1.10 Будова авіаційних ГТД

Нерухомі вузли ГТД утворюють статор двигуна, ті що оберта­ються - ротор. До складу статора входять: корпуса компресорів, каме­ри згорання, турбіни, нерухомі деталі опор ротора, а також сполучні деталі статора [4]. Деталі статора ГТД сприймають сили і моменти, що виникають у процесі роботи, утворюючи силовий корпус двигуна. До силового корпуса двигуна кріпляться вхідні і вихідні пристрої, а та­кож допоміжні агрегати двигуна (коробки приводів, насоси, стартер-генератор і т.п.). Ротор двигуна складається з роторів компресора і ту­рбіни, у залежності від кінематичного зв'язку яких розрізняють одно-, дво- і тривальні ГТД.

В одновальних схемах використовуються три опори, середня з яких є радіально-упорною. При двовальній схемі (турбогвинтові і турбо­реактивні двоконтурні двигуни) приводний гвинт силової турбіни може розташовуватися в передній чи задній частині двигуна. Число опор 5-7, радіально-упорні підшипники розміщені або перед ротором компресора або за ротором.

За тривальною схемою виконуються турбореактивні двоконтурні ГТД, компресор яких проектується за трикаскадною схемою.

Розглянемо будову авіаційного ГТД на прикладі ТВ-2-117 (принципова схема приведена на рис.1.7)

 

1 - осьовий компресор;

2 - камера згорання;

3 - турбіна;

4 - реактивне сопло

Рисунок 1.7 - Повздовжний переріз ТРД [2]

Камера згорання (див. рис.1.5). Основним елементом камери згорання є жарова труба - зварна конструкція, з листової жароміцної сталі, яка складається з зовнішнього і внутрішнього обтічників та зов­нішніх і внутрішніх секцій. Для охолодження бічних стінок секцій жарової труби існують спеціальні отвори. У передній частини камери згорання встановлений дифузор - зварна конструкція з титанового сплаву. Дифузор складається з двох корпусів, що утворюють канал, який поступово розширюється. На дифузорі є фланці для кріплення до корпуса компресора і корпусу камери згорання, та для кріплення тру­бопроводів системи змащування. Корпус камери згорання виготовле­ний з титанового сплаву, має циліндричну форму із конусною зад­ньою частиною. Конструкцією передбачені фланці для кріплення ди­фузора та соплового апарата турбіни.

Компресор ТВ-2-117 (рис.1.8): осьовий, десятиступеневий, кор­пус складається з переднього, середнього і заднього корпусів. Вхідний направляючий апарат і апарати 1, 2 і 3 ступеней виготовлені з титано­вого сплаву, виконані поворотними для поліпшення запуску двигуна. Поворотні лопатки цапфами встановлюються у фторопластові втулки, що впресовані в бобишки корпусів компресора. На кінці цапф закріп­лені важелі, з'єднані пальцями з поворотними кільцями, що приво­дяться в обертання гідромеханізмами.

Ротор складається з 3-х частин: робочого колеса І ступені, рото­ра барабанного типу з робочими лопатками ІІ-ІХ ступеней і робочого колеса Х ступені. Диски І, Х робочих коліс виготовлені з листової сталі, ротор ІІ-ІХ з титанового сплаву. Лопатки виконуються з нержа­віючої сталі.

 

1 - передній корпус;

2 - поворотна лопатка вхідного направляючого апарата;

3 - поворотна лопатка направляючого апарата І ступені компресора;

4 - важель;

5 - поворотне кільце;

6 - середній корпус;

7 - обічайка середнього корпуса;

8 та 9 - коробка та фланець перепускання повітря

Рисунок 1.8 - Компресор двигуна [2]

Турбіна (див. рис.1.6). Турбіна - осьова двоступенева, склада­ється з ротора, соплових апаратів та опор ротора. Ротор турбіни утво­рений з вала, двох робочих колес, задньої цапфи і лабіринту. Для охо­лодження деталей турбіни від VIII ступені компресора відбирається повітря, що підводиться через порожнину вала. Вал ротора, диски ро­бочих колес і цапфа зцентровані між собою і стягнуті дванадцятьма поздовжніми болтами. Робочі лопатки закріплені в дисках за допомо­гою замка ялинкового типу.

На кінцях робочих лопаток виконані полиці, що утворюють кі­льцевий бандаж, що збільшує віброміцність лопаток. На зовнішній поверхні полиці виконані гребінці, що за периферією робочого колеса утворюють кільцевий газовий лабіринт. Наявність полиць і газовий лабіринт зменшують перетікання газу через радіальний зазор, що збі­льшує ККД турбіни.

Вал турбіни і цапфа виготовлені з деформовної корозійностійкої сталі; диск турбіни і лабіринти - із хромонікельової сталі, робочі ло­патки - із жароміцної деформовної сталі.

Опори ротора двигуна (рис. 1.9). Опора складається з корпуса підшипника, корпуса лабіринтів, підшипника, деталей кріплення та ущільнення. Сталевий корпус підшипника кріпиться до внутрішнього фланця дифузора камери згорання. Корпус лабіринтів опори викона­ний із титанового сплава і сполучений за допомогою болтів з корпу­сом опори. Роз'ємне внутрішнє кільце підшипника разом із лабірин­том, кільцем регулювання, кільцеутримувачем закріплені на задній шийці ротора компресора. Зовнішні кільця підшипника змонтовано в корпусі опори. Між зовнішнім кільцем підшипника і корпусом опори встановлений кільцевий пружний елемент.

Експлуатація опор ротора передбачає підвищений рівень темпе­ратур, тому використовуються сплави з низьким коефіцієнтом ліній­ного розширення. Сплави мають забезпечувати певну теплостійкість. Для збереження високих антифрикційних властивостей тривалий час в зону тертя підводиться масло, витрати та склад якого залежить від те­мператури та напруженого стану вузла. Для уникнення надмірного ро­зігріву підшипників використовуються лабіринтні ущільнення, що за­побігають перетіканню мастила та гарячого газу

I - підшипник; 2 - корпус опори;

3 - штуцер постачання мастила; 4 - трубка постачання мастила; 5 - корпус лабіринтів; 6 - бандажна втулка; 7 - втулки; 8 - кільцеутримувач;

9 - кільця ущільнювальні; 10 - штуцер відведення мастила;

II - кільця регулювання; 12 - пружний елемент

Рисунок 1.9 - Друга опора ротора двигуна [2]

Конструктивні особливості двигунів, що використовуються для наземних установок, розглянемо на прикладі двигунів АИ-24 та Д-30.

Турбогвинтовий ГТД АИ-24 виконується за одновальною схе­мою, з повітряним гвинтом має максимальну тягу на землі Я=25000 Н,питома витрата пального Се=0,0274 кг/(год.-П) і питома маса удв=0,206 кг/Н. Схема турбогвинтового ГТД АИ-24 приведена на рис.1.10 До складу двигуна АИ-24 входять наступні вузли: планетар­ний редуктор - 1; вхідний пристрій - 2; осьовий турбокомпресор - 3; камера згорання - 4; газова турбіна - 5.

 

Вхідний пристрій двигуна АИ-24 уявляє собою кільцевий канал з ребрами жорсткості, у яких розміщені елементи привода агрегатів. Компресор двигуна АИ-24 осьовий десятиступеневий, забезпечує над­ходження повітря з атмосфери і його стискання. З компресора повітря надходить у кільцеву камеру згорання, з неї гарячі гази надходять у триступеневу реактивну газову турбіну. Конструкція має пристрій для повороту лопаток, завдяки цьому може змінюватися потужність, що передається на гвинт. У результаті цього, при дроселюванні подачі пального, можлива зміна частоти обертання ротора може бути ском-пенсована збільшенням потужності, споживаної повітряним гвинтом. Це забезпечує постійність частоти обертання ротора двигуна на всіх режимах його роботи. Із збільшенням подачі пального зростає темпе­ратура газів і тиск. При цьому, оскільки при постійній частоті обер­тання ротора турбокомпресора його продуктивність не змінюється, збільшення потужності двигуна визначається ростом температури продуктів згорання і ступенем розширення газу в робочому тракті ту­рбіни, тобто корисною роботою циклу. Запуск двигуна АИ-24 здійс­нюється від двох стартерів-генераторів СТГ-12ТМ через пускову панель.

Двоконтурний турбореактивний двигун Д-30 має максимальну тягу на землі Я=65000 Н, питома витрата пального Се=0,062 кг/(год-Н) і питому масу удв=0,032 кг/Н.

На рис.1.11 приведена схема двигуна Д-30. Двоконтурний тур­бореактивний двигун Д-30 складається з наступних основних вузлів: вхідного направляючого апарата - 1; компресора низького тиску - 2; розділових корпусів - 3; компресорів високого тиску - 4, камери зго­рання - 5; турбіни компресора високого тиску - 6; турбіни компресора низького тиску - 7; реактивного сопла зі змішуванням потоків - 8.

 

Вхідний направляючий апарат утворений внутрішньою цилінд­ричною оболонкою з кожухом і профільованими лопатками. Направ­ляючий апарат регулюється шляхом повороту лопаток. Через кожух і лопатки направляючого апарата пропускається масло з системи зма­щення для виключення заледеніння. Компресор низького тиску -осьовий чотириступеневий з першою надзвуковою ступенню. Потік повітря, що надходить з компресора низького тиску, розділяється на два потоки за допомогою розділового корпуса. Внутрішній потік пові­тря надходить у каскад високого тиску, осьовий компресор якого складається з десяти ступеней. Камера згорання двигуна Д-30 трубча­сто-кільцева і складається з десяти жарових труб і кільцевого кожуха. Турбіна компресора низького тиску двоступенева реактивна. Турбіна компресора високого тиску також двоступенева реактивна. Продукти згорання після турбіни і повітря з другого контуру направляються в реактивне сопло-змішувач, створюючи тягу двигуна. Запуск двигуна Д-30 здійснюється від двох стартерів-генераторів СТГ-18.