Đồ án Động cơ CFM 56-5B

và hiển thị trên màn hình chính ECAM. Khi có tín hiệu phản hồi từ máy bay trở lại ECU nhận và xử lý để bảo đảm động cơ hoạt động liên tục, an toàn và đạt hiệu suất cao nhất. Ngoài ra, ECU còn quản lý hệ thống nhiên liệu của động cơ và hệ thống khởi động. Quá trình cung cấp nhiên liệu, khởi động hoàn toàn do ECU điều khiển tự động. Động cơ CFM 56 -5B còn được trang bị hệ thống điều khiển độ giãn cách giữa cánh động của tuabin và vỏ động cơ để nâng cao hiệu suất của động cơ. Quá trình điều khiển này được thực hiện bởi các secvo thuỷ lực và hệ thống nhiên liệu. Nó được ECU điều khiển và quản lý. ECU luôn kiểm soát độ giãn cách này bằng các cảm biến. Đồng thời luôn luôn điều chỉnh để động cơ làm việc ở chế độ có hiệu suất cao nhất. Ngoài những chức năng đã kể trên khối máy tính điều khiển động cơ ECU còn có chức năng điều khiển các van trích khí, xả khí và các cơ cấu xoay cánh của máy nén. 2. Hệ thống nhiên liệu. Hệ thống nhiên liệu có nhiệm vụ cung cấp nhiên liệu cho động cơ máy bay hoạt động. Nó bảo đảm cung cấp nhiên liệu theo yêu cầu của động cơ trong mọi tình huống và điều kiện làm việc. Động cơ CFM 56 -5B còn sử dụng nhiên liệu để điều khiển các van xả khí, điều khiển xoay cánh stato máy nén ở tầng 3, 4 của máy nén cao áp để khắc phục tình trạng chết máy do hóc khí động cơ. Ngoài ra nhiên liệu còn được sử dụng để điều khiển khoảng cách giữa cánh turbine và vỏ động cơ. Ngoài những nhiệm vụ trên hệ thống nhiên liệu còn có nhiệm vụ làm mát dầu bôi trơn thông qua thiết bị trao đổi nhiệt giữa nhiên liệu và dầu bôi trơn. Sơ đồ nguyên lý hệ thống nhiên liệu động cơ CFM56-5B Hệ thống nhiên liệu của động cơ CFM 56 -5B gồm có: Bơm thấp áp Bơm cao áp Bộ lọc Bộ trao đổi nhiệt dầu bôi trơn / nhiên liệu Các van an toàn Van một chiều Các cảm biến nhiệt độ nhiên liệu, áp suất nhiên liệu. Ngoài ra hệ thống nhiên liệu còn có các vòi phun nhiên liệu và khối thuỷ cơ HMU để điều khiển các van xoay cánh hướng, van xả khí, điều khiển độ giãn cách giữa cánh tuabin và vỏ động cơ. Nguyên lý hoạt động của hệ thống nhiên liệu động cơ CFM 56 -5B Nhiên liệu từ thùng dầu máy bay được đưa đến hệ thống nhờ bơm thấp áp (LP pump) sau đó nhiên liệu được đi qua bộ trao đổi nhiệt dầu bôi trơn / nhiên liệu. Qua đó nhiệt độ của dầu bôi trơn được truyền cho nhiên liệu. Sau khi qua bộ trao đổi nhiệt, nhiên liệu đi qua bộ lọc và đến bơm cao áp. Tại bộ lọc, bơm đều được lắp các van an toàn để phòng khi áp suất trong hệ thống quá cao (do tắc lọc) nhiên liệu sẽ qua van trở về nguồn. Sau khi qua bơm cao áp, nhiên liệu được đi tới các vòi phun để cung cấp cho buồng đốt và một phần nhiên liệu đi đến khối thuỷ cơ HMU để điều khiển các van. Một phần nhiên liệu từ khối thuỷ cơ và các bộ trao đổi nhiệt được trở lại thùng chứa qua van một chiều. Trước khi nhiên liệu hồi về có một đường nhiên liệu được trích ra từ bơm thấp áp để trộn lẫn nhiên liệu trở về có tác dụng làm giảm nhiệt độ nhiên liệu vào thùng. 3. Hệ thống thổi ngược. Hệ thống thổi ngược hay hệ thống đảo chiều lực đẩy có nhiệm vụ đổi chiều luồng khí thổi qua luồng ngoài theo chiều ngược lại, mục đích để tăng lực hãm của máy bay làm giảm quãng đường chạy đà khi hạ cánh. Hệ thống thổi ngược của động cơ CFM 56 - 5B là loại cơ cấu thổi ngược dạng lưới. Trong cơ cấu này các phần tử dùng để đổi chiều luồng khí là các dãy profil cánh. Bình thường khi không cần đảo chiều lực đẩy thì cơ cấu này đóng xuôi theo vỏ động cơ. Khi hệ thống hoạt động thì cơ cấu mở ra và các dòng khí thổi ra ngoài được các cánh hướng theo chiều ngược lại. Hệ thống đảo chiều hoạt động được là nhờ hệ thống thủy lực chính của máy bay và cơ cấu dẫn động. Cấu tạo của hệ thống thổi ngược gồm các phần tử sau: Bộ điều khiển thuỷ lực HCU( Hydraulic Control unit) Cảm biến vị trí mở cửa thổi ngược (Switches for the deploy position) Cảm biến vị trí đóng cửa thổi ngược (Switchs for the stow position) Hệ thống các khoá cửa thổi ngược Hệ thống điều khiển điện, điện tử nối với khối máy tính điều khiển động cơ ECU và khối giao diện động cơ - máy bay EIU Các cơ cấu dẫn động (Actuator) Các xy lanh thuỷ lực đóng mở cửa Bộ điều khiển thuỷ lực có chức năng điều khiển sự hoạt động của các xy lanh thuỷ lực và các khóa thuỷ lực. Nó bao gồm: - Hai van phân phối một van điều khiện bằng tín hiệu điện, một van điều khiển bằng tín hiệu thuỷ lực. - Van an toàn, - Van điều áp, - Cảm biến áp suất, - Bộ lọc và thiết bị báo tắc lọc. Nguồn thuỷ lực cấp cho hệ thống thổi ngược lấy từ hai nguồn thuỷ lực chính của máy bay là nguồn thứ nhất (Green) và nguồn thứ hai (Yellow). Hai nguồn thuỷ lực này thuộc hệ thống thuỷ lực chính của máy bay. Chúng hoạt động độc lập với nhau, trong chế độ hoạt động bình thường thì chỉ có một nguồn cấp được sử dụng, còn một nguồn kia ở chế độ dự phòng. Sơ đồ nguyên lý điều khiển hệ thống thổi ngược Khoá thuỷ lực. Van tiết lưu. Van phân phối điều khiển bằng thuỷ lực. Xylanh hành trình đóng mở cửa thổi ngược. Thùng dầu. Bộ lọc Bơm. Van an toàn. Van an toàn. Bộ lọc Van phân phối điều khiển bằng điện Nguyên lý hoạt động của hệ thống thổi ngược. Quá trình mở cửa thổi ngược chỉ có thể được thực hiện khi máy bay ở mặt đất và phải có đầy đủ các điều kiện lôgic sau: - Một kênh truyền của khối điều khiển động cơ ECU hoạt động khi nhận được tín hiệu từ tay ga trên buồng lái - Tín hiệu càng đã được thả từ hệ thống điều khiển càng LGCIU (Landing gear control interface Unit) - Khối máy tính điều khiển động cơ đưa động cơ về chế độ lực đẩy nhỏ nhất. Khi khối máy tính điều khiển động cơ ECU đã nhận đủ các tín hiệu logic trên thì nó bắt đầu mở van phân phối điều khiển bằng điện cấp áp suất thuỷ lực cho bộ điều khiển thuỷ lực HCU. - Các truyền cảm áp suất gửi tín hiệu tương tự về áp suất thuỷ lực hệ thống cho ECU, lúc này các khoá thuỷ lực được mở ra. Các cảm biến vi trí cửa thổi ngược liên tục cho ECU các thông tin về vị trí. Khi các khoá được mở ra 100%, nguồn thuỷ lực được cấp cho các xy lanh để mở cửa thổi ngược. Sau khi nhận được các tín hiện mở cửa 100% từ các truyền cảm vị trí thì ECU đóng các van phân phối để khoá nguồn thuỷ lực cấp từ hệ thống và chuẩn bị cho quá trình đóng cửa thổi ngược. Chương 2 Tính toán nhiệt khí động động cơ và tua bin A. điều kiện làm việc và các số liệu cho trước I. Điều kiện làm việc -Động cơ làm việc ở mặt đất : H = 0 ,V = 0 (MH = 0 ứng với H = 0), n = nmax -áp suất môi trường xung quanh :pH=101325 Pa. -Nhiệt độ môi trường :TH=288 0K. II. Các số liệu cho trước -Hệ số phân luồng : m = 5.6 -Lưu lượng không khí qua động cơ trong điều kiện tính toán : GKS= GKmax = 410 (kg/s). -Lưu lượng không khí qua luồng trong : = 62.1 kg/s -Lưu lượng không khí qua luồng ngoài : = 347.9 kg/s -Nhiệt độ khí cháy trước tua bin : -Tỷ số nén của quạt : -Tỷ số nén luồng thấp áp (quạt + máy nén thấp áp) : -Tỷ số nén của máy nén cao áp : -Các tham số không khí : +k=1,4; R=287 J/kg.độ; CP=1004,5 J/kg.0K. -Các tham số khí cháy : +k’=1,33; R’=288,3 J/kg.độ; CP=1161,9 J/kg.0K. III. Sơ đồ tính toán động cơ Các thiết diện tính toán động cơ . 0-0: Thiết diện phía trước động cơ (môi trường xung quanh). 1-1: Thiết diện trước quạt 1Q-1Q : Thiết diện sau quạt 2-2:Thiết diện trước buồng đốt chính (thiết diện sau máy nén ). 3-3: Thiết diện trước tua bin . 4-4: Thiết diện sau tua bin . 5-5: Thiết diện tại miệng phun. X-X: Thiết diện trước máy nén cao áp . Y-Y: Thiết diện trước tua bin thấp áp . B. TíNH TOáN NHIệT KHí ĐộNG ĐộNG CƠ Các tham số luồng chảy 1.Thiết diện trước máy nén (1-1) a.Nhiệt độ hãm: = 288 oK = 288 oK b.Tốc độ của dòng khí tại cửa vào máy nén : -Tốc độ âm thanh tới hạn: ath = 18.3 . = 310.56 m/s -Khi đó: C1 = . ath = 217.39 m/s c.Nhiệt độ: T1 = T - = 264.48 oK d.áp suất hãm : p = = 97272 Pa ; với =0,96 2.Thiết diện trước máy nén cao áp (x-x) a.áp suất hãm: p= p. Pa b.Nhiệt độ hãm : T = T= 432.3oK Trong đó: hiệu suất máy nén thấp áp 3.Thiết diện trước buồng đốt chính (2-2) a.áp suất hãm: p = p . = 2723616 Pa b.Nhiệt độ hãm: T = T= 763.7oK Trong đó hiệu suất của máy nén cao áp c.Tốc độ dòng khí ở cửa ra máy nén : C2 = 145 m/s 4.Thiết diện trước tua bin (3-3) a.áp suất hãm: p== 2614671 Pa :tổn thất ở buồng đốt b.Nhiệt độ hãm : T = 1400 0K c.Lưu lượng tiêu hao nhiên liệu tương đối: = 0.0184 Trong đó : +gLM=0,03: lưu lượng không khí tương đối làm mát +Nhiệt trị của nhiên liệu: Hu=43150 (KJ/kg) +: hiệu suất đốt cháy + :nhiệt dung riêng đẳng áp . d.Vận tốc dòng khí tại cửa vào tua bin -Ta có : = 0.1727 Với m=0,0396; F3=0,13 (m2) ; Gkc Gkk Tra bảng hàm khí động ta có: = 0.109 - = 74.63m/s 5.Công của rô to máy nén và tua bin a.Công nén khí luồng ngoài : = 48325 J b.Công cấp cho luồng ngoài : Le = m.LII = 270622 J c.Công của máy nén thấp áp: = 96619 J d.Công của máy nén cao áp : = 332905 J e.Công của tua bin cao áp : = 336826 J f.Công của tua bin thấp áp: = 371567 J m = 5.6 : Hệ số phân luồng g.Tỷ số giãn nở ở tua bin cao áp: = 0.218 = 2.693 h.Tỷ số giãn nở ở tua bin thấp áp: =0.30 = 4 6.Thiết diện trước tua bin thấp áp (y-y) a.áp suất hãm : = 970739.42 Pa b.Nhiệt độ hãm : = 289.88 oK = 1110.1 oK 7.Thiết diện sau tua bin (4-4). a.áp suất hãm: = 230483 Pa b.Nhiệt độ hãm: = 319.78 oK = 790.3oK c.Tỷ số giãn nở ở tua bin : = 11.34 d.Vận tốc dòng khí sau tua bin : = 257.23m/s chọn 8.Thiết diện sau miệng phun (5-5) -Mức giảm áp của dòng khí khi không tăng lực: = 2.27 -Nhiệt độ: = 678.4oK -Nhiệt độ hãm : = 673.73 oK :là hiệu suất của miệng phun. -áp suất : = 121129.5 Pa -Tốc độ dòng khí ở cửa ra miệng phun: = 510.02 m/s -Lực đẩy riêng : = 582.7 N.s/kg -Suất tiêu hao nhiên liệu : = 0.0172kg/N.h c. Tính toán nhiệt khí động tua bin động cơ. I. Các số liệu cho trước và sơ đồ luồng chảy 1. Các số liệu cho trước - Lưu lượng khí cháy qua tua bin GKC=GNL+GKI=GK.(1+gNL)=64.33 kg/s. - áp suất toàn phần trước tua bin P0*=261671 Pa. - Nhiệt độ dòng hãm trước tua bin T0*=1400 0K. - Công yêu cầu của tua bin LT=LTCA+LTTA= 708393 J/kg. - Tốc độ vòng quay tua bin cao áp nCA=14600 vòng/ phút. - Tốc độ vòng quay tua bin cao áp nTA= 5000 vòng/ phút. - Đường kính trong tua bin Dng=0,7 m.=const 2. Sơ đồ dạng luồng chảy tua bin . 3. Quy ước tên các thiết diện của tua bin. - Thiết diện 0-0:Tại cửa vào lá thiết bị phun tầng 1. - Thiết diện 1’-1’:Tại cửa ra lá thiết bị phun tầng 1. - Thiết diện 2’-2’:Tại cửa vào lá thiết bị phun tầng 2. - Thiết diện 2-2:Tại cửa ra lá quay tầng 2. II. Tính toán nhiệt khí động tua bin 1.Tính các thông số dồng khí tại cửa ra tua bin (2-2). Nhiệt độ dòng hãm tại cửa ra tua bin : 789.699oK áp suất hãm : 245627 Pa 2. Tính diện tích của ra tua bin tại thiết diện (2-2) - Chọn hệ số M tại cửa ra tua bin M2C= 0.7 Tra bảng hàm khí động thấp áp có mật độ tương đối của dòng q(l2)= 0.9116 - Chọn góc thoát của dòng tại cửa ra tua bin 75o Theo phương trìng lưu lượng thấp áp có diện tích lưu thông cửa ra tua bin F2 là: 0.2061 m2 3. Các thông số hình học đối với hai tầng tua bin . Đường kính ngoài tại cửa ra tua bin : 0.8674 m Đường kính trung bình tại cửa ra tua bin. 0.8181 m Tốc độ tuyệt đối tại cửa ra : C2=M2C.368 m/s Trong đó 720.80 4. Tính các thông số hình học của tầng đầu tại thiết diện (0-0) Chọn số : M0=0.3 Tra bảng hàm khí động thấp áp có : q(l0)= 0.4877 Diện tích cửa vào tua bin : 0.13 m2 Đường kính ngoài tại cửa vào tua bin : 0.8096 m Đường kính trung bình tại cửa vào tua bin : 0.7548 m Chiều cao các lá thiết bị phun tầng 1 : 0.5482 m Tốc độ tuyệt đối cửa vào : C0=M0.=217.85 m/s Trong đó 1375.2 oK Iii. Tính toán khí động tua bin tầng 1 theo bán kính trung bình. 1. Tính các tham số sau tua bin tầng 1, tại thiết diện (2’-2’). Nhiệt độ dòng hãm : 1110.1oK áp suất dòng hãm : 993418 Pa 2. Xác định kích thước luồng chảy Đường kính ngoài tại thiết diện (2’-2’) : Dn2’=0.8310 m2 Đường kính trung bình tại thiết diện (2’-2’) : 0.7655 Diện tích dòng chảy tại cửa ra tua bin tằng 1 : 0.1643 m2 3. Xác định mật độ tương đối của dòng tại cửa ra tua bin tầng 1. 0.4979 trong đó chọn góc mở cửa ra tầng 1: 75o Từ q(l2’c) ở trên tra bảng hàm khí động 0.328 4. Tính các thông số tốc độ của dòng khí tại cửa ra tua bin tầng 1. Tốc độ tuyệt đối trên cửa ra của tầng 1: 246.58 m/s Tốc độ dọc trục của dòng khí trên cửa ra tua bin tầng 1 : Ca2’=C2’.sina2’= 238.18m/s Tốc độ quay treo của dòng khí trên cửa ra tua bin tầng 1: Cu2’=C2’ cosa2’ =63.82 m/s 407.62 m/s Thành phần theo phương quay của tốc độ tương đối tại cửa ra tua bin tầng 1 : Wu2’=Cu2’+UTB2’=471.43m/s Tốc độ tương đối của dòng khí tại cửa ra tua bin tầng : W2’=528.19 m/s 5. Xác định kích thước luồng chảy tại cửa ra của thiết bị phun tầng 1.(1’-1’) Theo dạng luồng chảy ta xác định được chiều cao lá quay tai (1’-1’): h1’= 0.058 m Đường kính trong của luồng chảy tại (1’-1’) : Dn1’=Dt+2.h1’= 0.8165 m Đường kính trung bình của luồng chảy tạI (1’-1’) : DTB1’=Dt+h1’= 0.7583 m Diện tích luồng chảy tại thiết diện (1’-1’) : 0.1388 m2 6. Xác định thành phần tốc độ vòng tuyệt đối của dòng khí tại thiết diện (1’-1’) 470.51 m/s trong đó : - Tốc độ vòng tại (1’-1’) ; 406.78 m/s - Tốc độ vòng tại (2’-2’): 409.63 m/s 7. Xác định góc a1’ và tốc độ tuyệt đối của dòng khí tại thiết diện (1’-1’) =20.5O Dựa vào đồ thị ta xác định được : l1’c =0.74 Trong đó 678.81 m/s Tốc độ tuyệt đối của dòng khí tại cửa ra của thiết bị phun tầng 1 : C1’=l1’. ath1’= 502.32 m/s Tốc độ dọc trục của dòng khí tại cửa ra thiết bị phun tầng 1 : Ca1’=C1’.sin = 175.92 m/s Tốc độ tương đối của dòng khí tại cửa vào bánh công tác tua bin tầng 1 : W1’=187.10 m/s 8. Tính áp suất tĩnh và nhiệt độ dòng khí tại cửa ra thiết bị phun tầng 1(1-1) Với l1’c=0,74 tra bảng hàm khí động ta có: 0.7229 Vậy áp suất tĩnh tại thiết diện (1’-1’) là: P1’=P1’*.p(l1’c)=P0*.sTBP. p(l1’c)= 175794 Pa Với l1’c tra bảng hàm khí động ta được t(l1’c)= 0.9224 Vậy nhiệt độ của dòng khí tại cửa ra thiết bị phun tầng 1 là : T1’=T0*.t(l1’c)= 718.65 oK 9. Góc của góc độ tương đối trên cửa vào và cửa ra bánh công tác tua bin tầng I Góc của góc độ tương đối tại cửa vào bánh công tác tua bin tầng I() 70.08o Góc của góc độ tương đối tại cửa ra bánh công tác tua bin tầng I() 26.66o 10. Xác định độ thu hẹp luồng chảy K. 2.095 ta có ; tra đồ thị ta có 0.98 11. Tính công đoạn nhiệt của dòng khí dãn nở trong bánhcông tác tua bin tầng 1. 128513 J/kg áp suất tĩnh tại cưả ra bánh công tác tua bin tầng 1 : 723989 Pa Nhiệt độ tại cưả ra bánh công tác tua bin tầng 1 : 813 oK iV.Tính toán khí động tua bin tầng 1 tại bán kính trong và ngoài STT Công thức tính Dt DTB Dn Đơn vị 1 0.9144 1 1.0856 2 514.54 470.51 433.42 m/s 3 175.92 175.92 175.92 m/s 4 18.88 20.50 22.09 (0) 5 371.97 406.78 441.58 m/s 6 50.98 70.08 -87.34 (0) 7 226.43 187.11 -176.11 m/s 8 543.78 502.32 467.76 m/s 9 69.62 63.67 58.65 m/s 10 374.58 409.63 444.69 m/s 11 Ca2’ 237.61 237.61 237.61 0K 12 73.67 75.00 76.13 (0) 13 28.14 26.66 25.27 (0) 14 503.76 529.59 556.60 m/s 15 247.60 245.99 244.74 m/s V. Tam giác tốc độ trên ba bán kính. Căn cứ vào số liệu tính toán ở trên ta vẽ được tam giác tốc độ trên ba bán kính. Thiết diện gốc lá Thiết diện trung bình Thiết diện mút lá vi. tạo profin lá công tác của tua bin 1. Các thông số hình học của lá TT Các tham số Gốc T. bình Dn Đơn vị 1 Dây cung profin 50 48 44 mm 2 Chiều dày tối đa profin 10.8 8.8 5.4 mm 3 Bước mạng 30 35 41 mm 4 Số lá quay 55 55 55 5 70 53 46 5(0) 6 Góc lắp profin : + Gốc lá : q = 0,85bm + Trung bình, mút lá : : q = 0,85bm 62 52 45 (0) 7 Hình chiếu dây cung xuống phương dọc trục : s = b,sinq 48 45 35 mm 8 Chiều rộng nhỏ nhất của kênh chảy qua lá quay (a) 15 16 17 mm 9 Bán kính mép vào (r1) 2.2 2.1 1.9 mm 10 Bán kính mép vào (r2) 1.3 1.0 0.8 mm 11 Độ cong lớn nhất của prôfin 17.2 12.2 9.2 mm 2. Cách dựng profin lá công tác của tua bin Bước 1: Vẽ hai đường thẳng AB và CD cách nhau một khoảng S. Vẽ hai vòng tròn tâm O2 và O2’ bán kính r2 tiếp xúc với AB, cách nhau một khoảng t. Qua tâm O2, vẽ đường thẳng mn tạo với AB một góc b21 Vẽ hai đường thẳng mfn và mhu tiếp xúc với r2, tạo với mn một góc j2/2. Các điểm f và h là các điểm cuối của một mặt lưng và bụng profin Bước 2 : Từ tâm O2 vẽ một vòng tròn bán kính r2 + a. Bước 3 : Chọn góc d1 = 8 á 150, dựng đường thẳng tạo với AB một góc bằng b21-j2/2+d1, tiếp xúc với vòng tròn tâm O2, bán kính r2 + a tại P. Mặt lưng của profin phải đi qua tiếp điểm P này. Bước 4 : Vẽ tam giác tốc độ, xác định véc tơ tốc độ trung bình và góc bm Bước 5 : Từ điểm q (giao điểm của AB và mn kẻ đường thẳng O1’F tạo với CD một góc bm (song song với Bước 6 : Từ tâm O1’ vẽ vòng tròn tiếp xúc với CD và qy, bán kính r1 Từ tâm O1’ kẻ đường thẳng O1’F tạo với CD một góc b11 Vẽ hai đường thẳng kgN và kle tiếp xúc với vòng tròn tâm O1’ tại g và tạo với O1’F góc j2/2 Bước 7 : Từ điểm tiếp xúc P, kéo dài tiếp tuyến này, cắt đường thẳng kn tại X. Trên gN lấy các đoạn bằng nhau và bằng NX Trên fN lấy cũng lấy số đoạn thẳng tương ứng (nhưng có độ dài mỗi đoạn khác nhau). Nối các điểm tương ứng ta được đường gấp khúc, lượn tròn đường gấp khúc ta được parabol, đó là mặt lưng của profin. Bước 8 : Dựng đường tròn có đường kính Cmax, cách mép trước một đoạn xc và tiếp xúc với mặt lưng lá. kéo dài điểm tiếp xúc với tâm của đường tròn. Qua điểm h, dựng đường thẳng hO1’’ vuông góc với mhu và cắt đường kéo dài của tâm Cmax tại O1’’ Dùng O1’’ làm tâm, quay cung tròn bán kính R1 tiếp xúc với vòng tròn tâm r2, vòng tròn Cmax và vòng tròn bán kính r1 Nếu không tiếp xúc với r1 thì chọn O2’’ trên đường kéo dài qua tâm Cmax, quay cung tròn R1’ tiếp xúc với r1 và Cmax Profin lá quay của tua bin tầng 1 tại thiết diện gốc lá Profin lá quay của tua bin tầng 1 tại thiết diện trung bình Profin lá quay của tua bin tầng 1 tại thiết diện mút lá Chương 3 Tính toán kiểm bền trục tuabin động cơ CFM56-5B I. Xác định các tải tác dụng lên trục tuabin động cơ Đối với động cơ máy bay, việc tính toán kiểm bền trục tuabin là một điều rất quan trọng, nó đóng vai trò quyết định tới tuổi thọ của động cơ. Vì trong quá trình làm việc của động cơ thì trục dẫn động quay với tốc độ rất lớn, mặt khác khi làm việc trục tuabin còn phải chịu nhiều tải tác dụng lên nó, do đó nếu ta không tính toán hợp lý, chọn vật liệu, kích thước đúng sẽ dẫn đến hỏng hóc trục tuabin, làm cho động cơ không làm việc được. ở phần tính toán này ta sử dụng tài liệu kỹ thuật về tính toán động cơ máy bay theo tài liệu tham khảo... Khi trục tuabin động cơ làm việc sẽ có các tải chính tác động như sau: - Mômen xoắn (MK). - Lực dọc trục (P0). - Lực ly tâm sinh ra do khối lượng rôto không cân bằng (PN). - Mômen con quay sinh ra khi máy bay cơ động (Mr). - Lực quán tính li tâm khi máy bay cơ động (PJ). - Các ứng lực từ bánh răng truyền động,... Sơ đồ các tải tác dụng lên trục tuabin như sau: 1. Các giả thiết - Khi tính toán ta bỏ qua trọng lượng của trục. - Bỏ qua tính đàn hồi của các ổ đỡ. - Bỏ qua độ biến dạng trục. a. Khi tính toán kiểm bền cho trục: Ta phải chọn ở chế độ trục phải chịu tải dọc trục và mômen xoắn lớn nhất, đó là giai đoạn máy bay cất cánh nhưng đối với động cơ CFM56-5B thì tốc độ vòng quay lớn nhất mà trục cao áp có thể làm việc được là n = 14600 (v/p). Do đó ta sẽ kiểm bền trục cao áp với số vòng quay là n = 14600 (v/p), tương ứng với tốc độ góc là: w = = 1528.13 (rad/s) b. Chọn sơ bộ đường kính trục cao áp: Theo các thông số động cơ CFM56-5B, ta chọn: - Đường kính ngoài trục tuabin cao áp: D = 185 (mm) = 0,185 (m). - Đường kính trong trục tuabin cao áp: d = 170 (mm) = 0,17 (m). c. Chọn vật liệu trục, đĩa, lá quay của tuabin - Đối với vật liệu làm trục: Ta chọn thép hợp kim Niken, ký hiệu: 40XH2MA. Loại thép này có: sbền = sb = 110.000 (N/cm2). - Đối với vật liệu làm đĩa tuabin: ta chọn thép hợp kim Niken, thép hợp kim có ký hiệu là: ЭИ481 và có trọng lượng riêng: 7,8 (g/cm3). - Đối với vật liệu làm lá tuabin: ta chọn thép hợp kim Niken cùng loại với vật liệu làm đĩa là: ЭИ481 và có trọng lượng riêng: 7,8 (g/cm3). Các trình tự tính toán, công thức sử dụng và các bảng tra các thông số được lấy trong tài liệu tham khảo... 2. Tính các tải tác dụng a. Tính các thành phần ứng suất do mômen xoắn sinh ra Khi động cơ làm việc do áp suất không khí sau máy nén hoặc do sự làm việc không đều ở các vòi phun theo thời gian và các nguyên nhân khác sẽ sinh ra thành phần ứng suất thay đổi. Như vậy, mômen xoắn sẽ sinh ra trong các thiết diện của những giá trị ứng suất tiếp không đổi (tm) và ứng suất thay đổi (ta). + Xác định giá trị tm (đơn vị: MN/m2). áp dụng công thức: Trong đó: - Mk là mômen xoắn trục, Mk= Với: n - tốc độ vòng quay của trục cao áp, n = 10450 (v/p). Ni- công suất bên trong của tuabin cao áp (W). được tính: Ni = LT.CA´GKI = 490826,096´129 = 63316566,38 (W). GKI = = 129 (kg/s); LT.CA= 490826,096 (J/kg). Suy ra mômen xoắn: MK == 57863,465 (Nm). - W là mômen chống uốn thiết diện ngang trục, được tính: W== 1,78.10-4 (m3). Từ MK và W ta tìm được giá trị ứng suất tiếp tm của trục cao áp: tm== 162,538 (MN/m2). + Xác định ta (MN/m2) Thành phần ứng suất ta tính theo tm ta = (5á10)%tm, chọn ta = 8%tm = 0,05´162,538 = 8,127 (MN/m2). b. Tính các thành phần ứng suất do lực dọc trục sinh ra Các ứng suất kéo này bao gồm 2 thành phần: thành phần không đổi (sm1) và thành phần thay đổi (sa1). b.1. Xác định sm1 (MN/m2) Ta có: sm1 = Trong đó: + f: Diện tích tiết diện ngang của trục (đơn vị m2). D = 185 (mm) = 0,185 (m). d = 170 (mm) = 0,170 (m). Do đó: f = = 0,00418 (m2). + P0: Lực dọc trục tuabin cao áp (đơn vị N) được xác định: lực dọc trục sinh ra do sự tác động của dòng khí vào đĩa quay, vào lá quay và lực quán tính của rôto khi máy bay tăng (hoặc giảm) tốc. Do đó ta phải tính cho từng tầng. Sơ đồ các lực: Lực dọc trục tác dụng lên tuabin cao áp được xác định bởi công thức: P0 = Q1 + Q2 + Q3 - Q4 - Q5 + Q6 Trong đó: + Q1 - là lực tác dụng từ bên trái lên bề mặt tuabin. Q1 = pB D1: đường kính chân lá quay rôto. D: đường kính ngoài trục. pB: áp suất của khí làm mát lấy từ tầng 9 máy nén. + Q2 - Lực tác dộng bên trái lên bề mặt giới hạn bởi D2 và D1. Q2 = + Q3 - Lực chênh áp của dòng khí cháy trước và sau lá tuabin. Q3 = + Q4 - Lực được xác định bởi sự thay đổi động lượng dòng khí qua kênh các lá. Q4 = GKC(C2a - C1a) + Q5 - Lực tác động lên bề mặt sau của đĩa. Q5 = p2 + Q6 - Lực quán tính dọc trục được sinh ra khi máy bay tăng hoặc giảm tốc. Q6 = mP.a mP: khối lượng rôto. Do có không khí làm mát đĩa cả trước và sau nên không có sự chênh áp, do vậy: Q1 + Q2 = Q5. Chính vì thế lực dọc trục tác dụng lên rôto tuabin cao áp còn lại là: P0 = Q3 - Q4 + Q6. * Tính lực dọc trục tầng TBCA - Tính Q3: Q3 = Với D3 = DNG = 0,952 (m). D2 = DTR = 0,7624 (m). p1 = p= 3482364,686 (N/m2). p2 = p= 2234274,24 (N/m2). Do đó: Q3 = 318468,2 (N). - Tính Q4: Q4 = GKC(C2a - C1a) Trong đó: C1a = Ca= 65,774 (m/s). C2a = 230,73 (m/s). GKC = 131 (kg/s) Do đó: Q4 = 21609,236 (N). - Tính Q6: Q6 = mrôto1´a Trong đó: a: Gia tốc sinh ra khi trục thay đổi tốc độ (khi máy bay tăng hoặc giảm tốc thì sinh ra lực quán tính dọc trục. Trong đồ án xét trường hợp máy bay tăng tốc). Chọn gia tốc a = 2 (m/s2). mrôto1: Khối lượng rôto tuabin. mrôto1 = Vđĩa´r + mlá´zlá Để tính mrôto1 ta phải tính thể tích đĩa bằng cách chia đĩa thành hình vành khăn và tính thể tích từng hình vành khăn (theo hình vẽ). Đo động cơ theo mẫu và dựa vào tỷ lệ ta có: D1 = 0,742025 (m). D2 = 0,697725 (m). D3 = 0,64235 (m). D4 = 0,3987 (m). D5 = 0,299025 (m). D6 = 0,210425 (m). b1 = 0,033225 (m). b2 = 0,037 (m). b3 = 0,022 (m). b3’ = 0,032225 (m). b4 = 0,088 (m). + Tính thể tích của đĩa: V1 = = 1,664.10-3 (m3). V2 = = 2,155.10-3 (m3). V3 = = 4,3805.10-3 (m3). V4.1 = = 1,201.10-3 (m3). V4.2 = = 8,796.10-4 (m3). V4.3 = = 8,796.10-4 (m3). V5 = = 3,118.10-3 (m3). Vậy thể tích của đĩa là: Vđĩa = V1 + V2 + V3 + V4.1 + V4.2 + V4.3 + V5 = 0,01427 (m3). + Số lượng lá quay ở tầng rôto TBCA là: z = 82. Thực tế khối lượng 1 lá quay: mlá = 0,25 (kg). ị khối lượng rôto TBCA tầng là: mrôto1= 0,01427´7800 + 0,25´82 hay mrôto1 = 131,806 (kg). Do đó: Q6 = 131,806 ´ 2 = 263,612 (N). Vì thế lực dọc trục tác dụng lên rôto tuabin cao áp tầng là: P01 = 318468,2 - 21609,236 + 263,612 = 297122,576 (N). b.2. Cách xác định sa1 (đơn vị: MN/m2) Thành phần thay đổi (sa1) được tính bởi công thức: sa1 = (0,05á0,1)sm1; Chọn sa1 = 0,05sm1= 5,148 (MN/m2). c. Xác định lực ly tâm: PN (đơn vị: N) Lực ly tâm do khối lượng không cân bằng của rôto, ký hiệu là PN, được tính bởi công thức sau: PN = mP ´ e ´ w2 Trong đó: mP: Khối lượng rôto (kg). e: Khoảng cách từ trọng tâm rôto đến trục tuabin. w: Vận tốc góc của trục cao áp. (w = 1093,77 (rad/s)). Giá trị (mP´e): là thành phần không cân bằng rôto, được lấy theo các tiêu chuẩn kỹ thuật, có giá trị từ 2.10-5 (kgm) đối với loại động cơ có kích thước bé và b