Метрология / Том 2. Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок / 5-6-Regulirovanije_kompressorov

Рисунок 5.63 – Поворотная лопатка НА

a) консольная; б) двухопорная;

1 - перо; 2 - наружный цилиндрический хвостовик; 3- внутренний цилиндрический хвостовик; 4 - упорный торец

компенсации несоосности цилиндрических отверстий в корпусе и внутреннем кольце на хвостовики лопаток устанавливают сферические подшипники, значительно снижающие усилия поворота лопатки.

Âслучае использования НА с консольным креплением лопаток ротор компрессора должен иметь «гладкую» (см. раздел 5.4.2) проточную часть. Поэтому двухопорные лопатки в первую очередь применяют в поворотных и неподвижных НА первых ступеней компрессора, где лопатки имеют большое относительное удлинение.

Âгорячей части компрессора лопатки могут устанавливаться с жесткой связью только по одному (наружному или внутреннему) кольцу. Соответственно в другом кольце лопатки имеют возможность перемещения вдоль своей радиальной оси. Это делается с целью обеспечения возможности дополнительных температурных расширений.

5.6– Регулирование компрессоров

ГТД являются по характеру использования многорежимными, широкодиапазонными машинами. Например, авиационный ГТД должен обеспе- чивать необходимые параметры как в условиях старта на земле, так и в условиях полета на боль-

ших высотах с различными, в том числе и сверхзвуковыми скоростями полета. При определенных условиях работы ГТД возможно существенное снижение к.п.д. компрессора на отдельных режимах, несмотря на его высокое значение на расчетном режиме. Кроме того, на некоторых режимах возможно появление признаков неустойчивой работы компрессоров, что недопустимо для работы двигателя.

Необходимые характеристики удается полу- чить рациональным выбором расчетного режима

ñпомощью регулирования компрессора:

-перепуском воздуха;

-поворотом направляющих лопаток. Целями регулирования являются:

-обеспечение запасов газодинамической устойчивости;

-обеспечение к.п.д. компрессора;

-изменение соотношений между расходом воздуха, частотой вращения и степенью повышения полного давления для улучшения характеристик двигателя;

-обеспечение допустимого предела вибрационных напряжений в лопатках.

Основными способами регулирования компрессора являются поворот направляющих лопаток и перепуск воздуха на низких частотах вращения.

5.6.1 – Поворот направляющих лопаток компрессора

Поворот направляющих лопаток компрессора позволяет достичь высоких характеристик двигателя на разных режимах работы путем подстройки геометрических углов лопаток под направление воздушного потока в соответствии с условиями работы компрессора. Количество ступеней поворотных аппаратов и диапазоны углов поворота лопаток выбираются при проектировании компрессора.

Существует множество различных конструкций механизмов поворота лопаток направляющих аппаратов. Привод механизма выбирается, исходя из потребного усилия и времени перекладки, диапазона регулирования. В конструкции механизма поворота может быть один или два привода. Привод может быть гидравлическим (рабочее тело – жидкость), пневматическим (рабочее тело – воздух) или электрическим.

Перекладка поворотных лопаток НА может осуществляться:

-из одного крайнего положения в другое крайнее положение за короткий промежуток времени (десятые доли секунды),

-по программе в зависимости от изменения приведенных оборотов КВД.

Если для обеспечения параметров компрессора одного поворотного аппарата недостаточно, то за ним устанавливают аналогичные поворотные аппараты последующих ступеней. На Рис. 5.64, á представлен корпус с поворотными НА 1 и 2 ступеней двигателя ПС-90ГП-1. Привод осуществляется теми же ведущими валами 9. Лопатки НА 1

è2 ступеней поворачиваются относительно своих продольных осей с помощью подвижных колец 12

è14 привода НА 1 и 2 ступеней, соединенных шарнирно с рычагами 11 и 13, жестко укрепленных на лопатках.

При повороте рычагов ведущих валов происходит перемещение колец привода ВНА, НА 1 и 2 ступеней относительно корпусов в окружном направлении, что и осуществляет поворот лопаток на заданный законом управления угол.

Датчик, установленный около одного из приводов, измеряет фактический угол и передает эти данные в систему автоматического регулирования (САР), которая сравнивает их с заданными по программе управления значениями и выдает команду в привод на корректировку положения.

5.6.2 – Перепуск воздуха из проточ- ной части компрессора

Перепуск воздуха в группе средних ступеней компрессора позволяет увеличить расход воздуха через передние ступени на низких частотах вращения, тем самым выводя их на расчетный режим работы. С помощью перепуска снижается линия рабочих режимов двигателя, за счет чего удается повысить запас устойчивой работы компрессора. Необходимо отметить, что этот метод регулирования экономически не выгоден, так как ведет к снижению тяги двигателя и увеличению удельного расхода топлива на режимах перепуска. Поэтому перепуск воздуха используется на кратковременных режимах работы двигателя, а на вновь проектируемых двигателях чаще всего не применяется.

Перепуск воздуха осуществляют через отверстия в корпусе, которые закрываются и открываются по программе регулирования компрессора. Открытие отверстий осуществляется разными способами:

-лентами;

-заслонками;

-клапанами.

Воздух, отобранный из проточной части компрессора, сбрасывается в атмосферу (для одноконтурных двигателей) или в проточную часть наружного контура (для двухконтурных двигателей).

На Рис. 5.65 показан способ регулирования перепусков стальными лентами. С внешней сторо-

ны корпуса перепуска 1 отверстия 2 закрыты двумя стальными лентами 3, которые при помощи механизмов 4 управления открывают или закрывают одновременно оба ряда отверстий. На концах ленты имеются петли 5, которыми она при помощи звеньев 6 шарнирно соединена с поршнем 7 механизма управления. Отверстия закрываются лентой при перемещении поршня в цилиндре 8 под действием сжатого воздуха, подводимого через штуцер 9, а открываются отверстия под действием пружин 10 при выключении подачи сжатого воздуха.

На рисунке изображено положение деталей механизма и лент перепуска при закрытых отверстиях. Такая конструкция использовалась на первых ТРД.

Другим способом осуществления перепуска воздуха является перепуск посредством открытия заслонок 1 (см. Рис. 5.66). На осях 2 заслонок 1 крепят рычаги, связанные с гидроцилиндром управления.

Существуют конструкции компрессоров, в которых перепуск воздуха осуществляется при срабатывании клапанов 2 перепуска воздуха (см. Рис. 5.67). В корпусе 1 выполняют необходимое количество отверстий 3. Над отверстиями имеется кольцевой коллектор 4, на который установлены клапаны перепуска. Клапаны перепуска открываются и закрываются по заданному закону или в слу- чае возникновения угрозы неустойчивой работы компрессора.

5.7 – Противообледенительные устройства

В некоторых условиях эксплуатации авиационных двигателей и двигателей наземного использования (например, минусовые температуры окружающего воздуха, высокая влажность) возможно образование льда на элементах входного устройства и деталях компрессора. Накопление льда на деталях двигателя неблагоприятно влияет на его работу и вызывает недопустимое снижение мощности или тяги. При этом возможно ухудшение управляемости двигателя, повышение температуры газа выше допустимой. Образование льда на деталях двигателя, особенно на роторных деталях компрессора, может привести к значительному увеличению вибраций двигателя вследствие разбалансирования ротора. В конечном итоге оторвавшиеся куски льда, попадая в газовоздушный тракт двигателя, могут привести к недопустимым механическим повреждениям двигателя