исполнения линейных и угловых размеров при изготовлении лопаток для получения одинаковых скоростей течения воздушного потока и одинаковых давлений и температур в каждом лопаточном канале. Различные режимы течения в лопаточных каналах не только снижают КПД компрессора, но и возбуждают колебания, приводящие к поломке лопаток;

– возможно меньшие концентраторы напряжений, особенно в месте перехода профильной части к хвостовику, чтобы избежать возникновения высоких местных напряжений;

– минимальная масса хвостовика, так как она в значительной степени определяет нагрузку на диск рабочего колеса ротора. Снижение массы лопатки на 1 % позволяет уменьшить массу ротора, приходящуюся на одну лопатку, на 4... 5 %;

– конструкция хвостовика, позволяющая выполнять сборку ротора и замену лопатки при её повреждении;

– минимальные остаточные напряжения, которые определяются методами изготовления.

Профилирование пера лопатки должно осуществляться при обеспечении аэродинамического качества, статической и динамической прочности и учитывать возможности производства.

Долговечность рабочих лопаток определяется назначением летательного аппарата, для которого предназначен компрессор, с учетом возможности эксплуатации по техническому состоянию. Например, на двигателе CF6-50 для самолета гражданской авиации лопатки вентилятора спроектированы на 25 000 полетных циклов с ресурсом 30 000 ч, а лопатки компрессора высокого давления — на 30 000 полетных циклов с ресурсом также 30 000 ч [1].

Дата добавления: 2014-01-05