Конструкция и проектирование ЖРД Гахун Г.Г. (1014171), страница 56
Текст из файла (страница 56)
Коиструктивнме схемы устройства смазки зубчажэй передачи: а — одноструйпое; б — двухструйное; 1 — корпус редуктора; 2 — распылитель; 3 — фильтр; 4 — зуб охваждаемой зубчатой передачи дящий насос окислителя, смазывается путем распыла трибутилфосфата при помощи газообразного водорода, поступающего в начале запуска из шарового баллона, а затем их охлаждающего тракта камеры. Редукторы ТНА использовались в ряде ЖРД вЂ” Кс.
-2, НМ-4, В1,-10 и др. Для смазки н охлаждения зубьев шестерен жидкость впрыскивается непосредственно в зону контакта через калибровочные отверстия распылителя 2 (рис. 10.51) в область после выхода зубьев из зацепления. В случае подачи смазки на вход зацепления возможно расклинивание колес из-за малого зазора в зацеплении. Подаваемая для смазки и охлаждения жидкость должна быть чистой от случайных включений, что обеспечивается постановкой перед распылителем фильтра 3 (см. рнс.
10.51) тонкой очистки, в канал выхода которого жидкость поступает по наружной кольцевой щели. Струйки смазываюшей жидкости подаются перпендикулярно образующей зуба (см. рис. 10.51), реже — параллельно. Образование ванны из жидкости с нагретым компонентом в редукторе ТНА недопустимо, и он обязательно перекачивается на вход в насос. Вопросы длл самопроверки 1. Перечислите основные типы компоновочных схем ТНА. Какие факторы влияют на выбор типа компоновочной схемы? 2. Укажнге возможные способы соединения рабочих лопаток и дисков газовых турбин ТНА. Какие критерии лежат в основе выбора способа соединения? 3.
Какие способы центрирования корпусов насосов н турбины являются пред. почтительнымн в случае существенного различия кх температур при работе ТНА? 4. Какие требования предъявляются к конструкции уплотнений роторов ТНА? Нарисуйте эскизы основных типов уплотнений. 260 Глава!1 ПРОЧНОСТЬ И КОЛЕБАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ ТУРБОНАСОСНОГО АГРЕГАТА 11.1.
НАГРУЗКИ, ЛЕЙСТВУЮШИЕ НА ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ Турбонасосный агрегат является одной из наиболее ответственных а прочностном отношении составных частей двигателя. При работе ТНА его узлы и отдельные детали подвержены широкому спектру нагрузок. Зги нагрузки можно разделить по характеру их изменения во времени па статические и динамические, а по физической природе на силовые и температурные. К статическим силовым нагрузкам относятся: силы давления жидкости и газа, приложенные к корпусам насосов и турбин и к деталям ротора; центробежные усилия, возникавшие в деталях ротора при его вращении; газо- и гидродннамические силы и моменты, приложенные к элементам ротора; силы и моменты на элементах ротора, возникающие при отклонении траектории ЛА от прямолинейной, которое особенно велико у ракет класса "земля — воздух", "воздух — воздух"; моменты кручения, возникающие в элементах ротора при передаче крутящего момента, начиная с турбины и до рабочих колес насосов.
К динамическим силовым нагрузкам относятся: инерционные поперечные силы, возникающие при вращении неполностью уравновешенного ротора и вызывающие колебания вала; переменные по времени газовые силы, приложенные к лопаткам турбины и вызывающие колебания как самих лопаток, так и других элементов ротора — дисков, крыльчаток, валов и т.п:, переменные по времени гидравлические силы; инерционные силы и моменты, возникающие в деталях ТНА от вибраций двигателя н других подсистем летательного аппарата. К статическим 1или стационарным) тепловым нагрузкам относятся: усилия и моменты в соединяемых и сопрягаемых деталях, возникающие в связи с их неодинаковым нагревом при работе; внутренние усилия и моменты в деталях, обусловленные их неравномерным нагревом по толщине, длине и ширине (нли по окружности).
Динамические (или несгационарные) тепловые нагрузки (так называемый "тепловой удар") представляют собой быстропеременные во времени внутренние усилия и моменты в деталях,'возникающие при резком изменении теплового воздействия на деталь при запуске ТНА или резком переходе с одного теплового режима работы на другой. В значительной степени воздействию теплового удара подвержены Рабочие лопатки и диски газовых турбин. Наиболее ответственные детали ТНА подвергаются воздействию шнро.
кого спектра нагрузок, делающих условия их работы особенно тяжелыми При этом следует учитывать, что нагрев приводит к снижению механичес. кой прочности конструкционных материалов деталей. Рассмотрим тепловые нагрузки, возникающие в элементах ТНА с учетом особенностей динамики его выхода на рабочий режим. Особенно нагруженными элементами ТНА являются рабочие лопатки газовой турбины.
В период запуска лопатка испьпывает одновременное воздействие теплового удара и газодинамических сил, в связи с чем в ней возникают температурные напряжения, изменяющиеся по толщине и ширине лопатки, а также напряжения изгиба и кручения. По мере выхода ТНА на рабочий режим возрастает угловая скорость, приводящая к росту центробежных сил масс лопаток. В современных турбинах центробежная сила от одной лопатки достигает нескольких десятков килоньютонов.
С прогревом лопатки температурные напряжения уменьшаются, однако одновременно ухудшаются механические свойства материала лопатки. Более подробно нагрузки и соответствующие напряжения в рабочих лопатках турбин рассматриваются в разд. 11.3. К числу сильно нагруженных деталей относятся также диски газовых турбин, которые, как и рабочие лопатки, подвержены совместному воздействию нагрева и механических нагрузок. Нагружение дисков турбо.
машин и их прочность подробно рассмотрены в раэд. 11.4. Отметим, что среди большого числа факторов нагружения дисков следует особо вьще. лить растягивающие усилия от центробежных сил массы самого диска и закрепленных на нем рабочих лопаток, а также усилия растяжения — сжа. тия в диске, обусловленные его неравномерным прогревом вдоль радиуса. Данные факторы нагружения являются опасными, так как вызываемые ими напряжения достигают очень больших значений н,кроме того, распре. деляются почти равномерно по толщине диска.
Последнее обстоятельство создает условия, при которых невозможно перераспределение напряжений по толщине диска с ростом нагрузки. При расчете статической местной прочности диска указанные факторы натруженна рассматриваются как основные. Наряду со статическими нагрузками рабочие лопатки и диски подвер. жены воздействию динамических нагрузок, приводящих к вынужденным нзгибным колебаниям самих лопаток и дисков н передающихся другим элементам ТНА, таким, как валы, элементы корпусов.
В ТНА существенны динамические силы, обусловленные парциальным подводом газа и наличием конечного числа сопловых, направляющих и рабочих лопаток. Изгиб. ные колебания лопаток и дисков сопровождаются знакопеременными напряжениями, что при наличии большого числа циклов может привести к усталостному разрушению. Особенно опасными являются так называемые резонансные режимы, когда частота вынужденных колебаний лопаток и дисков совпадает с частотами их собственных колебаний. Резонансные 262 режимы сопровождаются недопустимо большими вибрациями и могут быть причиной быстрого разрушения ротора ТНА.
Условия работы нагретых деталей турбины, особенно таких как рабочие лопатки и диски, осложняются еше и тем, что они подвержены возПействшо коррозионноактивного газа (например, с большим избытком окислителя). Кроме того, при работе двигателя случайное уменьшение коэффициента избытка окислителя в ЖГГ (агг в. 1) может привести к недопустимому росту температуры генераторного газа и, как следствие, к разрушению лопаток и дисков. Осевые и радиальные нагрузки являются наиболее опасными в роторе ТНА. Они передаются от рабочих колес турбин, насосов, гидродинамических уплотнений и других элементов через вал на опоры ротора, На вал ротора ТНА действует сложная система нагрузок, включающая в себя: 1) крутящий момент; 2) радиальные и осевые силы; 3) центробежные силы от неуравновешенных масс ротора; 4) инерционные силы и гироскопические моменты, возникающие вследствие изменения величины или направления скорости ЛА.
Кругяяшй момент от диска газовой турбины к рабочим колесам насосов на каждом участке вала зависит от значений передаваемой мощности /Уа и угловой скорости ш: ~н М ко (11.1) Значение крутящего, момента определяется суммой мощностей, затрачиваемых на привод элементов ротора (гидравлических устройств насосов и тл.), и передается данным участком вала. Так, мощность, передаваемая валом к насосу, а 1/Н ~~/а (11.2) "н где 1' — объемный расход через насос, ма/с; Н вЂ” напор насоса, Дж/кг; р — плотность рабочей жидкости, кг/мэ; пн — общий КПД насоса. При высоких угловых скоростях ротора ТНА значение крутящего момента невелико (см.
формулу (11.1)), а следовательно, маны и соответствующие напряжения. Осеаые и радшшьные наерузки ротора ТНА передаются от рабочих колес турбин, насосов, гидродинамических уплотнений и других элементов через вал на опоры ротора. Расчет вектора сил, действующих на ротор и его опоры, позволяет правильно выбрать радиальные зазоры в уплотнениях, конструктивно уменьшить нагрузку до приемлемых значений и наряду с выбором опоры обеспечить необходимые гидравлические и газодинамические параметры течения рабочих тел в полостях ТНА. Для высокоресурсных и вы.
сокооборотных насосных агрегатов расчет разгрузки опор ротора от осе. вых и радиальных сил является одной из важнейших задач. В газовой турбине радиальная сила возникает при парциальном подво. де газа и для асимметричного расположения сопл оценивается по выражению ~т А з/1 — со$2 не, (11.З) лъ/2еи где и — окружная скорость на среднем диаметре рабочих лопаток турбины; е — степень парциальности, характеризующая отношение плошадей участков среза всех сопел и венца турбины.
Из выражения (113) следует, что с увеличением числа сопел, степень парциальности приближается к единице, а значение радиальной силы умень. шается до нуля. В парциальной турбине радиальную силу Яд можно уменьшить раъ делением участка подвода газа по двум симметрично расположенным дугам, однако такое решение уменьшает КПД турбины. Иэ-за неравномерности полей скоростей и давлений по окружности выхода из рабочего колеса в центробежных насосах со спиральным отводом радиальная сила возникает на нерасчетных режимах по расходу. Расчет осевой силы проводится с учетом конструкции основных элементов ротора, их размеров н результатов гидро- и газодинамического расчета всех рабочих элементов, составляющих ротор ТНА (турбина, центро.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
