3.КОМПРЕССОРЫ

3.1.Назовите основные типы роторов компрессоров, дайте сравнитель­ ную оценку конструкций, приведите примеры.

3.2.В чем принципиальное отличие в способе передачи крутящего мо­ мента в роторах компрессоров дискового и барабанно-дискового типа?

3.3.Чем объясняется отсутствие внутреннего вала в роторах компрессо­ ров барабанного и барабанно-дискового типа?

3.4.Чем объясняется наличие дисковых участков в роторе компрессора барабанного типа?

3.5.Назовите основные пути повышения изгибной жесткости роторов компрессоров дискового типа. Приведите примеры конструкции.

3.6.Назовите основные пути повышения крутильной жесткости роторов компрессоров дискового типа. Приведите примеры конструкции.

3.7.Как радиус расположения междисковых проставок влияет на изгибную жесткость ротора дискового типа?

3.8.Параметрами каких элементов определяется крутильная жесткость ротора компрессора дискового типа?

3.9.Оказывает ли влияние наличие междисковых проставок на крутиль­ ную жесткость ротора дискового типа? В каких случаях? Почему?

3.10.Назовите основные способы взаимного центрирования деталей ро­ торов компрессоров дискового типа, поясни­ те примерами.

3.11.Назовите основные способы пере­

дачи крутящего момента в соединениях де­ талей роторов компрессоров дискового типа. Поясните примерами.

3.12.В чем заключается основной не­ достаток эвольвентного шлицевого соедине­ ния диска с валом в компресорах?

3.13.Каково назначение гибкой ступи­ цы диска при передаче крутящего момента с вала на диск через эвольвентные шлицы (рис. 3.1)?

3.14.Назовите основные способы вза­ имного центрирования деталей роторов ком­

прессоров барабанного и барабанно­ дискового типа, поясните примерами.

3.15. Участвуют ли в передаче крутящего момента в роторах компрессо­ ров дискового типа междисковые проставки 13 (см. рис. Б.2) и 7 (см. рис. Б.З)?

3.20. Поясните, каким образом осуществляется центрирование элемен­ тов ротора и передача крутящего момента от вала к дискам в конструкции, показанной на рис. 3.5?

Рис. 3.5. Ротор компрессора барабанно-дискового типа

3.21.Перечислите основные способы передачи крутящего момента в со­ единениях деталей роторов компрессоров барабанного и барабанно­ дискового типа; поясните примерами.

3.22.Какие нагрузки действуют на центральный стяжной болт в роторе,

показанном на рис.2.2, и на периферийные стяжные болты в роторе, показан­ ном на рис. 3.5?

3.23. Определите тип ротора, дайте его краткую характеристику (табл. 3.1). Определите схему передачи крутящего момента от вала к дискам. Изо­ бразите схему нагружения ротора крутящими моментами. Изобразите эпюру

3.33.Назовите основные элементы рабочей лопатки компрессора и ука­ жите их назначение.

3.34.Назовите основные способы крепления рабочих лопаток в осевых компрессорах. В каких случаях используется тот или иной способ?

3.35.Дайте сравнительную оценку креплений рабочих лопаток замком типа «ласточкин хвост» и замком елочного типа.

3.36.Дайте сравнительную оценку креплений рабочих лопаток замком типа «ласточкин хвост» и замком шарнирного типа.

3.37.Проанализируйте достоинства и недостатки конструкции рабочего

колеса типа «блиск».

3.38. Поясните способы осевой фиксации рабочих лопаток компрессо­ ров, представленные на рис. 3.6. Дайте их сравнительный анализ.

Рис. 3.6. Осевая фиксация лопаток в замке «ласточкин хвост»

3.39. С какой целью выполняется серебрение или меднение замков лопа­

ток?

3.40.Почему пазы для крепления рабочих лопаток в диске выполняются под углом к образующей диска?

3.41.За счет чего при шарнирном креплении рабочих лопаток компрес­ сора достигается снижение вибронапряжений в них?

3.42.Каково назначение бронзовых втулок (рис. 3.7, поз. 1) в отверсти­ ях хвостовиков рабочих лопаток компрессора с шарнирным креплением?

3.43.Дайте сравнительную оценку вариантов конструкции корпуса ком­ прессора, представленных на рис. 3.8.

3.44.Каким образом осуществляется передача крутящих моментов и взаимное центрирование элементов корпуса компрессора, показанного на рис. Б.5?

3.55.Может ли статически отбалансированный ротор иметь динамиче­ скую неуравновешенность? Может ли динамически отбалансированный ро­ тор иметь статическую неуравновешенность? Почему?

3.56.Каким образом устраняется статическая и динамическая неуравно­ вешенность в роторах компрессоров?

3.57.Каким образом выбирается расположение плоскостей коррекции для динамической балансировки ротора?

3.58.Предложите конструктивные элементы в роторах компрессора (см. рис. Б.6), с помощью которых можно устранить динамическую неуравнове­ шенность.

3.59.Что такое относительный радиальный зазор, как он влияет на КПД компрессора?

3.60.Назовите основные пути снижения величины относительного ради­ ального зазора в осевых компрессорах ГТД.

3.61.Каким образом местоположение упорного подшипника (переднее или заднее) влияет на величину радиального зазора в компрессорах с посто­ янным внутренним диаметром?

3.62.Каким образом местоположение упорного подшипника (переднее или заднее) влияет на величину радиального зазора в компрессорах с посто­ янным наружным диаметром?

3.63.Каким образом местоположение упорного подшипника (переднее или заднее) влияет на величину радиального зазора в компрессорах с посто­ янным средним диаметром?

3.64.Какой режим является наиболее опасным с точки зрения задевания ротора о статор в компрессорах ГТД: запуск или остановка? Почему?

3.65.В чем состоит идея активного регулирования радиальных зазоров в компрессорах?

4.26.Какой количественной характеристикой оценивается эффективность охлаждения?

4.27.В чем различие между конвективным, пленочным (заградительным) и пористым спосо­ бами охлаждения элементов турбины? Сравните их эффективность.

4.28.Перечислите и проиллюстрируйте при­ мерами способы интенсификации конвективного охлаждения сопловых и рабочих лопаток турбин.

нение елочного типа

4.29. Перечислите и проиллюстрируйте при­ мерами способы интенсификации конвективного охлаждения дисков турбин.

Рис.4.8. Способы осевой фиксации рабочих лопаток турбины

4.30.Что такое дефлектор? Поясните его назначение. Приведите приме­ ры конструктивного исполнения дефлекторов лопаток и дисков.

4.31.Поясните и сравните варианты конвективного охлаждения рабочих лопаток турбины, представленные на рис. 4.9.

4.32.Почему первые ступени турбин, имеющие высокую температуру, охлаждаются горячим воздухом из-за компрессора, а менее нагретые послед­ ние ступени турбины охлаждаются более холодным воздухом из-за средних ступеней компрессора?

4.33.Каким образом сохраняется необходимый расход охлаждающего воздуха, проходящего через лопатки рабочего колеса турбины, в случае по­ ломки или прогара одной из них?

4.34.С какой целью при охлаждении вращающихся дисков турбин про­ изводится предварительная закрутка охлаждающего воздуха (рис. 4.10)?

4.35.С какой целью внутренняя полость охлаждаемой лопатки разделя­ ется продольными ребрами?

4.36.Предложите возможные мероприятия для уменьшения нагрева де­ тали вследствие контакта с более горячей деталью (например, фланцевое со­ единение вала с диском).

4.42. Поясните способ крепления сопловых лопаток в конструкциях тур­ бины, указанных в табл. 4.4. Каким образом обеспечивается свобода их теп­ лового расширения в радиальном и осевом направлении?

4.43. Каково назначение рабочих колец в конструкции турбины, пред­ ставленной на рис. Б.7, поз. 7? Почему рабочие кольца состоят из отдельных секторов?

4.44.Чем объясняется отсутствие рабочего кольца на последней ступени турбины в конструкции, представленной на рис. Б.7?

4.45.Назовите основные пути снижения величины относительного ради­ ального зазора в турбинах ГТД.

4.46.Какие конструктивные реше­

альном зазоре.

4.49. Что собой представляют сото­ вые лабиринтные уплотнения (рис. Б.2,

поз. 15)? В чем их преимущества и недостатки? Область применения.

4.50. Почему в лабиринтных уплотнениях гребешки обычно выполняют­ ся на вращающихся деталях, а сопрягаемые не вращающиеся детали - глад­ кие?

4.51. Поясните назначение каскада лабиринтных уплотнений (поз. 8) в конструкции турбины, представленной на рис. Б. 10.

5.10.Почему упругодемпферная опора, представленная на рис. 5.1, не предназначена для передачи осевых усилий?

5.11.Может ли упругодемпферная опора, представленная на рис. 5.2,

передавать осевые усилия? Если да, то каким образом, если нет - почему?

5.12.В конструкции турбины, представленной на рис. Б. 10, укажите уп­ ругодемпферные опоры и поясните принцип их работы.

5.13.Приведите схему и поясните принцип работы гидродинамической демпферной опоры. Является ли гидродинамическая демпферная опора уп­ ругой? Почему?

5.14.Определите тип опор и дайте их краткую характеристику в конст­

рукциях, указанных в табл. 5.1.

5.15. Поясните назначение колец в конструкциях, показанных на рис. Б.З (поз. 9,10), на рис. Б.2 (поз. 14) и на рис. Б.4 (поз. 12,13).

5.16.Назовите конструктивные элементы и мероприятия, обеспечиваю­ щие уплотнение масляных полостей в опорах ГТД.

5.17.Сравните достоинства и недостатки контактных и бесконтактных

уплотнений масляных полостей.

5.18.Поясните назначение конического элемента на лабиринтном коль це в конструкции уплотнения масляной полости (см. рис. Б.2, поз. 6).

5.19.Поясните принцип работы маслосгонной резьбы.

5.20.С какой целью межлабиринтное пространство в конструкции, по­ казанной на рис. Б.2, поз. 3, надувается воздухом повышенного давления?

5.21.С какой целью осуществляется суфлирование масляных полостей?

5.22.Почему при смазке подшипников масло впрыскивается на внут­ реннюю обойму подшипника, а не на наружную (см. рис. Б.2, поз. 7; рис. Б.1.

поз. 8, рис. Б.8, поз 10,11)7 5.23. Поясните необходимость применения шарикового (поз. 1) и роли­

кового (поз. 4) подшипника в конструкции задней опоры турбины, представ­ ленной на рис. Б. 10.

Камеры сгорания

5.24.Приведите основные схемы камер сгорания ГТД. Дайте их сравни­ тельную оценку.

5.25.Перечислите требования к камерам сгорания, связанные с надеж

ностью турбины.

5.26.Назовите основные элементы камер сгорания ГТД и поясните их назначение.

5.27.Какие элементы камер сгорания входят в силовую схему двигате­

ля?

5.28.Какие нагрузки действуют на внутренний и наружный кожухи ка­ меры сгорания? Какие они могут вызвать повреждения?

5.29.Назовите основные типы диффузоров камер сгорания, поясните принцип их действия, сравните достоинства и недостатки.

5.30.Назовите основные типы фронтовых устройств жаровых труб, по­ ясните принцип их действия, сравните достоинства и недостатки.

5.31.Каким образом в конструкции крепления жаровых труб и газосборников обеспечивается свобода теплового расширения и фиксация?

5.32.Каким образом обеспечивается охлаждение жаровых труб и газосборников?

5.33.Каким образом обеспечивается заданная максимальная величина и распределение температур на выходе из камеры сгорания?

5.34.С какой целью внутренняя поверхность жаровых труб покрывается

эмалью?

5.35.Поясните причины появления трещин в отверстиях подвода вто­ ричного воздуха в жаровой трубе. Какие мероприятия можно предложить для исключения этого дефекта?

5.36.Какие вредные вещества выделяются в процессе горения топлива в камере сгорания? Перечислите и поясните способы снижения эмиссии вред­ ных веществ.

5.37.Поясните назначение отверстий в жаровой трубе камеры сгорания, показанной на рис. 5.3 (поз. 3).

Рис. 5.4. Камера сгорания трубчато-кольцевого типа

5.38.Поясните принцип работы фронтового устройства камеры сгора­ ния, показанной на рис. 5.3, поз. 2.

5.39.Назовите типы диффузоров камер сгорания, показанных на рис. 5.3

и5.4. Поясните принцип их работы.

5.46.С какой целью крепление фронтового устройства форсажной каме­ ры выполняется на шарнирных тягах (рис. 5.5, поз. 7,2)?

5.47.Почему система подвода топлива в форсажную камеру выполняет­ ся многоколлекторной?

5.48.С какой целью устройство подачи топлива имеет эшелонированное расположение форсунок (рис. 5.5, поз. 3)?

5.49.Назовите способы розжига форсажных камер, поясните их принцип действия, области применения.

5.50.Поясните назначение экранов (поз. 4, 5) в конструкции жаровой трубы, показанной на рис. 5.5.

5.51.Каким образом организовано охлаждение корпуса форсажной ка­ меры, показанной на рис. 5.5?

5.52.С какой целью теплозащитные экраны форсажных камер выпол­ няются гофрированными?

5.53.Поясните назначение отверстий перфорации в теплозащитных эк­

ранах форсажных камер.

5.54. Поясните способ розжига форсажной камеры с помощью огневой дорожки.

6.10.Как изменятся напряжения растяжения в рабочей лопатке постоян­ ного сечения, если изменить площади поперечного сечения на всех радиусах

вк раз?

6.11.Определите напряжения растяжения в корневом сечении рабочей

6.12. Построите эпюру распределения напряжений растяжения по длине лопатки и в корневом сечении от центробежных сил в рабочей лопатке по­ стоянного по длине сечения при п - 12 000 об/мин, R l = 290 мм, R2= 405 мм,

р= 8,1 г/см3.

6.13.Постройте эпюру распределения напряжений растяжения по длине лопатки от центробежных сил в рабочей лопатке постоянного по длине сече­ ния F= 1 см2 при п = 12 000 об/мин, R\ = 290 мм, R2= 405 мм, р = 8,1 г/см3 с полкой массой 5 г в сечении, расположенном на радиусе 370 мм.

6.14.Как изменится напряжение растяжения в корневом сечении рабо­ чей лопатки турбины при введении бандажной полки массой 5 г в перифе­

рийном сечении? Принять п = 15 000 об/мин, R2 = 255 мм, F = 1,5 см2

(Ответ: увеличится на 21 МПа.)

6.15. Определите интенсивность газодинамической нагрузки на лопатки раи р и ъ среднем сечении и изгибающие моменты в корневом сечении (счи­ тайте интенсивность нагрузки постоянной по длине лопатки) при следующих исходных данных: R\ = 270 мм, R2 = 364 мм, С\а = 240 м/с, =189 м/с, Си =-276 м/с, С2и =30 м/с, Р, = 0,293 МПа, Р2 = 0,249 МПа, G = 96 кг/с, z = = 81. (Ответ: ра = 1725 Н/м, р и = -3858 Н/м , Мх = 17,045 Н м , Му = 7,621 Нм.)

6.16. Определите интенсивность газодинамической нагрузки на лопатки раи р и в среднем сечении и изгибающие моменты в корневом сечении (счи­ тайте интенсивность нагрузки постоянной по длине лопатки) при исходных данных, приведенных в табл. 6.2.

6.17.Постройте график распределения изгибающего момента от газовых сил по длине рабочей лопатки компрессора в плоскости ее вращения, если интенсивность газовой нагрузки принята постоянной: ри = 1 кгс/см. Опреде­ лите максимальное значение изгибающего момента. Примите R] = 200 мм, /?2 = 250 мм. (Ответ: -1,25 Нм.)

6.18.Объясните, каким образом газовые силы вызывают кручение ра­ бочей лопатки? Какие напряжения при этом возникают? В каком случае кру­ чение лопатки газовыми силами будет отсутствовать?

6.19.Как зависят напряжения изгиба газовыми силами в рабочей лопат­ ке от режима полета самолета и работы двигателя? Какие режимы являются расчетными для определения наибольших напряжений изгиба от газовых

сил?

6.20. Почему в лопатках ротора и статора турбины и компрессора на­ пряжения изгиба газовыми силами на входной и выходной кромках растяги­ вающие, а на спинке - сжимающие?

6.21. Объясните, как центробежные силы вызывают изгиб рабочей ло­ патки? Какие при этом возникают напряжения и какие факторы влияют на их

величину?

6.22. Определите максимальный изгибающий момент в меридиональной плоскости от действия центробежных сил в рабочей лопатке при выносе цен­ тра тяжести периферийного сечения хц = 1 мм. Примите площадь сече­ ния лопатки F = 1 см2 постоянной по ее длине, распределение выносов центра тяжести линейным. Примите следующие параметры: R\ = 250 мм, R2 = 290 мм, р = 8,1 г/см3, п = 12 000 об/мин. (Ответ: -7,08 Нм.)

6.23. Определите изгибающий момент в меридиональной плоскости от действия центробежных сил в рабочей лопатке при выносе центра тяжести периферийного сечения хц. Примите площадь сечения лопатки F постоянной по ее длине, распределение выносов центра тяжести линейным. Исходные данные приведены в табл. 6.3.

6.24. Как изменится изгибающий момент, вызываемый центробежными силами, в корневом сечении титановой рабочей лопатки компрессора при замене ее материала на сталь? Примите для стали р = 7,9 г/см3, для титаново­ го сплава р = 4,5 г/см3. {Ответ: увеличится в 1,76раза.)

6.25.Как изменятся напряжения изгиба от центробежных сил в рабочей лопатке при увеличении выноса центров тяжести всех сечений в к раз?

6.26.Определите, как изменяется изгибающий момент от центробежных сил в корневом сечении рабочей лопатки компрессора в связи с введением в

ееконструкцию полки, имеющей вынос центра тяжести в меридиональном сечении хц = 1 мм? Масса полки 5 г, радиус ее центра тяжести 270 мм, частота вращения ротора п = 12 000 об/мин. {Ответ: увеличится на 2,132 Нм).

6.27.Как и почему меняется коэффициент компенсации при изменении высоты и скорости полета, частоты вращения ротора?

6.28.Почему величина коэффициента компенсации при расчете на прочность рабочих лопаток маршевого двигателя для стендового взлетного режима выбирается обычно в пределах 0,5...0,7?

6.29.Существует ли разница в выборе величины коэффициента компен­ сации при расчете на прочность рабочих лопаток маршевого двигателя, подъемного двигателя, двигателя вспомогательной силовой установки? Если да, то в чем она состоит?

6.30.Определите знак напряжений изгиба от центробежных сил в харак­ терных точках профиля при правильном выборе выносов центров тяжести сечений в рабочей лопатке компрессора и турбины.

6.31.В рабочей лопатке компрессора для компенсации изгибающих мо­ ментов от газодинамических сил сделаны выносы центров тяжести сечеЯИй

лопатки в плоскости продольного се­ чения двигателя (рис. 6.2,а). Покажите направление движения воздуха в про­ точной части двигателя. Объясните свое решение.

6.32. В рабочей лопатке турбины для компенсации изгибающих момен­ тов от газодинамических сил сделаны выносы центров тяжести сечений ло­ патки в плоскости вращения рабочего колеса (рис. 6.2,6). Покажите направ­ ление вращения ротора. Объясните свое решение.

6.33.В рабочей лопатке турбины для компенсации изгибающих момен­ тов от газодинамических сил сделаны выносы центров тяжести сечений ло­ патки в плоскости продольного сечения двигателя (см. рис. 6.2,а). Покажите направление движения газа в проточной части двигателя. Объясните свое решение.

6.34.В рабочей лопатке компрессора для компенсации изгибающих мо­ ментов от газодинамических сил сделаны выносы центров тяжести сечений лопатки в плоскости вращения (см. рис. 6.2,6). Покажите направление вра­ щения ротора. Объясните свое решение.

6.35.Какими силовыми факторами может быть вызвано кручение рабо­ чей лопатки?

6.36.Объясните, как центробежные силы вызывают кручение рабочей лопатки? Какие при этом возникают напряжения и какие факторы влияют на их величину?

6.37.Покажите направление крутящего момента от центробежных сил в лопатке компрессора. Объясните свой выбор.

6.38.В какой ситуации в рабочих лопатках суммарные напряжения мо­ гут быть сжимающими на спинке профиля лопатки? на кромках профиля?

6.39.Может ли произойти потеря устойчивости кромок рабочей лопатки

компрессора с постоянным углом установки профилей?

6.40.Каким образом антивибрационная полка лопатки препятствует по­ тере устойчивости кромок лопатки?

6.41.В каком случае бандажная полка вызывает изгибающий момент в

корневом сечении рабочей лопатки турбины в плоскости вращения?

6.42. Поясните характер распределения по сечению нормальных на­ пряжения при раскрутке рабочей лопатки центробежными силами. При каких условиях возможна потеря устойчивости кромок рабочих лопаток от дейст­ вия центробежных сил?