Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей под ред. Хронина Д. В. (1014169), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Корпус может быть литым из алюминиевых сплавов АЛ4 и АЛ5, упрочнепяых термообработкой, или сварным из листового тнтаяового сплава и стали. Механические свойства алюминиевых сплавов и магниевого сплава, применяемого для переднего корпуса дозвуковых двигателей, приведены в табл. 3.7. Вал компрессора и цапфы. Наиболее часто для их изготовления используют стали 18Х2Н4МА, 40Х2МА, 12Х2Н4А. Для деталей воздушных уплотнений применяются мягкие углеродистые стали типа сталь 10, а при допустимой рабочей температуре— алюминиевые сплавы.
Титановые сплавы. Для изготовления деталей компрессора широко используются титановые сплавы. Это объясняется их высоким пределом прочности, не меньшим, чем у некоторых сортов сталей, при сравнительно небольшой плотности р = 4,5 х Х 10з кг/мз. Поэтому применение титановых сплавов позволяет заметно снизить массу компрессора, а вместе с тем и массу всего двигателя (табл.
3.8). Однако, применяя титановые сплавы, следует учитывать их механические свойства. По статической прочности при растяжении в условиях нормальной температуры титановые сплавы не уступают высоко- прочным сталям. Данные сравнения механических свойств тита- оь ~ оо 21100 Темг~ерятура иеи»гя.
ния, 'С Прямечяине нив Сипая мпь !ОО Термопрочный сплав 100 62 АЛ! 37 Силан понышеннон прочно стп с хорошими литейными снойсгиами АЛ4 Сплав повышенной прочно. сгн (оспоиной нелоста1ок— низкая пластичность) 80 46 24 47 2! АЛ5 50 56 56 43 32 Высокопрочньй силан (применяю! как заменитель спланон АЛ4, Алб) с хорошпмп литейп!ямп сиойсгиамн МЛ5 !25 а выше 550 ьС вЂ” хромистые стали 13Х! 1Н2В2МФ, 13Х14НЗВ2ФР, 14Х17Н2. Механические свойства указанных сталей приведены в табл.
З.б и на рнс. 3.59. Прн выборе материала для лопаток необходимо учитывать, что для получения высокого сопротивления усталости заготовка лопатки должна быть получена путем штамповки. Окончательную форму лопатки получают механической или электромеханической обработкой. Для у!леньшения припуска применяют точную штамповку, чеканку, после которой замковую часть обрабатывают механически, а перо лопатки только полиса, гулуа руют. Направляющие лопатки.
Для изготовлеуаа ния лопаток направляющих аппаратов используются алюминиевые и титановые сплавы, приведенные выше, а также листовой даа дуралюмин Д1 и стали 20, Х17Н2 и др. ааа При выборе марки стали надо учитывать, что лопатки направляющих аппаратов исааа пытывают меньшие нагрузки, чем рабочие. .аа Рис. 3.59, Зависимость аа хромисгых сталей от темпеуаа р агу ры: чаа ауа сге" 1 — сталь !Зх11нзвзмФг у — сталь 14х11нз 20 200 260 270 ЗОО 20 100 150 200 250 20 !ОО !50 200 260 300 20 100 150 200 250 260 181 175 165 133 240 220 190 !60 110 260 260 250 220 180 !30 220 220 185 !55 120 0,5 1,5 1,9 2,2 4,2 3,0 0,8 1,0 1,0 1,4 1,5 4,0 2,0 !0,0 !2,0 15,0 16,0 Таблица 38 0 о Охул 0 ьстпл Уменьшение массы при переходе ох стали к титано ному сплаву, ке а00 бпп Првмернав масса, кг Деев ль Маеернал 500 400 иа весь дввса- тель на одну деталь ч00 101 105 10Х 101 Число циклоп 00 разрушении Рабочая компрессора Направляющая лопатка компрессора Диск компрессора 0 М" 1ПУ ЛОЕ ЛУ' 101 число ииклаП Оораерушекил Сталь Титановый сплав Сталь Титановый сплав Сталь Титановый сплав лопатка 0,045 0,027 0,027 0,018 11,32 6,37 0,018 0,009 4,95 12,7 13,6 65 Рис.
3.63. Зависимость сопротивления усталости гладких и надрезанных образцов от числа циклов: 1 — сталь; 2 — титановый сплав; 2 — отношение пределов выносливости к пределам кратковременной прочносхн; гладкий образец; — обрааец с надрезом пад углом бб' Таблица 39 нового сплава и стали при нормальной и повышенной температуре приведены в табл. 3,9 и рис. 3.60; 3.61; 3.62; 3.63.
Предел выносливости а 2 гладких позированных образцов из титановых сплавов выше, чем у об азцов из стал Материал о, МГ4а поль Мне Титановый сплав Сталь 1050 980 15 980 16 320 1050 285...32! бехи сИ ппп иИ Механические качества, Мна 500, С 4ОО, С зоо, 'с 1ОО, С 200, 'С Сплав 1И 500 560 680 400 540 610 750 750 620 690 .„ 830 410 350 600 530 600 600 ... 740 420 590 690 830 760 820 ..
950 ое,а охее ов ае, охее оа оол Охеа он ВТЗ Пь УПП 400 П 1И 20ОУОО Чппсмв ВТ4 Рис. 3.60, Зависиыость ое, дисковых материалов от температуры: 1, 2, 2 — тнханавые сплавы, 4, 5 — стали; б — алюминиевый сплав !26 Рис, 3.6!. Зависимость оо .; от чем. 0,5,1000 пературы: 1 сталь; 2, 2, 4 — тихавовые сплава 570 500 720 127 710 860 840 950 ВТ8 р и (рис. 3.62), Однако детали из титановых сплавов (особенно при нарушении технологических процессов их изготовления) имеют высокую чувствительность к концентрации напряжений, что существенно снижает их сопротивление усталости (рис.
3.63). Модуль упругости Е для титановых сплавов прилуерно в два раза меньше, чем для стали. Поэтому, когда решающее значение для тонкостенных конструкций из титановых сплавов имеет бч,,СУПЕ Рис. 3,62. Зависимость сопротивления усталости полированных образцов из сплавов, применяемых дли изготовления лопаток компрессора от числа циклов: 1, 2 — тихановые сплавы с охношеннвмн пределов выносливости к пределам кратковременной прочности, соатвехственно рав. ными 0,55 и 0,5; 2, 4 — севин с охноше нивми йредепов выйосливости к пределам кратковременной прачносхн, соохвехствен.
но равными 0,42 и 0,45 жесткость, толщину стенок приходится увеличивать. При этом снижения массы конструкции добиться не всегда удается. Особенностью титановых сплавов является их низкая теплопроводность, составляющая примерно 20 % теплопроводности стали. Поэтому в одних и тех же температурных условиях местная температура титановых лопаток достигает значительно больших значений, чем стальных. Непрерывный контакт двух взаимно подвижных поверхностей из титановых сплавов вызывает их сварку и возгорание. Если корпус компрессора и рабочие лопатки изготовлены из титанового сплава, следует применять мягкие покрытия, разделяющие их (см.
рис. 3.48). Покрытие из титаново-оксидной пленки также значительно уменьшает возможность возгорания деталей. Механические свойства некоторых титановых сплавов в зависимости от температуры приведены в табл. 3.10. Таблица 3,!О Стеклопластики. Стеклопластики можно применять для изго товления некоторых деталеч компрессора ТРЯ я особенно '1 НД ' для самолетов вертикально/о взлета, При низки: рабо лх температурах стеклопластики обладают следую циыи п1 ечм„щесз лами: — небольшой плотностью — (1,6 ... 1,7) 10' кг/иа1 — достаточно большой допускаемой длительной темпера урой — до 260 'С (у некоторых видов стеклопластиков до 350 'С); — достаточно высоким оа = 400 ...
480 МПа, а у некоторых видов — выше 600 МПа; — весьма большим декреме»тоы затух»»и» Н как недостаток современных стеклопластик — рави»тельно небольшой при 10' циклах предел выносливости о, =-- 98 МПа, в то время как для стали о, = 466 МПа, для кованого алюминиевого сплава о, = 136 МПа, для титанового спл»ва о, == = 422 МПа. Стеклопластики состоят из связующего (синтетической смолы) н стекловолокнистого наполнителя (стеклянных нитей, жгутов, лент, тканей). Наполнитель — армнрующнй элемент, который и воспринимает основные нагрузка.
Связь отдельных волокон наполнителя в общую систему и равномерное распределение нагрузки обеспечивается связующим составом. Наиболее перспективными являются композиционные материалы, в которых в качестве наполнителя используются металлические элементы; вследствие этого повышаются механические характеристики. Вопросы для самоконтроля 1, Назоаите основные требования, предъявляемые к компрессорам, ь поясиите их.
2. Обоснуйте иозможиые способы саижеиия удельной массы компресгороа. 3. Назовите и объясните основные различия конструктивных схем осеаыл компрессоров ТРД и ТРДД. 4. Какие коисгруктиаио-техиологаческие решения могут исаоаьзоаагься для уменьшения массы лопаток вентилятора ТРДД с бгльшой сгепеаью двухкоитуриости? 6.
Обоснуйте используемые способы соединения лоаагои г диском. Назовите их достоинства и недостатки. 6. Какие типы рогороа аы зиаетег Дайте караагерисгиьу каждому типу с указанием преимуществ и иедосгагкоа. 7. Каким способом передается крутящий момент ог ступени к стуаеии а роторах смешанного типа и от вала к дискам а роторах дискового типа? 8. Каковы требования к проектироиаиию корпуса компрессора а его сосгааиых частей? 9.
Перечислите и обоснуйте способы крепленая ло» ток а ааараа шюшего и спрямляюшего аппаратов к корпусу. 10. Почему необходима зашита аходиого усгройсгва а лопаток ВНА оз обледеиеиия? 11. Какие требоааиия предъявляются и материалам огкозаых деталей ком. прессора? ГЛАВА 4 ГАЗОВЫЕ ТУРБИНЫ Газовые турбины относятся к числу самых напряженных у х узлов конструкции ГТД, ограничивающих в большинстве случаев надежность двигателя и его ресурс. Это связано с лс большими значениями температуры н давления газа перед турбиной н окружной скорости на среднем диаметре рабочих лопаток. В то же время обеспечиваются такие качества, как большая мощность при приемлемых габаритных размерах и массе, относительной простоте конструкции и возможности регулирования в достаточно широком диапазоне.
Это достигается благодаря использованию всего накопленного опыта в проектировании: постоянному совершенствованию технологических приемов изготовления, повышению жаропрочности материалов, идущих на изготовление рабочих и сопловых лопаток, дисков и других ответственных деталей, применению методов доводки, эксплуатации и технического обслуживания. В процессе проектирования достижение этих качеств определяет выбор н обоснование конструктивно силовой схемы, газо- динамическое профилирование конструктивных форм, лопаток, раз аботку системы охлаждения, выбор конструктивных материалов, обеспечение требуемых запасов прочности и возможности поэтапного контроля работоспособного состояния турбины в эксплуатации.
4.1. КОНСТРУКТИВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И КОМПОНОВКИ В конструкциях современных и перспективных ГТД преимущественное применение получила осевая газовая турбина, в большинстве случаев многоступенчатая, позволяющая пропускать большие расходы высокотемпературного газа при приемлемых габаритных размерах и массе. Радиальные центростремительные турбины в ГТД использу/отея лишь для малоразмерных двигателей вследствие их больших габаритных размеров, а следовательно, и большей массы, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
