Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей под ред. Хронина Д. В. (1014169), страница 7
Текст из файла (страница 7)
На базе перспективных газогенераторов возможно создание различных двигателей о применением моделирования газогенератора по размерам. Таким образом, использование опыта предшествующих работ по двигателям и опережающего научно-технического задела, полученного при разработке перспективных газогенераторов и двигателей-демонстраторов, позволяет существенно повысить уровень технического совершенства новых ГТД и сократить сроки их создания. эц.
КОНСТРУКТИВНО-СХЕМНОЕ РЕШЕНИЕ Под конструктивно-схемным решением понимается схема двигателя, в которой определены количество и тип роторов, количество и расположение опор, тип статоров вентилятора и компрессора, соплового аппарата, турбины, тип камеры сгорания, форсажной камеры и реактивного сопла, тип камеры смешения ТРДД (если предусматривается смешение потоков), основные 30 элементы трансмиссии двигателя и привод к узлу установки агрегатов и др.
Определяегся конструктивно-схемное решение исходя из принятой газодинамической схемы, т. е. в зависимости от суммарной степени повышения давления, распределения его между вентилятором и компрессором, числа ступеней компрессора и турбины, Принятое конструктивно-схемное решение должно отвечать следующим основным требованиям: — обеспечить соответственно основному назначению двигателя и его параметрам минимальные размеры и массу двигателя при полном удовлетворении норм прочности и надежности конструкции; — обеспечить возможность достижения минимального уровня вибраций двигателя, отвечающего действующим нормам. Решение этих задач начинается с определения числа, расположения и типа опор роторов. Следует иметь в виду, что: — в многовальной конструкции двигателя (двухвальной, трехвальной) желательно иметь опоры каждого ротора непосредственно связанными через подшипники с корпусом двигателя.
Рекомендуется это с целью избежания взаимного влияния роторов и соответствующего увеличения количества режимов, на которых возможно возникновение повышенных вибраций; — нежелательно применение упруго-демпферных устройств в опорах двигателей, предназначенных для пилотажных самолетов, из-за высоких перегрузок при пилотировании. При эволюциях самолета наличие упруго-демпферных опор приводит к значительному смещению роторов с центральной оси, что вызывает необходимость увеличения радиальных зазоров между ротором и корпусом. Но, как известно, увеличение радиальных зазоров приводит к снижению КПД компрессора и турбины с соответствующим ухудшением основных данных двигателя; — желательно опоры располагать в зоне последних ступеней компрессора и первой ступени турбины.
Это способствуег стабильности минимальных радиальных зазоров и высоких КПД названных ступеней, улучшает условия работы турбинной опоры. Для роторов газогенераторов, выполняемых обычно по двух- опорным схемам, желательно в процессе проектирования предусмотреть повышенную их жесткость. С этой целью, в частности, производится увеличение диаметра вала нли применяется оболочечная конструкция барабана, связывающего последнюю ступень компрессора с первой ступенью турбины. Для уменьшения длины вала производится укорочение камеры сгорания. 2.2. СИЛОВЫЕ СХЕМЫ ГТД Под силовой схемой газотурбинного двигателя пони- мается система силовых деталей, предназначенных для восприятия нагрузок, действующих на элементы двигателя, и передачи их 3! результирующей на узлы крепления двигателя к самолету.
Она состоит из силовой схемы ротора н силовой схемы корпуса. Силовая схема ротора включает в себя силовые детали роторов компрессора и турбины, узлы их соединения, приводы агрегатов, а в случае ТВД вЂ” н вращающиеся детали редуктора. Силовая схема корпуса включает и себя корпусы компрессора, камеры сгорания, турбины, редуктора, подшипников, а в случае ТРДД с камерой смешения и общим реактивным соплом — также корпус второго контура.
На элементы силовой схемы ГТД действуют газодинамические и инерционные нагрузки, К силовой схеме предъявляются следующие основные требования. — обеспечение прочности и жесткости системы двигателя для предотвращения возникновения недопустимых упругих деформаций и полного исключения появления остаточных деформаций; — форма силовых деталей и их соединений должна быть такой, чтобы обеспечивалась возможно меньшая масса конструкции двигателя; — конструкция и соединения деталей должны обеспечивать свободу температурных деформаций для избежания появления температурных напряжений. 2.2.1.
Силовые схемы роторов Силовые схемы роторов отличаются способом соединения дисков ступеней компрессора и турбины между собой, числом н расположением опор, способом соединения роторов турбины н компрессора для передачи крутящего момента и осевых сил, способом фиксации осевого положения роторов, исключающего смещение их и нарушение осевых и радиальных зазоров между элементами ротора и корпуса двигателя. В зависимости от числа опор различают двух-, трех- н четырех- опорные роторы, а в зависимости от числа роторов — одно-, двух- и трехвальные двигатели. Двухопорные роторы применяются прн относительно коротких и жссткнх роторах компрессора н турбины, чаще всего в системе газогенератора ТРДД. Трехопориые роторы применяются в конструкциях многоступенчатых компрессоров и турбин одновальных ТРД, в роторах турбовентиляторов ТРДД.
В трехопорном роторе вал турбины и компрессора выполняется раздельно, а затем их соединяют с помощью специально~о узла, обеспечивающего шарнирную связь валов. Шарнирный узел соединения валов передает крутящий момент турбины, удерживает ротор турбины в осевом направлении и благодаря шарнирности разгружает валы от дополнительного изгиба в случае деформации корпуса. Шарнирность в узле превращает трехопорную систему в статически определимую. Радиально-упорный подшипник трехопорного ротора обычно распо- 32 лагают позади ротора компрессора, так как изменение осевых зазоров в этом случае меньше, чем при расположении его на передней цапфе ротора компрессора. Четырехопорные роторы применяют в многоступенчатой турбпяе. В этом случае ротор компрессора и турбины устанавливают ; 3 двух опорах каждый.
Соединение валов, для исключения дополнительного нх изгиба, должно иметь два шарнира. Практически оно осуществляется с помощью двухстороннего шлицевого валика и осевого стяжного болта. Осевое положение роторов удерживается общим радиально-упорным подшипником. Соединение, кзк обычно, передает иа вал компрессора крутящий момент и осе* ое усилие ротора турбины. Конструктивные решения соединений роторов компрессора и тзрбины, обеспечивающие передачу крутящего момента, осевых .салий н необходимую свободу для создания шарнирности соеди: ения, представлены в гл. 4.
.':..2.2. Силовые схемы корпусов Силовые схемы корпусов отличаются способом выполнения ,.. оной связи между корпусамн турбины и компрессора. В катве элементов силовой связи используют наружный и внутрен;й корпуса камеры сгорания, которые связываются между собой радиальных направлениях, спереди — лопатками спрямляю:,:го аппарата последней ступени компрессора или специальными «.йками, сзади — стержнями, шпильками, стойками, располагае,кли в промежутках между жаровыми трубами трубчато-кольце- камер сгорания или внутри пустотелых лопаток соплового .апарата турбины. В этом случае стержневые элементы должны «статочно надежно охлаждаться холодным воздухом.
Сами лом«ц сопловых аппаратов не должны включаться в силовую ;стему камеры ввиду нх высокой температуры и больших тем"рзтурных деформаций. Радиальные связи передают на внешний корпус и к точкам ;.Ргплзиия двигателя поперечные усилия от опор роторов и инерц.о:шые силы внутреннего корпуса. В зависимости от использо,зпня тех или иных силовых элементов различают четыре разно«пдпостн силовых корпусов камер сгорания. Корпус двигателя с наружным и внутренним корпусамн камеры сгорания, связанными между собой в зоне соплового аппарата турбчны и а передней части за компрессором (рис. 2.1, а), Эта ~ псомз применяется в ТРД при расположении турбинного подь п«анка перед первой ступеиью турбины.
Благодаря радиальным гз гзя:л наружного н внутреннего корпусов силовая система получсе~ся жесткой и легкой конструкции. Осевое усилие от ротора передается на внешний корпус аппачерез силовые лопатки спрямляющего аппарата 1. Осевые и ' ьружшзе составляющие газодинамических снл, возникающие на оР д. 3. хроииня 33 Рис. 2Л. Силовые схемы: о — ТРД, б — ТРДД; 1 — снловыс полански спрямляющего аппарата;  — корпус вала турбины; В, б — варужиые корпуса келлер сгорания; 4 — силовой стержень;  — промежуточный корпус; 7 — внешняя оболочка;  — увел крепления лопатках соплового аппарата первой ступени турбины, распределяются между наружным 3 и внутренним 2 корпусами примерно поровну, а осевые и окружные усилия сопловых аппаратов всех остальных ступеней целиком воспринимаются наружным корпусом. В связи с тем, что в данном случае схема силового корпуса замкнутая, необходимо уделять внимание тепловому расширению деталей, входящих во внешние и внутренние связи, Рассмотренная схема силового корпуса позволяет наиболее полно использовать несущую способность как наружного корпуса камеры сгорания, так и корпуса вала турбины.
Силовой корпус ТРДД (рис. 2Д, б) включает все основные силовые элементы рассмотренной схемы ТРД и, кроме того, имеет промежуточный (переходный) корпус компрессора 5, являющийся основным силовым элементом ТРДД, а также внешнюю оболочку 7 наружного корпуса. Спереди к корпусу 5 крепится корпус компрессора низкого давления и вентилятора, сзади — внешняя оболочка 7 и силовой корпус б турбокомпрессора. Силовая связь последнего осуществляется расположением на нем заднего узла крепления двигателя 8. Конструктивные решения элементов корпусов компрессора и турбины, а также входящих в них корпусов опор приведены в гл.
3 и 4. Корпус двигателя с наружным и внутренним корпусами камеры сгорания, ие связанными между собой в зоне соплового аппарата первой ступени турбины (рис. 2.2, а). Такую схему имеют корпуса двигателей с кольцевой камерой сгорания, в которых трудно 34 обеспечить работоспособность элементов силовой связи при расположении их перед турбиной. Внешние нагрузки распределяются между наружным и внутренним корпусами камеры сгорания следующим образом. Осевые и окружные составляющие газодинамических сил, возникающих как на сопловых лопатках первой ступени турбины, так и всех остальных ступеней, распределяются между наружным и внутренним корпусами так же, как это было показано в предыдущем подразделе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
