книги / Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок. Т. 2 Компрессоры. Камеры сгорания. Форсажные камеры. Турбины. Выходные устройства
.pdfБ-Б (2:1) г
Рис. 5.42. Основные геометрические параметры хвостовика типа «ласточкин хвост» с плоскими рабочими поверхностями: * Размеры расчетные; X, Y—координатные оси профиля пера; О - центр координатных осей профиля;
SCS—расстояние от точки О до переднего торца хвостовика (в направлении оси вращения ротора);
Г С 5 - расстояние от точки О до плоскости симметрии хвостовика (в направлении фронтальной линии);
UX- угол установки профиля; US- угол установки хвостовика; h - высота задания толщины хвостовика Ь; а - угол клина хвостовика; В - основание хвостовика
ка. Для сжатия кольца при демонтаже лопаток из колеса в диске выполнены специальные отвер стия 4.
В роторах с гладкой проточной частью фикса цию лопаток от осевого перемещения в пазу можно осуществить с помощью рядом стоящих деталей, как показано на рис. 5.38.
Для предотвращения перемещений в окруж ном направлении лопатки 2, устанавливаемой в кольцевом пазе 4 диска 1 (рис. 5.47), ее фикса ция осуществляется контровочными замками 3 через поперечные пазы 5 в диске 1. Крайние ло патки имеют пазы 6 в полках под замки. Замок фиксируется в кольцевом пазе диска при помощи винта.
Еще одним способом крепления лопаток в диск является так называемый шарнирный за мок (рис. 5.48). В данной конструкции лопат ки 1 своими проушинами 2 устанавливаются в кольцевые пазы 3 обода диска 4 (между ребор дами 5) и фиксируется пальцами б, которые, в свою очередь, контрятся заклепками 7.
При этом лопатка имеет зазор как относи тельно диска 4, так и относительно пальца 6, и поэтому сохраняет возможность поворота от
носительно оси штифта, закрепленного в ребор дах. Такое крепление благоприятно сказывается на вибрационном состоянии лопатки, поскольку большая подвижность соединения по сравне нию с соединением «ласточкин хвост» позволя ет значительно лучше демпфировать возникаю щие в работе колебания. Однако та же самая подвижность соединения может привести к по вышенному износу или фреттинг-коррозии ло паток, диска и фиксирующих штифтов (приме чание: фреттинг-коррозией называется явление износа материала, возникающего на контактных поверхностях в результате постоянных взаим ных перемещений деталей). Чтобы это предот вратить, необходимо принимать специальные меры, например, наносить твердую смазку или износостойкие покрытия.
Определенным недостатком подобного со единения является то, что в собранном РК невоз можно обработать торцы лопаток с целью обес печения минимального радиального зазора. Ло патки с шарнирным замком имеют самую большую массу из рассмотренных в этом разде ле. Поэтому шарнирное соединение возможно использовать только в рабочих колесах, имею-
41
Глава 5. Компрессоры ГТД
Рис. 5.43. Фиксация лопаток от перемещений штифтами:
а - радиальным штифтом; б - осевым резьбовым штифтом; 1 - лопатка рабочая; 2 - диск;
3 - радиальный штифт; 4 - контровочная втулка;
5 - резьбовой штифт
щих сравнительно небольшие окружные скоро сти (не более 300 м/с) на периферии. В против ном случае не удается удовлетворить требования прочности как к ребордам диска, так и к самому штифту. Исходя из указанных причин, такое со единение в основном получило распространение в КНД ТРД и ТРДЦ с малой степенью двухконтурности и в современных двигателях использу ется редко.
5.4.3.4. Особенности крупногабаритных рабочих лопаток вентилятора
При проектировании крупногабаритных ло паток вентилятора необходимо решить следую щие проблемы.
Первая проблема заключается в том, что из-за малой величины отношения диаметра диска к длине лопаток трудно разместить необходимое
количество лопаток. Обычно для вентилятора ис пользуют соединение типа «ласточкин хвост». Для крупногабаритных же лопаток при возник новении проблем с размещением необходимого количества пазов иногда применяют замок елоч ного типа с двумя зубьями, который меньше ос лабляет ободную часть диска.
Следующая проблема связана с обеспечением допустимых вибронапряжений в лопатках. Для демпфирования колебаний и снижения вибро напряжений лопатки вентилятора с большим уд линением выполняют с антивибрационными полками на одном или нескольких уровнях (рис. 5.49).
В современных авиационных двигателях, осо бенно в ТРДЦ с большой степенью двухконтурности, наибольшее применение нашли широкохордные лопатки без антивибрационных полок (рис. 5.50).
Основные цели введения широкохордных ло паток:
-уменьшение потерь, связанных с закромочными следами от антивибрационных полок;
-уменьшение влияния следов от полок на ха
рактеристики спрямляющей решетки;
-обеспечения максимального расхода возду ха на единицу площади, что позволяет свести
кминимуму поперечные габариты двигателя;
-повышение аэродинамической эффектив ности вентилятора;
-снижение уровня шума вентилятора;
-повышение стойкости двигателя к попада нию в него посторонних предметов;
-уменьшение общего количества лопаток вентилятора;
-уменьшение массы.
Проведенные исследования показывают, что только отказ от антивибрационных полок дает несколько преимуществ:
-газодинамическая эффективность вентиля тора повышается до 6 %;
-удельноый расход топлива на крейсерских режимах снижается на 4 %;
-увеличивается расход воздуха через венти лятор.
Последнее обстоятельство оказывается чрез вычайно важным, так как проходящий по наруж ному контуру воздушный поток создает около 75 % общей тяги. При заданной площади проход ного сечения широкохордная лопатка без анти вибрационных полок предоставляет большие возможности по выбору, повышению и оптими зации тяги.
Применение новых конструкторских и техно логических решений позволяет снизить массу ка ждой лопатки в отдельности. Это пустотелые ти-
42
Рис. 5.44. Фиксация лопаток от перемещений контровочными пластинами и проволокой:
а, б - контровочными пластинами; в - контровочной проволокой; 1 - лопатка рабочая; 2 - диск; 3 - контровочная пластина; 4 - контровочная проволока; 5 - паз; 6 - отверстие
Рис. 5.45. Фиксация лопаток от перемещений сплошным кольцом: 1 - диск; 2 - лопатка рабочая;
3 - контровочный штифт; 4 - сплошное кольцо
тановые лопатки с сотовым заполнителем или с гофрированным листом, пустотелые титановые лопатки с соединением двух половин по средней линии методом диффузионной сварки, лопатки из полимерных композиционных материалов (ПКМ), лопатки из неполимерных композицион
ных материалов (например, лопатки из материа ла на основе борного волокна в алюминиевой матрице с титановой обшивкой). На рис. 5.51 по казана стреловидная широкохордная титановая лопатка вентилятора с сотовым заполнителем двигателя Rolls-Royce RB211.
5.5. Статоры осевых компрессоров
Статор компрессора обычно состоит из не скольких основных частей, которые в зависимо сти от назначения и выполняемой функции могут называться:
-корпус входной;
-корпус с регулируемыми и неподвижны ми НА;
-корпус отборов;
-корпус задней опоры.
В двух- и трехкаскадных компрессорах роль входных корпусов выполняет разделительный корпус. Пример статора компрессора представ лен на рис. 5.52.
Внутри корпуса крепятся опоры ротора, НА. Снаружи на обечайке и фланцах монтируются
43
Глава 5. Компрессоры ГТД
Б - Б О
Рис. 5.46. Фиксация лопаток от перемещений разрезным кольцом:
1 - диск; 2 - лопатка рабочая; 3 - разрезное кольцо; 4 - отверстия под съемник; 5 - стопор кольца
агрегаты (топливные и масляные насосы и т.п.), трубопроводные и электрические коммуника ции, приводы механизации компрессора, узлы подвески двигателя к самолету. На корпусе вы полнены специальные отверстия для отбора воз духа на различные нужды и смотровые люки для периодического контроля в эксплуатации рабо чих и направляющих лопаток.
Статор воспринимает разнообразные нагруз
ки:
-осевые силы;
-гироскопические усилия;
-силы давления;
-массу и силы инерции ротора;
-изгибные и крутящие моменты от сопрягае мых деталей;
-тепловые деформации.
Кстатору предъявляются ряд специфических требований:
-герметичность;
-локализация возможного разрушения ро торных деталей;
-простота изготовления и монтажа НА и раз личных агрегатов;
-обеспечение минимальных радиальных за зоров на всех режимах работы двигателя.
5.5.1. Конструкции корпусов
Корпусы компрессора обычно представляют собой кольцевые цилиндрические или кониче ские детали с фланцами на переднем и заднем торцах для крепления корпусов между собой (рис. 5.52). Корпусы (рис. 5.53) могут быть не разъемными и разъемными.
Корпус без продольного разъема обладает меньшей массой и большей жесткостью, но его изготовление более трудоемко, а сборка и раз борка более сложные - такой корпус требует по следовательную, поэтапную сборку и разборку ротора и статора.
Корпус с продольным разъемом также имеет свои недостатки. Неравномерная жесткость кор пуса по окружности (большая в плоскости разъе-
2
6
3
5
4
1
Рис. 5.47. Фиксация от перемещений лопаток с кольцевыми рабочими поверхностями (печатается с разрешения Rolls-Royce pic.):
1 - диск; 2 - рабочая лопатка; 3 - контровочный замок; 4 - кольцевой паз в диске; 5 - паз для ввода замка в кольцевой паз диска;
б - паз в лопатке под контровочный замок
44