книги из ГПНТБ / Конструкция и эксплуатация турбореактивных двигателей типа М-701 учеб. пособие

На горловинах № 3 и 4 в нижней части имеется два прилива для установки штуцеров дренажной системы.

Патрубок газосборника изготовлен из двух половин жароупор­ ной стали типа 1Х18Н9Т с последующей сваркой в среде аргона. Он предназначен для направления потока продуктов сгорания, вы­ ходящего из камеры сгорания, на лопатки соплового аппарата. Входная (передняя) часть патрубка имеет форму окружности, вы­ ходная — кольцевого сектора.

Боковые поверхности патрубка между входным и выходным се­ чениями выполнены таким образом, чтобы обеспечить плавный пе­ реход от кольца к кольцевому сектору и этим избежать дополни­ тельных потерь. В передней части к патрубку приварен фланец, при помощи которого патрубок крепится к фланцу горловины газо­ сборника. Одновременно этот фланец является опорой выходной части камеры сгорания.

Сопловой аппарат турбины состоит из равномерно расположен­ ных по кольцу 47 лопаток, закрепленных между внутренним и на­ ружным бандажами.

Наружный бандаж 6 соплового аппарата изготовлен из жаро­ упорной стали типа 21-11-2,5 в форме кольца с фланцем. К внутрен­ ней стороне бандажа приварено направляющее кольцо с профиль­ ными прорезями для установки лопаток соплового аппарата. На кольце бандажа просверлены отверстия для прохода охлаждающего

ж а зажимается между фланцем газосборника и фланцем корпуса турбины.

Внутренний бандаж 4 соплового аппарата изготовлен из той же стали и представляет собой усеченный конус с двумя фланцами. В верхней части приварено направляющее кольцо с продольными прорезями для установки лопаток. По меньшему диаметру банда­ жа в передней его части приварен фланец для крепления к корпу­ су газосборника. С внутренней стороны опоры приварена перего­ родка сложного сечения, в которой расположены отверстия для ох­ лаждающего воздуха. Таким образом, внутренний бандаж пред­ ставляет собой тонкостенную жесткую конструкцию. К заднему фланцу бандажа при помощи девяти винтов крепится дефлектор 7, направляющий поток воздуха для охлаждения диска турбины.

Лопатки соплового аппарата отлиты из жароупорного сплава ЛВН-9 (ЖС6К). Они состоят из профильной части и двух полок, обработанных под прифиль прорезей направляющих колец внут­ реннего и наружного бандажей. Профильная часть лопатки изго­ товляется с большой точностью.

При сборке соплового аппарата лопатки подбираются по тол­ щине профиля таким образом, чтобы обеспечить площадь проход­ ного сечения в пределах 337,5±'2,б см2, так как от него зависят па­ раметры двигателя. Замер проходного сечения осуществляется после ложной сборки соплового аппарата при помощи специаль-

102

ного приспособления. Для обеспечения перемещения при тепловом

0,1-т-0,3 мм, радиальный — 0,Е-М,2.лш. В осевом направлении спе­ реди лопатки фиксируются направляющими кольцами, а сзади — корпусом турбины.

Корпус 5 турбины изготовлен из жаропрочной стали центро­ бежной отливкой в форме кольца с двумя фланцами: передним и задним. При помощи переднего фланца корпус турбины крепится к корпусу газосборника, а к заднему фланцу крепится выходной диффузор (см. рис. 76).

хо д н о й д и ф ф у з о р

Впередней части корпуса трубины, по внутреннему диаметру, выполнена кольцевая проточка для фиксации лопаток соплового аппарата в осевом направлении.

Центровка корпуса трубины относительно корпуса газосборни­ ка осуществляется при помощи 12 штифтов, равномерно установ­ ленных по окружности фланца.

Для уменьшения деформации от неравномерного нагрева при работе двигателя корпуса турбин проходят специальную термооб-. работку, создающую напряжения сжатия.

Рабочее колесо турбины (см. рис. 75) состоит из диска 7 и 61 лопатки 9 турбины. Диск турбины изготовлен равнопрочным из

грузку от замка лопатки турбины. Зубья изготовляются с большой точностью и высоким классом чистоты их рабочей поверхности, чтобы обеспечить равномерное распределение нагрузки между ни­ ми. '

103

На передней части ступицы диска выполнен буртик для цент­ ровки и 12 отверстий для крепления фланца диска.

В плоскости сопряжения фланца и диска имеются пазы для прохода охлаждающего воздуха в полость заднего вала. Одновре­ менно пазы способствуют уменьшению площади соприкосновения фланца с диском. В результате уменьшается теплопередача к под­ шипнику турбины.

На задней части ступицы проточен технологический фланец, используемый при монтажных и демонтажных работах.

Так как ротор турбины вращается с большой скоростью, то он тщательно балансируется. Допускается динамическая неуравнове­ шенность ротора в собранном виде не более 5 гсм. Балансировка ротора осуществляется при помощи балансировочных пальцев, ко­ торые ввертываются в специальные резьбовые отверстия на техно­ логическом фланце. При балансировке пальцы подбираются по весу.

Лопатки турбины изготовляются из поковки жаропрочного сплава ЭИ-617. Конструктивно лопатка состоит из пера, полочки и ножки. При работе двигателя лопатки находятся под действием нагрузки от центробежных и аэродинамических сил при высокой температуре. Поэтому к материалу лопаток, точности и чистоте их изготовления предъявляются большие требования.

Корыто лопатки представляет собой часть поверхности двух ко­ нусов, оси которых наклонены в направлении ножки лопатки. По­ верхность спинки образована дугами лемнискаты.

Для компенсации изгибающих моментов от газовых сил мо­ ментами от центробежных сил центр тяжести пера лопатки пере­ двинут в направлении вращения лопатки относительно оси сим­ метрии замка.

Перо лопатки отделено от ножки прямоугольной полкой. При установке лопаток их полки взаимно перекрываются и предотвра­ щают утечку охлаждающего воздуха в межлопаточные каналы турбины.

В нижней части ножки лопатки выполнен «елочный» замок, ко­ торый вставляется в аналогичный по форме паз диска турбины.

При постановке лопатки между торцом ножки и дном паза в

.диске образуется щель, в которой размещается пластинчатый за­ мок. После постановки лопаток в пазы диска усики пластинчатых замков отгибаются вверх на обод диска, что препятствует переме­ щению лопаток турбины в осевом направлении.

Необходимо учитывать, что на рабочих режимах перемещению лопаток в осевом направлении препятствует сила трения в замке, которая в несколько раз больше силы, сдвигающей лопатку.

Ножка лопатки между полкой и замком в осевом направлении специально спрофилирована таким образом, что после установки лопаток между соседними ножками образуются каналы для посту­ пления охлаждающего воздуха. Охлаждение замковой части со­ кращает приток тепла от лопаток к диску турбины.

104

При установке лопаток в диск турбины замеряется качка на конце пера лопатки, которая должна быть в пределах 0,1-ьЭ,6 мМі В рабочем положении от действия центробежных сил и теплового расширения зазор частично уменьшается.

Для упрощения балансировки ротора, лопатки перед постанов­ кой подбираются таким образом, чтобы разница в весе противопо­ ложных лопаток не превышала 0,2 г.

При-замене лопатки в процессе эксплуатации необходимо, что­ бы вес вновь устанавливаемой лопатки с пластинчатым замком от­ личался от веса заменяемой лопатки не более чем на 0,032 г.

Между торцами лопаток и корпусом турбины, находящимися в холодном состоянии, предусмотрен зазор, который должен быть не' менее 0,5 мм. Если этот зазор при изготовлении двигателя уста­ навливать больше 0,5 мм, будут большие потери энергии газовой струи, если меньше 0,5 мм, может произойти касание торцов ло­ паток о корпус турбины из-за вытяжки лопатки от центробежных сил и теплового расширения. При остановке двигателя этот зазор' становится минимальным.

В процессе эксплуатации очень часто встречается коробление корпуса турбины, при котором радиальный зазор может умень­ шиться до нуля. В целях уменьшения коробления корпуса турбины' очень важно строго выдерживать режимы прогрева и охлаждения.

Втулка диска турбины изготовлена из хромомолибденованадие-

наружной поверхности, между канавками и фланцем, нарезаны гре­ бешки лабиринтного уплотнения.

На фланце выполнено 12 отверстий для болтов крепления втул­ ки к диску. Из двенадцати болтов шесть устанавливаются презонно и служат для передачи крутящего момента от диска через шли­ цы, нарезанные во втулке по внутреннему диаметру, на задний вал ротора. Для уменьшения теплопередачи от диска к втулке на зад­ ней стороне фланца выполнено двенадцать пазов. Во фланце про­ тив каждого паза просверлено отверстие, через которое подается охлаждающий воздух, поступающий через паз' в полость заднего вала, а затем в силовой конус.

РАБОТА ТУРБИНЫ

Из камер сгорания горячие газы поступают в семь патрубков' газосборника. Патрубки деформируют газовый поток, подготавли­ вая его для подачи на лопатки соплового аппарата, в форме коль-- цевых секторов, высота которых равна высоте лопаток.

На максимальном режиме к сопловому аппарату газы поступа-- ют со скоростью С= 160 м/сек, с температурой 4°=840°С и давле-- нием Р 3 = 4 кг/см2.

10*

В профилированных межлопаточных каналах соплового аппа­ рата газ расширяется до />=2,4 кг/см2 и вследствие падения тепло­ содержания скорость возрастает до С=560 ж/сек, а температура падает до £°=710°С. Рассмотрим представленные на рис. 33 схему проточной части ступени турбины двигателя М-701, график изме­ нения параметров и треугольники скоростей.

Для того чтобы определить величину и направление относитель­ ной скорости №3 ' (скорости, с которой газ поступает на лопатки турбины), необходимо от абсолютной скорости С3 ' вычесть пере­ носную скорость U, то есть скорость, с которой вращается ротор. Рабочее колесо вращается с окружной скоростью [/=360 м/сек (на 0 430 мм).

паточных каналах рабочего колеса, вследствие чего относительная

ханическую работу, идущую на вращение компрессора и агрегатов.

йоб

§ 6. Статор двигателя

Статор двигателя состоит из статоров компрессора и турбины, соединенных между собой силовым конусом. После сборки и креп­ ления элементов статора образуется жесткая система (корпус), внутри которой на двух опорах размещается ротор двигателя.

На элементы статора действуют различные силы, в том числе силы веса, инерционные силы, газовые силы и др., а также возни­ кающие при этом моменты.

На узлы крепления двигателя передаются силы веса и осевые силы, результирующая которых составляет реактивную тягу. Кру­ тящие моменты на узлы не передаются, а замыкаются на статоре.

107

Конструкция статоров компрессора и турбины была рассмотре­ на выше. Рассмотрим конструкцию силового конуса.

Силовой конус (рис. 77) изготовлен из листовой хромоникелевой стали типа 1Х18Н9Т при помощи сварки в форме усеченногоконуса с тремя фланцами: передним 2 и двумя задними — наруж­ ным 8 и внутренним 10.

Передний фланец приварен к основанию конуса СИЛОЕЫМ И гер­ метичным швом. По внутреннему диаметру у фланца проточен вы­ ступ 18, при помощи которого осуществляется центровка в соеди­ нении с задним корпусом компрессора. Во фланце просверлено 48 отверстий для болтов крепления с задним корпусом компрес­ сора.

К меньшему основанию силового конуса приварен внутренний фланец 10 с шестнадцатью отверстиями, к . которому крепится корпус заднего подшипника. К боковой поверхности конуса у еговершины приварен двойной кожух 14. К наружной части кожуха приварен фланец 8 для крепления к корпусу газосборника.

Между фланцами силового конуса и корпусом газосборника ставится регулировочное кольцо для установки осевого зазора между лопатками турбины и соплового аппарата.

Внутренний и наружный фланец соединены между собой конус­ ной проставкой 9 с 15 круглыми отверстиями для облегчения и тремя прямоугольными — для прохода турбопроводов масляной системы.

С внутренней стороны силового конуса на его боковой поверх­ ности приварены два профиля жесткости. Между первым профилем и большим фланцем снаружи приварен штуцер 4 для замера дав­ ления воздуха в силовом конусе.

В нижней части конуса приварен патрубок 16 для отвода ох­ лаждающего воздуха. К фланцу патрубка при помощи четырех шпилек крепится диафрагма 17 с калиброванным отверстием. Диа­ метр отверстия подбирается на заводе в процессе испытания дви­ гателя для обеспечения необходимого давления воздуха внутри конуса. Величина давления зависит от того, какую компенсирую­ щую силу надо создать для уменьшения осевой силы, действующей на шарикоподшипник передней опоры.

При замене двигателя или дюрита, соединяющего патрубки для отвода воздуха из силового конуса и фюзеляжа самолета, необхо­ димо следить за установкой диафрагмы. Ее отсутствие или замена могут привести к отказу двигателя.

К нижней части внутренней стенки кожуха приварена уплот­ няющая втулка 12 трубопровода откачки масла. В верхней части имеются две аналогичные втулки: одна для трубки подвода масла, другая — для трубки суфлирования.

108

части шлиц проточено четыре кольцевых канавки под посадочную» поверхность внутренней обоймы роликоподшипника. Такая поверх­ ность обеспечивает минимальную площадь контакта и тем самым уменьшает подвод тепла к подшипнику.

Втулка диска при постановке на задний вал центрируется при помощи кольца.

В задней части вала нарезана резьба для гайки крепления всех деталей, посаженных на вал, и прорезь для усика контровки.

Внутри заднего вала запрессован вкладыш, предохраняющий' передачу тепла к валу от воздуха, проходящего после охлаждения; диска турбины.

Ротор двигателя подвергается динамической балансировке при' помощи уравновешивающих пробок. Максимальная величина дис­ баланса не должна превышать 5 гсм.

ПЕРЕДНЯЯ ОПОРА РОТОРА

Передняя опора ротора (рис. 79) состоит из корпуса 2, сфериче­ ской втулки 1, шарикоподшипника 17 и масляного уплотнения 3, 4.

Корпус переднего подшипника (сферическая опора) изготовлен из стали в форме усеченного конуса, имеющего в передней части, фланец крепления.

Спереди фланца равномерно по окружности просверлено во­ семь резьбовых отверстий для болтов крепления корпуса переднего' подшипника к ступице входного корпуса. Для надежности контровка болтов производится двумя способами. Для обеспечения гер­

круглого сечения. Спереди проточена кольцевая канавка, по вы­ ступу которой производится центровка корпуса.

В передней части корпуса по внутреннему диаметру выполнена; сфера для установки сферической втулки. На сферической поверх­ ности корпуса сделаны два паза для установки сферической втул­ ки, а в нижней части — канал для стока масла.

Сзади корпуса по внутреннему диаметру нарезана резьба для постановки наружного кольца уплотнения 5. Впереди резьбы вы­ полнен буртик, по которому происходит центровка и ограничение-

наружный диаметр которого выполнен по сфере.

Внутренний диаметр втулки — цилиндрический и служит для установки наружной обоймы шарикоподшипника 17. Внутренняя' обойма подшипника устанавливается на передний вал с натягом и

111