Федеральное агентство по образованию

Сибирский государственный аэрокосмический университет

Имени академика М.Ф. Решетнева

В.П. Карасев, А.В. Кацура

КОНСТРУКЦИЯ И ПРОЧНОСТЬ

АВИАЦИОННЫХ ГАЗОТУРБИННЫХ

ДВИГАТЕЛЕЙ

в двух книгах

КНИГА 1.СИЛОВЫЕ НАГРУЗКИ

И КОНСТРУКЦИЯ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Рекомендуется учебно-методическим объединением вузов

по образованию в области эксплуатации авиационной

и космической техники для межвузовского использования

в качестве учебного пособия для студентов высших учебных

заведений, обучающихся по специальности 160901 «Техническая

эксплуатация летательных аппаратов т двигателей»

Красноярск 2006

УДК 621.452.22.

ББК 39.65.

РЕЦЕНЗЕНТЫ:

Главный научный сотрудник отдела машиностроения Института вычислительного моделирования Сиб. отделения РАН

д.т.н., проф..Крушенко Г.Г.

Главный инженер ОАО « Красноярский завод №67 Гражданской авиации» Васильев А.А

Карасев В.П.

К21 Конструкция и прочность авиационных газотурбинных двигателей : учеб. пособие: в 2 кн. Кн.1. Силовые нагрузки и конструкция основных элементов авиационных газотурбинных двигателей/ В.П. Карасев, А.В. Кацура ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т.- Красноярск, 2006.-192 с.

ISBN 5-86433-290-9

Учебное пособие состоит из двух частей. В первой части рассмотрены вопросы конструкции основных узлов авиационных двигателей: компрессоров, камер сгорания и газовых турбин и силовые связи этих узлов. Первая часть книги состоит из введения и пяти глав. В каждой главе приведены основные требования к узлу, принципы классификации и основные конструктивные решения по обеспечению требуемых параметров. Каждая глава заканчивается контрольными вопросами. Изложение материала сопровождается большим объемом графического материала, что облегчает его понимание и усвоение. Во второй части пособия приведены расчеты на прочность основных элементов двигателей от нагрузок, действующих в полете и конструкция дополнительных частей двигателей обеспечивающих их нормальную работу. Книга может быть полезна при изучении лекционного материала, проведения лабораторных работ, курсового и дипломного проектирования и самостоятельной работы студентов.

Предназначено для студентов специальности 160901 всех форм обучения и может быть полезно инженерно техническим работникам авиационных предприятий занимающихся ремонтом и обслуживанием авиационных двигателей.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………..……………. ... .5

1. Усилия, действующие в газотурбинных двигателях…………………………………………..…………………….9

1.1.ОСЕВЫЕ СИЛЫ В ГТД ОТ ГАЗОВОГО ПОТОКА……....… .........10

1.2. МОМЕНТЫ КРУЧЕНИЯ ОТ ГАЗОВЫХ СИЛ В ЭЛЕМЕНТАХ ГТД………………………………………………………………………....20 1.3 ИНЕРЦИОННЫЕ СИЛЫ И МОМЕНТЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ

НА ЭЛЕМЕНТЫ ГТД………………………………………...….. ...…….24

1.4. СИЛОВЫЕ СХЕМЫ ГТД…………………………………………….27

1.4.1 Силовые схемы роторов…………………...…………………...…27

1.4.2 Силовые схемы корпусов………………………………........……36

1.5 Крепление двигателя на самолете………….……...……43

1.6. Контрольные вопросы…………………………….……..…...45

2. ВХОДНЫЕ УСТРОЙСТВА……………………..…………………….…45

2.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ………………………………………...………45

2.2. ДОЗВУКОВЫЕ ВХОДНЫЕ УСТРОЙСТВА………………………48

2.3 СВЕРХЗВУКОВЫЕ ВХОДНЫЕ УСТРОЙСТВА………...………....50

2.4. ПРОТИВООБЛЕДЕНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА………………..53

3. Компрессоры гтд………………...……………………..….….……56

3.1.Требования, предъявляемые к компрессорам……………...…...……56

3.2 КЛАССИФИКАЦИЯ КОМПРЕССОРОВ…………...…….…………64

3.3. РОТОРЫ ОСЕВЫХ КОМПРЕССОРОВ……………...…….……….68

3.3.1 Роторы барабанного типа ..………………….. . ……………..…..69

3.3.2 Роторы дискового типа………………………………..….….……71

3.3.3 Роторы барабанно-дискового типа ………….………...…………75

3.3.4. Расчет усилия затяжки стяжного болта ………………………...81

3.4. РАБОЧИЕ ЛОПАТКИ КОМПРЕССОРОВ……………....………….84

3.4.1 Соединение лопаток с дисками ………….………………..….….88

3.5. НАПРАВЛЯЮЩИЕ И СПРЯМЛЯЮЩИЕ АППАРАТЫ…...……94

3.5.1 Консольное крепление лопаток……………………………….…95

3.5.2 Двухстороннее крепление лопаток…….………..……….……....97

3.6. КОРПУСЫ ОСЕВЫХ КОМПРЕССОРОВ…………...………….…104

3.6.1. Передний корпус осевого компрессора……...………………...105

3.6.2 Средний корпус компрессора………………...…………............107

3.6.3 Задний корпус компрессора……………………………………..112

3.7. РАДИАЛЬНЫЕ И ОСЕВЫЕ ЗАЗОРЫ……………………………..115

3.8. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ………………………...….…………116

4. Камеры сгорания…………………………………….……...…117

4.1. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К КАМЕРАМ СГОРАНИЯ…...…..117

4.2. ТИПЫ КАМЕР СГОРАНИЯ И ИХ ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ…119

4.3.КОНСТРУКТИВНОЕ ВЫПОЛНЕНИЕ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КАМЕР СГОРАНИЯ…………………............................................………...123

4.3.1. Диффузоры…………..……………………...………...…………123

4.3.2. Жаровые трубы………………...……………………………..…124

4.3.3. Топливные форсунки…………………………………………....132

4.4. ВОСПЛАМЕНЕНИЕ ТОПЛИВОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ В ПРОЦЕССЕ ЗАПУСКА………………………………....................……..…137

4.5. ОСНОВНЫЕ ДЕФЕКТЫ В КАМЕРАХ СГОРАНИЯ…….……..139

4.6. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

КАМЕР СГОРАНИЯ……………...…………………………………….141

4.7. МАТЕРИАЛЫ ДЕТАЛЕЙ КАМЕР СГОРАНИЯ………….….….143

4.8. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ……………………….…………….144

5. Газовые турбины…………………………………….……….......144

5.1. ТРЕБОВАНИЯ К ТУРБИНАМ ………………….…………..…145

5.2. КОНСТРУКЦИЯ ГАЗОВЫХ ТУРБИН………….……………..148

5.2.1. Роторы турбин……………………………………...……….....149

5.2.2. Диски…………………………………………………………...156

5.2.3. Рабочие лопатки…………………………..………………....157

5.3. ОХЛАЖДЕНИЕ ЛОПАТОК ТУРБИН……………………...…..160

5.4 КРЕПЛЕНИЕ ЛОПАТОК………….…………………………....166

5.5 СОПЛОВЫЕ АППАРАТЫ И КОРПУСА ТУРБИН…………..168

5.5.1. Крепление сопловых лопаток………………………..…170

5.6. КОРПУСА ТУРБИН…………………………………………...…174

5.7 РАДИАЛЬНЫЕ И ОСЕВЫЕ ЗАЗОРЫ…………………….……..176

5.8. УЗЛЫ СОЕДИНЕНИЯ ВАЛОВ КОМПРЕССОРОВ И ТУРБИН………………………..…………………………...……………….180

5.9. ОХЛАЖДЕНИЕ ТУРБИН………………………………………..186

5.10 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ………………………….………..190

Библиографический список……………………………..……….…191