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

тельных приводов и два клапана отрицательных перегрузок. Один из клапанов расположен сверху трубки, а второй — на входе в верхнюю откачивающую ступень.

В нормальном положении самолета клапан, расположенный в трубке, закрыт и не допускает подсоса воздуха насосом, а клапан, установленный'на входе в верхнюю откачивающую ступень, от­ крыт, обеспечивая тем самым подачу масла в насос из полости ко­ робки приводов.

В перевернутом полете и при действии отрицательных перегру­ зок положение клапанов обратное. Клапан, установленный в труб­ ке, открывается и пропускает масло из полости вспомогательных агрегатов к насосу, а клапан, расположенный на входе в откачи­ вающую ступень, закрывается, позволяя избежать перетекания масла из входа в откачивающую ступень насоса в полость короб­ ки, приводов.

— клапан отрицательных перегрузок, расположенный в поло­ сти корпуса суфлера. При нормальном положении самолета он обеспечивает свободный выход масляных паров и газов, попавших в систему смазки через уплотнения заднего подшипника ротора, в суфлерный бачок, минуя конус клапана в его верхней части.

При перевернутом полете и при отрицательных перегрузках клапан предотвращает вытекание масла в суфлерный бачок и со­ общает воздушное пространство над поверхностью масла в полости масляного бака коробки, расположенной под крышкой, с суфлерным бачком;

— суфлерный бачок, который служит для предотвращения вы­ брасывания масла в атмосферу при промежуточном положении дренажного клапана отрицательных перегрузок. В бачке при нор­ мальном полете конденсируются пары масла, и масло отсюда сте­ кает обратно в коробки маслофильтров, а при перевернутом поле­

маслофильтров. В нормальном полете он сообщает полости над перегородкой с полостью под перегородкой.'При действии отрица­ тельных перегрузок или в. перевернутом полете обратный клапан не допускает выливания масла из коробки маслофильтров в коробку приводов. Из полости заднего подшипника в перевернутом полете начинается откачка масла, когда эта полость полностью заполнит­ ся вспененным маслом.

На двигателях М-70ІС-500 нижняя стенка входного корпуса опу­ щена и находится вблизи перегородки (диафрагмы). В этой пере­ городке нет сливных трубок и суфлирующего клапана, но она име­ ет отверстие, в которое западает до упора заборная трубка при перевернутом полете (под уровень диафрагмы). Причем конец

. трубки уходит ниже, чем на двигателе М-70ІС-400. Это увеличивает

132

время работы двигателя в перевернутом полете при нормальной (бесперебойной) работе системы смазки. На двигателе М-70ІС-500 имеется только одна заборная (поворотная) трубка.

§ 3. Физико-химические свойства масел

Масла МК-8П или трансформаторное, применяемые для смаз­ ки деталей двигателя М-701, имеют значения основных физико-хи­ мических свойств, приведенных в табл. 5 и 6.

133

Таблица о

Физико-химические свойства масла МК-8П (согласно ГОСТ 6457—53)

§ 4. Возможные неисправности системы смазки, причины их возникновения и способы устранения

Неисправности, отказы и разрушения агрегатов и деталей си­ стемы смазки приводят к разрушению подшипников, шестерен, ва­ ликов и могут вызвать заклинение ротора двигателя, пожар на самолете, попадание дыма в кабины летчиков.

134

Опыт эксплуатации двигателей М-701, а также других двигате­ лей с центробежными компрессорами показывает, что их система смазки работает надежно и ее отказы происходят довольно редко. Надежная работа системы смазки этих двигателей объясняется следующим:

—простотой схемы и конструкции агрегатов;

—незначительным количеством трубопроводов и сравнительно небольшой их протяженностью;

—отсутствием в системе смазки агрегатов, не связанных с •обеспечением маслом подшипников, шестерен, валиков и т. п. (на

двигателях других типов масло из системы смазки используется как рабочее тело для систем регулирования осевых компрессоров двигателей, для управления воздушным винтом турбовинтовых дви­ гателей и т. д.) ;

—сравнительно небольшой величиной прокачки масла через систему в единицу времени;

—отсутствием воздушных, либо топливных радиаторов в си­ стеме охлаждения масла;

—отсутствием в системе полостей, где могли бы образоваться воздушные пробки;

—достаточно эффективной системой воздушного охлаждения подшипника турбины, обеспечивающей предупреждение коксова­ ния масла.

Неисправности системы смазки двигателей М-701 (см. табл. 7) имеют место главным образом из-за нарушения правил эксплуата­ ции и технического обслуживания.

Для того чтобы система смазки работала надежно, недостаточ­ но только заправить ее кондиционным маслом соответствующей марки. Нужно еще провести тщательное и грамотное техническое обслуживание агрегатов. Однако иногда это не соблюдается и до­ пускается небрежность, проявляющаяся в следующих нарушениях:

—неплотном закрытии крышки маслозаливной горловины, а также выпуске в полет самолета с открытой или неплотно закры­ той горловиной;

—повреждении уплотнительных прокладок, резьбы штуцеров, ниппелей и гаек;

—неплотной затяжке или неправильной контровке соединений;

—повышении вибрации трубопроводов, вызывающем образова­ ние трещин, из-за некачественного их монтажа;

—неполной расконсервации вновь устанавливаемых узлов и гаек. Неполная расконсервация узлов и агрегатов при их установ­ ке на двигатель взамен вышедших из строя приводит к тому, что оставшаяся консервационная смазка закупоривает при работе дви­ гателя тот или иной канал или отверстие и нарушает тем самым нормальную работу системы смазки;

—попадании пыли, песка или воды в масло при заправке дви­ гателя.

135

Таблица 7

Возможные неисправности системы смазки, причины их возникновения и способы устранения

136

Г л а в а VI. СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ

Основные, высоконагруженные детали авиационных газотурбинных двигателей работают при высоких температурах. Дляобеспечения надежной работы этих деталей они в течение длитель­ ного времени подвергаются охлаждению маслом, которое подаетсянагнетающим маслонасосом или воздухом, отбираемым от ком­ прессора.

Охлаждение деталей, нагрев которых происходит за счет выде­

ется маслом, поступающим из нагнетающих магистралей масло-- системы.

В системе смазки установлен редукционный клапан, отрегули­ рованный на давление масла 2,5 кг/см2. Такая регулировка позво­ ляет избежать перегрева трущихся деталей как при изменений сил трения при увеличении оборотов двигателя, так и при увеличе­ нии нагрузок на подшипники при изменении режима работы дви­ гателя и условий полета.

Охлаждение деталей «горячей» части двигателя (жаровых труб камер сгорания, лопаток и корпусов соплового аппарата, лопаток, диска и корпуса турбины) производится воздухом.

§ 1. Охлаждение камер сгорания

Жаровые трубы, стаканчики подвесок и соединительные па­ трубки камер сгорания газотурбинных двигателей, в том числе и двигателей М-701, охлаждаются воздухом, поступающим из ком­ прессора в полость между жаровой трубой и кожухом. Имеющиеся в жаровых трубах отверстия для прохода воздуха расположены таким образом, что не только обеспечивают достаточную полноту" сгорания топлива, но и создают «воздушную прослойку» между зо­ ной сгорания топлива и внутренними стенками жаровых труб. Этим достигается достаточно эффективное охлаждение стенок жа ­ ровых труб, а следовательно, и предупреждение возникновения трещин и короблений стенок.

Образование и развитие трещин на жаровых трубах может привести к отрыву кусочков-материала труб и к повреждению эти­ ми кусочками лопаток ротора турбины. Поэтому при обнаруженийтрещин, не превышающих по своим размерам определенных значе­ ний, необходимо произвести их засверловку (по концам или в- местах перегибов) или запиловку. При ремонте жаровых трубтрещины заделываются заваркой.

Коробление жаровых труб вызывает искажение газового потока на выходе из камер сгорания. В результате наступает повышен­ ная неравномерность температуры и давления газов на входе в турбину.

137

Повышенная неравномерность температурного поля газового •потока приводит к увеличению термических напряжений в лопат­ ках турбины и может вызвать прогар лопаток сопловых аппаратов, перегрев, вытяжку и обрыв лопаток ротора турбины. Повышение неравномерности поля давлений газов перед турбиной, вызывая увеличение динамических напряжений в лопатках ротора турбины, приводит к возникновению трещин усталости в рабочих лопатках и к разрушению их.

Чтобы не допустить выхода из строя двигателей М-701 из-за пе­ регрева, необходимо тщательно выполнять требования инструкций

В случае повышения температуры газов даже в допустимых преде­

деталей и узлов турбины, расположенных во внутренних полостях газотурбинных двигателей и подверженных нагреву, производит­ ся либо воздухом, отбираемым от компрессора, либо воздухом, подаваемым специальным вентилятором, который установлен на валу ротора двигателя.

На двигателях М-701 охлаждение перечисленных выше деталей осуществляется воздухом, отбираемым от компрессора. Система воздушного охлаждения выполнена разомкнутой, то есть воздух, подаваемый для охлаждения, после отбора тепла от нагретых детелей выпускается в проточную часть двигателя и вместе с горячи­ ми газами выходит в атмосферу через реактивное сопло.

Воздух, сжатый в компрессоре двигателя, из задней кольцевой

кольце силового конуса воздух попадает на дефлектор и-разделя­ ется на три потока.

Первый "поток воздуха охлаждает диск турбины и направляет­ ся к замкам рабочих лопаток турбины. Между диском турбины и дефлектором установлены монтажные зазоры, обеспечивающие увеличение скорости потока к периферии и уменьшение разности температур между ободом диска и периферией. Этим достигается уменьшение температурных напряжений в дисках, а следователь­ но, повышается их работоспособность.

Проходя через зазоры в замках рабочих лопаток турбины, воз­ дух охлаждает замки лопаток и диска.

Замки лопаток ротора турбины охлаждаются также за счет передачи тепла в диск в местах контакта замков лопаток и диска, так как температура лопаток значительно выше, чем дисков. Ох­ лаждающий воздух, пройдя через замки лопаток и дисков, посту-

138

тіает к днищу конуса выходного диффузора. Попадая в простран­ ство, расположенное за диском, он охлаждает заднюю торцовую поверхность диска турбины. После охлаждения деталей турбины •охлаждающий воздух через отверстие в вершине конуса отсасыва­ ется потоком газов и вместе с ним идет на срез реактивного сопла.

Второй поток воздуха проходит через лабиринтные уплотнения заднего подшипника турбины, образуя воздушную подушку между уплотнительными кольцами и канавками лабиринта. Охлаждение полости заднего подшипника воздухом необходимо потому, что этот подшипник подвергается нагреву не только за счет сил трения, воз­ никающих при вращении, по и за счет теплоотдачи от диска тур­ бины через вал. Из полости заднего подшипника воздух через две трубки на двигателях М-701 с-500 и через одну трубку на двигателях М-701-400 уходит на срез реактивного сопла, где эжектируется в атмосферу.

Третий поток воздуха проходит через 12 радиальных пазов меж­ ду диском турбины и переходной втулкой внутрь вала турбины. Этот поток уменьшает передачу тепла от диска турбины на пере­ ходную втулку, на вал и внутреннее кольцо заднего подшипника. Охлаждая сочленение диска турбины с валом, воздух нагревает­ ся. Поэтому, чтобы не допустить нагрева вала, в месте установки внутреннего кольца заднего подшипника вставлен теплоизоляцион­ ный вкладыш.

Далее воздух попадает в основной вал и через радиальные от­ верстия, имеющиеся в его задней части, поступает в силовой кор­ пус. Здесь поток охлаждающего воздуха смешивается с воздухом, проникающим через лабиринтное уплотнение рабочего колеса ком­ прессора (из полости за компрессором). Из силового корпуса че­ рез патрубок с диафрагмой воздух уходит в атмосферу. Измене­ нием давления воздуха в силовом корпусе регулируется осевое уси­ лие ротора двигателя, которое воспринимается передним опорноупорным подшипником.

Регулировка давления осуществляется диафрагмой. В нормаль­ ных условиях устанавливается диафрагма диаметром 30 мм. В тех случаях, когда осевое усилие на подшипник больше допустимого и направлено вперед, устанавливается диафрагма большего диа­ метра, и наоборот. Регулировка давления производится только при испытании двигателя после его изготовления или ремонта.

Вторичный поток воздуха, поступающий в камеры сгорания двигателей М-701 из компрессора, кроме охлаждения жаровых труб, стаканов подвески и соединительных патрубков камер сгора­ ния, идет на охлаждение деталей газосборника, бандажей и по­ лок лопаток сопловых аппаратов, а также корпуса ротора турби­ ны, выходя через отверстие в буртике наружного конуса выхлоп­ ной трубы в поток выхлопных газов.

С внешней стороны двигатель охлаждается воздухом, обтекаю­ щим в полете наружные поверхности двигателя за счет скорост­ ного напора.

139

ДВИГАТЕЛЯ

I. ОСНОВНЫЕ ДАННЫЕ

§1. Назначение системы

Для обеспечения нормальной работы реактивного двигателя необходимо, чтобы в его камеры сгорания постоянно поступало оп­

автоматически обеспечивалось постоянство заданного летчиком ре­ жима работы двигателя.

Эти функции выполняет система топливопитания и автомати­ ческого регулирования.

Таким образом, назначением системы топливопитания и автома­ тического регулирования является обеспечение подачи топлива из баков самолета в камеры сгорания двигателя в таком количестве, которое необходимо для данного режима работы двигателя. При этом топливо должно поступать в камеры сгорания хорошо распы­ ленным.

Основные требования, предъявляемые к системе топливопита­ ния и автоматического регулирования, следующие:

—обеспечение надежности запуска двигателя;

—обеспечение устойчивой работы двигателя на различных ре­ жимах независимо от высот и режимов полета самолета;

—прекращение подачи топлива в камеры сгорания при оста­ новке двигателя;

—автоматическое изменение количества подаваемого в каме­

ры' сгорания топлива при изменении высоты и скорости полета;

—автоматическое ограничение максимального числа оборотов ротора двигателя с целью исключения нерасчетных нагрузок на элементы конструкции двигателя;

—автоматическое предохранение двигателя от перегрева его горячей части;

—обеспечение требуемой фильтрации топлива.

Естественно, что система топливопитания и автоматического ре­ гулирования должна обладать высокой надежностью. Отказ в ее работе обычно приводит к самопроизвольной остановке двигателя в полете, что чревато серьезными последствиями. Кроме того, она

рычага управления двигателем, связанного системой тяг и качалок

.140

с дроссельным краном. Открывая или прикрывая дроссельный кран, летчик изменяет количество топлива, поступающего в камеры сгорания двигателя. Остановка двигателя производится прекраще­ нием подачи топлива в двигатель.

Система топливопитания и автоматического регулирования име­ ет ряд агрегатов и устройств, которые обеспечивают стабильность заданного режима работы двигателя при изменении скорости и высоты полета, а также предупреждают выход двигателя на опас­ ные режимы («раскрутка» оборотов, перегрев двигателя и т. п.).

Из изложенного следует, что систем^ топливопитания и автома­ тического регулирования двигателем типа М-701 является одновре­ менно ручной и автоматической.

Создание такой системы является достаточно сложным процес­ сом, требующим конструктивных разработок целого комплекса агрегатов и узлов.

Основными агрегатами и узлами систем топливопитания и ав­ томатического регулирования являются:'

—топливный насос высокого давления; •— дроссельный кран;

—баростатический регулятор;

—автоматический распределитель топлива;

— топливный коллектор и форсунки;

—топливный фильтр;

—дренажная система.

Система топливопитания и автоматического регулирования дви­ гателя М-701 обеспечивает требуемую постоянную тягу двигателя в зависимости от профиля полета, которая характеризуется обо­ ротами ротора двигателя.

Замер тяги двигателя, которая изменяется в зависимости от ко­ личества поступающего в компрессор воздуха и расхода топлива, очень сложен. Поэтому тяга двигателя при его работе оценивается косвенным параметром — оборотами двигателя.

Изменяя положение рычага управления двигателя (РУД),лет­ чик устанавливает определенные обороты, необходимые для вы­ полнения полета.

Обороты двигателя М-701 зависят от расхода топлива, изме­ нение которого осуществляется перемещением иглы дроссельного крана. Система топливопитания выполнена таким образом, что перед дроссельным краном всегда обеспечивается определенное давление топлива, которое зависит только от условий окружаю­ щей среды. Обеспечивается это следующим образом. При изме­ нении давления топлива за насосом высокого давления его им­ пульс передается к плунжеру баростата: воздействие плунжера на рычаг баростата приводит к открытию его клапана. Начинает­ ся переток топлива из пружинной камеры сервомеханизма. Пор­ шень механизма передвигает наклонную шайбу насоса в новое положение — на другую производительность насоса. Подача топ-

141