03 Compresoare Centrifugale Si Axiale

21
Pentru examen: schiţele cu soluţiile constructive detaliate din bibliografie = obligatorii !!!! 1 3. Compresoare centrifugale şi axiale Tipuri constructive şi cerinţe impuse. Particularităţi constructive şi de calcul ale compresorului centrifugal şi axial. Materiale specifice utilizate. Sisteme de etanşare. 3.1 Tipuri constructive şi cerinţe impuse Tipuri: - centrifugale - axiale; - combinate. A. Compresoare centrifugale: - asigură debite de aer relativ mici: 30 .. 50 kg/s; - gradele de comprimare sunt relativ mici: c = 4,5-5; - sunt robuste; - mai puţin sensibile la pompaj; - procesul de fabricaţie este mai simplu; - randamentele sunt relativ mici: 0,72 .. 0,78 - au dimensiuni diametrale mari - au masă relativ mare. Observaţie: În etapa actuală se utilizează compresoare centrifugale cu admisie bilaterală, la care: - debitul de aer la partea din spate a compresorului este mai mic; - prezenţa aerului pe cele două feţe ale discului favorizează descărcarea de forţă axială a compresoare centrifugale; - solicitările din rulmenţii lagărelor sunt mai mici; - componentele axiale ale forţelor sunt mai mici. B. Compresoare axiale - pot asigura debite de aer mari > 300 kg/s; ex: RV211-524 (Boeing 747): G = 674 kg/s; - asigură grade de comprimare relativ mari, c = 25 .. 30; ex: RV211-524 (Boeing 747): c = 24,1; - au dimensiuni diametrale mici; - pot realizate cu trepte supersonice; - au randamente ridicate: 0,8 .. 0,87 - au masă mai mică - poziţia paletelor poate fi reglabilă (mai ales la stator); - sunt mai sensibile în exploatare; necesită sisteme antipompaj; - procesul de fabricaţie este mai complicat; - necesită materiale rezistente la oboseală şi la temperatură (mai ales la ultimele trepte) Clasificare: monorotoare; birotoare; trirotoare. Tipuri constructive: tambur; disc; tambur-disc;

description

Calculul motoarelor

Transcript of 03 Compresoare Centrifugale Si Axiale

Page 1: 03 Compresoare Centrifugale Si Axiale

Pentru examen: schiţele cu soluţiile constructive detaliate din bibliografie = obligatorii !!!!

1

3. Compresoare centrifugale şi axiale

Tipuri constructive şi cerinţe impuse. Particularităţi constructive şi de calcul ale

compresorului centrifugal şi axial. Materiale specifice utilizate. Sisteme de etanşare.

3.1 Tipuri constructive şi cerinţe impuse

Tipuri:

- centrifugale

- axiale;

- combinate.

A. Compresoare centrifugale:

- asigură debite de aer relativ mici: 30 .. 50 kg/s;

- gradele de comprimare sunt relativ mici: c = 4,5-5;

- sunt robuste;

- mai puţin sensibile la pompaj;

- procesul de fabricaţie este mai simplu;

- randamentele sunt relativ mici: 0,72 .. 0,78

- au dimensiuni diametrale mari

- au masă relativ mare.

Observaţie:

În etapa actuală se utilizează compresoare centrifugale cu admisie bilaterală, la care:

- debitul de aer la partea din spate a compresorului este mai mic;

- prezenţa aerului pe cele două feţe ale discului favorizează descărcarea de forţă axială a

compresoare centrifugale;

- solicitările din rulmenţii lagărelor sunt mai mici;

- componentele axiale ale forţelor sunt mai mici.

B. Compresoare axiale

- pot asigura debite de aer mari > 300 kg/s; ex: RV211-524 (Boeing 747): G = 674 kg/s;

- asigură grade de comprimare relativ mari, c = 25 .. 30;

ex: RV211-524 (Boeing 747): c = 24,1;

- au dimensiuni diametrale mici;

- pot realizate cu trepte supersonice;

- au randamente ridicate: 0,8 .. 0,87

- au masă mai mică

- poziţia paletelor poate fi reglabilă (mai ales la stator);

- sunt mai sensibile în exploatare; necesită sisteme antipompaj;

- procesul de fabricaţie este mai complicat;

- necesită materiale rezistente la oboseală şi la temperatură (mai ales la ultimele trepte)

Clasificare: monorotoare; birotoare; trirotoare.

Tipuri constructive: tambur; disc; tambur-disc;

Page 2: 03 Compresoare Centrifugale Si Axiale

Pentru examen: schiţele cu soluţiile constructive detaliate din bibliografie = obligatorii !!!!

2

C. Compresoare combinate:

- sunt formate din trepte de compresor centrifugal + axial;

- treapta de compresor centrifugal se montează de regulă după trepte de compresor axial

(TURMO IV);

Condiţii impuse la proiectarea compresoarelor

Din punct de vedere termodinamic compresorul reprezintă un sistem deschis ce trebuie să

satisfacă următoarele condiţii:

- să asigure debitul necesar de aer în camera de ardere;

- să realizeze gradul de comprimare impus la un randament cât mai ridicat;

- masă şi dimensiuni diametrale reduse (impuse de viteza periferică 2U = 450..500 m/s;

- să asigure viteze de intrare cât mai mari :

o v = 60..100 m/s la c. centrifugale

o v = 200..210 m/s la c. axiale (treapta subsonică)

o v = 270..300 m/s la c. axiale (treapta supersonică)

- sensibilitate minimă la variaţii de regim;

- siguranţă funcţională şi simplitate constructivă.

Randamentul depinde de:

- soluţia constructivă aleasă;

- mărimea jocurilor dintre elementele mobile şi cele fixe;

- condiţiile de fabricaţie;

- condiţiile de reglaj, etc.

Dimensiunile compresorului depind de:

- tipul compresorului

- debitul de aer impus;

- materialele existente;

- solicitările la care sunt supuse elementele componente;

- modul de dispunere al compresorului, etc.

3.2 Particularităţi constructive şi de calcul ale compresorului centrifugal

3.2.1 Stabilirea dimensiunilor principale

Metodologie:

- din condiţia asigurării unei rezistenţe corespunzătoare a paletelor se alege viteza periferică:

2U = 450..500 m/s; ex : la VK-1 => u2 = 475 m/s;

- se calculează gradul de comprimare: c = 4,5..5;

- pentru tracţiunea impusă se determină debitul de aer: spG F F ;

- se alege viteza axială a aerului la intrarea în compresor;

- din relaţia: a aG SC rezultă S şi deci se poate calcula diametrul secţiunii de intrare;

- se alege turaţia rotorului;

- se alege numărul de palete ale rotorului: z = 17..31;

Page 3: 03 Compresoare Centrifugale Si Axiale

Pentru examen: schiţele cu soluţiile constructive detaliate din bibliografie = obligatorii !!!!

3

- se determină sau se alege temperatura la ieşirea din compresor: 2T = 200..250 ºC (mai mare

la motoarele combinate).

Observaţie

Dimensiunile principale ale compresorului sunt dictate în principal de:

- aeronava pe care se montează motorul;

- debitul de aer impus;

- viteza periferică;

- gradul de comprimare.

3.2.2 Calculul şi profilarea aparatului director

Aparatul director este dispus la intrarea în compresor şi poate fi: fix sau mobil (anterotor).

Aparatul director fix are rolul de :

- a asigura trecerea aerului spre compresor cu pierderi minime;

- a asigura devierea prealabilă a aerului pentru micşorarea vitezelor relative (unghiuri

optime)

Observaţii

- când admisia aerului se face radial este prevăzut cu suprafeţe conice care împiedică apariţia

zonelor turbionare;

- la unele motoare paletele aparatului director fix pot fi reglabile.

Aparatul director mobil (anterotorul) poate fi:

- din aceeaşi bucată cu rotorul:

- avantaj: rigiditate;

- dezavantaj: greu de realizat.

- separat de rotor:

- avantaje: fabricaţie mai simplă; posibilitate de schimbare; pot fi folosite materiale

diferite

- dezavantaj: se impune o strângere bună la rotor pentru diminuarea vibraţiilor.

Profilarea paletelor anterotorului --> seminar

3.2.3 Construcţia şi calculul compresorului centrifugal

Rotorul poate fi: deschis, semiînchis, închis.

Rotorul de tip deschis:

- combină procesul de comprimare centrifugal cu cel axial;

- se foloseşte mai puţin deoarece asigură grade de comprimare reduse şi paletele sunt supuse

la vibraţii de amplitudini mari;

Rotorul de tip semiînchis;

- este cel mai des folosit;

- paletele sunt mai rigide decât cele ale rotorului de tip deschis;

- are randament mai mic decât cel al rotorului de tip închis.

Rotorul de tip închis:

Page 4: 03 Compresoare Centrifugale Si Axiale

Pentru examen: schiţele cu soluţiile constructive detaliate din bibliografie = obligatorii !!!!

4

- este mai greu de realizat constructiv;

- paletele sunt supuse la forţe centrifuge foarte mari.

Calculul forţelor axiale în rotorul centrifugal

- este necesar pentru dimensionarea corectă a rulmenţilor din lagăre;

- se ţine seama de forma constructivă a discului:

- cu admisie unilaterală fără labirint de etanşare;

- cu admisie unilaterală cu labirint de etanşare;

- cu admisie bilaterală.

A. Disc unilateral fără labirint de etanşare

1 2 3a a a aF F F F

unde:

2 2 2

1 1 1 1 1 04

a aF p c D d

2

1

2

2

2

2

D

a

D

F rp dr 2

0

2

3

2

2

D

a

d

F rp dr

Observaţii

- la acest rotor aF are sensul de zbor;

- aF se transmite la lagăre şi nu trebuie să aibă o valoare prea mare.

r

dr

1D

2p

p

2aF

1aF

1aC 3aF

aF 1p 3 ap p

2p

2C

2D

p

dr

r

0d

Page 5: 03 Compresoare Centrifugale Si Axiale

Pentru examen: schiţele cu soluţiile constructive detaliate din bibliografie = obligatorii !!!!

5

B. Disc unilateral cu labirint de etanşare

1 2 3 4 5a a a a a aF F F F F F

unde:

2 2 2

1 1 1 1 1 04

a aF p c D d

2

1

2

2

2

2

D

a

D

F rp dr

2 2

3 2 2 24

aF p D d

2

1

2

4

2

2

d

a

d

F rp dr

2 2

5 3 1 04

aF p d d

Observaţie

- pentru proiectare se consideră:

2

2

2

rp p

R

Rezultă:

2

2 2 12 2 2 1

28a

DF p D D

D

- 4aF acţionează pe zona de dispunere a labirintului între d2 şi d1.

- în această zonă se admite o variaţie liniară a presiunii în raport cu raza de forma:

2p 2p

p

r

dr

aF

1p 3 ap p 0d

2D

p 3aF

4aF

5aF

2aF

1aF

1D 2d

1d

Page 6: 03 Compresoare Centrifugale Si Axiale

Pentru examen: schiţele cu soluţiile constructive detaliate din bibliografie = obligatorii !!!!

6

2 3 1

3

2 1

2

2

p p dp p r

d d

Rezultă:

3 3 2 2

2 32 2 2 1 2 14 3 2 1 1

2 14 6 6a

p p d d d dF p d d d

d d

- în cazul în care interstiţiul de sub labirint comunică cu atmosfera: 3 ap p

C. Rotorul bilateral

2

2 2 ' 2 '' 2 2 2 11 1 1 1 1 1 2 2 1

24 8a a a

DF D d p c c p D D

D

unde:

' ''

1 1 1

' ''

2 2 2

p p p

p p p

'

2p

D1

d0

D2

'

a1c

Sensul de zbor

''

a1c

'

1p '

2p

''

2p

Page 7: 03 Compresoare Centrifugale Si Axiale

Pentru examen: schiţele cu soluţiile constructive detaliate din bibliografie = obligatorii !!!!

7

A

1 2R R

3.2.4 Îmbinarea arborelui la rotorul compresorului

Observaţie

- se poate realiza cu ajutorul unei flanşe cu buloane (de exemplu);

- strângerea trebuie să fie sigură, astfel încât:

să nu se desfacă;

să transmită momentul de torsiune

momentul forţei de frecare să fie mai mare decât momentul de torsiune

- se calculează momentul forţei de frecare şi se compară cu momentul de torsiune.

f f

f

dM RdF

dF KRd dR

unde:

μ = 0,15..0,2 = coeficient de frecare (pentru disc din duraluminiu şi arbore din oţel);

K = presiunea specifică ce se dezvoltă datorită strângerii;

Rezultă:

2

fdM KR d dR

2

1

2

2 3 3

2 1

0

2

3

R

f

R

M KR d dR K R R

- se determină K în funcţie de forţa totală de strângere (Fstr)

2 2

2 1

strFK

R R

=>

3

1

3 322 1

2 222 2

2 11

2

12 2 2

3 3 31

f str str str

R

RR RM F F R F R A

R R R

R

unde 1 2A A R R

- variaţia lui 1 2A A R R este de forma din graficul alăturat.

Obs: - în proiectare se admite ca: 1,25f torsiuneM M

- în calcule s-a neglijat suprafaţa găurilor în expresia lui K.

R

dR R2

R1 φ

Disc

Arbore

Page 8: 03 Compresoare Centrifugale Si Axiale

Pentru examen: schiţele cu soluţiile constructive detaliate din bibliografie = obligatorii !!!!

8

3.2.5 Vibraţia paletelor compresorului centrifugal

Ruperea paletelor rotorului compresorului centrifugal provoacă deteriorarea sau

distrugerea completă a compresorului.

Ruperea paletelor se produce de cele mai multe ori de datorită fisurilor generate de

vibraţiile cu amplitudini mari la regimuri de rezonanţă;

Vibraţiile paletelor se datorează variaţiei periodice a presiunii pe paletă ce rezultă ca

urmare a curgerii neuniforme a fluidului printre paletele rotorului, cauzată de:

- neuniformitatea unghiurilor la paletele anterotorului;

- prezenţa paletelor aparatului director;

- diferenţe dintre dimensiunile canalelor de curgere dintre paletele rotorului.

Forme caracteristice de vibraţie:

1) toată paleta vibrează în raport cu zona de încastrare la disc unde este dispusă linia de

noduri

2) două porţiuni ale paletei vibrează şi sunt delimitate de linia de noduri;

3) trei porţiuni ale paletei vibrează în raport cu linia nodurilor

- cele mai periculoase sunt primele două forme de vibraţie care pot duce la apariţia

amorselor de fisuri, precum şi propagarea acestora în cazul vibraţiilor de amplitudini mari;

- ultima formă are o frecvenţă foarte înaltă şi iese din domeniul de funcţionare îndelungată a

motorului.

Calculul frecvenţei proprii a paletei (fp)

Analiza vibraţiilor paletelor de compresor centrifugal relevă faptul că amplitudinile

maxime se obţin pe porţiunea cea mai lată a paletei;

Experimental s-a constatat că influenţa porţiunii rectilinii EA asupra formei de vibraţie a

paletei este neglijabilă. Frecvenţa proprie periculoasă apare în sectorul ABCD.

Obs:

- dacă din sectorul ABCD se „decupează” un element de lăţime unitară se obţine o

grindă în consolă, cu secţiune transversală variabilă, căreia i se poate calcula frecvenţa proprie;

se iau în considerare mai multe cazuri:

h

l

b=ct.

h

l

b=ct.

h1

E B

C

D

A

1 2 3

Page 9: 03 Compresoare Centrifugale Si Axiale

Pentru examen: schiţele cu soluţiile constructive detaliate din bibliografie = obligatorii !!!!

9

B

hh1

1) grindă în consolă cu secţiune transversală constantă pe toată lungimea paletei:

25,11

h Ef

l

unde: ρ = densitatea materialului

E = modulul de elasticitate

2) grindă sub formă de pană:

27,66

h Ef

l

3) grindă trapezoidală

2

h Ef B

l unde 1B B h h

Calculul frecvenţelor de excitaţie (fc)

- frecvenţele de excitaţie apar datorită forţelor dinamice perturbatoare:

df n z

unde: n = turaţia [rot/s];

zd = numărul de palete ale aparatului director fix.

3.3 Particularităţi constructive ale compresoarelor axiale

3.3.1 Construcţia paletelor de rotor

Părţile componente ale paletei sunt: corpul, piciorul, porţiuni intermediare (numai la unele

palete).

Caracteristici:

1) lungimea;

2) forma profilului;

3) legea de variaţie a secţiunii în lungul paletei;

4) forma piciorului paletei;

5) modul de siguranţare a paletei la disc;

6) soluţiile constructive pentru diminuarea amplitudinilor datorare vibraţiilor.

Corpul paletei:

- lungimea paletei rezultă din calculul gazodinamic şi de rezistenţă astfel încât să asigure:

o debitul necesar de aer;

o tensiuni mai mici sau egale cu cele admisibile pentru materialul utilizat în secţiunea

cea mai solicitată.

- lungimea cea mai mare se întâlneşte la paletele primei trepte: lmax = 450..500 mm (sau mai

mari !!!)

- lungimea minimă o au paletele de la ultima treaptă: lmin = 25..30 mm (sau mai mici!!!)

Forma profilului:

- variază în secţiune în funcţie de viteza de curgere a aerului

- profilele pot fi subsonice sau supersonice, pe toată lungimea sau pe tronsoane ale paletei

(unele palete au profile supersonice la vârf sau subsonice la baza paletei)

Legea de variaţie a secţiunii în lungul paletei:

- este dată de amplitudinea solicitărilor

Page 10: 03 Compresoare Centrifugale Si Axiale

Pentru examen: schiţele cu soluţiile constructive detaliate din bibliografie = obligatorii !!!!

10

- pot fi palete cu aria secţiunii constantă sau cu aria care variază după o lege liniară,

eventual parabolică

- paletele de rotor sunt confecţionate din aliaje de Al, aliaje de Ti sau din oţel (în funcţie de

eforturile termice la care sunt supuse)

Piciorul paletei:

- serveşte la fixarea paletei la disc;

- poate fi de tip:

o trapezoidal („coadă de rândunică”);

o Laval;

o con de brad (mai rar);

o cu ştifturi;

o palete sudate la disc;

- poate lipsi în cazul în care paletele şi discul se confecţionează „dintr-o bucată”.

Corpul intermediar:

- se impune când diferenţa dintre secţiunile de intrare şi de ieşire sunt foarte mari

(lungimea bordului de atac este >> lungimea bordului de fugă);

- se execută prin decupări pentru micşorarea masei;

- la unele palete pe picior se pot dispune şi elemente de etanşare (labirinţi).

Fixarea paletei la disc:

- se face prin elemente de siguranţare:

- ştifturi;

- şuruburi de siguranţare;

- inele elastice:

- siguranţe lamelare

- ştifturi sau şuruburi prinse la partea interioară a paletei;

- siguranţe lamelare şi pinten de sprijin, etc.

- trebuie să îndeplinească următoarele condiţii:

- simplitate constructivă;

- să nu introducă concentratori de efort;

- să permită montări şi demontări repetate, fără distrugerea paletei sau discului.

Paleta

Disc

Inel

elastic

Paleta

Disc

Siguranţă

lamelară Paleta

Disc

Siguranţă

lamelară

Pinten

Page 11: 03 Compresoare Centrifugale Si Axiale

Pentru examen: schiţele cu soluţiile constructive detaliate din bibliografie = obligatorii !!!!

11

Soluţiile constructive pentru diminuarea amplitudinilor datorare vibraţiilor: (paletele lungi

sunt supuse la vibraţii de amplitudini mari) => se folosesc bandaje sau inele pentru mărirea

rigidităţii;

3.3.2 Construcţia rotorului compresorului axial

După numărul de lagăre rotoarele compresoarelor axiale pot fi:

o în consolă;

o pe două reazeme (cea mai folosită);

o pe două reazeme şi o treaptă în consolă;

Pentru asigurarea dilatării libere + preluarea forţelor radiale şi axiale reazemele pot fi:

o radial (role, ace);

o radial-axial (cu bile);

Ex.: la R11:

- r.j.p.: primul reazem = radial cu role;

al doilea reazem = radial-axial cu bile;

- r.î.p.: primul reazem = radial-axial cu bile;

al doilea reazem = radial-axial cu bile.

Rotorul pe două reazeme se foloseşte atât pentru trepte subsonice cât şi supersonice.

Rotorul cu o treaptă în consolă are treapta din consolă de regulă supersonică. Acestea nu au

montanţi la dispozitivul de admisie, iar rulmentul radial este montat în dreptul statorului primei

trepte.

După soluţia constructivă rotoarele pot fi:

o tip tambur: paletele sunt dispuse pe un înveliş conic;

o tip disc: paletele sunt montate pe discuri independente:

o tip tambur-disc: au discuri separate pentru fiecare treaptă, dar există elemente de

legătură dintre ele care asigură formarea tamburului.

Ex: la R11:

r.j.p.: disc în consolă la treapta I şi tambur-disc la următoarele două trepte (tamburul

se realizează prin îmbinare specială cu ştifturi);

r.î.p.: discuri independente pentru fiecare treaptă; tamburul se realizează prin

îmbinare cu ştifturi sau prin presare;

Solicitările la care sunt supuse rotoarele:

- acţiunea forţelor gazodinamice => dau naştere la Mt, Minc, etc.

forţele şi momentele se dezvoltă pe corpul paletelor;

forţa axială se dezvoltă atât pe paletă cât şi pe disc sau tambur;

- acţiunea forţelor centrifuge;

- acţiunea momentului de torsiune transmis de la turbină;

- acţiunea momentelor încovoietoare datorate :

greutăţii proprii

forţelor de inerţie ce apar pe timpul evoluţiei aeronavei;

- solicitări datorate vibraţiilor (dat. curgerii pulsatorii);

Page 12: 03 Compresoare Centrifugale Si Axiale

Pentru examen: schiţele cu soluţiile constructive detaliate din bibliografie = obligatorii !!!!

12

- solicitări termice datorate încălzirii neuniforme.

Obs: pe timpul evoluţiilor aeriene apar momente giroscopice considerabile, momentele

încovoietoare dau solicitări foarte mari => se impune echilibrarea rotorului.

A. Rotorul tip tambur

Paletele pot fi dispuse pe tambur:

a) în canale longitudinale:

- canalele se execută mai uşor;

- distanţa dintre palete se poate regla cu ajutorul unor piese intermediare

- dezavantaj: numărul de palete pe orice treaptă este acelaşi

b) în canale transversale:

- pe fiecare treaptă se pot monta un număr diferit de palete;

Palete dispuse în canale longitudinale Palete dispuse în canale transversale

Utilizarea este limitată de valorile mari ale vitezelor tangenţiale: v = 180..200 m/s.

B. Rotorul tip disc

Avantaje:

- construcţie simplă şi uşoară;

- soluţia permite dimensionarea discurilor ţinând cont de solicitarea pe fiecare treaptă;

- discurile se pot dispune pe arbore relativ uşor, iar strângerea la arbore se poate face:

- prin fretare;

- prin caneluri;

- flanşe şi buloane;

- de regulă arborele central este prevăzut la capete cu inele pentru fixarea în lagăr;

- arborele este gol la interior şi are diametru relativ mare;

- pe arbore, între discuri, se pot monta elemente de distanţare (intermediare).

Fixarea prin fretare:

- îmbinarea se face la cald: T= 150..170 ºC;

Page 13: 03 Compresoare Centrifugale Si Axiale

Pentru examen: schiţele cu soluţiile constructive detaliate din bibliografie = obligatorii !!!!

13

- momentul de frecare dintre arbore şi disc trebuie să fie mai mare decât momentul de

torsiune;

- asigurarea fixării doar prin fretare poate duce la apariţia unor tensiuni interne mari => la

unele soluţii se folosesc suplimentar ştifturi sau caneluri pentru mărirea siguranţei în

funcţionare şi micşorarea strângerii prin fretare.

Fixarea prin caneluri:

- canelurile au formă trapezoidală;

- pot transmite momente de torsiune mari;

- pentru montare şi demontare uşoară, arborele se execută în trepte;

Fixarea pe arborele în trepte:

- discurile se fixează prin presare unul câte unul;

- preluarea momentului de torsiune se realizează prin intermediul unor caneluri frontale

practicate atât în arbore cât şi în disc;

- pot transmite momente de torsiune mari;

- fabricaţia este complicată (mai ales a canelurilor de pe arbore).

Fixarea prin flanşe şi buloane:

- flanşele pot fi continue sau discontinue;

- este un sistem simplu din punct de vedere tehnologic, dar buloanele sunt foarte

solicitate;

Obs: unele discuri pot fi montate în consolă, caz în care apar vibraţii cu amplitudini mari,

iar soluţia constructivă se complică.

C. Rotorul tip tambur-disc

Reprezintă o soluţie combinată între tambur şi disc.

Caracteristic: partea de tambur se formează prin îmbinarea unor proeminenţe practicate pe

disc (de regulă la extremităţile discurilor)

Avantaje:

- permite transmiterea de solicitări mari, prin construirea porţiunii de tambur ca solid de

egală rezistenţă

- se formează cavităţi interne, închise, ce asigură canalizarea corespunzătoare a aerului

către labirinţii de etanşare, precum şi descărcarea de forţă axială;

- se pot folosi elemente constructive din materiale diferite

Dezavantaje: pentru realizare se impun condiţii tehnologice foarte severe.

După modul în care se realizează îmbinarea porţiunilor de tambur avem:

- îmbinare prin ştifturi dispuse radial;

- îmbinare prin şuruburi dispuse radial;

- fixarea discurilor între ele prin intermediul unui şurub central sau cu şuruburi dispuse în

jurul arborelui

Page 14: 03 Compresoare Centrifugale Si Axiale

Pentru examen: schiţele cu soluţiile constructive detaliate din bibliografie = obligatorii !!!!

14

3.3.2 Construcţia statorului compresorului axial

Statorul este format din:

- reţele de palete de stator precum şi cele ale aparatului director;

- carcasa compresorului

- sisteme de eliminare a fenomenului de pompaj.

Paletele de stator se pot fixa în reţea astfel:

- în consolă;

- încastrate la un capăt şi sprijinite la celălalt;

- sudate la ambele capete;

- reglabile în timpul funcţionării motorului

Paletele fixate în consolă

- fixarea se face la capătul exterior prin şuruburi, prin sudură sau în canale trapezoidale

(coadă de rândunică);

- este o soluţie simplă din punct de vedere constructiv, dar la paletele lungi apar

vibraţii de amplitudini mari.

Paletele încastrate la un capăt şi sprijinite la celălalt

- se foloseşte atunci când reţeaua de palete se poate demonta în două părţi în plan

longitudinal;

- paletele pot fi fixate:

- la carcasa compresorului prin şuruburi, sudură (la carcasă sau la un inel exterior);

- sprijinite la interior într-un inel cu orificii.

Paletele reglabile

Sistemul de comandă poate fi:

o pe la partea exterioară a motorului (carcasa):

- cresc dimensiunile diametrale ale motorului;

- se centrează greu elementele de antrenare;

- soluţie constructivă simplă

o pe la partea interioară:

- se foloseşte de regulă un sector dinţat, pe fiecare paletă existând un pinion de

antrenare;

- sistemul trebuie să aibă dimensiuni mici pentru a putea fi montat.

Carcasa compresorului

Cerinţe:

- să participe la preluarea solicitărilor date de paletele statorului precum şi cele solicitate

provenite de la celelalte elemente auxiliare ale carcasei;

- să facă parte din sistemul de rezistenţă al motorului;

- să aibă greutate mică;

Canal

trapezoidal

Carcasa

Paletă

Inel interior

Şurub

Sudură

Page 15: 03 Compresoare Centrifugale Si Axiale

Pentru examen: schiţele cu soluţiile constructive detaliate din bibliografie = obligatorii !!!!

15

- să nu se deformeze la solicitări mari, pe timpul evoluţiilor aeronavei;

- să fie suficient de rezistentă pentru a putea transmite forţa de reacţie, deoarece ferurile de

prindere ale motorului la fuselaj se montează de regulă pe carcasa compresorului;

- să permită montarea – demontarea uşoară a compresorului;

- să asigure dispunerea convenabilă a agregatelor.

Pentru montarea-demontarea uşoară a elementelor de stator, carcasa poate fi:

- cu plan de separaţie perpendicular pe axa motorului;

- cu plan de separaţie longitudinal;

- soluţie combinată.

Pentru rigidizare, carcasa poate fi prevăzută cu nervuri: se reduce masa carcasei şi a

motorului, dar apar concentratori de tensiuni.

Când carcasa se realizează din mai multe elemente îmbinate, se folosesc flanşe pentru

asigurarea centrajului.

Pe carcasa compresorului sunt dispuse sisteme antipompaj.

Pompajul se poate elimina prin:

1. modificarea poziţiei paletelor;

2. prelevare de aer prin orificii practicate în carcasă. Deschiderea orificiilor se face prin:

- bandă elastică;

- volet;

- cu supapă.

a) debitul prelevat depinde de mărimea orificiilor practicate în carcasă şi de înălţimea

de ridicare a benzii elastice (RD 9B);

b) aerul captat în canalul colector este evacuat pe lângă clapetă;

c) sistem prevăzut cu verin hidraulic şi un canal colector (la motoarele care intră mai

greu în pompaj – R11).

Orificiile se dispun în interstiţiul dintre paletele de stator şi rotor; nu se dispun în dreptul

paletelor de rotor căci ar constitui o sursă de vibraţie. Numărul orificiilor este mare pentru a nu

perturba parametrii fluidului la intrarea în rotor.

Paletă stator Carcasă

Bandă elastică Canal colector Volet

Piston

Supapă

Canal colector

Page 16: 03 Compresoare Centrifugale Si Axiale

Pentru examen: schiţele cu soluţiile constructive detaliate din bibliografie = obligatorii !!!!

16

Jocurile dintre paletele de rotor şi paletele de stator.

Jocurile dintre paletele de rotor şi carcasă.

Obs:

- mărimea acestor jocuri depinde de:

- starea de încălzire a paletelor de rotor şi stator;

- solicitările la care este supusă aeronava în zbor;

- posibilităţile de execuţie şi condiţiile gazodinamice de curgere.

- mărimea jocului axial influenţează direct asupra uniformităţii curgerii în reţea precum şi

asupra vibraţiilor la care este supusă pala;

- pentru mărirea randamentului compresorului se iau măsuri speciale de etanşare

suplimentară a acestor jocuri, care, la rândul lor , trebuie să aibă dimensiuni mici.

Valorile permise pentru jocurile axiale şi radiale

sunt:

0,15..0,4a b , unde b = coarda profilului

paletei

0,0025..0,007r

l

- la primele trepte

0,015..0,04r

l

- la ultimele trepte

Soluţii constructive pentru micşorarea jocului radial:

a) cu un canal practicat în carcasă;

b) bandaj cu labirinţi practicat la vârful paletei;

c) bandaj din material moale dispus în carcasă în dreptul paletei de rotor.

l Δr

Δa

a) b) c)

Page 17: 03 Compresoare Centrifugale Si Axiale

Pentru examen: schiţele cu soluţiile constructive detaliate din bibliografie = obligatorii !!!!

17

3.4 Sisteme de etanşare

3.4.1 Consideraţii generale

Sistemele de etanşare sunt impuse de:

- necesitatea de a obţine randamente mari;

- necesitatea de a crea cavităţi închise între elementele în mişcare şi elementele fixe;

- necesitatea de a se împiedica contactul dintre fluide cu parametrii diferiţi (ex.: ulei cu

gaze arse)

Sistemele de etanşare trebuie să îndeplinească condiţiile:

- să funcţioneze sigur şi stabil la orice regim de turaţie al motorului;

- să aibă dimensiuni cât mai mici, îndeosebi cele longitudinale;

- să nu necesite soluţii complicate şi o întreţinere specială;

- să funcţioneze bine la diferenţe mari de presiune;

- să aibă pierderi minime, chiar şi în situaţia în care este foarte solicitat;

- să fie montate şi demontate uşor;

- să nu se deterioreze la demontarea altor elemente;

- frecările între elementele de etanşare şi cele statice să fie minime;

Obs:

- aceste condiţii sunt îndeplinite parţial de sistemele de etanşare actuale

Clasificare:

- fără contact:

o cu interstiţii;

o cu labirinţi;

o cu spirale;

- prin contact: cu segmenţi.

3.4.2 Sisteme de etanşare fără contact

A. Etanşarea prin interstiţii

Se folosesc la elementele cu dimensiuni

diametrale mici;

L = lungimea elementului ce realizează

etanşarea;

s = înălţimea interstiţiului.

- în funcţie de L şi s se apreciază şi căderea

de presiune pe interstiţiu

- în proiectare se consideră: L/s > 150,

pentru ca sistemul să funcţioneze sigur;

- pentru L/s < 150 este preferabil să se

folosească alte elemente de etanşare

(labirinţi);

- pentru creşterea lungimii L, se folosesc

diferite sisteme de etanşare cu interstiţii:

Obs: - mai greu de realizat dar asigură o etanşare mai bună.

Dezavantaj: trebuie să se asigure o centrare foarte bună a pieselor;

s

L

L

p1

p2

Page 18: 03 Compresoare Centrifugale Si Axiale

Pentru examen: schiţele cu soluţiile constructive detaliate din bibliografie = obligatorii !!!!

18

Calculul debitului de aer prin interstiţiu

0 2Q A p unde:

0A = aria secţiunii interstiţiului la intrare;

i e f = coeficientul de pierderi în interstiţiu;

i = coeficient de pierderi la intrarea în interstiţiu: = 0.5..0,52

e = coeficient de pierderi la ieşirea din interstiţiu: = 3..4

f = coeficient de pierderi prin frecări în interstiţiu: = 1,35..2,7

1 2p p p = căderea de presiune

Se folosesc:

- la arbori în apropierea carcaselor (cu o centrare foarte bună); la agregate, etc.

B. Etanşare prin labirinţi

Obs:

- se poate realiza etanşarea între cavităţi

cu fluide diferite;

- se folosesc la elementele cu turaţii

mari şi dimensiuni diametrale relativ

mari;

- se utilizează la căderi mari de

presiune;

- nu necesită o întreţinere deosebită;

- funcţionează corect la temperaturi

ridicate.

Dezavantaje:

- are dimensiuni longitudinale mari;

- randamentul depinde de precizia

execuţiei canalelor labirinţilor;

- sunt sensibili la montare şi demontare;

- nu asigură o etanşare perfectă.

Obs:

- procesul de reducere a presiunii în labirint este un proces de laminare a fluidului;

- labirintul este format dintr-o serie de camere, forma şi dimensiunile acestora fiind în

funcţie de căderea de presiune impusă pe labirint şi de posibilităţile de dispunere.

- în prima fază fluidul se contractă, iar la intrarea în cameră se destinde, apărând o zonă de

curgere turbionară - apare un consum suplimentar de energie;

- în secţiunea minimă (de trecere de la o cameră la alta) cresc frecările dintre fluid şi pereţii

solizi;

s

l

p1

p2

Caz ideal

Caz real

Căderea de presiune pe un labirint

p1 p2

l

Page 19: 03 Compresoare Centrifugale Si Axiale

Pentru examen: schiţele cu soluţiile constructive detaliate din bibliografie = obligatorii !!!!

19

Tipuri de labirinţi

k = coeficientul pierderilor de presiune

Calculul debitului de fluid scos prin labirinţi:

2 2

1 2

1

a

p pG kA

zRT

pentru curgerea subsonică

unde:

1

2

21 ln

ke p

ez p

= coeficient de debit prin care se apreciază curgerea prin

labirintul real;

A = aria secţiunii labirintului;

1T = temperatura de intrare;

z = numărul de camere ale labirintului;

= coeficient ce ţine seama de forma peretelui labirintului

e = coeficient de repartizare a energiei cinetice; depinde de pasul relativ al camerelor

labirinţilor.

Măsuri pentru creşterea eficienţei labirinţilor:

- folosirea unui labirint cu număr mare de camere (presupune lungime mare): în aviaţie se

folosesc labirinţi cu 10z ;

- la diferenţe mari de presiune se folosesc labirinţi etajaţi;

- suflarea cu aer a labirintului.

k = 1,27 k = 1,15 k = 0,7

α = 0,8 α = 1 α = 0,65

Page 20: 03 Compresoare Centrifugale Si Axiale

Pentru examen: schiţele cu soluţiile constructive detaliate din bibliografie = obligatorii !!!!

20

3.4.3 Etanşarea prin contact (cu segmenţi)

Se folosesc în următoarele situaţii

- când se impune separarea totală a 2 cavităţi în care sunt

fluide de natură diferită;

- vitezele periferice nu sunt prea mari (80..100 m/s);

- pentru arbori cu dimensiuni diametrale mici;

- diferenţe mari de presiune (10..15 daN/cm2).

Se folosesc de obicei împreună cu labirinţi.

Segmenţii se execută din: oţel, bronz, fontă.

La executarea segmenţilor se iau măsuri speciale, deoarece în funcţionare intervin forţe de

frecare foarte mari:

- segmentul trebuie să aibă suprafeţe perfect paralele;

- suprafaţa de contact a segmentului să fie maximă;

- jocul transversal prin segment să fie cât mai mic astfel încât pierderea de presiune să

fie cât mai mică

s = 1,1..0,2 mm

Obs:

- La montare se are în vedere ca jocurile transversale să nu fie pe aceeaşi linie

- Segmenţii pot fi montaţi direct pe arbori sau pe o bucşă specială

Condiţii de calcul

a) segmentul să nu se rotească în îmbinare;

b) frecarea pe suprafaţa laterală 2-2 să fie cât mai mică;

c) prin segment să poată fi izolate fluide de naturi diferite

Prin calcul se precizează presiunea necesară a fi asigurată de forţa elastică a segmentului,

astfel ca acesta să nu se rotească în îmbinare.

1p = presiunea fluidului;

2p = presiunea pe suprafaţa laterală a segmentului;

kp = presiunea de contact a segmentului;

În secţiunea 1-1: 1 1fM F R unde:

1f fe faF F F

s

h

R

1p

2

2

r1

r

dr

R1

R

1 1

b

2p

kp

Page 21: 03 Compresoare Centrifugale Si Axiale

Pentru examen: schiţele cu soluţiile constructive detaliate din bibliografie = obligatorii !!!!

21

12fe kF Rb p - datorată elasticităţii segmentului;

1 12faF Rb p - datorată presiunii segmentului de către fluid;

=> 1 1 12fe kF b Rp r p => 1 1 1 12 kM Rb Rp r p

În secţiunea 2-2: 2 2dM dF r unde: 2 2 22dF r dr p =>

1

1

3 32 1 1

2 2 2 2 22 23

R

r

R rM p r dr p

Din condiţia de echilibru a segmentului: 2 2 2 2

1 1 1 1 2R r p R r p ??? =>

2 2

12 1 2 2

1 1

R rp p

R r

=>3 3 2 2

1 1 12 2 12 2

1 1

23

R r R rM p

R r

Din condiţia: 1 2M M rezultă: ...kp

Măsuri constructive pentru creşterea eficienţei etanşării cu segmenţi:

1) asigurarea paralelismului feţelor;

2) momentul M2 să fie cât mai mic - se realizează prin ungerea suprafeţelor respective

ale segmentului sau prin tratamente de suprafaţă (cromare);

3) când momentul M2 este mare se folosesc mai mulţi segmenţi, dar nu mai mulţi de 3;

4) elasticitatea segmentului să fie cât mai mare (să se păstreze chiar şi la temperaturi

ridicate;

Dezavantaj: etanşarea nu este eficientă decât la arbori cu diametre mici (<120 mm).