CALCULUL IMBINARILOR DE TIP TRAPEZOIDAL (COADA DE RANDUNICA)

CALCULUL IMBINARILOR DE TIP TRAPEZOIDAL (COADA DE RANDUNICA)

1. Calculul tensiunilor si a coeficientilor de siguranta.

Imbinarile de tip trapezoidal sunt folosite cu prioritate la paletele de compresor axial, deoarece au greutate mica si sunt usor de executat. Pentru calcul se vor folosi schemele si notatiile date in fig. 48.

Stabilirea relatiilor de calcul se fac in limitele urmatoarelor ipoteze:

- forta centrifuga F_c a intregii palete este data de forta centrifuga a aerofoliei F_cc, si forta centrifuga a piciorului de paleta F_cp,

F_c = F_cc + F_cp

- forta centrifuga a portiuni din coroana discului cuprinsa intre paletele vecine, F_cd

- momentul incovoietor M^g, dat de forta de presiune a gazelor pe aerofolie, avand valoarea maxima in sectiunea de la baza acesteia.

Fig 48 - Schemele si notatiile folosite pentru calculul tensiunilor

in paleta cu picior trapezoidal.

Relatiile de calcul pentru tensiuni sunt urmatoarele:

1 - Tensiunile de intindere in sectiunea 1-1, de la baza aerofoliei,

F_cc - forta centrifuga a aerofoliei dezvoltata in sectiunea de la baza acesteia.

A_1-1 - aria sectiunii profilului de la baza aerofoliei.

2 - Forta normala pe suprafata de contact,

sau

F_cp - forta centrifuga a piciorului de paleta

3 - Calculul tensiunilor de strivire pe suprafetele de contact.

M_I - momentul de incovoiere,

W_d - modulul de rezistenta al ariei portiunii de disc (pe o latura) care este in contact cu paleta,

, este lungimea suprafetei de contact,

b - latimea coroanei discului.

4 - Tensiunile de intindere in sectiunea minima a portiunii de coroana.

dar

H - distanta 2-2.

5 - Tensiuni de incovoiere in sectiunea 2-2.

- momentul incovoietor dat de forta de presiune a gazelor in sectiunea 1-1,

W - modulul de rezistenta in sectiunea 1-1 de la baza aerofoliei,

,

z - numarul de palete montate in retea.

6 - Tensiunile de forfecare.

Se produc tensiuni de forfecare in sectiunile 3-3 ale paletei si 4-4 ale discului (fig. 49),

,

Fig. 49 - Schema de calcul.

In sectiunea 2-2, tensiunile de intindere se insumeaza cu tensiunile de incovoiere .

7 - Influenta dispunerii inclinate a paletei in retea.

Dispunerea piciorului de paleta inclinat cu unghiul θ, pe coroana discului, determina o solicitare suplimentara a imbinarii ca urmare a neconcordantei intre directiile de actiune ale fortelor normale N, pe suprafetele de contact. Prin aceasta se dezvolta un moment de torsiune M_r, si apar tensiunile suplimentare σz, preluate de portiunea de disc dintre palete

(fig. 50).

Fig. 50 - Schema de calcul pentru momentu M_z.

Decalajul intre directiile de actiune ale fortelor Q', normale la suprafetele de contact este:

Cand unghiul θ = 0, si , solicitarea suplimentara nu se mai produce.

Momentul de torsiune M_r este:

Daca se inlocuieste forta N, rezulta:

Tensiunile suplimentare sunt:

,

in care,

8 - Tensiunile totale in imbinare, cand paletele sunt dispuse inclinat pe coroana discului, in sectiunea 2-2, sunt:

9 - coeficientul de siguranta cu considerarea rasucirii,

n_i - coeficientul de siguranta dat de fortele de intindere, considerat din conditia de rezistenta limita,

,

unde

σ_o - tensiunea limita admisa pentru materialul discului,

n_r - coeficientul de siguranta la torsiune, pentru conditiile de rezistenta limita a materialului,

10 - Concentrari de tensiuni.

Concentrari de tensiuni se produc atat in piciorul de paleta, dar si in coroana discului (fig. 51). Aceste concentrari de tensiuni sunt apreciate prin intermediul unui coeficient χ care majoreaza tensiunile de incovoiere σ_I. Coeficientul χ depinde de unghiul de trapezoidalitate δ al piciorului de paleta. Ca urmare, tensiunile de incovoiere cu considerarea concentrarilor de tensiune este:

Fig. 51 - Concentrari de tensiuni in piciorul de paleta

- Tensiuni admisibile pentru piciorul de paleta de tip rapezoidal [daN/cm²].

Influenta dispunerii paletei pe o coroana de disc inclinata.

In cazul retelelor la care lungimea aerofoliei, la bordul de atac este mai mare fata de lungimea de la bordul de fuga, coroana discului este inclinata pe latimea ei. Ca urmare, sub actiunea fortei centrifuge a aerofoliei apare o componenta care tinde sa scoata paleta din imbinare, solicitand siguranta piciorului de paleta (fig. 52).

Fig. 52 - Schema de calcul.

Forta care solicita siguranta este:

,

unde

F_fr - foita de frecare pe suprafetele de contact intre piciorul de paleta si disc,

N - forta normala la suprafata de contact,

μ - coeficient de frecare avand valori μ = 0 ÷ 0,3

Cand α = 60^o, μ = 0,2

Forta de frecare este:

Ca urmare, forta care solicita siguranta piciorului de paleta este:

3. Unele defecte care pot apare in imbinarile de tip trapezoidal.

In imbinarile dintre paleta si disc pot apare:

A - Fisuri in coroana discului, in zonele de racordare, unde si concentrarile de tensiuni sunt cele mai mari. Fisurile se dispun la aproximativ 45°, si se continua in coroana discului.

Asupra aparitiei acestor fisuri pot influenta si vibratiile paletelor si ale discului. Pentru evitarea lor pot fi luate urmatoarele masuri:

- reducerea tensiunilor statice si a celor variabile,

- durificarea unei parti din coroana discului,

- micsorarea unghiului α,

- cresterea razelor de racordare,

- argintarea suprafetelor de contact ale paletelor si ale coroanei discului,

- amortizarea vibratiilor paletelor.

B - Corodarea suprafetelor de contact, prin care se va reduce rezistenta la oboseala a imbinarii. Coroziunea poate apare prin:

- distrugerea stratului de mastic, la imbinarile la care pentru etansare, dar si pentru amortizarea vibratiilor, se foloseste un strat de mastic,

- influenta aerului cald, cand temperatura este mai mare de 400°C, asupra stratului de mastic, cu deteriorarea acestuia,

- coroziunea poate avea o adancime de 0,2 - 0,3 mm, si este mai intensa la paletele executate din aliaje de titan.

Pentru reducerea efectului coroziunii se vor utiliza etansari cu mastic numai cand temperatura este t ≤ 200°C.

C - ruperea unei portiuni din coroana discului, pe din lungimea ei, ca urmare a oboselii materialului.

Fig. 53 - Fisuri si ruperi posibile in coroana discului.