Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей под ред. Хронина Д. В. (1014169), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Для уменьшения влияния этого явления на характеристики компрессора применяют лабиринтные уплотнения. Работа лабиринтного уплотнения основана на создании большого гидравлического сопротивления на пути перетекающего воздуха— многократного дросселирования воздуха при течении его через каналы с резко меняющимися проходными сечениями (рис. 3.57). Однако полностью изолировать области с разными давлениями а помощью лабириитного уплотнения невозможно. Оно лишь Рис. 3.33, Лабиринтнме воздушные уплотнении: а — с прямыми гребешками; б — с гребешками, расположениымн под углом; е н а— раановндностн лабиринтных уплотнение с гоебсшкам к распологх иньо н на конических паверкиостях; à — ротор; 2 — неподвижная легаль уменьшает расход воздуха при перетеканин из области с высоким давлением в область с низким давлением до допустимых значений.
На рис. 3.58 показаны возможные конструктивные варианты лабиринтного уплотнения. Гребешки следует нарезать на вращающихся деталях, так как в случае касания ими неподвижной детали образующиеся ряски не окажут заметного влияния на ее сопротивление усталости. Наличие же рисок на вращающейся детали приводит к резкому снижению сопротивления усталости и, как следствие, ее разрушению. Эффективность лабирннтногс уплотнения зависят от формы и наклона гребешков, их числа а, перепада у явлений, уплот .немых полостей, величины зазора 6 (см. рис.
3.57) и определяется расходом ш перетекающего воздуха мех х г РО ~~1 ~Я,Е Здесь й — коэффициент, учнтывьчощий особенности расширения и неполноты торможения воздуха н камерах и зависящий ог конструкции лабиринта;. 7;ш гт11ср6 -- площадь:ечения щели, м", где хх,р — средний диаметр уплопшния, и; ро и рт -- давления перед и за уплотнением, Пя; То = температура перед уплотнением, К;. 1(п †- газовая постоянная„ Дж!кг к.
Значения й, найденные экспериментально для 3 = 7 и 6 =- = 0,1 ... 0,4 мм 132) для гребешков, указанных на рис. 3.57: Номер уплотнении ...., ., 1 2 3 4 Ь 1 37 1 !3 1 О1 Ц 76 О 33 С уменьшением зазора 6 н увеличением числа гребешков эффективность лабнринтного уплотнения возрастает. Для снижения количества перетекающего между ступенями воздуха до приемлемой величины достаточно 3 ., 5 гребешков. При больших перепадах (за последней ступенью компрессора) их число должно быть существенно увеличено, Но чтобы не увеличивать длину уплотнения, лабиринты можно устанавливать в два и три яруса (см. рип. 3.9, поз.
Б). Эффективность уплотнения суп1ественно 13О повышается при использовании гребешков с наклоном. Самым эффективным является уплотнение и гребешками переменной высоты и соответственно ступенчатой втулки (см. рис. 3.57, № 4). Однако это уплотнение треоует разъема неподвижной втулки для обеспечения сборки. На величину расхода воздуха через уплотнение супгественво в,пияет форма кромок гребешков. Поскольку даже неболыпое округление вызывает заметное снижение эффективности уплотнения, то нх притупление недопустимо, что и должно указываться в рабочих чеатежах. Для повышения эффективности уплотнения зазор 6 должен иметь минимально возможную величину. Задевание гребешков о неподвижное кольцо вызывает их больпюй износ, нагрев и повреждение.
Для обеспечения работоспособности уплотнения при минимальном и даже нулевом зазорах гладкое кольцо должно иметь специальное мягкое, легко прирабатываемое покрытие— графоталькированное или графитоалюминиевое. При мягком покрытии гребешки при касании могут прорезать в нем канавки, не приводя к стопорению ротора. 3.13, РАДИАЛЬНЫЕ И ОСЕВЪ|Е ЗАЗОРЫ Назначение зазоров — предотвратить возможность соприкосновения подвижных поверхностей компрессора с неподвижнымн при самых неблагоприятных режимах работы. В то же время величина зазоров существенно влияет на характеристики компрессора и двигателя в целом, а именно, на КПД компрессора, тягу двигателя и удельный расход топлива. Особенно большое значение имеют радиальные зазоры между рабочими лопатками и корпусом компрессора.
Увеличение относительного радиального зазора (отношение величины радиального зазора к длине лопатки) на 1 % приводит к уменьшению КПД компрессора до 3 %, что вызывает увеличение расхода топлива до 10 %. Это обусловливается тем, что при бопьших зазорах возрастает перетекание воздуха из полостей с большим давлением в полости с меньшим давлением и уменьшается напорность компрессора.
Поэтому величина радиального зазора должна быть минимально возможной для всех режимов работы двигателя. Величина радиального зазора зависят от допусков на изготовление деталей, их возможных перекосов, прогиба под действием веса, овализации корпуса ч ротора, деформашзй ротора при переходе через критическую тастоту вращения (см. гл. 7), изменения размеров от действия :агрузок (инерционных сил н давления) и температуры.
Вследствие неодинаковой температуры корпуса по его длине и радиусу а также различной жесткости, обусловленной наличием ребер и фланцев, в корпусе на различных его,участках возникают различные деформации. При наличии продольных разъемов, вследствие существенно различной окружной жесткости, возни- хает температурная овализация корпуса. 121 Деформация ротора определяется значением центробежной силы, температурой нагрена деталей и коэффициентом температурного расширения материала, Деформация разъемного ротора зависит также от способа соединения секций. Наименьшую деформацию имеет ротор, секции которого соединены при помощи торцевых треугольных шлиц.
Таким образом, величины радиальных зазоров для первых, средних н последних ступеней компрессора должны быть различными. Учет всех факторов для назначения зазоров при проектировании компрессора чрезвычайно сложен, особенно учет остаточных деформаций лопаток и дисков в процессе длительной эксплуатации. Поэтому окончательно радиальный зазор уточняется при доводке компрессоров. Для уменьшения радиального зазора применяют специальные мягкие покрытия, которые наносят на внутреннюю поверхность корпуса шириной, несколько большей проекции ширины лопатки на ее периферии на ось ротора 1с целью учета нзаимных осевых смещений ротора и статора). Толщина покрытия после обработки должна быть 1 ... 3 мм. В зависимости от температуры воздуха в каждой ступени применяют покрытия на основе графита, талька, асбеста, алюминиевой пудры и других компонентов, соединяемых с помощью специальных лаков.
Для лучшего соединения с корпусом на его поверхности под покрытие выполняют спиральные канавки глубиной около 0,5 мм и шагом приблизительно 1 мм. С целью уменьшения зазора можно использовать специальные полимерные легко вырабатываемые покрытия, в которых лопатки как бы протачивают канавку. Однако использование подобных покрытий допустимо при стабильности характеристик полимерного материала во времени при рабочих температурах. На разных режимах работы радиальный зазор будет различным. По мере развития газотурбинных двигателей одним из основных требований является улучшение их параметров и, в частности, уменьшение удельного расхода топлива, который в значительной степени определяется КПД компрессора.
Поскольку КПД зависит от величины радиального зазора, сохранение его минимальной величины постоянным на всех режимах работы двигателя чрезвычайно актуально, Для поддержания оптимальной величины радиального зазора на различных режимах работы двигателя осушествляется его регулирование, например, путем нагрева или охлаждения корпуса компрессора последних ступеней, у которых его величина изменяется наиболее значительно. Согласно статистическим данным значение относительного радиального зазора !для нерегулируемого зазора) составляет 0,2 ...
0,7 % для первых ступеней и 1,5 ... 5 % — для последних. Определив радиальные зазоры для первой и последней ступеней, находят радиальные зазоры для промежуточных ступеней, принимая линейный закон их изменения, что допустимо при проектировании на уровне технических предложений. 122 Осевые зазоры между рабочими и направляющими лопатками желательно иметь минимальными, так как они влияют на длину н массу компрессора. При очень малых значениях осевых зазоров возникаег неустойчивая работа компрессора и появляются опасные вибрации лопаток.
Вследствие этого осевой зазор выбирают в пределах 15 ... 25 е2о длины хорды рабочей лопатки на среднем радиусе. 3.14. МАТЕРИАЛЪ| ДЛЯ ДЕТАЛЕЙ ОСЕВЫХ КОМПРЕССОРОВ При выборе материалов для деталей осевого компрессора следует исходить из их теплового состояния, сопротивления коррозии и эрозии и обеспечения требуемой долговечности. Входные устройства. При рабочей температуре ! ( 250'С применяют листовые материалы: дуралюмин и титановый сплав, при ! ( 500 'С вЂ” титановый сплав и коррозионно-стойкую сталь, при ! > 500 'С вЂ” коррозионно-стойкую сталь, например, 12Х18Н9Т.
Диски, барабаны и проставки ротора. Алюминиевые сплавы можно применять при температурах до 250 'С, тнтановые сплавы и жаропрочные стали — до 450 ... 550 'С. Механические свойства некоторых материалов. используемых для изготовления дисков, проставок и барабанов, приведены в табл. 3.5. Во всех случаях указанные детали штампуют и обрабатывают механнчески.
Рабочие лопатки. При температуре ! ( 250 'С возможно применение алюмняиевых сплавов АК4-1 и ВД-17. Однако для обеспечения необходимого сопротивления усталости при попадании посторонних предметов лопатки первой ступени следует выполнять из коррозионно-стойкой стали.
Пря рабочей температуре лопаток менее 250'С для нх изготовления можно использовать также стеклопластики, При температуре до 500 еС применяют титановые сплавы ВТ3-1, ВТ8, Таблааа 35 пр лр же Мате. риал ВТ!0 ЗЗХНЗМ 360 4 95 380 4 100 440 !О !!5 ... 150 950... Г 0 ... 340 АК-2 АК4-1 Ь!17 ВТЗ- ! ВТЗ 1060 5,3 310 ... 340 950 !4 290 ... 310 305 ...
325 299 ... 321 420 А 18Х2Н4МА 1120 13 40ХН2МА ! ООО 12 1ЗХ14НЗВ2ФР 1200 15 200 10 ...!6 26 1000 ... !! 00 8 ... 12 310 ... 350 Таблица 36 Хм и ги и» и \ ч о и 1 йь и и ьо ьм Модуль упругости и Х й=. еь ег е ь ь Марка стали Примечание а ь Мнь 1000 900 800 600 840 730 700 490 450 157000 500 145000 550 125000 600 109000 730 630 440 270 580 300 200 !50 500 460 430 300 !ЗХ11Н2В2МФ 620 470 500 300 270 !80 13Х14НЗВ2ФР 500 155000 550 !40000 9!О 650 730 670 440 920 750 570 380 450 !62000 500 151500 550 600 136000 14Х17Н2 Таблица 37 Для деталей двигателей, работающих при температуре до 600 С Для лопаток дискон валов стилевых болтон, работаюших при температуре до 550 'С Для лопаток компрессора при температуре нагреиа до 500 'С Корпус компрессора. Выбор материала для корпуса также определяется его рабочей температурой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
