Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей под ред. Хронина Д. В. (1014169), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Задняя опора РНД задисковая. Опоры РСД и РВД имеют силовую связь с наружным корпусом в виде стержней, проходящих внутри полых охлаждаемых лопаток соплового аппарата второй ступени (турбины РСД). Опора РВД задисковая, а у РСД расположение диска по отношению к опоре консольное. На ряд конструктивно-компоновочных решений форма проточной части оказывает существенное влияние. При О„р — — сопз( существенно упрощаются конструктивные формы, а следовательно, и изготовление корпусных деталей. Относительное осевое перемещение ротора и корпуса не влияет на изменение радиального зазора и облегчает задачу управления им.
Такая проточная часть используется в некоторых ГТД и в ряде случаев наиболее 139 приемлема для первых ступеней высокотемпературных многоступенчатых газовых турбин. Проточная часть с постоянным внутренним диаметром ведет к упрощению места перехода от пера к переходной части 'лопатки и полке хвостовика. Увеличение среднего радиуса и длины лопаток обеспечивает увеличение окружной скорости на последующих ступенях, что в многоступенчатой турбине может привести к сокращению числа ступеней. Увеличение относительной длины лопаток и рост вследствие этого напряжения растяжения компенсируются снижением рабочей температуры лопаток, а следовательно„не которым возрастанием допускаемых напряжений по длительной прочности материала лопаток.
Может иметь место и увеличение газодинамических потерь, если угол конусности превышает 15...!8', Распространено использование комбинированной проточной части, когда на первых наиболее термически нагруженных ступенях 77„,р —— сопз1, а последующие ступени выполняют с увеличивающимся наружным диаметром и уменьшающимся внутренним диаметром. С целью повышения значения окружной скоро. сти иср возможна компоновка с постоянным либо слегка уменьшающимся внутренним диаметром. В ряде случаев при переходе от ступеней РВД к ступеням РСД или РНД в канале с увеличивающимся наружным и внутренним диаметрами с целью повышения окружной скорости иор на последующих ступенях размещают широкохордовые полые лопатки соплового аппарата.
Прн этом вынужденное осевое смещение диска последующей ступени используют для размещения конструктивных элементов силовой связи корпуса и междисковых опор (см. рис. 4.5, е) через внутренние полости лопаток соплового аппарата. Роторы турбин являются сборочной единицей, состоящей в основе из дисков с лопатками, валов, цапф и ряда других деталей, и выполняются в большинстве случаев разъемными (либо блочно-разъемнымн). Разъемность роторов обеспечивает естественную возможность последовательной осевой сборки без продольного разъема наружного корпуса турбины. Этот разъем в газовых турбинах крайне нежелателен, так как ведет к неравномерности радиальных деформаций при нагреве и охлаждении в широком диапазоне рабочих температур.
Основные детали роторов соединяются в единый узел (см. равд. 4.5) с использованием известных приемов соединения, обеспечивающих надежную передачу крутящего момента, осевых и радиальных сил. 4.2. ЛОПАТКИ РАБОЧИЕ 4.2.1. Конструктивные параметры Лопатки рабочие (рис. 4.6) имеют профильную часть (перо) 3, благодаря которой при установке лопаток в диск образуется решетка, обеспечивающая расчетные значения всех газо- 140 Рис. 4.6. Неоклаждаеиме рабочие лопат- ки: а — лопатка беа бандажноа полки; б — лопат- ка с бандажноа полкоа; 1 — гребни лабиринт. ного уплотнения; т — бандажная полка; 3— перо; 4 — полка хвостовииа;  — хвостовик динамических параметров.
Профильная часть лопатки переходит в замковую часть, которая выполняется в виде полки хвостовика 4 (нижней полки) и хвосговика 5 елочного типа для соединения лопатки с диском. В ряде случаев для подвода охлаждающего воздуха либо увеличения длины теплопровода с целью снижения теплоподвода от лопаток в диск выполняется удлиненный хвостовик (рис. 4,7 и 4.11) прямоугольного, трапециевидного или более сложного сечения. С целью повышения КПД ступени на концах профильной части лопаток выполняются бандажная полка 2 с одним либо несколькими уплотнительными гребнями 1 (рис.
4.6, б), Профильную часть лопаток выполняют в соответствии с теорией газовых турбин (16, 17 36). Перо имеет сложную пространственную форму. Выпуклую сторону принято называть спинкой, вогнутую — корытом. Кромку пера со стороны входа газа называют входной, а противоположную — выходной. Сечения, как правило, повернуты друг относительно друга. Угол закрутки в отдельных случаях достигает 30' и более. При построении поверхностей пера задают (рнс.
4.7) расчетные координаты профиля для нескольких сечений при плавном переходе от одного сечения к другому, используя хорошо зарекомендовавшие себя исходные профили. Процесс построения профилей и их размещения на различных радиусах в настоящее время достаточно автоматизирован и служит исходным материалом для выполнения чертежа лопатки в САПР. Значительное внимание уделяется выбору толщин пера в сечениях с учетом необходимой прочности, технологических ограничений по минимальным значениям толщины профиля, радиусов скругления кромок (особенно тонкой выходной кромки), толщины стенок при проектировании охлаждаемых лопаток, формы внутренних каналов, перемычек и других конструктивных элементов (рис.
4.8). В технических требованиях оговариваются допустимые отклонения контуров корыта и спинки порядка ~0,25 мм для литых 141 лопаток и от О,1 до 0,3 мм — для лопаток из деформируемых сплавов, отклонение максимальной толщины профиля не более 0,02 мм; толщины выходной кромки порядка 0,1 ... 0,04 мм, а смещение контуров корневого сечения от номинального положения (плоскости симметрии замка) — 0,2 ... О,б мм и допуск на угол закрутки пера порядка ~ 15'. Площади поперечных сечений изменяются, как правило, по сте, пенному закону, нарастая от вершины к корню.
При этом изменяются (увеличиваются) и моменты инерции сечений т'„, и т'рт по отношению к осям Хт и )'ь Надежность двигателя в значительной степени определяется прочностьютурбинных рабочих лопаток, испытывающих разнообразные нагрузки, в частности, действие центробежных и газовых сил, вызывающих напряжения растяжения, изгиба и кручения. С ними суммируются напряжения от вибрации и связанные с неравномерностью нагреватепловые напряжения, В соответствии с требованиями снижения уровня напряжений изгиба от газовых сил центры тяжести сечений могут располагаться не на строго радиальном луче, проходящем через центр тяжести корневого сечения, а на луче наклонном либо на пространственной кривой.
Величину смещения центров тяжести сечений определяют из расчетов на прочность, создавая изгибающий момент от центробежных сил, противоположный по знаку изгибающему моменту от газовых сил (см. подразд. 5.1.2). В лопатках с бандажными и антнвибрационными полками сечения пера дополнительно нагружаются центробежной силой от массы этих полок.
Однако при наличии бандажных полок с уплотнительными гребнями уменьшается перетекание газа по зазору между концом лопатки и корпусом, уменьшаются напряжения изгиба (см. рис. 4.3), повышается вибропрочность, исключаются резонансные колебания по гармоникам низких частот (см, подразд. 5.2.3). Корневое сечение пера и его угол установки определяют окружной шаг по ножке хвостовика лопатки, т. е. при заданной густоте решетки число лопаток и возможные размеры замкового соединения лопатки с диском. Проектирование пера лопатки ведется с позиций минимума массы и обеспечения необходимого запаса прочности (см. гл. 5) с учетом технологических и других ограничений.
В настоящее время изготовление неохлаждаемых рабочих лопаток при обработке пера резанием применяется лишь в редких случаях, например для первых экземпляров спроектированного двигателя либо для отработки каких-то проектных задач. Однако и в этом случае заготовкой должна быть штамповка с продольным расположением волокон либо отливка. Изготовление пера неохлаждаемых рабочих лопаток в серийном производстве осуществляется обработкой его электрохимическим способом (ЭХО) с последующими доводочными операциями 144 4.2.2. Соединение рабочих лопаток с дисками Соединение рабочих лопаток с диском елочного типа — весьма напряженное и ответственное место в конструкции газовых турбин.
Конструктивная форма и размеры (в буквенном обозначении) показаны на рис. 4.9. Существующей конструкторской документацией предусматривается возможность увеличения размера 1,р,д на целое число миллиметров (по отношению к табличному значению) и соответственно других, связанных с Ьр,„размеров.
Такое увеличение может быть вызвано, например, йри проектировании охлаждаемых рабочих лопаток со вставным дефлектором. Предусмотрена и возможность исполнения конфигурации зуба и впадины у основания паза в диске (рис. 4.10). Числовые величины рекомендованных значений основных гео. метрических параметров и количества пар зубьев даны в табл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
