Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей под ред. Хронина Д. В. (1014169), страница 35
Текст из файла (страница 35)
4.41, е пустотелые лопатки 1 первой ступени двухроторного ТРДФ устанавливаются между внутренним силовым корпусом 16 и корпусом соплового аппарата 11 наружного корпуса 20 и уплотняются по торцу кольцом 19. Каждая лопатка закрепляется винтом 12 в нужном положении и имеет возможность расширения в сторону внутреннего корпуса 16. С помощью винта 12 и эксцентрика 13 («регулировочного сухаря») лопатка может поворачиваться на небольшой угол, т. е.
регулируется выходное сечение СА при сборке, Внутри дефлектора 14 установлены силовые стержни 16, закрепленные винтами 10, Такая конструкция обеспечивает силовую связь и соосность корпусных деталей 11 и 16 с лабиринтным кольцом 3. Воздух, подаваемый на охлаждение лопаток через отверстия 17, обеспечивает охлаждение лопаток 1 и силовых стержней 15. 184 На рис.
4.41,ж показан вариант силовой связи внутреннего корпуса 16 опор одноступенчатых турбин РВД и РСД (см. рис. 4.53) с наружным силовым корпусом 20. Эта связь выполнена через девять овальных в сечении силовых стоек 13, которые размещаются внутри дефлектора 14 (см. рис. 4.40) средней лопатки блока трех охлаждаемых лопаток 1. Каждый блок устанавливается в наружном силовом корпусе по цилиндрическим пояскам 4 передней и задней частей верхних полок блока и удерживается от углового смещения за пазы 7 (см.
рис. 4.40) выступами на корпусных деталях, стыкуемых с блоками лопаток. Каждый блок лопаток устанавливается кольцевыми выступами 5 внутренних полок блока в кольцевые пазы внутреннего корпуса 16. Силовые стойки 13 надежно удерживаются от смещений в корпусе 20 как в окружном, так и в осевом направлении втулками 7, работающими на срез и смятие, и стягиваются с корпусом 20 болтами 23. Внутренние полости других полых лопаток всех блоков используются для размещения магистралей 25 различного назначения— масляных и воздушных. 4.8. РОТОРЫ 4.5.1. Общие сведения В газовых турбинах авиационных ГТД преимущественное применение получили роторы вально-дискового типа (см.
рис. 4.5), обеспечивающие хорошую работоспособность при больших окружных скоростях и высокой температуре газа. В зависимости от предусматриваемых способов и особенностей монтажа узла турбины роторы делятся иа неразборные и разбор ные. К числу основных составных частей ротора относятся диски ступеней с лопатками, валы, цапфы, промежуточные кольцевые проставки и ряд других деталей. Предпочтительнее неразборные роторы, которые обеспечивают большую изгибную жесткость, более просты и технологичны в изготовлении, обеспечивают большую стабильность величины дисбаланса в период эксплуатации.
Однако их применение ограничивается как схемнымн соображениями, связанными с числом ступеней (больше одной), требованиями симметрии температурных деформаций корпусов (отсутствие продольных разъемов СА), возможностью н простотой сборки н разборки, так и рядом других соображений. Поэтому во многих ГТД различных схем имеет место применение разборных роторов. Проектируя разборный ротор, необходимо обеспечить выполнение ряда технических требований, например таких, как: — надежная передача через места соединений действующих крутящего момента М„р, суммарного изгибающего момента М„х, 188 поперечных сил Рлм суммарного осевого газодинамического усилия Р,х и термического (температурного) усилия Р,; — нераскрытие стыков при действии М„р, М „, Р Р,, — Р, и возможных вибраций; — сохранение за весь период эксплуатации (до ремонта) допустимой величины дисбаланса в условиях повышенных и переменных температур нагрева стыкуемых деталей; — сохранение соосности при обеспечении минимальных значений зазоров: между рабочими лопатками и корпусами, в лабиринтных уплотнениях и др.; — легкая разборность конструкции при ремонтах; — сохранение в период эксплуатации до и после переборок постоянства изгибной жесткости.
4.5.2. Диски В общем случае диск турбины состоит из обода, полотна, кольцевых и других выступов, фланцев и ступицы. Обод представляет собой уширенную, постоянной или переменной ширины периферийную часть диска, служащую для крепления рабочих лопаток (см. рис. 4.12) и организации ввода воздуха на охлаждение лопаток в случае охлаждаемых ступеней. В ряде случаев на ободе диска выполняются буртики лабиринтных уплотнений либо выступы для крепления других деталей ротора. Полотно диска в большинстве случаев выполняется переменной толщины, при этом используются законы изменения по конусу либо гиперболе. В настоящее время при использовании методов проектирования дисков в САПР по минимуму массы и необходимого запаса прочности, а также станков с ЧПУ, включенных в САПР, возможно оптимальное решение изменения толщины по более сложному закону.
На полотне диска предусматривается выполнение фланцев для крепления дисков между собой и с валами н цапфами, буртов крепления колец лабиринтных уплотнений и других конструктивных и 'технологических элементов, например мест крепления балансировочных грузиков и т. д. Проектируя диски, большое внимание уделяют их охлаждению как с целью снижения уровня нагрева для обеспечения необходимой прочности (высокотемпературные ступени), так и с целью использования менее дефицитных материалов, обеспечивающих необходимую прочность при более низком уровне температур (последние ступени многоступенчатых турбин). Для охлаждения дисков используются различные конструктивные приемы, позволяющие снизить разность температур по радиусу диска.
уровень температурных напряжений и повысить запас прочности благодаря повышению работоспособности материала диска при меньшем нагреве (см. гл. 6). С целью снижения перепада температур по радиусу используется обдув обода диска и продувка воздуха через монтажные 186 зазоры елочных замков (см. рис. 4.9 и 4.42, г) в соединении лопаток с диском. Большая поверхность щелевых каналов и интенсивный теплообмен в них дает значительное снижение разности температур обода и центральной части диска. При обдувке боковых поверхностей диска обеспечивается как снижение среднего уровня нагрева диска, так и температурный перепад по радиусу диска. Наибольший эффект имеет место при продувке воздуха между диском и вращающимся дефлектором диска (см.
рис. 4.28, 4.63), однако при этом подвод воздуха желательно выполнять над ступицей диска, обеспечивая более интенсивное его охлаждение и не увеличивая разность температур по радиусу диска. В современных газовых турбинах на охлаждение диска одной ступени расход воздуха составляет 0,5 ... 1,0 %. Проектируя ступень, стремятся обеспечить на ободе меньшую температуру („з и меньший перепад температур по радиусу Ы'. Температура дисков может достигать: обода до 800 ... 850 'С, в центре (у оси вращения) до 550 ...
650 'С. Следует иметь в виду, что ЬТ = ~ (Я) в процессе нагрева после запуска двигателя возрастает, достигая максимума по ЬТ на меньшем ЬЯ, а в дальнейшем по мере прогрева всего диска несколько изменяется и может составлять ЬТ = 250 ... 350 'С. Наличие центрального отверстия ведет к существенному напряжению у отверстия (см. разд. 6.2), в связи с чем ступица выполняется развитой по ширине с плавным переходом к ней от полотна диска.
Наличие либо отсутствие центрального отверстия диктуется соображениями компоновки, например необходимостью пропуска вала ротора другой турбины, условиями сборки н разборки и рядом других соображений. 4.5.3. Соединения дисков и валов При разработке конструкции соединения стремятся обеспечить надежную передачу в стыках деталей ротора всех действующих нагрузок, обеспечить достаточную жесткость соединения без раскрытия стыков, надежную взаимную соосность стыкуемых деталей и фиксацию от смещений для сохранения допустимого значения дисбаланса как в работе, так и при переборках, минимальную передачу тепла от нагретых деталей к подшипникам и др. Все типы используемых соединений делятся на две группы: разборные соединения и неразборные соединения, что в основном определяется требованиями сборки и разборки узла турбины при ее конкретной компоновочной схеме.
К числу неразъемных соединений относится соединение с использованием радиально расположенных штифтов (рис. 4.42). К числу разъемных соединений относятся широко распространные фланцевые соединения с использованием торцевых шлиц (рис. 4.43, а), призонных болтов (рис. 4.43, з), призонных втулок (рис.
4.43, г) при стягивании деталей болтами и фланцевых соеди1зт Рис. 4.42. Конструктивные варианты соединения злементов ротора по пялнндрн- ческому пояску с использованием радиальных штифтов: а — но одной посадочной ловерхностн; б — вкльчатмй вариант*, г — рааборимй вариант: г - соединение трех детглгй в одном угле с отилонсимем оси егтнфта от радиальною пений с призонными штифтами (рис. 4.43, б) и соединений по эвольвеитиым шлнцам (рис 4.43, и). В последнее время используются и неразъемные роторы, в которых уменьшается количество деталей, снижается стоимость изготовления и масса ротора в результате использования современных видов сварки дисков, проставочных колец, валов и цапф, обеспечива,ощих Высокое сопротивление усталости исходного материала и зоне соединения.
Это достигается при таких видах сварки, как вакуумная, инерционная (сварка трением), электроичо-лучевая и другие виды, обеспечивающие малую зону расправлеиия в месте стыка деталей. Такой ротор имеет повышсинук: лзгчбиую жесткость и лучше сохраняет допустимый дисбаланс иэ.за Отсутствия сдВКГОВ и смятия, ВОзмОжных при болтовых сс .дииеяиях. 1бз При проектировании любого из рассмотренных типов соединений необходимо знать значения сил и моментов, действующих в месте стыка, а именно: — крутящий момент Мнр, даН см; — осевое газодииамическое усилие Р„даН; — изгибающие моменты М, (Ру) и М, (М„), даН см, от инерционных сил Ру и гироскопических моментов М„(даН см) при криволинейном полете либо плоском штопоре; величину термической силы Р,(даН), возникающей в результате различных температур нагрева и различия коэффициентов линейного расширения стыкуемых деталей.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
