Полянский А.Р. - Изучение конструкций газотурбинных двигателей (1051630), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Для уменьшения вибрационных напряжений на рабочие лопатки пятой ступени установлены бандажи.
Хвостовики лопаток всех ступеней закреплены в пазах типа "ласточкин хвост". Фиксация лопаток четвертой и пятой ступеней от осевых перемещений производится разрезными кольцами, вставленными в прорези на хвостовиках лопаток и на ободьях дисков. Каждое разрезное кольцо от перемещения в окружном направлении и выпадания зафиксировано стопором, который вставляется в отверстие на ободе диска в месте стыка кольца и развальцовывается с наружной стороны обода.
Для вывода концов кольца из канавки при их съеме с двух сторон стопора в ободе диска выполнены отверстия. Лопатки ротора второй и третьей ступеней помимо разрезных колец удерживаются от осевого перемещения упорными штифтами. Лопатки пятой ступени бандажированы шестью бандажами.
Рабочее колесо первой ступени съемное, на диске установлены 26 лопаток. Диск торцевым выступом центрируется по внутреннему диаметру передней цапфы и затягивается призонными болтами. Диск имеет бурт с гребешками воздушного лабиринтного уплотнения.
Лопатки на ободе диска закреплены от осевого перемещения штифтами, которые от выпадания удерживаются кольцом. Аналогичное кольцо устанавливается и с передней стороны диска. В обоих кольцах выполнены резьбовые отверстия, в которые ввертываются балансировочные грузики (болты). На переднем торце диска выполнена резьбовая бобышка для съема и постановки диска в роторе. Ротор компрессора в собранном виде подвергается динамической балансировке с помощью грузиков.
Статор компрессора (рис. 5) состоит из входного направляющего аппарата 2, корпуса компрессора со спрямляющими аппаратами, передней и задней опор двигателя, ленты перепуска 11 и механизма управления ею. Входной направляющий аппарат 2 перед корпусом компрессора повышает устойчивость работы двигателя с самолетным воздухозаборником благодаря выравниванию поля скоростей в окружном направлении при входе в первую ступень. Аппарат 2 состоит из наружного обода, 30 лопаток и обтекателя 1. Обод имеет два фланца, внутри расточен кольцевой пояс на глубину, равную толщине наружных полок лопаток. Лопатки полками приварены точечной электросваркой к ободу и обтекателю 1. Для защиты от обледенения обтекатель и лопатки покрыты слоем водоотталкивающего состава. Задним фланцем аппарат 2 крепится болтами к корпусу компрессора, а передним через проставочное кольцо стыкуется с входным устройством самолета.
Корпус компрессора состоит из пяти отдельных корпусов соответствующих ступеней. При сборке компрессора корпуса центрируются относительно внутреннего диаметра корпуса, и фланцы их скрепляются между собой болтами, часть из которых (призонные) служат для окружной фиксации корпусов и передачи крутящего момента на опоры компрессора.
Особенностью корпуса первой ступени 3 является наличие пяти полых спрямляющих лопаток, которые используются не только по прямому назначению, но и для подвода масла к форсункам передней опоры; для подвода воздуха, используемого для наддува полостей лабиринтных уплотнений переднего подшипника (две лопатки); для слива масла из полости переднего подшипника; для суфлирования полости переднего подшипника.
Особенность корпуса третьей ступени 5 - наличие утолщенного переднего фланца, в котором выполнены окна перепуска воздуха. На переменных режимах через окна часть воздуха перепускается из компрессора в атмосферу, чем обеспечивается согласование расхода воздуха через все ступени на этих режимах. На расчетном режиме окна перепуска закрываются упругой лентой 11, охватывающей корпус.
В отличие от корпусов других ступеней, корпус четвертой ступени 6 имеет продольный разъем в вертикальной плоскости (вертикальный разъем), необходимый для сборки компрессора. Половины корпуса стыкуются между собой приваренными поперечными фланцами 7 и крепятся призонными болтами.
Для обеспечения осмотра лопаток ротора компрессора и зачистки на них забоин на корпусах первой - четвертой ступеней выполнены смотровые лючки, которые расположены в семь рядов, по два лючка в ряду (верхний и нижний). Осмотр лопаток первой ступени проводится через входной направляющий аппарат.
Задний корпус (корпус пятой ступени) компрессора несет в себе спрямляющий аппарат пятой ступени и корпус подшипников средней и задней опор двигателя. Он является основным силовым элементом двигателя, передающим нагрузки от двигателя на самолет. Корпус подшипников представляет собой тонкостенный силовой цилиндр, соединяющий среднюю и заднюю опоры двигателя. К переднему торцу крепится болтами корпус средней опоры, а к задним фланцам: наружному - коническая силовая опора соплового аппарата турбины, внутреннему - корпус заднего подшипника. Для уменьшения теплоотдачи от камеры сгорания во внутреннюю масляную полость корпуса подшипников внутри него приварен экран, а на наружной поверхности между фланцами и экраном проложена теплоизоляция. Внутри корпуса проходят трубы подвода и слива масла к средней и задней опорам. Снаружи корпуса проходят девять труб, через которые суфлируется полость наддува задней опоры двигателя. Полость корпуса подшипника суфлируется по трубе 10 через коробку агрегатов.
Средняя опора двигателя передает нагрузки с радиально-осевых шарикоподшипников на задний корпус двигателя, к которому она крепится болтами. В процессе работы двигателя возникает осевая сила, действующая на ротор компрессора по направлению полета. Вследствие перепада давления на рабочем колесе ротора турбины возникает осевая сила, направленная в сторону, противоположную полету. Действие этих сил в значительной мере уравновешивается, однако на большинстве режимов двигателя осевая сила, действующая на ротор компрессора, больше осевой силы, действующей на ротор турбины. Для уменьшения этой силы предусмотрена разгрузочная полость 5, которая образуется задней цапфой ротора компрессора, конической диафрагмой заднего корпуса, лабиринтным и кольцевым уплотнениями. Повышенное давление в этой полости, возникающее вследствие перетекания воздуха из тракта компрессора через лабиринтное уплотнение, снижается путем выпуска воздуха в атмосферу через три разгрузочных патрубка 9. Снижение давления воздуха в разгрузочной полости уменьшает осевую силу, действующую на среднюю опору.
На двигателе установлена трубчато-кольцевая камера сгорания, состоящая из 12 отдельных жаровых труб, равномерно расположенных по окружности и заключенных в общий корпус.
Корпус камеры сгорания цельносварной, является силовой частью внешнего контура двигателя. Между отдельными секциями корпуса вварены точеные фланцы, увеличивающие жесткость корпуса. Передним фланцем корпус крепится к компрессору, к заднему фланцу крепится сопловой аппарат турбины.
Для охлаждения внутренней поверхности стенки жаровой трубы в кольцевые щели между четырьмя отдельными секциями через мелкие отверстия, расположенные в начале каждой секции, подводится воздух, который протекает вдоль стенки и предохраняет ее от непосредственного воздействия горячих газов (т.е. осуществляет по сути пленочное охлаждение стенки камеры).
Газовая турбина двигателя (см. рис. 6) одноступенчатая осевая реактивная. Статор турбины состоит из соплового аппарата, корпуса задней опоры 3, уплотнительного кольца, корпуса лабиринтов 6, кольца лабиринтного 7, уплотнительной втулки.
Сопловой аппарат включает в себя наружный корпус 12, сопловые лопатки 13, распорные втулки 9, внутреннюю опору, уплотнительное кольцо и лабиринтное кольцо 7. Наружный корпус 12 представляет собой силовую кольцевую деталь. Передним фланцем наружный корпус с помощью 96 болтов крепится к корпусу 11 камеры сгорания. Для центровки наружного корпуса относительно корпуса камеры сгорания в стыке устанавливают 12 призонных болтов. К заднему фланцу наружного корпуса с помощью 96 болтов крепится корпус диффузора.
На наружном корпусе имеются четыре ряда радиальных отверстий. Первые два используются для крепления сопловых лопаток 13, остальные - для крепления вставок бандажа, которые служат для предохранения наружного корпуса от воздействия горячих газов, фиксации сопловых лопаток в радиальном направлении и облегчения подбора радиального зазора между ротором и статором по торцу рабочих лопаток 15 турбины. Вставки крепятся к корпусу болтами, законтренными шайбами.
В сопловом аппарате установлены 48 сопловых лопаток 13. Сопловые лопатки пустотелые, изготовленные литьем без последующей механической обработки поверхности профильной части. Они охлаждаются воздухом, отбираемым за компрессором.
Во внутренней полости каждой лопатки расположен тонкостенный дефлектор 8. Поверхность дефлектора снабжена поперечными выступами, обеспечивающими наличие зазора между ним и внутренней поверхностью лопатки. Охлаждение лопатки выполнено по поперечной схеме: воздух, поступающий во внутреннюю полость дефлектора, натекает через щели во входной кромке дефлектора на внутреннюю поверхность входной кромки лопатки, затем протекает между дефлектором и внутренней поверхностью профильной части лопатки и вытекает в проточную часть через щели, выполненные в лопатке у выходной кромки со стороны вогнутой поверхности.
Для снижения вибрационных напряжений рабочих лопаток сопловой аппарат выполнен разношаговым. Для этого имеются два типа сопловых лопаток - с широкими и узкими полками. Лопатки с узкими полками расположены в верхней половине соплового аппарата и образуют 26 узких межлопаточных каналов, а лопатки с широкими полками - в нижней половине и образуют 22 широких межлопаточных канала.
Внутренняя опора - силовая деталь, состоящая из конической стенки, внутреннего фланца для крепления к заднему корпусу компрессора и наружного обода для соединения с помощью распорных втулок 9 с наружным корпусом 12 соплового аппарата и центровки жаровых труб 10. Внутренняя опора служит для передачи радиальных усилий от ротора турбины через радиальный роликоподшипник 4 на наружный силовой корпус. В наружном ободе опоры имеются два ряда радиальных отверстий: первый для установки втулок, через которые подводится воздух в лопатки, второй для прохода болтов, крепящих распорные втулки. В конической стенке опоры имеются 11 отверстий для прохода воздуха, охлаждающего диск турбины. Во внутреннем фланце опоры имеются девять отверстий для суфлирования полости между маслоуплотнительными кольцами 20 и воздушными лабиринтными уплотнениями 5, 6.
Корпус задней опоры 3 предназначен для установки наружного кольца роликоподшипника 4 турбины. Наружное кольцо подшипника устанавливается в расточку корпуса и фиксируется от осевого перемещения пружинным стопорным кольцом. Поверхность расточки имеет кольцевые канавки для уменьшения теплоотдачи от корпуса к кольцу.
Ротор турбины включает в себя вал 1, диск 16, рабочие лопатки 15, детали бандажирования 14, лабиринтное кольцо 5, втулку 19 вала с кольцедержателем, детали замкового соединения с ротором. Вал турбины полый, на его передней части имеются эвольвентные шлицы, с помощью которых передается крутящий момент от ротора турбины к ротору компрессора.
Передача осевого усилия от ротора турбины к ротору компрессора осуществляется через сферическую гайку, навернутую на вал турбины. Затяжка сферической гайки производится за внутренние шлицы хвостовика специальным сдвоенным ключом, который вводится через центральное отверстие в диске турбины.
Задняя часть вала имеет фланец, на который напрессовывается диск турбины 16. Для фиксации диска на валу служат 24 радиальных штифта, законтренных от выпадания под действием сил инерции завальцовкой материала диска. В задней части вала устанавливается с натягом втулка 19 вала. Передняя часть втулки вала служит для установки с натягом внутреннего кольца радиального роликового подшипника 4. На поверхности втулки вала выполнен ряд кольцевых канавок для уменьшения теплоотдачи от втулки вала к подшипнику.
Радиальный роликовый подшипник охлаждается маслом, которое подается к нему с помощью форсунки 2. Слив масла из полости подшипника осуществляется через трубу слива масла из задней опоры.
Рабочие лопатки 15 устанавливаются и крепятся на диске в 94 пазах "елочного" типа. В верхней части пера каждой лопатки имеется утолщение, в котором выполнено отверстие для установки втулки бандажа 14. Фиксация лопаток в осевом направлении производится пластинчатыми замками Т-образного типа. Бандажирование лопаток турбины выполнено с целью гашения колебаний лопаток по основному тону. Бандаж включает в себя втулки 14 и пальцы. Лопатки попарно связаны между собой втулками бандажа, установленными в отверстия в перьях лопаток. Втулки бандажа между собой соединяются пальцами бандажа, которые входят в их отверстия.
С выходной стороны диска имеется бурт для установки дефлектора 17 - дополнительного диска, служащего для направления охлаждающего воздуха по задней поверхности диска с целью ее охлаждения. Дефлектор фиксируется с помощью 24 радиальных штифтов 18. Подвод воздуха в зазор между диском и дефлектором производится через 12 осевых отверстий, выполненных в теле диска.
Ротор турбины подвергается динамической балансировке. Отдельно балансируется узел вала (путем снятия металла с наружной поверхности вала и с торца фланца). Окончательно собранный ротор динамически балансируется с помощью постановки балансировочных болтов 22 в резьбовые отверстия на ступице диска 16 и торце дефлектора 17.
Турбина имеет три контура воздушного охлаждения. Первый контур служит для охлаждения корпуса соплового аппарата и верхних полок сопловых лопаток. Охлаждающий воздух - вторичный воздух из камеры сгорания с температурой, практически равной температуре за компрессором, через отверстия в центрирующем кольце камеры сгорания поступает в полость между корпусом соплового аппарата 12 и верхними полками сопловых лопаток 13. Далее этот воздух поступает в зазоры между корпусом и вставками бандажа и вытекает в проточную часть за турбиной. Второй контур - это контур охлаждения соплового аппарата. Вторичный воздух из камеры сгорания поступает через втулки во внутреннюю полость дефлектора 8 сопловой лопатки. Третий контур служит для организации охлаждения диска. Вторичный воздух из камеры сгорания, пройдя через отверстия в конической стенке внутренней опоры, растекается в полости между внутренней опорой и диском турбины 16, охлаждая полотно диска с входной стороны. Из этой полости воздух через отверстия в диске поступает в зазор между диском и дефлектором 17, под действием сил инерции течет в радиальном направлении и через щели, образованные выступами дефлектора, вытекает в проточную часть за турбиной. Большой воздушный лабиринт 7 служит для уменьшения площади, на которую воздействует давление охлаждающего воздуха, а следовательно, для уменьшения осевой нагрузки на подшипники передней опоры.
2.2. Двигатель ТРДД ПС-90 (ПС – Павел Соловьев)
Двигатель ТРДД ПС-90 предназначен для установки на самолетах ТУ-204 и ИЛ-96. Схема двигателя ПС-90 - двухвальная с подпорными ступенями на валу вентилятора.
Вентилятор двигателя трансзвуковой, одноступенчатый. Он состоит из обтекателя, рабочего колеса с числом лопаток 18, спрямляющего аппарата с числом лопаток 24. Вентилятор имеет две подпорные ступени с нерегулируемым входным направляющим аппаратом. КВД 13-ступенчатый, с регулируемыми входным направляющим аппаратом и направляющим аппаратом первой и второй ступеней, с клапанами перепуска воздуха из-за шестой и седьмой ступеней.
Турбина высокого давления двухступенчатая, имеет охлаждаемые сопловые и рабочие лопатки. Лопатки первой ступени охлаждаются воздухом, отбираемым из-за седьмой ступени КВД.
Турбина низкого давления четырехступенчатая, лопатки неохлаждаемые.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
