Poprvé letadlo s proudovým motorem ( TRD) vzlétl do vzduchu v roce 1939. Od té doby se konstrukce leteckých motorů zdokonalovala, objevily se různé typy, ale princip fungování u všech je přibližně stejný. Abyste pochopili, proč se letadlo s tak velkou hmotností může tak snadno dostat do vzduchu, musíte pochopit, jak funguje letecký motor. Proudový motor pohání letadlo pomocí proudového pohonu. Tah paprsku je zase síla zpětného rázu proudu plynu, který vyletí z trysky. To znamená, že se ukázalo, že proudová instalace tlačí letadlo a všechny lidi v kabině pomocí plynového proudu. Proud trysky, vylétající z trysky, je odpuzován ze vzduchu a tím uvádí letadlo do pohybu.

Zařízení turboventilátorového motoru

Design

Zařízení leteckého motoru je poměrně složité. Provozní teplota v takových instalacích dosahuje 1000 stupňů nebo více. V souladu s tím jsou všechny části, které tvoří motor, vyrobeny z materiálů, které jsou odolné vůči vysokým teplotám a ohni. Vzhledem ke složitosti zařízení existuje celá vědní oblast o proudových motorech.

TRD se skládá z několika hlavních prvků:

• fanoušek;
• kompresor;
• spalovací komora;
• turbína;
• tryska.

Před turbínou je instalován ventilátor. S jeho pomocí je do jednotky nasáván vzduch zvenčí. V takových instalacích se používají ventilátory s velkým počtem lopatek určitého tvaru. Velikost a tvar lopatek zajišťuje nejefektivnější a nejrychlejší přívod vzduchu do turbíny. Jsou vyrobeny z titanu. Kromě hlavní funkce (nasávání vzduchu) řeší ventilátor ještě jeden důležitý úkol: slouží k čerpání vzduchu mezi prvky proudového motoru a jeho pláštěm. Díky tomuto čerpání je systém chlazen a je zabráněno zničení spalovací komory.

V blízkosti ventilátoru je umístěn vysoce výkonný kompresor. S jeho pomocí vstupuje vzduch do spalovací komory pod vysokým tlakem. V komoře se vzduch mísí s palivem. Výsledná směs se zapálí. Po zapálení se směs a všechny sousední prvky instalace zahřejí. Spalovací komora je nejčastěji keramická. To je způsobeno skutečností, že teplota uvnitř komory dosahuje 2000 stupňů nebo více. A keramika se vyznačuje odolností vůči vysokým teplotám. Po zapálení se směs dostává do turbíny.

Pohled na motor letadla zvenčí

Turbína je zařízení skládající se z velkého počtu lopatek. Proud směsi vyvíjí tlak na lopatky, čímž uvádí turbínu do pohybu. Turbína v důsledku tohoto otáčení způsobuje otáčení hřídele, na které je ventilátor namontován. Ukazuje se uzavřený systém, který pro provoz motoru vyžaduje pouze přívod vzduchu a přítomnost paliva.

Dále směs vstupuje do trysky. Toto je poslední fáze 1. cyklu motoru. Zde se tvoří jet stream. Takto funguje letecký motor. Ventilátor vhání studený vzduch do trysky a zabraňuje tak jeho zničení příliš horkou směsí. Proud studeného vzduchu zabraňuje roztavení objímky trysky.

Do leteckých motorů lze instalovat různé trysky. Nejdokonalejší jsou považovány za mobilní. Pohyblivá tryska se může roztahovat a smršťovat, stejně jako nastavit úhel a nastavit správný směr proudu paprsku. Letadla s takovými motory se vyznačují vynikající manévrovatelností.

Typy motorů

Letecké motory jsou různých typů:

• klasický;
• turbovrtulový;
• turboventilátor;
• přímo skrz.

Klasický instalace fungují podle výše popsaného principu. Takové motory jsou instalovány na letadlech různých modifikací. Turbovrtulový fungovat poněkud jinak. V nich nemá plynová turbína žádné mechanické spojení s převodovkou. Tyto instalace pohánějí letoun pomocí proudového tahu jen částečně. Tento typ zástavby využívá hlavní část energie horké směsi k pohonu vrtule přes převodovku. V takové instalaci jsou místo jedné 2 turbíny. Jeden z nich pohání kompresor a druhý - šroub. Na rozdíl od klasických proudových motorů jsou šroubové instalace ekonomičtější. Ty ale neumožňují letadlům vyvinout vysoké rychlosti. Jsou instalovány na nízkorychlostních letadlech. TRD umožňují vyvinout mnohem větší rychlost během letu.

Turboventilátory motory jsou kombinované jednotky, které kombinují prvky proudových a turbovrtulových motorů. Od klasických se liší velkou velikostí lopatek ventilátoru. Ventilátor i vrtule pracují při podzvukových otáčkách. Rychlost pohybu vzduchu je snížena díky přítomnosti speciální kapotáže, ve které je ventilátor umístěn. Takové motory spotřebují palivo ekonomičtěji než klasické. Navíc se vyznačují vyšší účinností. Nejčastěji se instalují na vložky a velkokapacitní letadla.

Velikost leteckého motoru vzhledem k lidské výšce

Přímý tok instalace vzduchových trysek nezahrnují použití pohyblivých prvků. Vzduch je nasáván přirozeně díky kapotáži namontované na vstupu. Po nasátí vzduchu funguje motor podobně jako ten klasický.

Některá letadla létají na turbovrtulových motorech, které jsou mnohem jednodušší než proudové motory. Mnoho lidí má proto otázku: proč používat složitější instalace, když se můžete omezit na šroubovací? Odpověď je jednoduchá: proudové motory jsou výkonově lepší než šroubové motory. Jsou desetkrát silnější. V souladu s tím vytváří proudový motor mnohem větší tah. To umožňuje zvednout velká letadla do vzduchu a letět vysokou rychlostí.

V kontaktu s

0

Vzduchové proudové motory podle způsobu předkomprese vzduchu před vstupem do spalovacího prostoru se dělí na kompresorové a nekompresorové. U bezkompresorových proudových motorů se používá rychlostní výška proudu vzduchu. V kompresorových motorech je vzduch stlačován kompresorem. Kompresorový vzduchový proudový motor je proudový motor (TRD). Skupina, nazývaná smíšené nebo kombinované motory, zahrnuje turbovrtulové motory (TVD) a obtokové proudové motory (DTRD). Konstrukce a provoz těchto motorů jsou však do značné míry podobné proudovým motorům. Často jsou všechny typy těchto motorů kombinovány pod obecným názvem plynové turbínové motory (GTE). Motory s plynovou turbínou používají jako palivo petrolej.

Proudové motory

Strukturální schémata. Proudový motor (obr. 100) se skládá ze sání, kompresoru, spalovací komory, plynové turbíny a výstupu.

Vstupní zařízení je určeno pro přívod vzduchu do kompresoru motoru. V závislosti na umístění motoru v letadle může být součástí konstrukce letadla nebo konstrukce motoru. Vstupní zařízení zvyšuje tlak vzduchu před kompresorem.

V kompresoru dochází k dalšímu zvýšení tlaku vzduchu. U proudových motorů se používají odstředivé kompresory (obr. 101) a axiální kompresory (viz obr. 100).

V axiálním kompresoru, když se rotor otáčí, lopatky, působící na vzduch, jej kroutí a nutí jej pohybovat se podél osy směrem k výstupu kompresoru.

U odstředivého kompresoru je při otáčení oběžného kola vzduch unášen lopatkami a působením odstředivých sil se pohybuje na periferii. Motory s axiálním kompresorem našly nejširší uplatnění v moderním letectví.

Axiální kompresor obsahuje rotor (rotační část) a stator (nehybná část), ke kterým je připojeno vstupní zařízení. Do vstupních zařízení jsou někdy instalovány ochranné síta, aby se do kompresoru nedostaly cizí předměty, které by mohly poškodit lopatky.

Rotor kompresoru sestává z několika řad profilovaných rotorových lopatek uspořádaných do kruhu a postupně se střídajících podél osy otáčení. Rotory jsou rozděleny na buben (obr. 102, a), disk (obr. 102, b) a buben-disk (obr. 102, c).

Stator kompresoru se skládá z prstencové sady profilovaných lopatek upevněných ve skříni. Řada pevných lopatek, nazývaná rovnačka, se spolu s řadou pracovních lopatek nazývá kompresorový stupeň.

Moderní letecké proudové motory používají vícestupňové kompresory ke zvýšení účinnosti procesu stlačování vzduchu. Stupně kompresoru jsou vzájemně sladěny tak, aby vzduch na výstupu z jednoho stupně plynule obtékal lopatky dalšího stupně.

Potřebný směr vzduchu do dalšího stupně zajišťuje rovnačka. Ke stejnému účelu slouží i rozváděcí lopatka, instalovaná před kompresorem. U některých konstrukcí motoru může chybět vodicí lopatka.

Jedním z hlavních prvků proudového motoru je spalovací komora umístěná za kompresorem. Konstrukčně jsou spalovací komory trubkové (obr. 103), prstencové (obr. 104), trubkovitě prstencové (obr. 105).

Trubková (samostatná) spalovací komora se skládá z plamence a vnějšího pláště, vzájemně propojených závěsnými misky. Před spalovací komorou jsou instalovány vstřikovače paliva a vířič pro stabilizaci plamene. Plamenník má otvory pro přívod vzduchu, který zabraňuje přehřátí plamence. Zapalování směsi paliva a vzduchu v plamenných trubicích se provádí speciálními zapalovacími zařízeními instalovanými na samostatných komorách. Plamenné trubky jsou mezi sebou propojeny odbočnými trubkami, které zajišťují zapálení směsi ve všech komorách.

Prstencová spalovací komora je vytvořena ve formě prstencové dutiny tvořené vnějším a vnitřním pláštěm komory. V přední části prstencového kanálu je instalována prstencová plamence a v přední části plamence jsou instalovány vířiče a trysky.

Trubkovito-prstencová spalovací komora se skládá z vnějšího a vnitřního pláště tvořícího prstencový prostor, uvnitř kterého jsou umístěny jednotlivé plamence.

K pohonu kompresoru TRD je použita plynová turbína. V moderních motorech jsou plynové turbíny axiální. Plynové turbíny mohou být jednostupňové nebo vícestupňové (až šest stupňů). Mezi hlavní součásti turbíny patří trysková (vodicí) zařízení a oběžná kola, skládající se z kotoučů a lopatek rotoru umístěných na jejich věncích. Oběžná kola jsou připevněna k hřídeli turbíny a tvoří s ní rotor (obr. 106). Trysková zařízení jsou umístěna před pracovními lopatkami každého disku. Kombinace pevného tryskového aparátu a disku s pracovními lopatkami se nazývá turbínový stupeň. Lopatky rotoru jsou na kotouč turbíny připevněny zámkem na vánoční stromeček (obr. 107).

Výfukové zařízení (obr. 108) se skládá z výfukového potrubí, vnitřního kužele, hřebenu a trysky. V některých případech je z důvodu uspořádání motoru na letadle mezi výfukové potrubí a trysku instalováno prodlužovací potrubí. Proudové trysky mohou být s nastavitelnou i neregulovanou výstupní sekcí.

Princip činnosti. Na rozdíl od pístového motoru není pracovní proces v motorech s plynovou turbínou rozdělen do samostatných cyklů, ale probíhá nepřetržitě.

Princip činnosti proudového motoru je následující. Za letu proud vzduchu proti motoru prochází vstupem do kompresoru. Ve vstupním zařízení je vzduch předem stlačen a kinetická energie pohybujícího se proudu vzduchu je částečně přeměněna na potenciální tlakovou energii. Vzduch je v kompresoru vystaven výraznější kompresi. U proudových motorů s axiálním kompresorem pohání při rychlé rotaci rotoru lopatky kompresoru stejně jako lopatky ventilátoru vzduch směrem do spalovací komory. V rovnačkách instalovaných za oběžnými koly každého stupně kompresoru se v důsledku difuzorového tvaru mezilopatkových kanálů kinetická energie proudění získaná v kole přeměňuje na potenciální tlakovou energii.

U motorů s odstředivým kompresorem je vzduch stlačován odstředivou silou. Vzduch vstupující do kompresoru je zachycován lopatkami rychle se otáčejícího oběžného kola a působením odstředivé síly je vrhán od středu k obvodu kompresorového kola. Čím rychleji se oběžné kolo otáčí, tím větší tlak generuje kompresor.

Díky kompresoru mohou proudové motory vytvářet tah při práci na místě. Účinnost procesu stlačování vzduchu v kompresoru

charakterizovaný stupněm zvýšení tlaku π to, což je poměr tlaku vzduchu na výstupu z kompresoru p 2 k tlaku atmosférického vzduchu p H

Vzduch stlačený na vstupu a kompresoru pak vstupuje do spalovací komory a rozdělí se na dva proudy. Jedna část vzduchu (primární vzduch), což je 25-35% celkového průtoku vzduchu, je nasměrována přímo do plamence, kde probíhá hlavní spalovací proces. Další část vzduchu (sekundární vzduch) proudí kolem vnějších dutin spalovací komory, ochlazuje je a na výstupu z komory se mísí se zplodinami spalování, čímž se teplota proudu plyn-vzduch snižuje na hodnotu určenou tepelná odolnost lopatek turbíny. Malá část sekundárního vzduchu vstupuje do spalovací zóny bočními otvory plamence.

Ve spalovací komoře tak vzniká směs paliva se vzduchem rozstřikováním paliva tryskami a smícháním s primárním vzduchem, spálením směsi a smícháním produktů spalování se sekundárním vzduchem. Při nastartování motoru dochází k zapálení směsi speciálním zapalovacím zařízením a při dalším chodu motoru dochází k zapálení směsi paliva a vzduchu již existujícím plamenem.

Proud plynu vytvořený ve spalovací komoře, který má vysokou teplotu a tlak, se řítí k turbíně přes zužující se tryskové zařízení. V kanálech tryskového zařízení se prudce zvyšuje rychlost plynu na 450-500 m/s a dochází k částečné přeměně tepelné (potenciální) energie na energii kinetickou. Plyny z tryskového aparátu vstupují do lopatek turbíny, kde se kinetická energie plynu přeměňuje na mechanickou práci rotace turbíny. Lopatky turbíny rotující společně s disky otáčejí hřídel motoru a tím zajišťují chod kompresoru.

V pracovních lopatkách turbíny může docházet buď pouze k procesu přeměny kinetické energie plynu na mechanickou práci rotace turbíny, nebo k další expanzi plynu s nárůstem jeho otáček. V prvním případě se plynová turbína nazývá aktivní, ve druhém - reaktivní. Ve druhém případě lopatky turbíny kromě aktivního účinku přicházejícího proudu plynu zažívají také reaktivní účinek v důsledku zrychlení proudění plynu.

Ke konečné expanzi plynu dochází ve výstupu motoru (tryska trysky). Zde se tlak proudu plynu snižuje a rychlost se zvyšuje na 550-650 m/s (v pozemských podmínkách).

Potenciální energie spalin v motoru se tedy během expanzního procesu (v turbíně a výstupní trysce) přeměňuje na kinetickou energii. Část kinetické energie v tomto případě jde do rotace turbíny, která zase otáčí kompresor, druhá část - ke zrychlení toku plynu (pro vytvoření tahu trysky).

Turbovrtulové motory

Zařízení a princip činnosti. Pro moderní letadla

s velkou nosností a letovým dosahem jsou zapotřebí motory, které by mohly vyvinout potřebný tah s minimální specifickou hmotností. Tyto požadavky splňují proudové motory. Jsou však neekonomické ve srovnání s instalacemi poháněnými vrtulí při nízkých rychlostech letu. V tomto ohledu některé typy letadel určené pro lety relativně nízkou rychlostí a s velkým doletem vyžadují zástavbu motorů, které by spojovaly výhody proudového motoru s výhodami zástavby s vrtulí při nízkých rychlostech letu. Mezi tyto motory patří turbovrtulové motory (TVD).

Turbovrtulový motor je letecký motor s plynovou turbínou, ve kterém turbína vyvine větší výkon, než je potřeba k otáčení kompresoru, a tento přebytečný výkon se využívá k otáčení vrtule. Schéma TVD je znázorněno na Obr. 109.

Jak je vidět ze schématu, turbovrtulový motor se skládá ze stejných součástí a sestav jako proudový motor. Na rozdíl od proudového motoru je však na turbovrtulovém motoru navíc namontována vrtule a převodovka. Pro získání maximálního výkonu motoru musí turbína vyvinout vysoké otáčky (až 20 000 ot./min.). Pokud se vrtule otáčí stejnou rychlostí, pak bude její účinnost extrémně nízká, protože vrtule dosahuje maximální účinnosti v konstrukčních letových režimech při 750-1 500 ot / min.

Pro snížení otáček vrtule oproti otáčkám plynové turbíny je v turbovrtulovém motoru instalována převodovka. U motorů s vysokým výkonem se někdy používají dvě protiběžné vrtule, přičemž chod obou vrtulí zajišťuje jedna převodovka.

U některých turbovrtulových motorů je kompresor poháněn jednou turbínou a vrtule druhou. To vytváří příznivé podmínky pro regulaci motoru.

Tah u divadla vytváří hlavně vrtule (až 90 %) a jen nepatrně díky reakci proudu plynu.

V turbovrtulových motorech se používají vícestupňové turbíny (počet stupňů je od 2 do 6), což je dáno potřebou provozovat velké tepelné spády na turbovrtulové turbíně než na proudové turbíně. Použití vícestupňové turbíny navíc umožňuje snížit její otáčky a následně i rozměry a hmotnost převodovky.

Účel hlavních prvků divadla se neliší od účelu stejných prvků proudového motoru. Pracovní postup divadla je také podobný jako u proudového letadla. Stejně jako u proudového motoru je proud vzduchu předem stlačený ve vstupním zařízení podroben hlavnímu stlačení v kompresoru a poté vstupuje do spalovací komory, do které je současně vstřikovačem vstřikováno palivo. Plyny vznikající při spalování směsi vzduch-palivo mají vysokou potenciální energii. Vrhnou se do plynové turbíny, kde téměř zcela expandují, produkují práci, která se pak přenáší na kompresor, vrtuli a pohony agregátů. Za turbínou je tlak plynu téměř stejný jako atmosférický tlak.

U moderních turbovrtulových motorů je tahová síla získaná pouze v důsledku reakce proudu plynu proudícího z motoru 10-20 % celkové tahové síly.

Obtokové proudové motory

Snaha zvýšit tahovou účinnost proudových motorů při vysokých podzvukových rychlostech letu vedla k vytvoření obtokových proudových motorů (DTJE).

Na rozdíl od konvenčního proudového motoru pohání u motoru s plynovou turbínou plynová turbína (kromě kompresoru a řady pomocných jednotek) nízkotlaký kompresor, jinak nazývaný ventilátor sekundárního okruhu. Ventilátor druhého okruhu DTRD může být poháněn i ze samostatné turbíny umístěné za kompresorovou turbínou. Nejjednodušší schéma DTRD je znázorněno na Obr. 110.

První (vnitřní) okruh DTRD je okruh konvenčního proudového motoru. Druhý (externí) okruh je prstencový kanál, v němž je umístěn ventilátor. Proto se obtokovým proudovým motorům někdy říká turboventilátory.

Práce DTRD je následující. Proud vzduchu na motoru vstupuje do sání vzduchu a poté jedna část vzduchu prochází přes vysokotlaký kompresor primárního okruhu, druhá část - přes lopatky ventilátoru (nízkotlaký kompresor) sekundárního okruhu. Protože okruh prvního okruhu je obvyklým okruhem proudového motoru, je pracovní postup v tomto okruhu podobný pracovnímu postupu v proudovém motoru. Činnost ventilátoru sekundárního okruhu je podobná činnosti vícelisté vrtule otáčející se v prstencovém potrubí.

DTRD lze použít i na nadzvukových letounech, ale v tomto případě je pro zvýšení jejich tahu nutné zajistit spalování paliva v sekundárním okruhu. Pro rychlé zvýšení (posílení) tahu DTRD se někdy spaluje přídavné palivo buď v proudu vzduchu sekundárního okruhu nebo za turbínou primárního okruhu.

Při spalování přídavného paliva v sekundárním okruhu je nutné zvětšit plochu jeho trysky, aby se provozní režimy obou okruhů nezměnily. Pokud tato podmínka není splněna, sníží se průtok vzduchu ventilátorem sekundárního okruhu v důsledku zvýšení teploty plynu mezi ventilátorem a tryskou sekundárního okruhu. To bude mít za následek snížení výkonu potřebného k otáčení ventilátoru. Pak pro udržení předchozích otáček motoru bude nutné snížit teplotu plynu před turbínou v primárním okruhu a tím dojde k poklesu tahu v primárním okruhu. Zvýšení celkového tahu bude nedostatečné a v některých případech může být celkový tah posíleného motoru menší než celkový tah běžného vznětového motoru. Posílení tahu je navíc spojeno s vysokou měrnou spotřebou paliva. Všechny tyto okolnosti omezují použití této metody zvyšování tahu. Zvýšení tahu DTRD však může být široce používáno při nadzvukových rychlostech letu.

Použitá literatura: "Základy letectví" autoři: G.A. Nikitin, E.A. Bakanov

Užitný model umožňuje zvýšit účinnost obtokového proudového motoru (TEF) tím, že zaručuje chlazení posledního stupně turbíny v maximálních režimech (například v režimu vzletu) a zvyšuje účinnost v cestovním režimu. Chladicí systém posledního stupně axiální nízkotlaké turbíny turbodmychadlového motoru obsahuje sání vzduchu z vnějšího okruhu motoru a přídavný sání vzduchu za jedním z mezistupňů kompresoru. Chladicí systém je vybaven zařízením pro regulaci přívodu vzduchu do dutiny přiléhající k zadní ploše kotouče turbíny posledního stupně. Ovládací zařízení obsahuje otočný prstenec s pohonem. Otočný kroužek se dotýká koncové stěny podpěry turbíny. V koncové stěně podpěry jsou vytvořeny dva otvory. Jeden otvor je spojen s prstencovou dutinou podpěry turbíny posledního stupně a druhý je spojen s dutinou sběrače vzduchu umístěného v prstencové dutině podpěry turbíny. Otočný prstenec ovládacího zařízení je opatřen průchozím eliptickým otvorem umístěným s možností střídavého spojení s jedním ze dvou průchozích otvorů čelní stěny nosiče turbíny.

Užitný vzor se týká chladicích systémů prvků leteckého motoru, konkrétněji chladicího systému nízkotlaké turbíny (LPT) obtokového proudového motoru (TRDD).

Chladicí vzduch se používá k chlazení horkých konstrukčních prvků proudových motorů.

Známý turbínový chladicí systém proudového obtokového motoru, ve kterém se k chlazení lopatek turbíny používá vzduch, který je odebírán z mezistupně nebo posledního stupně vysokotlakého kompresoru (HPC) (viz např. „Konstrukce turbodmychadlo TRDDF", nakladatelství MAI, 1996, str. 27-28). Chladicí vzduch odebraný z HPC má dostatečně vysoký tlak (ve srovnání s místem jeho vypouštění do dráhy proudění turbíny), což zajišťuje jeho garantovaný přívod na všechny chladicí plochy. V tomto ohledu je účinnost takového chladicího systému velmi vysoká.

Nevýhodou použití takového chladicího systému je snížení měrného tahu při maximálních režimech a účinnosti v cestovních režimech. K tomuto poklesu dochází tím, že část výkonu vysokotlaké turbíny, která jde stlačovat chladicí vzduch LPT, se ztrácí a není využita ani k otáčení vysokotlakého kompresoru (HPC), ani k vytváření tahu motoru. Pokud je například průtok chladicích lopatek HPP ~5 % průtoku vzduchu na vstupu HPC a vzduch je odebírán z jeho posledního stupně, ztráta výkonu může být ~5 %, což je ekvivalentní snížení účinnost turbíny o stejnou hodnotu.

Nárokovanému technickému řešení se nejvíce blíží systém chlazení turbíny obtokového proudového motoru, ve kterém je pro chlazení nízkotlakých lopatek turbíny použit vzduch odebraný z kanálu vnějšího okruhu (viz např. „Obtokový motor Turbojet s přídavným spalováním AL -31F" Tutorial, nakladatelství VVIA pojmenované po N.E. Zhukovsky, 1987, s. 128-130). Chlazení turbíny se provádí ve všech provozních režimech motoru. Při této variantě odsávání chladícího vzduchu se v HPC nespotřebovává další výkon turbíny na jeho stlačení, proto lze v trysce přeměnit větší množství potenciální energie proudu plynu za turbínou na kinetickou energii výfukového paprsku. , což naopak povede ke zvýšení tahu motoru a jeho hospodárnosti.

Nevýhodou použití takového chladicího systému je snížení účinnosti chlazení v důsledku nedostatečného tlaku vzduchu odebraného z kanálu vnějšího okruhu chladicího vzduchu při provozních režimech motoru blízkých maximu (například režim vzletu). V těchto provozních režimech je optimální poměr pro účinnost motoru (maximální hodnota měrného tahu motoru) poměr tlaků v kanálu vnějšího okruhu a na výstupu z nízkotlaké turbíny je blízko. do jednoho. Takový tlakový rozdíl, zohledňující ztráty v přívodních kanálech a tryskách, nestačí k účinnému chlazení pracovní lopatky motoru LPT v těchto režimech.

Známá technická řešení mají omezené možnosti, protože vedou ke snížení účinnosti motoru.

Užitný model je založen na úkolu zvýšit účinnost turbodmychadlového motoru zaručením chlazení posledního stupně turbíny v maximálních režimech (například vzlet) a zvýšení účinnosti v cestovním režimu.

Technickým výsledkem je zvýšení účinnosti turbodmychadlového motoru.

Problém je vyřešen tím, že chladicí systém posledního stupně axiální nízkotlaké turbíny obtokového proudového motoru obsahuje nasávání vzduchu z vnějšího okruhu motoru. Sání vzduchu komunikuje skrz dutiny ozubnic a prstencovou dutinu podpěry turbíny posledního stupně, opatřenou přední koncovou stěnou, s dutinou přiléhající k zadní ploše kotouče turbíny, a přes tlakový kotouč s vnitřními dutinami. čepelí. Koncová stěna nosiče turbíny má průchozí otvory a vnější povrch skříně turbíny posledního stupně je vytvořen ve formě části vnitřního povrchu kanálu vnějšího obrysu motoru.

Novinkou u užitného vzoru je, že chladicí systém je na vstupu navíc opatřen nasáváním vzduchu za jedním z mezistupňů kompresoru, propojeným potrubím s dutým sběračem vzduchu na výstupu. Chladicí systém je vybaven zařízením pro regulaci přívodu vzduchu do dutiny přiléhající k zadní ploše turbíny posledního stupně. Ovládací zařízení obsahuje otočný prstenec s pohonem. Otočný kroužek se dotýká koncové stěny podpěry turbíny. V koncové stěně podpěry jsou vytvořeny dva otvory. Jeden otvor je spojen s prstencovou dutinou podpěry turbíny posledního stupně a druhý je spojen s dutinou sběrače vzduchu umístěného v prstencové dutině podpěry turbíny. Otočný prstenec ovládacího zařízení je opatřen průchozím eliptickým otvorem umístěným s možností střídavého spojení s jedním ze dvou průchozích otvorů čelní stěny nosiče turbíny.

Realizace chladicího systému posledního stupně axiální nízkotlaké turbíny obtokového proudového motoru podle nárokovaného užitného vzoru zajišťuje:

Dodatečné napájení chladicího systému na vstupu s nasáváním vzduchu za jedním z mezistupňů kompresoru, propojeným potrubím s dutým sběračem vzduchu na výstupu, komunikujícím s dutinou, zadní plochy kotouče kompresoru. poslední stupeň turbíny, zajišťuje zaručené chlazení při maximálních režimech včetně režimu vzletu;

Napájení chladicího systému se zařízením pro regulaci přívodu vzduchu do dutiny přiléhající k zadní ploše kotouče posledního turbínového stupně z mezistupně kompresoru nebo z vnějšího okruhu zajišťuje účinné chlazení listu rotoru LPT. ve všech provozních režimech motoru. Řídicí zařízení umožňuje kombinovat pozitivní vlastnosti obou chladicích systémů, to znamená, že připojením různých kanálů přívodu chladicího vzduchu do série je nejracionálnější zajistit provozuschopnost a účinnost chladicího systému turbíny v celém rozsahu provozu motoru. režimů, a tím zlepšit trakční, ekonomické a zdrojové vlastnosti motoru. V režimu odběru je tedy řídicí zařízení zapojeno tak, že chladicí vzduch z mezistupně kompresoru je přiváděn pod tlakem dostatečným k účinnému chlazení posledního stupně turbíny. To umožňuje buď zvýšit životnost turbíny a celého motoru při pevném průtoku chladicího vzduchu, nebo snížit průtok chladicího vzduchu a tím zvýšit trakční charakteristiku motoru. Vzduch v potrubí vnějšího okruhu nemá přetlak nutný pro účinné chlazení. V cestovním režimu řídicí zařízení zajišťuje přívod chladícího vzduchu z kanálu vnějšího okruhu, přičemž kanál pro nasávání vzduchu z kompresoru je blokován (poloha prstence je přepínána signálem v závislosti na rychlosti dol. -hřídel tlakové turbíny motoru n nd a stagnační teplota vzduchu na vstupu motoru T * N). Vzhledem k tomu, že chladicí vzduch neprochází kompresí v kompresoru, klesá potřebný výkon HPC a roste volná energie pracovní tekutiny za turbínou; to vede ke zvýšení tahu motoru a jeho účinnosti. Vzduch z kanálu vnějšího okruhu má navíc velký chladicí zdroj, který buď prodlouží životnost turbíny a celého motoru jako celku při pevném průtoku chladicího vzduchu, nebo sníží spotřebu chladicího vzduchu. a tím dále zvýšit účinnost motoru.

Tím je vyřešen problém nastolený v užitném modelu - zvýšení účinnosti turbodmychadlového motoru zaručením chlazení posledního stupně turbíny v maximálních režimech (například vzlet) a zvýšení účinnosti v cestovních režimech oproti známým analogům.

Tento užitný vzor je vysvětlen v následujícím podrobném popisu chladicího systému a jeho činnosti s odkazem na výkresy na obrázcích 1-3, kde

Obrázek 1 schematicky znázorňuje podélný řez posledním stupněm axiální nízkotlaké turbíny obtokového proudového motoru a jeho chladicího systému;

obrázek 2 - pohled A na obrázku 1;

obrázek 3 - řez B-B na obrázku 2.

Chladicí systém posledního stupně axiální nízkotlaké turbíny obtokového proudového motoru obsahuje (viz obrázek 1) přívod vzduchu 1 z vnějšího okruhu 2 motoru. Vstup 1 vzduchu je propojen s dutinou 3 přilehlou k zadnímu povrchu kotouče 4 turbíny skrz dutinu 5 stojanů 6 a prstencovou dutinu 7 podpěry turbíny posledního stupně, opatřenou přední koncovou stěnou 8 s průchozími otvory 9 (viz obr. 2, 3) turbíny a průchozími kanály 10 v kotouči 4 s vnitřními dutinami lopatek 11.

Chladicí systém posledního stupně nízkotlaké axiální turbíny obtokového proudového motoru obsahuje navíc na vstupu sání vzduchu za jedním z mezistupňů kompresoru (na obrázku nejsou znázorněny sání vzduchu a mezistupně kompresoru 1). Tento přívod vzduchu je spojen potrubím 12 s dutým sběračem vzduchu 13 na výstupu přilehlém ke koncové stěně 8 podpěry turbíny s průchozími otvory 14 (viz obr. 2, 3).

Kromě toho je chladicí systém vybaven zařízením pro regulaci přívodu vzduchu do dutiny 3 přiléhající k zadní ploše kotouče 4 turbíny posledního stupně. Ovládací zařízení je vyrobeno ve formě otočného prstence 15 (viz obr. 1-3) s pohonem (pohon není znázorněn) v kontaktu s koncovou stěnou 8 podpěry turbíny, kde otvor 9 poskytuje komunikační dutinu 3 s prstencovou dutinou 7 a otvor 14 zajišťuje spojení dutiny 3 s dutinou 16 vzduchového kolektoru 13 umístěného v prstencové dutině 7 podpěry turbíny. Pohon rotačního prstence 15 může být proveden například ve formě pneumatického motoru nebo pohonu podobného typu. Otočný prstenec 15 řídicího zařízení má průchozí elipsovitý otvor 17, který umožňuje střídavou komunikaci s průchozími otvory 9, 14 v koncové stěně 8 podpěry turbíny.

Navržený chladicí systém obsahuje přívod vzduchu a (na obrázku 1 neznázorněný přívod vzduchu) za jedním z mezistupňů kompresoru, přívod vzduchu 1b z kanálu vnějšího okruhu 2. Provoz systému přívodu chladicího vzduchu je popsané níže.

Chladicí systém posledního stupně axiální nízkotlaké turbíny obtokového proudového motoru pracuje následovně. Kroužek 15 může být ve dvou polohách. Když je kroužek 15 otočen do polohy I (viz obr. 2) (režim vzletu motoru), vzduch a proudí potrubím 12 za působení tlakového rozdílu sběračem vzduchu 13, otvorem 14 v stěnou 8 a otvorem 17 v prstenci 15 do dutiny 3, přilehlé k zadní ploše kotouče 4. V tomto případě je průchod vzduchu b do dutiny 3 blokován prstencem 15. Když prstenec 15 se otočí do polohy II (neznázorněno) (cestovní režim), otvor 17 se otočí tak, že otvor 14 je blokován prstencem 15 a vzduch b vstupuje do dutiny 3 otvorem 9 a otvorem 17 v prstenci 15. V tomto případě vzduch a, odebraný po mezistupni kompresoru, nevstupuje do dutiny 3.

Spínací kroužek 15 do polohy I nebo II se provádí signálem v závislosti na otáčkách n hřídele nízkotlaké turbíny motoru a stagnační teplotě vzduchu na vstupu motoru T* N. Při vysokých hodnotách parametru (provoz vzletového motoru), kroužek 15 je v poloze I, při nízkých hodnotách parametru (cestovní režim) - v poloze II.

Realizace chladicího systému v souladu s nárokovaným technickým řešením umožňuje zajistit potřebné chlazení posledního stupně nízkotlaké turbíny ve všech režimech chodu motoru a zároveň zvýšit účinnost a hospodárnost jeho provozu.

Chladicí systém posledního stupně axiální nízkotlaké turbíny obtokového proudového motoru, obsahující nasávání vzduchu z vnějšího obrysu motoru, komunikující přes dutiny ozubnic a prstencovou dutinu turbínové podpěry posledního stupeň, opatřený přední koncovou stěnou, s dutinou přiléhající k zadní ploše kotouče turbíny a tlakem kotoučem s vnitřními dutinami lopatek, kde koncová stěna podpěry turbíny má průchozí otvory, vyznačující se tím, že chladicí systém je na vstupu navíc vybaven vstupem vzduchu za jedním z mezistupňů kompresoru, napojeným potrubím na dutý sběrač vzduchu na výstupu, a zařízením pro regulaci přívodu vzduchu do dutiny, přiléhajícím k zadní plocha turbíny posledního stupně, kde je ovládací zařízení provedeno ve formě otočného prstence s pohonem v kontaktu s čelní stěnou podpěry turbíny, v čelní stěně podpěry jsou vytvořeny dva otvory, kde je jeden otvor připojen k prstencové dutině podpěry turbíny posledního stupně a druhý k dutině vzduchového kolektoru umístěného v prstencové dutině podpěry turbíny, je otočný prstenec ovládacího zařízení opatřen průchozím elipsovitý otvor umístěný s možností střídavého spojení s jedním ze dvou průchozích otvorů koncové stěny podpěry turbíny.

Odeslat svou dobrou práci do znalostní báze je jednoduché. Použijte níže uvedený formulář

Studenti, postgraduální studenti, mladí vědci, kteří využívají znalostní základnu ve svém studiu a práci, vám budou velmi vděční.

Vloženo na http://www.allbest.ru/

1. Popis konstrukce

síla turbínového motoru výkon

1.1 AL-31F

AL-31F je dvouokruhový dvouhřídelový proudový motor se směšovacími proudy vnitřního a vnějšího okruhu za turbínou, přídavným spalováním společným pro oba okruhy a nastavitelnou nadzvukovou tryskou pro všechny režimy. Nízkotlaký axiální 3-stupňový kompresor s nastavitelnou vstupní vodicí lopatkou (VNA), vysokotlaký axiální 7-stupňový kompresor s nastavitelným VNA a vodicími lopatkami prvních dvou stupňů. Turbíny vysokotlaké a nízkotlaké - axiální jednostupňové; lopatky turbín a tryskových zařízení jsou chlazeny. Hlavní spalovací komora je prstencová. V konstrukci motoru jsou široce používány slitiny titanu (až 35 % hmotnosti) a žáruvzdorné oceli.

1.2 Turbína

Obecná charakteristika

Turbína motoru je axiální, proudová, dvoustupňová, dvouhřídelová. Prvním stupněm je vysokotlaká turbína. Druhým stupněm je nízký tlak. Všechny lopatky a disky turbíny jsou chlazeny.

Hlavní parametry (H=0, M=0, režim "Maximum") a materiály částí turbíny jsou uvedeny v tabulkách 1.1 a 1.2.

Tabulka 1.1

Parametr
Stupeň snížení celkového tlaku plynu
Účinnost turbíny z hlediska parametrů stagnujícího proudění
Obvodová rychlost na obvodu lopatek, m/s
Otáčky rotoru, ot./min
Poměr rukávů
Teplota plynu na vstupu do turbíny
Spotřeba plynu, kg/s
Parametr zatížení, m/s

Tabulka 1.2

Konstrukce vysokotlaké turbíny

Vysokotlaká turbína je určena k pohonu vysokotlakého kompresoru a také pohonných a leteckých agregátů namontovaných na převodovkách. Turbína se konstrukčně skládá z rotoru a statoru.

Vysokotlaký rotor turbíny

Rotor turbíny se skládá z lopatek rotoru, disku a čepu.

Pracovní čepel je litá, dutá s polosmyčkovým prouděním chladicího vzduchu.

Ve vnitřní dutině jsou za účelem organizování proudění chladicího vzduchu uspořádány žebra, přepážky a turbulátory.

V následných sériích je lopatka s polosmyčkovým chladicím schématem nahrazena lopatkou s cyklonově-vírovým chladicím schématem.

Ve vnitřní dutině je podél náběžné hrany vytvořen kanál, ve kterém se stejně jako v cyklonu vytváří proudění vzduchu s vířením. K víření vzduchu dochází v důsledku jeho tangenciálního přívodu do kanálu přes otvory přepážky.

Z kanálu je vzduch vytlačován otvory (perforací) stěny čepele na zadní stranu čepele. Tento vzduch vytváří na povrchu ochranný film.

Ve střední části čepele na vnitřních plochách jsou kanály, jejichž osy se protínají. V kanálech se vytváří turbulentní proudění vzduchu. Turbulence proudu vzduchu a zvětšení kontaktní plochy zajišťují zvýšení účinnosti přenosu tepla.

V oblasti odtokové hrany jsou vyrobeny turbulátory (mosty) různých tvarů. Tyto turbulátory zintenzivňují přenos tepla a zvyšují pevnost lopatky.

Profilová část čepele je od zámku oddělena poličkou a prodlouženou nohou. Police čepelí, dokovací, tvoří kónický plášť, který chrání aretační část čepele před přehřátím.

Prodloužená noha, zajišťující vzdálenost vysokoteplotního proudu plynu od zámku a disku, vede ke snížení množství přenášeného tepla z profilové části na zámek a disk. Navíc podlouhlý dřík s relativně nízkou ohybovou tuhostí snižuje úroveň vibračního namáhání v profilové části čepele.

Třícípý zámek rybí kosti zajišťuje přenos radiálního zatížení z lopatek na kotouč.

Zub, vyrobený v levé části zámku, fixuje čepel proti pohybu po proudu a drážka spolu s fixačními prvky zajišťuje, aby se čepel nepohybovala proti proudu.

Na obvodovou část lopatky byl pro usnadnění záběhu při dotyku statoru a následně pro zamezení zničení lopatky zhotoven vzorek na jejím konci

Pro snížení úrovně vibračního namáhání pracovních lopatek jsou mezi nimi pod policemi umístěny tlumiče s krabicovitým designem. Při otáčení rotoru působením odstředivých sil jsou tlumiče přitlačovány k vnitřním plochám polic vibračních lopatek. Vlivem tření v místech styku dvou sousedních přírub na jednom tlumiči dojde k rozptýlení energie vibrací lopatek, což zajišťuje snížení úrovně vibračních napětí v lopatkách.

Turbínový kotouč je vyražen a následuje obrábění. V obvodové části kotouče jsou drážky typu „Rybí kost“ pro upevnění 90 listů rotoru, drážky pro uložení deskových zámků pro axiální fixaci listů a šikmé otvory pro přívod vzduchu, který ochlazuje listy rotoru.

Vzduch je odebírán z přijímače tvořeného dvěma přírubami, levým bočním povrchem disku a vírníkem. Vyvažovací závaží jsou umístěna pod spodním ramenem. Na pravé rovině stojiny kotouče je osazení labyrintového těsnění a osazení používané při demontáži kotouče. Na stupňovité části kotouče jsou vytvořeny válcové otvory pro osazení šroubů spojujících hřídel, kotouč a čep rotoru turbíny.

Axiální fixace pracovní čepele je provedena zubem s lamelovým zámkem. Do drážek lopatek ve třech místech kotouče, kde jsou vytvořeny výřezy, je vložen lamelový zámek (jeden pro dvě lopatky) a zrychluje po celém obvodu lopatkového prstence. Lamelové zámky, instalované v místě výřezů v disku, mají speciální tvar. Tyto zámky jsou namontovány v deformovaném stavu a po narovnání vstupují do drážek lopatek. Při rovnání lamelového zámku jsou lopatky podepřeny z opačných konců.

Rotor je vyvážen závažím upevněným v drážce osazení disku a upevněným v zámku. Ocas zámku je ohnutý na vyvažovacím závaží. Místo ohybu je kontrolováno na nepřítomnost trhlin kontrolou přes lupu. Rotor lze vyvažovat pohybem lopatek, povoleno je ořezávání konců závaží. Zbytková nerovnováha není větší než 25 gcm.

Disk s čepem a HPC hřídelí jsou spojeny lícovanými šrouby. Hlavy šroubů jsou fixovány proti otáčení destičkami ohnutými na zářezech hlav. Šrouby jsou chráněny před podélným pohybem vyčnívajícími částmi hlav zahrnutých v prstencové drážce hřídele.

Čep zajišťuje oporu rotoru na válečkovém ložisku (mezirotorové ložisko).

Čepová příruba je vystředěna a spojena s kotoučem turbíny. Na vnějších válcových drážkách čepu je umístěna manžeta labyrintových těsnění. Axiální a obvodová fixace labyrintů se provádí radiálními čepy. Aby čepy vlivem odstředivých sil nevypadly, po jejich zalisování jsou otvory v pouzdrech rozšířeny.

Na vnější části dříku čepu pod labyrinty je kontaktní těsnění upevněné přelitou maticí. Matice je zajištěna talířovým zámkem.

Uvnitř čepu ve válcových řemenech jsou vystředěna pouzdra kontaktního a labyrintového těsnění. Pouzdra jsou držena převlečnou maticí zašroubovanou do čepových závitů. Matice je zajištěna ohnutím antén korunky do koncových drážek čepu.

V pravé části vnitřní dutiny čepu je umístěn vnější kroužek válečkového ložiska, který je držen korunkovou maticí zašroubovanou do závitu čepu, který je zajištěn stejným způsobem.

Kontaktní těsnění tvoří dvojice ocelových pouzder a grafitových kroužků. Mezi grafitovými kroužky jsou umístěny ploché pružiny pro zaručený kontakt párů. Mezi ocelovými pouzdry je umístěno distanční pouzdro zabraňující přiskřípnutí mechanické kontaktní ucpávky.

Vysokotlaký stator turbíny

Stator vysokotlaké turbíny se skládá z vnějšího kroužku, bloků lopatek trysek, vnitřního kroužku, vířivého zařízení a těsnění s HPT vložkami.

Vnější kroužek je válcový plášť s přírubou. Kroužek je umístěn mezi skříní spalovací komory a skříní LPT.

Ve střední části vnějšího prstence je vytvořena drážka, podél které je vystředěna dělicí stěna výměníku tepla.

V levé části vnějšího prstence je na šrouby připevněn horní prstenec, který je podpěrou plamence spalovací komory a zajišťuje přívod chladicího vzduchu pro ofukování vnějších polic lopatek tryskového aparátu.

Na pravé straně vnějšího kroužku je instalováno těsnění. Těsnění se skládá z prstencové rozpěrky se síty, 36 sektorových vložek HPT a sektorů pro připevnění HPT vložek k rozpěrce.

Na vnitřním průměru HPT vložek je vytvořen prstencový závit, aby se zmenšila povrchová plocha při dotyku lopatek vysokotlakého rotoru, aby se zabránilo přehřátí obvodové části lopatek rotoru.

Těsnění je připevněno k vnějšímu kroužku pomocí vyvrtaných kolíků. Těmito vývrty je k HPT vložkám přiváděn chladicí vzduch.

Přes otvory ve vložkách je chladicí vzduch vytlačován do radiální mezery mezi vložkami a lopatkami rotoru.

Mezi vložky jsou instalovány desky pro snížení průtoku horkého plynu.

Při montáži těsnění jsou HPT vložky připevněny k distanční vložce v sektorech pomocí čepů. Toto upevnění umožňuje, aby se HPT vložky při zahřívání během provozu pohybovaly vůči sobě navzájem a rozpěrkám.

Lopatky tryskového zařízení jsou spojeny do 14 třílistých bloků. Bloky lopatek jsou lité, se zasunutými deflektory a připájenými na dvou místech s připájeným spodním krytem s čepem. Odlévaná konstrukce bloků s vysokou tuhostí zajišťuje stabilitu úhlů instalace lopatek, snížení úniku vzduchu a v důsledku toho zvýšení účinnosti turbíny, navíc je taková konstrukce technologicky vyspělejší .

Vnitřní dutina lopatky je přepážkou rozdělena na dva oddíly. V každém oddělení jsou deflektory s otvory, které zajišťují proudění chladicího vzduchu na vnitřní stěny čepele. Náběžné hrany lopatek jsou perforované.

V horní polici bloku je 6 závitových otvorů, do kterých jsou zašroubovány šrouby pro upevnění bloků tryskových zařízení k vnějšímu kroužku.

Spodní police každého bloku lopatek má čep, podél kterého je vnitřní kroužek vystředěn skrz pouzdro.

Profil kotce s přilehlými plochami polic je hlinitokřemičitý. Tloušťka povlaku 0,02-0,08 mm.

Pro snížení proudění plynu mezi bloky jsou jejich spoje utěsněny deskami vloženými do štěrbin na koncích bloků. Drážky v koncích bloků jsou vyrobeny elektroerozivní metodou.

Vnitřní kroužek je vyroben ve formě pláště s pouzdry a přírubami, ke kterému je přivařena kuželová membrána.

Na levé přírubě vnitřního kroužku je šrouby připevněn kroužek, na kterém spočívá plamenec a kterým je přiváděn vzduch, foukající vnitřní police lopatek tryskového aparátu.

V pravé přírubě je šrouby upevněna vířivá aparatura, což je svařovaná skořepinová konstrukce. Vířicí zařízení je navrženo tak, aby přivádělo a ochlazovalo vzduch proudící k lopatkám rotoru v důsledku zrychlení a víření ve směru otáčení turbíny. Pro zvýšení tuhosti vnitřního pláště jsou k němu přivařeny tři výztužné profily.

Ke zrychlení a víření chladicího vzduchu dochází ve sbíhavé části vířivého zařízení.

Zrychlení vzduchu zajišťuje snížení teploty vzduchu používaného k chlazení lopatek rotoru.

Víření vzduchu zajišťuje vyrovnání obvodové složky rychlosti vzduchu a obvodové rychlosti disku.

Konstrukce nízkotlaké turbíny

Nízkotlaká turbína (LPT) je určena k pohonu nízkotlakého kompresoru (LPC). Konstrukčně se skládá z LPT rotoru, LPT statoru a LPT nosiče.

Nízkotlaký rotor turbíny

Rotor nízkotlaké turbíny se skládá z disku LPT s pracovními lopatkami upevněnými na disku, tlakového disku, čepu a hřídele.

Pracovní čepel je litá, chlazená radiálním prouděním chladicího vzduchu.

Ve vnitřní dutině je 11 řad po 5 kusech válcových čepů - turbulátorů spojujících hřbet a žlab lopatky.

Obvodový plášť snižuje radiální vůli, což vede ke zvýšení účinnosti turbíny.

V důsledku tření kontaktních ploch polic věnce sousedních lopatek rotoru klesá úroveň vibračního namáhání.

Profilová část lopatky je oddělena od aretační části policí, která tvoří hranici proudění plynu a chrání disk před přehřátím.

Čepel má zámek typu rybí kosti.

Odlévání čepele se provádí podle investičních modelů s povrchovou úpravou hlinitanem kobaltnatým, který zlepšuje strukturu materiálu obrušováním zrn v důsledku tvorby krystalizačních center na povrchu čepele.

Aby se zvýšila tepelná odolnost, jsou vnější povrchy polic s perem, pláštěm a zámkem podrobeny kluzné aluminosicilaci s tloušťkou povlaku 0,02-0,04.

Pro axiální fixaci lopatek proti pohybu proti proudu je na něm vytvořen zub, který dosedá na okraj disku.

Pro axiální fixaci lopatky proti pohybu po proudu je v aretační části lopatky v oblasti příruby vytvořena drážka, do které je vložen dělený kroužek se zámkem, který je kotoučem bráněn proti axiálnímu pohybu. rameno. Během instalace je kroužek v důsledku přítomnosti výřezu zvlněn a vložen do drážek lopatek a osazení disku vstupuje do drážky kroužku.

Upevnění děleného kroužku v provozním stavu je provedeno zámkem se svorkami, které jsou ohnuté na zámek a procházejí otvory v zámku a štěrbinami v osazení disku.

Turbínový kotouč - lisovaný, s následným opracováním. V obvodové zóně pro umístění lopatek jsou drážky typu "Rybí kost" a šikmé otvory pro přívod chladicího vzduchu.

Na kotoučové stojině jsou zhotoveny prstencové příruby, na které jsou umístěny labyrintové kryty a přítlačný labyrintový kotouč. Upevnění těchto částí se provádí pomocí čepů. Aby kolíky nevypadly, jsou otvory rozšířené.

Pro stlačování vzduchu přiváděného pro chlazení lopatek turbíny je zapotřebí tlakový kotouč s lopatkami. Pro vyvážení rotoru jsou na přítlačném kotouči upevněna vyvažovací závaží lamelovými svorkami.

Na náboji kotouče jsou také vyrobeny prstencové nákružky. Na levém rameni jsou instalovány labyrintové kryty, na pravém rameni je instalován čep.

Čep je navržen tak, aby podpíral nízkotlaký rotor na válečkovém ložisku a přenášel krouticí moment z disku na hřídel.

Pro připojení disku k čepu je na něm v obvodové části vytvořena vidlicová příruba, podél které se provádí centrování. Centrování a přenášení zatížení navíc probíhá přes radiální čepy, které labyrint brání vypadnutí.

Na čepu LPT je také upevněn labyrintový těsnicí kroužek.

Na obvodové válcové části čepu je vpravo umístěna mechanická kontaktní ucpávka a vlevo manžeta radiální kontaktní ucpávky. Pouzdro je vystředěno podél válcové části čepu a je fixováno v axiálním směru ohnutím hřebene.

V levé části čepu na válcové ploše jsou pouzdra pro přívod oleje do ložiska, vnitřní kroužek ložiska a těsnicí části. Balení těchto dílů je staženo převlečnou maticí, aretováno lamelovým zámkem. Na vnitřním povrchu čepu jsou vytvořeny drážky pro zajištění přenosu točivého momentu z čepu na hřídel. V těle čepu jsou otvory pro přívod oleje do ložisek.

V pravé části čepu na vnější drážce je vnitřní kroužek válečkového ložiska podpěry turbíny upevněn maticí. Krytá matice je zajištěna talířovým zámkem.

Hřídel nízkotlaké turbíny se skládá ze 3 částí spojených navzájem radiálními čepy. Pravá část hřídele se svými drážkami vstupuje do reciproční drážky čepu a přijímá z ní krouticí moment.

Axiální síly z čepu na hřídel jsou přenášeny maticí našroubovanou na dřík hřídele se závitem. Matice je zajištěna proti povolení drážkovaným pouzdrem. Koncové drážky pouzdra zapadají do koncových drážek hřídele a drážky na válcové části pouzdra zapadají do podélných drážkování matice. V axiálním směru je drážkové pouzdro fixováno stavěcími a dělenými kroužky.

Na vnějším povrchu pravé strany hřídele je radiálními čepy upevněn labyrint. Na vnitřní ploše hřídele je radiálními čepy upevněno drážkové pouzdro pohonu olejového čerpacího čerpadla z podpěry turbíny.

Na levé straně hřídele jsou provedeny drážky, které přenášejí krouticí moment na pružinu a následně na rotor nízkotlakého kompresoru. Na vnitřní ploše levé strany hřídele je vyříznut závit, do kterého je zašroubována matice, zajištěná axiálním čepem. Do matice je zašroubován šroub, který utahuje rotor nízkotlakého kompresoru a rotor nízkotlaké turbíny.

Na vnějším povrchu levé strany hřídele je radiální kontaktní těsnění, distanční pouzdro a válečkové ložisko s kuželovým ozubením. Všechny tyto díly jsou utaženy převlečnou maticí.

Kompozitní provedení shaftu umožňuje zvýšit jeho tuhost díky zvětšenému průměru střední části a také snížit hmotnost - střední část shaftu je vyrobena z titanové slitiny.

Nízkotlaký stator turbíny

Stator se skládá z vnějšího pouzdra, bloků lopatek trysky a vnitřního pouzdra.

Vnější skříň je svařovaná konstrukce skládající se z kuželového pláště a přírub, podél kterých je skříň spojena se skříní vysokotlaké turbíny a nosnou skříní. Vně je k tělu přivařeno síto, které tvoří kanál pro přívod chladicího vzduchu. Uvnitř jsou příruby, podél kterých je tryskové zařízení vystředěno.

V oblasti pravé příruby je patka, na kterou jsou instalovány LPT vložky s voštinou a upevněny radiálními čepy.

Lopatky tryskového zařízení za účelem zvýšení tuhosti v jedenácti třílopatkových blocích.

Každá čepel je litá, dutá, chlazená vnitřními deflektory. Průtočnou část tvoří pera, vnější a vnitřní police. Vnější police lopatek mají příruby, se kterými jsou vystředěny podél drážek vnějšího pláště.

Axiální fixace bloků lopatek trysek je provedena děleným kroužkem. Obvodová fixace lopatek se provádí pomocí výstupků těla, které jsou obsaženy ve štěrbinách vytvořených ve vnějších policích.

Vnější povrch polic a profilová část lopatek je pro zvýšení tepelné odolnosti aluminosicilován. Tloušťka ochranné vrstvy je 0,02-0,08 mm.

Pro snížení průtoku plynu mezi bloky lopatek jsou ve štěrbinách instalovány těsnicí desky.

Vnitřní police lopatek jsou zakončeny kulovými čepy, podél kterých je vystředěn vnitřní plášť, představující svařovanou konstrukci.

V žebrech vnitřního tělesa jsou vytvořeny drážky, které s radiální vůlí vstupují do vroubků vnitřních polic lopatek trysky. Tato radiální vůle poskytuje volnost pro tepelnou roztažnost lopatek.

Podpora turbíny ND

Podpěra turbíny se skládá z podpěrné skříně a ložiskové pouzdro.

Nosné těleso je svařovaná konstrukce sestávající z skořepin spojených sloupky. Stojany a skořepiny jsou chráněny před prouděním plynu nýtovanými síty. Na přírubách vnitřního pláště podpěry jsou upevněny kónické membrány nesoucí pouzdro ložiska. Na těchto přírubách je vlevo upevněno pouzdro labyrintového těsnění a vpravo je upevněno stínění chránící podpěru před prouděním plynu.

Na přírubách pouzdra ložiska je vlevo upevněno pouzdro kontaktního těsnění. Vpravo je kryt olejové dutiny a tepelný štít upevněny šrouby.

Ve vnitřním otvoru skříně je umístěno válečkové ložisko. Mezi pouzdrem a vnějším kroužkem ložiska je pružný kroužek a pouzdra. V prstenci jsou vytvořeny radiální otvory, kterými je při vibracích rotorů čerpán olej, do kterého je odváděna energie.

Axiální fixace kroužků se provádí krytem, ​​přitahovaným k podpěře ložiska šrouby. V dutině pod tepelným štítem je umístěno olejové odsávací čerpadlo a olejové trysky s potrubím. Ložiskové pouzdro má otvory, které přivádějí olej do tlumiče a trysek.

Chlazení turbíny

Systém chlazení turbíny - vzduch, otevřený, regulovaný diskrétními změnami proudění vzduchu přes výměník tepla vzduch-vzduch.

Náběžné hrany lopatek tryskového zařízení vysokotlaké turbíny mají konvekční filmové chlazení sekundárním vzduchem. Police tohoto tryskového zařízení jsou chlazeny sekundárním vzduchem.

Zadní pásy lopatek SA, kotoučové a rotorové listy LPT, skříně turbíny, lopatky SA turbíny ventilátoru a její disk na levé straně jsou chlazeny vzduchem procházejícím výměníkem vzduch-vzduch ( VHT).

Sekundární vzduch vstupuje do výměníku tepla otvory ve skříni spalovací komory, kde se ochladí o -150-220 K a prochází ventilovým aparátem k chlazení částí turbíny.

Vzduch sekundárního okruhu je přes opěrné nohy a otvory přiváděn k tlakovému disku, který zvýšením tlaku zajišťuje jeho přívod k pracovním lopatkám LPT.

Skříň turbíny je chlazena zvenku sekundárním vzduchem a zevnitř vzduchem z VVD.

Chlazení turbíny se provádí ve všech provozních režimech motoru. Chladicí okruh turbíny je znázorněn na obrázku 1.1.

V turbíně proudí energie

Setrvačné síly od listů rotoru přes zámky typu "Rybí kost" se přenesou na disk a nahrají jej. Nevyvážené setrvačné síly lopatkových kotoučů jsou přenášeny přes lícované šrouby na vysokotlakém rotoru a přes středící nákružky a radiální čepy na vysokotlakém rotoru na hřídel a čepy nesené ložisky. Radiální zatížení se přenáší z ložisek na části statoru.

Axiální složky plynových sil vznikajících na pracovních lopatkách HPT jsou přenášeny na kotouč v důsledku třecích sil na kontaktních plochách v zámku a „zubu“ lopatky proti kotouči. Na kotouči se tyto síly sčítají s axiálními silami vznikajícími z poklesu tlaku na kotouči a jsou přenášeny na hřídel přes utažené šrouby. Nasazené šrouby z této síly pracují v tahu. K axiální síle se přičítá axiální síla rotoru turbíny.

Vnější obrys

Vnější okruh je navržen tak, aby obcházel část proudu vzduchu stlačeného v LPC za LPC.

Konstrukčně se vnější obrys skládá ze dvou (předních a zadních) profilovaných pouzder, které jsou vnějším pláštěm produktu a používají se také pro upevnění komunikací a jednotek. Skořepiny vnějšího pouzdra jsou vyrobeny z titanové slitiny. Skříň je zařazena do silového obvodu výrobku, vnímá krouticí moment rotorů a částečně i hmotnost vnitřního obvodu a také přetěžovací síly při evoluci předmětu.

Přední kryt vnějšího okruhu má horizontální konektor pro přístup k HPC, CS a turbíně.

Profilování dráhy proudění vnějšího obrysu je zajištěno instalací vnějšího obrysu vnitřního síta do předního pláště, s ním spojeného radiálními výztuhami, které jsou zároveň výztužnými žebry předního pláště.

Zadní plášť vnějšího obrysu je válcový plášť ohraničený přední a zadní přírubou. Na zadním krytu z vnější strany jsou výztužné výztuhy. Příruby jsou umístěny na pouzdrech vnějšího pouzdra:

· Odebírat vzduch z vnitřního okruhu produktu po 4 a 7 stupních HPC a také z kanálu vnějšího okruhu pro potřeby zařízení;

· Pro zapalovače KS;

· Pro kontrolní okna HPC lopatek, kontrolní okna CS a kontrolní okna turbín;

· Pro komunikaci přívodu a odvodu oleje k podpěře turbíny, odvětrání vzduchové a olejové dutiny zadní podpěry;

· Vypouštění vzduchu do pneumatických válců trysek (RS);

· Pro upevnění páky zpětné vazby řídicího systému ON HPC;

· Pro komunikaci pro přívod paliva do CS, stejně jako pro komunikaci pro odvzdušnění po HPC do palivového systému produktu.

Náboje pro upevnění jsou také navrženy na těle vnějšího obrysu:

· Rozdělovač paliva; výměníky tepla palivový olej olejové nádrže;

· Palivový filtr;

· KND automatizační reduktor;

· Vypouštěcí nádrž;

· Zapalovací jednotka, komunikace systémů spouštění FC;

· Rámy s upevňovacími body pro trysku a regulátor přídavného spalování (RSF).

V průtokové části vnějšího okruhu jsou instalovány dvoukloubové komunikační prvky systému výrobku, které kompenzují tepelnou roztažnost v axiálním směru těles vnějšího a vnitřního okruhu při provozu výrobku. Roztažení pouzder v radiálním směru je kompenzováno smícháním dvoukloubových prvků, konstrukčně vyrobených podle schématu "píst-válec".

2. Výpočet pevnosti kotouče oběžného kola turbíny

2.1 Schéma výpočtu a počáteční údaje

Grafické znázornění HPT oběžného kotouče a výpočtový model kotouče jsou na obr. 2.1.Geometrické rozměry jsou uvedeny v tabulce 2.1. Podrobný výpočet je uveden v příloze 1.

Tabulka 2.1

Oddíl i

n - počet otáček disku v konstrukčním režimu je 12430 ot./min. Disk je vyroben z materiálu EP742-ID. Teplota podél poloměru disku není konstantní. - lopatkové (obrysové) zatížení, simulující působení odstředivých sil lopatek a jejich vzájemného spojení (kořeny lopatek a výstupky disku) na disk v návrhovém režimu.

Charakteristika materiálu kotouče (hustota, modul pružnosti, Poissonův koeficient, koeficient lineární roztažnosti, dlouhodobá pevnost). Při zadávání charakteristik materiálů se doporučuje použít hotová data z archivu materiálů zařazených do programu.

Zatížení obrysu se vypočítá podle vzorce:

Součet odstředivých sil per lopatek,

Součet odstředivých sil zámků (kořeny lopatek a výstupky disku),

Oblast obvodového válcového povrchu disku, přes kterou jsou odstředivé síly přenášeny na disk a:

Síly vypočítané podle vzorců

z- počet lopatek,

Oblast kořenové části peří čepele,

Napětí v kořenové části pera čepele, způsobené odstředivými silami. Výpočet tohoto napětí byl proveden v části 2.

Hmotnost prstence tvořeného zajišťovacími spoji lopatek s kotoučem,

poloměr setrvačnosti pojistného kroužku,

u - úhlová rychlost otáčení disku v konstrukčním režimu, vypočtená prostřednictvím otáček takto: ,

Hmotnost prstence a poloměr se vypočítá podle vzorců:

Plocha obvodového válcového povrchu disku se vypočítá podle vzorce 4.2.

Dosazením počátečních dat do vzorce pro výše uvedené parametry získáme:

Výpočet síly disku se provádí programem DI.EXE, dostupným na počítačové třídě 203 katedry.

Je třeba mít na paměti, že geometrické rozměry disku (poloměry a tloušťky) se zadávají do programu DI.EXE v centimetrech a zatížení obrysu - v (překlad).

2.2 Výsledky výpočtu

Výsledky výpočtu jsou uvedeny v tabulce 2.2.

Tabulka 2.2

První sloupce tabulky 2.2 představují počáteční údaje o geometrii disku a rozložení teploty podél poloměru disku. Sloupce 5-9 uvádějí výsledky výpočtu: radiální (radiální) a obvodová (obvodová) napětí, rezervy pro ekvivalentní napětí (např. ekv.) a lomové otáčky (cyl. sec.), jakož i prodloužení kotouče při působení odstředivých sil a tepelných roztažností při různých poloměrech.

Nejmenší míra bezpečnosti z hlediska ekvivalentního napětí byla získána na základně disku. Přípustná hodnota. Pevnostní podmínka je splněna.

Nejmenší bezpečnostní rezerva pro lomové otáčky byla také dosažena na základně disku. Povolená hodnota. Pevnostní podmínka je splněna.

Rýže. 2.2 Rozložení napětí (poloměr a okolí) podél poloměru disku

Rýže. 2.3 Rozložení bezpečnostní meze (ekvivalentní meze napětí) podél poloměru disku

Rýže. 2.4 Rozložení bezpečnostní rezervy na vylamovací otáčky

Rýže. 2.5 Rozložení teploty, napětí (rad. a okolí) podél poloměru disku

Literatura

1. Khronin D.V., Vyunov S.A. atd. "Návrh a konstrukce leteckých motorů s plynovou turbínou". - M, Strojírenství, 1989.

2. "Motory s plynovou turbínou", A.A. Inozemtsev, V.L. Sandratsky, OJSC Aviadvigatel, Perm, 2006

3. Lebeděv S.G. Projekt předmětu z disciplíny "Teorie a výpočty lopatkových strojů", - M, MAI, 2009.

4. Perel L.Ya., Filatov A.A. Valivá ložiska. Adresář. - M, Strojírenství, 1992.

5. Program DISK-MAI, vyvinutý na katedře 203 MAI, 1993.

6. Inozemtsev A.A., Nikhhamkin M.A., Sandratsky V.L. „Motory s plynovou turbínou. Dynamika a síla leteckých motorů a elektráren. - M, Strojírenství, 2007.

7. GOST 2.105 - 95.

Hostováno na Allbest.ru

...

Podobné dokumenty

Termogasdynamický výpočet motoru, výběr a zdůvodnění parametrů. Koordinace parametrů kompresoru a turbíny. Plynodynamický výpočet turbíny a profilace lopatek turbíny prvního stupně turbíny na počítači. Výpočet pevnosti lopatek turbíny.

práce, přidáno 3.12.2012


Termogasdynamický výpočet motoru. Koordinace provozu kompresoru a turbíny. Plynodynamický výpočet axiální turbíny na počítači. Profilování lopatek vysokotlakých turbín. Popis konstrukce motoru, výpočet pevnosti kotouče turbíny.

práce, přidáno 22.01.2012


Termoplynodynamický výpočet motoru, profilace lopatek oběžných kol prvního stupně turbíny. Plynodynamický výpočet turbodmychadla a vývoj jeho konstrukce. Vypracování plánu zpracování kuželových kol. Analýza účinnosti motoru.

práce, přidáno 22.01.2012


Návrh dráhy proudění leteckého motoru s plynovou turbínou. Výpočet síly pracovní lopatky, turbínového kotouče, připojovacího bodu a spalovací komory. Technologický postup výroby přírub, popis a výpočet režimů zpracování pro operace.

práce, přidáno 22.01.2012


Popis konstrukce motoru. Termogasdynamický výpočet proudového obtokového motoru. Výpočet pevnosti a stability kotouče kompresoru, skříní spalovací komory a uzávěru lopatek prvního stupně vysokotlakého kompresoru.

semestrální práce, přidáno 03.08.2011


Výpočet pro dlouhodobou statickou pevnost prvků leteckého proudového motoru R-95Sh. Výpočet pracovní lopatky a disku prvního stupně nízkotlakého kompresoru na pevnost. Odůvodnění vzoru na základě patentové studie.

semestrální práce, přidáno 8.7.2013


Návrh pracovního procesu plynových turbínových motorů a vlastnosti plynodynamického výpočtu jednotek: kompresoru a turbíny. Prvky termogasdynamického výpočtu dvouhřídelového termoproudového motoru. Vysokotlaké a nízkotlaké kompresory.

test, přidáno 24.12.2010


Výpočet pevnosti prvků prvního stupně vysokotlakého kompresoru proudového obtokového motoru se směšovacími proudy pro bojový stíhač. Výpočet přídavků na obrábění pro vnější, vnitřní a koncové plochy rotace.

práce, přidáno 06.07.2012


Koordinace parametrů kompresoru a turbíny a její plynodynamický výpočet na počítači. Profilování lopatky oběžného kola a výpočet její pevnosti. Schéma procesu, provádění soustružnických, frézovacích a vrtacích operací, analýza účinnosti motoru.

práce, přidáno 03.08.2011


Stanovení dilatační práce (dostupný tepelný spád v turbíně). Výpočet procesu v tryskové aparatuře, relativní rychlost na vstupu do radaru. Výpočet pevnosti stopky, ohyb zubu. Popis hnací turbíny GTE, výběr materiálu dílů.