- •1. Усилия, действующие в газотурбинных двигателях…………………………………………..…………………….9
- •1.5 Крепление двигателя на самолете………….……...……43
- •1.6. Контрольные вопросы…………………………….……..…...45
- •3. Компрессоры гтд………………...……………………..….….……56
- •4. Камеры сгорания…………………………………….……...…117
- •5. Газовые турбины…………………………………….……….......144
- •Введение
- •1. Усилия, действующие в газотурбинных двигателях
- •1.1. Осевые силы в гтд от газового потока
- •Входное устройство
- •Осевой компрессор
- •Центробежный компрессор
- •Камера сгорания
- •Газовая турбина
- •Реактивное сопло
- •1.3. Инерционные силы и моменты, действующие на элементы гтд
- •1.4. Силовые схемы гтд
- •1.4.1 Силовые схемы роторов
- •Силовые схемы роторов гтд по осевым связям
- •Условное (стилизованное) изображение элементов ротора
- •Силовые схемы роторов по радиальным связям
- •1.4.2 Силовые схемы корпусов
- •1.5. Крепление двигателя на самолете
- •1.6. Контрольные вопросы
- •2. Входные устройства
- •2.1. Общие сведения
- •2.2. Дозвуковые входные устройства
- •2.3. Сверхзвуковые входные устройства
- •2.4. Противообледенительные устройства
- •3. Компрессоры гтд
- •3.2 Классификация компрессоров
- •3.3. Роторы осевых компрессоров
- •3.3.1. Роторы барабанного типа
- •3.3.2. Роторы дискового типа
- •3.3.3. Роторы барабанно-дискового типа
- •3.3.4. Расчет усилия затяжки стяжного болта
- •3.4. Рабочие лопатки компрессоров
- •3.4.1. Соединение лопаток с дисками
- •3.5. Направляющие и спрямляющие аппараты
- •3.5.1. Консольное крепление лопаток
- •3.5.2. Двухстороннее крепление лопаток
- •3.6. Корпусы осевых компрессоров
- •3.6.1. Передний корпус компрессора
- •3.6.2. Средний корпус компрессора
- •3.6.3. Задний корпус компрессора
- •3.7. Радиальные и осевые зазоры
- •3.8. Контрольные вопросы
- •4. Камеры сгорания
- •4.1. Основные требования к камерам сгорания
- •4.2. Типы камер сгорания и их основные элементы
- •4.3. Конструктивное выполнение основных элементов камер сгорания
- •4.3.1. Диффузоры
- •4.3.2. Жаровые трубы
- •4.3.3. Топливные форсунки
- •4.4. Воспламенение топливовоздушной смеси в процессе запуска
- •4.5. Основные дефекты в камерах сгорания
- •4.6. Краткие сведения технологии изготовления
- •4.7. Материалы деталей камер сгорания
- •4.8. Контрольные вопросы
- •5. Газовые турбины
- •5.1. Требования к турбинам
- •5.2. Конструкция газовых турбин
- •5.2.1. Роторы турбин
- •5.2.2. Диски
- •5.2.3. Рабочие лопатки
- •5.3. Охлаждение лопаток турбин
- •5.4. Крепление лопаток
- •5.5. Сопловые аппараты и корпусы турбин
- •5.5.1. Крепление сопловых лопаток
- •5.6. Корпуса турбин
- •5.7. Радиальные и осевые зазоры
- •5.8. Узлы соединения валов компрессоров и турбин
- •5.9. Охлаждение турбин
- •5.10. Контрольные вопросы
- •Библиографический список
- •660014, Г. Красноярск, просп. Им. Газ. «Красноярский рабочий»,31
- •660028 Г. Красноярск . Ул. Л Кецховели, 75а-223.
3.7. Радиальные и осевые зазоры
Компрессор - роторная машина, в которой все элементы ротора перемещаются относительно статорных поверхностей с большими относительными скоростями. При работе компрессора его узлы подвержены действию различных силовых и термических нагрузок, что приводит к значительным деформациям. Касания деталей ротора и статора при работе недопустимы, поэтому статорные и роторные детали должны быть разделены гарантированными зазорами, предотвращающими их соприкосновение при самых неблагоприятных режимах работы двигателя. Однако при увеличении зазоров в проточной части компрессора значительно снижаются КПД компрессора, тяга двигателя и повышается удельный расход топлива. Особенно большое влияние радиального зазора между рабочими лопатками и корпусом компрессора. Так при увеличении относительного радиального зазора (отношение значения радиального зазора к длине лопатки) на 1% снижает КПД компрессора до 3% и повышает расход топлива на 10%. Это обусловлено тем, что часть воздуха постоянно циркулирует с выхода на вход рабочей лопатки по радиальному зазору, что снижает напорность ступени. Поэтому необходимо назначать радиальные зазоры минимально возможными для всех режимов работы двигателя.
Величина радиального зазора зависит от допусков на изготовление деталей, их возможных перекосов, прогиба под действием веса, овализации корпуса и ротора при переходе через критические скорости вращения, изменения размеров от действия инерционных и сил давления, а также температурных деформаций. Температурные деформации обусловлены неодинаковой температурой по длине и радиусу корпуса, наличием рёбер, разъёмов и фланцев. При наличии продольного разъёма, вследствие различной окружной жёсткости возникает значительная овализация корпуса.
Деформации ротора определяются значением центробежной силы, температурой деталей и коэффициентом термического расширения материала. Деформации ротора зависят также от способа соединения секций ротора. Наименьшую деформацию имеет ротор с соединением секций торцевыми треугольными шлицами. Величина назначаемого радиального зазора для всех ступеней компрессора различна. Учёт всех влияющих факторов при назначении зазоров в процессе проектирования очень сложная задача, особенно с учетом остаточных деформаций в деталях компрессора в процессе эксплуатации. Поэтому окончательно значение радиального зазора уточняется в процессе доводки компрессора.
Для снижения радиального зазора на внутренней поверхности корпуса или трактового кольца, напротив рабочей лопатки, наносят специальные мягкие покрытия толщиной 1…3 мм (рис.3.48). Ширина покрытия должна обеспечивать перекрытие ширины лопатки на её периферии с учётом осевого смешения ротора при работе. В зависимости от температуры воздуха в каждой ступени применяются специальные покрытия на основе:
- до 4000С талькированной пасты толщиной 2…3 мм;
- до 4000С плазмой наносится слой алюмографита, толщиной до 0,7 мм;
- до 6000С плазмой наносится слой АНБ (алюминий + нитрид бора);
- до 7000С плазмой наносится слой смеси (никель + нитрид бора + медь).
Для лучшего сцепления покрытия с основным металлом корпуса (трактового кольца) на поверхности выполняется спиральная канавка глубиной до 0,5 мм и шагом до 1мм. Также возможно использования в качестве покрытия легко вырабатываемого полимерного покрытия, в котором лопатка как бы протачивает канавку. Однако их использование допустимо при стабильности характеристик от температуры и времени.
Применение покрытий позволяет снизить назначаемое значение радиального зазора на 30…50%.
По статистическим данным значение относительного радиального зазора составляет 0,2…0,7% для первых ступеней и 1,5…5% - для последних ступеней.
Радиальные зазоры между внутренней поверхностью НА и наружной поверхностью ротора также необходимо выполнять минимально возможными. С этой целью на поверхности ротора выполняются гребешки лабиринтных уплотнений (рис.3.18, рис.3.19), а на внутренней поверхности кольца НА наносится слой покрытия, аналогичного покрытию трактового кольца.
Осевые зазоры между ротором и НА также желательно выполнять минимальными, из-за стремления повышения расходного КПД ступени и снижения осевых габаритов и массы компрессора. Однако при этом возникает опасность возникновения неустойчивой работы компрессора и вибрации лопаток. Поэтому осевой зазор назначают в пределах 15…25% от длины рабочей лопатки на среднем диаметре.