книги / Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок. Т. 3 Зубчатые передачи и муфты. Пусковые устройства. Трубопроводные и электрические коммуникации. Уплотне

12.3.6.4. Разработка монтажных схем

Монтажные схемы являются сборочными чертежами (основными конструкторскими доку­ ментами), необходимыми для прокладки элекгрожгутов, их раскрепления и подсоединения к электроагрегатам на двигателе.

Электроагрегаты двигателя наносят в услов­ ном графическом виде на развертку двигателя с сохранением упрощенных наружных контуров агрегатов и их примерного относительного рас­ положения на двигателе. Монтажная схема ото­ бражает размещение и раскрепление всех ЭК на двигателе. Монтажная схема имеет специ­ фикацию, в которую включены все изображенные на схеме агрегаты, жгуты и необходимые для них крепежные элементы.

В монтажных схемах указывается маркиров­ ка всех электроагрегатов, жгутов, электрических

соединителей и проводов, которая соответству­ ет маркировке в электрической схеме. Этим достигается увязка этих конструкторских до­ кументов. Это облегчает присоединение про­ водов, отыскание повреждений в эксплуатации и контроль.

На основе монтажных схем разрабатывают­ ся чертежи отдельных электрожгутов ЭК двига­ теля.

На рис. 12.29 представлен фрагмент монтаж­ ной схемы ЭК двигателя.

123.6.5. Разработка чертежей электрических жгутов

Чертеж жгута - это сборочный чертеж, вы­ полняемый по правилам, установленным ЕСКД Разработка чертежей электрических жгутов осуществляется после разработки монтажной

Глава 12. Обвязка авиационных ГТД

9. В чем состоят достоинства и недостатки основных типов электрических соединителей?

10.Что представляет собой механическая про­ водка управления ГТД?

11.В чем состоят основные положения совре­ менного подхода к проектированию обвязки?

12.В чем состоят основные достоинства элек­ тронного макетирования обвязки?

13.В чем состоят основные отличия обвязки наземных ГТУ от авиационных ГТД?

Англо-русский словарь-мнннмум

bracket - кронштейн cable-кабель

clamp - хомут, зажим conductor, wire - провод

connector diagram - схема электрическая

electrical communication lines-электрические коммуникации electrical connector-электрический соединитель

electrical wiring-электрическая проводка flange-фланец

fitting -любой элемент концевой или соединительной арма­ туры TK (штуцер, тройник, проходник и т.д.)

mockup - макет pipe - труба

piping - трубопровод, трубопроводная обвязка piping connection - трубопроводное соединение pipeline - трубопровод

plumbing - обвязка

ring seal - уплотнительное кольцо

tubing - трубопровод, колено трубы (патрубок) wiring diagram - схема монтажная

Список литературы

12.1.Старцев Н.И. Трубопроводы газотурбинных дви­ гателей /Н.И. Старцев. - М.: Машиностроение, 1976.

12.2.Комаров А.А. Трубопроводы и соединения для гид­ росистем /А.А. Комаров, В.М. Сапожников. - М.: Машино­ строение, 1967.

12.3.Сапожников В.М. Монтаж и испытания гидравличес­ ких и пневматических систем летательных аппаратов /В.М. Са­ пожников. - М.: Машиностроение, 1979.

12.4.Сапожников В.М. Прочность и испытания трубо­ проводов гидросистем самолетов и вертолетов /В.М. Са­ пожников, Г.С. Лагосюк. - М.: Машиностроение, 1973.

12.5.Конструктивно-технологическая отработка трубо­ проводных коммуникаций, изготовление и контроль труб и патрубков. РТМ 1.4.1638-86. - М.: НИАТ, 1988.

12.6.Изготовление трубопроводов гидрогазовых систем летательных аппаратов /Б.Н. Марьин [и др.]. - М.: Машино­ строение, 1988.

12.7.Основы технологии создания газотурбинных дви­ гателей для магистральных самолетов / под ред. А.Г. Брату­ хина, Ю.Е. Решетникова, А.А. Иноземцева. - М.: Авиатехинформ, 1999.

12.8.Цибизов Н.И. Изготовление и монтаж электрожгу­ тов авиадвигателей/Н.И. Цибизов. -М .: Машиностроение, 1978.

12.9.Сапиро Д.Н. Монтаж и испытание электрорадиообо­ рудования самолетов /Д.Н. Сапиро. - М.: Машиностроение, 1969.

Уплотнения предназначены для уменьшения вредных утечек воздуха (газа) из газовоздуш­ ного тракта двигателя, для уменьшения внут­ ренних перетеканий воздуха (газа) из области с повышенным в область с пониженным давле­ нием газового тракта двигателя, для уменьше­ ния или полного устранения утечек жидкостей в агрегатах и опорах валов, для исключения утечек в сочленениях корпусов, трубопроводов ит.п.

Уменьшение утечек и перетечек воздуха (газа) в газовоздушном тракте двигателя ведет к повышению эффективности ГТД как тепловой машины. Однопроцентная утечка воздуха из-за компрессора высокого давления на двигателе ПС-90А, например, ведет к увеличению расхода топлива на 0,72 % (при поддержании тяги дви­ гателя постоянной), а на взлетном режиме к уве­ личению температуры газов перед турбиной на 0,72 % (от температуры газов перед турби­ ной в градусах Кельвина).

Уплотнения подразделяются на уплотнения неподвижных соединений и уплотнения подвиж­ ных соединений.

13.1. Уплотнение неподвижных соединений

Герметизацию неподвижных соединений осу­ ществляют преимущественно контактными, реже диафрагменными уплотнениями и уплотне­ ниями с герметиками, а также точно соприкасаю­ щимися (притертыми) поверхностями. Назна­ чение уплотнения неподвижного (УН) - исклю­ чить взаимное проникновение сред (утечки) через соединение при сохранении возможности его разборки.

По специфике механизма герметизации кон­ тактные УН подразделяют на эластомерные прокладки и кольца, металлические уплотнения линейного контакта, металлические и неметал­ лические прокладки, газонаполненные кольца

икомбинированные уплотнения. Эластомерные, пластмассовые и газонаполненные уплотнения

икомбинированные уплотнения устанавливают

ьзамкнутые канавки, что позволяет реали­ зовать эффект самоуплотнения при повышении давления в герметизируемой полости. Такие уп­ лотнения называют активными. Для открытых

сторцев прокладок, помещаемых между двумя

поверхностями без замкнутых канавок, не харак­ терен эффект самоуплотнения, поэтому для та­ ких уплотнений приходится ограничивать допу­ стимое давление среды, иначе их выдувает. Такие уплотнения называют пассивными.

В контактных УН механизм герметизации определяется характером контакта уплотняе­ мых поверхностей соединения и уплотнителя, поэтому важное значение имеет шероховатость поверхностей и структура стыка при их сбли­ жении под действием сил, создающих контакт­ ное давление Рк. Характер контакта жестких поверхностей (металл-металл), эластомеров, пластмасс или композиционных материалов с твердой поверхностью различен.

Особенности активных уплотнений с эласто­ мерными кольцами (в частности, резины) в зам­ кнутых канавках определяются специфически­ ми свойствами эластомера. Вследствие боль­ шой эластичности и практически неизменного объема при деформациях эластомеры подобны сильно вязкой жидкости, способной передавать давление среды на контактирующие поверхно­ сти (рис. 13.1). Однако уже в первые часы после монтажа уплотнения вследствие релак­ сации напряжений начальное монтажное давле­ ние Р^ снижается. В дальнейшем (в течение нескольких лет) происходит дальнейшее сниже­ ние контактного давления Р^ вследствие старе­ ния, и поверхность кольца принимает форму по­ верхностей, контактирующих с ней.

Для прокладок из мягких металлов и многих пластмасс основным механизмом деформации является пластический контакт, при котором (при монтажном давлении Рк = НВ, где НВ -

Рис. 13.1. Кривые распределения контактного давления Р к: а - при установке кольца; 6 - при действии дав­

ления среды

Глава 13. Уплотнения в ГТД

твердость по Бринеллю) поверхность прокладки практически принимает форму поверхности кон­ тактирующего с ней твердого тела (рис. 13.2).

Для уплотнений периодического действия, главным образом клапанных уплотнений, где пластический контакт недопустим, контактиру­ ющие элементы изготавливают из материалов с высокой твердостью (закаленной стали) и об­ рабатывают для герметизации очень точно (при­ тирают с пастой).

Вредные утечки из газовоздушного тракта ГТД через неподвижные соединения бывают внешними и внутренними. Внешние утечки свя­ заны с негерметичностью корпусов (фланцевые соединения, элементы реверсивного устройства и т.п.). Внутренние утечки - это перетекание воздуха (газа) из области газового тракта с по­ вышенным давлением в область тракта с пони­ женным давлением, не выходят за пределы кор­ пусов, но минуют основную проточную лопаточ­ ную часть тракта. Внутренние утечки связаны прежде всего с негерметичностью по стыкам в местах крепления лопаток, как рабочих, так и сопловых, спрямляющих.

Внешние утечки через фланцевые соедине­ ния не допускаются, т.е. уплотнения должны быть полностью герметичны. Наиболее распро­ страненным средством уплотнения фланцевых соединений является тщательная обработка фланцев и выбор шага и затяжки болтов с целью предотвращения раскрытия фланцев на участке между болтами, а там, где этого

недостаточно, применяют сжимаемые (медные, медно-асбестовые, стальные и т.п.) прокладки, иногда покрытые серебром, алюминием и т.д.

На поверхности фланца под пассивную про­ кладку протачивают концентрические канавки глубиной ~ 0,3 мм на расстоянии 0,8... 1,0 мм друг от друга. Количество и диаметр болтов (или винтов) определяют в зависимости от из­ быточного давления среды (воздуха, газа, масла), характера нагрузки (статическая или дина­ мическая), упругости материала прокладок. Изза больших диаметров корпусов газотурбинных двигателей и их небольшой массы при пере­ падах давлений более 0,2 МПа не рекомендует­ ся шаг болтов, стягивающих фланцы, делать более 40 мм, а диаметр болтов менее 6...8 мм. Обычно, в зависимости от перепада давлений, шаг болтов равен 15...30 мм.

В трубопроводах арматуры, в резьбовых соединениях уплотнение двух сопрягаемых тру­ бопроводов часто создается посредством кон­ такта металлов с различными пределами теку­ чести (соединения с так называемым шаро­ вым ниппелем). Применяют также уплотнения с прокладками и втулками из цветного металла (рис. 13.3, 13.4).

Предельно допустимое монтажное контакт­ ное давление Рк тах на пассивную прокладку должно быть приблизительно в 10 раз больше давления рабочей среды Pmax. При этом нужно иметь в виду, что монтажное контактное давление, которое может выдержать сама пас-

1 2 3 4

Рис. 13.2. Схема сближения двух контактирующих поверх­ ностей под малым (I) и большим (II) давлением:

1, Г - регулярные микронеровности; 2, I -

риски, трещины и прочие отдельные дефекты; 3 - выступы; 4 - посторонние частицы

Рис. 13.3. Уплотнения соединений трубопроводов:

а - эластомерным О-образным кольцом; б -

плоской прокладкой; 7 , 4 - детали трубопровода; 2 - О-образное кольцо; 2' - прокладка; 3 - накидная гайка

Рис. 13.4. Уплотнения резьбовых соединений трубопро­ водов:

1 - труба; 2 - ниппель; 3 - накидная гайка; 4 -

деталь арматуры; 5 - коническая прокладка

сивная прокладка, составляет: резинотканевая - 20 МПа (при 20 °С); паронитовая и из асбе­ стового картона - 130 МПа (при 20 °С); фторо­ пластовая - 30... 10 МПа (при 50...200 °С).

Для герметизации фланцевых соединений прокладками применяют:

-плоские (листовые) прокладки для соеди­ няемых корпусов машин в условиях низкого ра­ бочего давления (рис. 13.5);

-плоские кольцевые прокладки, подразде­ ляющиеся по конструкции уплотнений на пас­ сивные открытые (рис. 13.6, а) и активные зак­ рытые замком (рис. 13.6, б) или канавкой шиппаз (рис. 13.6, в, г);

-линзовые прокладки (рис. 13.7, а) для уп­ лотнения линейного контакта конус-сфера;

-гребенчатые прокладки, имеющие острые кольцевые выступы (рис. 13.7, б), металличе­ ские кольцевые рессорные прокладки, например К-образного профиля (рис. 13.7, в) или С-образ- ного фирмы Nicholsons (рис. 13.8).

В неподвижных соединениях арматуры с кор­ пусами, в пробках и т.п. для уплотнения приме­ няют также коническую резьбу, обеспечиваю­ щую герметичность до давления 15...20 МПа.

Листовые неметаллические прокладки (см. рис. 13.5) изготовляют из бумаги, картона, резины, фибры, паронита, кожи, пробковых ма­ териалов, армированного полотна, фторопласта и других материалов. Металлические прокладки изготовляют из алюминия, меди, латуни, стали, никелевых сплавов.

В ОАО «Авиадвигатель» (г. Пермь) приме­ няют главным образом прокладки из паронита, металлов и из терморасширенного графита.

Рис. 13.5. Уплотнители-прокладки:

а - листовые; б - кассетные с оболочкой из фтор­ опласта; в - металлические гребенчатые: г -

металлические проволочные; д . и . к - кассетные; е - газонаполненные; ж , з - спирально-навитые

Рис. 13.6. Фланцевые соединения с прокладками:

а - открытыми; б - закрытыми замком; в - за­ крытыми в канавке шип-паз; г - то же, с бу­ гельным обжатием; 1 - прокладка; 2 - болтовой или бугельный силовой элемент; 3 - фланец трубопровода

А

А

Рис. 13.10. Уплотнение стыков между роторными деталями

проволокой

13.2. Уплотнения подвижных соединений

Например, во фланцах камер сгорания при дав­ лениях выше 1,5 МПа используют активные С-образные металлические кольца фирмы Nicholsons или прокладки из терморасширенного графита (нового графитового материала, сохра­ няющего упругость в пределах 10 % до давле­ ния 20 МПа). При давлениях до 1,0 МПа вклю­ чительно - пассивные паронитовые прокладки, окантованные фольгой из материала 12Х18Н10Т (см. рис. 13.8).

В турбинах для уплотнения стыков между статорными деталями применяют упругие коль­ цевые уплотнения, например W-образные в се­ чении уплотнения (рис. 13.9), а для роторных де­ талей - уплотнения проволокой, которая за счет собственной центробежной нагрузки уплотняет стык (см. рис. 13.10).

Уплотнение внутренних утечек в газовом трак­ те рассматривается в подразд. 13.4 (пример 2).

13.2. Уплотнения подвижных соединений

Уплотнения подвижных соединений, приме­ няемые в авиадвигателях, можно подразделить на бесконтактные (или щелевые) и контактные. Основные из них представлены в табл. 13.1.

Под номером 1 в табл. 13.1 приведены лаби­ ринтные уплотнения, у которых гидравлическое сопротивление утечкам выполняется много­ кратным чередованием щелей (зазоров) и рас­ ширительных камер при отсутствии контакта между подвижной (обычно вращающейся) и не­ подвижной частями уплотнения.

Лабиринтные уплотнения не имеют ограни­ чений по температуре и давлению уплотняемой среды, по относительной скорости скольжения, поэтому они находят самое широкое примене­ ние. При доводке лабиринтных уплотнений иногда возникают прочностные проблемы, в том числе вибрационного (автоколебательного) про­ исхождения, но они конструктивно устранимы. К недостаткам лабиринтных уплотнений от­ носится самая большая, по сравнению с дру­ гими уплотнениями, утечка (самый большой эф­ фективный зазор).

Под номером 2 в табл. 13.1 представлены уплотнения, являющиеся комбинацией лабирин­ тного и щеточного уплотнений. В этих уплотне­ ниях вход воздуха в каждую щель лабиринтного уплотнения загромождается проволочными щетками, упруго скользящими по вращающейся части уплотнения. Щетки увеличивают гидрав­ лическое сопротивление утечкам на 20...40 %.

У графитовых (или из других материалов) воздушных (газовых) уплотнений на каждом

Класс

Бесконтактные (щелевые)

4. Графитовое контактное

МПа-м/с