Скачиваний:
182
Добавлен:
18.03.2015
Размер:
3.15 Mб
Скачать

Глава 6 - Камеры сгорания

Рисунок 6.43 – Пленочная система охлаждения из сварных секций 1 – секция; 2 – кольцевые ребра;

3 - контактная сварка; 4 – кольцевая щель; 5 – охлаждающий воздух; 6 - заградительная пленка; 7 - компенсирующие прорези, 8 – упор

схемы охлаждения для снижения трудоемкости изготовления обе стенки делают гладкими. Но иногда для повышения эффективности теплосъема на внешней стороне внутренней стенки выполняют продольные или поперечные ребра 5.

Âконструкции жаровых труб пленочная система охлаждения получила широкое распространение. Исполнение этих систем охлаждения различно. Остановимся на нескольких конструкциях.

Âранних разработках ГТД на жаровых трубах применялась пленочная система охлаждения сварной конструкции, которая (см. Рис. 6.43) состоит из набора отдельных секций 1, штампованных или выкатанных из листового материала толщиной 0,8…1,5мм с кольцевыми ребрами 2. Секции сварены между собой контактной сваркой 3 с образованием в местах соединения кольцевой щели 4. Охлаждающий воздух 5 сквозь отверстия

âсекции попадает в кольцевую щель и далее направляется вдоль стенки жаровой трубы (со стороны процесса горения), образуя заградительную пленку 6. Эта пленка защищает стенку жаровой трубы от горячих продуктов сгорания. По мере удаления от щели защитная пленка постепенно перемешивается с горячими газами и размывается. Ее защитные свойства падают, поэтому секции жаровой трубы с такой системой охлаждения име-

ют большую неравномерность температур стенки по длине - это основной недостаток данной системы охлаждения. Для уменьшения термических напряжений внешние и внутренние части секций имеют продольные компенсирующие прорези 7, завершенные отверстием. Для сохранения постоянного зазора в щелях на секциях выштамповываются упоры 8. Ещ¸ один недостаток такой системы охлаждения - наличие зазора между секциями в местах контактной сварки. Зазор создает большое температурное сопротивление, что затрудняет передачу тепла от внутренней поверхности конструкции к внешней.

Более рациональной является система охлаждения, изготовленная из листовых секций 1, между стыками которых вставлены гофрированные кольца 2, приваренные контактной точечной сваркой 3 к секциям (см. Рис. 6.44). Гофрированные кольца закрыты от воздействия продуктов сгорания, поэтому могут быть изготовлены из ленты толщиной 0,5-0,8мм, что делает эту систему охлаждения предельно малой толщины, податливой, исключающей возникновение существенных терми- ческих напряжений. Охлаждающий воздух 4 проходит в щели гофрированного кольца и образует заградительную пленку 5. Однако такая система охлаждения может быть использована только на жаровых трубах небольшого диаметра, когда стенка малой толщины еще способна работать на устойчивость под действием перепада давления.

Конструкция пленочной системы охлаждения из точеных секций представлена на Рис. 6.45. Механически обработанные секции позволяют повы-

Рисунок 6.44 – Пленочная система охлаждения с гофрированным кольцом [6.13]

1 – секция; 2 – гофрированное кольцо;

3 - контактная точечная сварка;

4 - охлаждающий воздух; 5 - заградительная пленка

105

Глава 6 - Камеры сгорания

Рисунок 6.45 – Пленочные системы охлаждения, изготовленные механической обработкой а) ПС-90А ОАО«Авиадвигатель»;

á) PW2037 Pratt&Whitney; â) CF6-80 General Electric

1 – кольцевой канал; 2 – лазерная сварка; 3 – кольцевые ребра

Рисунок 6.46 – Транспирационная система охлаждения 1 – подвод охлаждающего воздуха;

2 - отверстия во внешней стенке;

3 - каналы внутреннего охлаждения; 4 - отверстия во внутренней стенке; 5 - воздушная заградительная пленка

сить точность изготовления кольцевых каналов 1, обеспечивают точное дозирование охлаждающего воздуха, отличаются повышенной прочностью и повышенной теплопроводностью от внутренней поверхности к внешней, что в конечном итоге повышает их ресурс. Система охлаждения из точе- ных секций применена на газосборниках двигателя ПС-90А (см. Рис.6.45, à).

Разновидностями механически обработанных систем охлаждения являются система охлаждения «double pass» фирмы Pratt&Whitney , которая изготавливается путем пластической деформации, механической обработки и лазерной сварки 2 (см. Рис. 6.45, á). Другой вариант стенки жаровых труб, выполненной механической обработкой - это система охлаждения фирмы General Electric (см. Рис. 6.45, â). Ребра 3 относительно большой толщины делают эти системы охлаждения проч- ными и жесткими, что позволяет им работать на устойчивость при больших диаметрах кольцевых КС. Недостатком этих систем охлаждения является то, что при большой толщине стенок возникает большой градиент температур и соответственно повышенные термические напряжения, приводящие к образованию продольных трещин.

При высоких значениях термодинамического цикла, ограниченном расходе охлаждающего воздуха для повышения эффективности охлаждения требуется повышать роль конвективного теплосъема. Наиболее прогрессивными в этом отношении являются конвективно-пленочные системы охлаждения с двойной стенкой. Примером такой конструкции является транспирационная система охлаждения, приведенная на Рис. 6.46. В этой системе охлаждения воздух 1 проходит через множество мелких отверстий 2 во внешней стенке и далее внутри и вдоль стенки по специальным перекрещивающимся каналам 3. После этого воздух выходит внутрь жаровой трубы также через множество мелких отверстий 4, образуя воздушную завесу 5. Главным недостатком, сдерживающим применение транспирационной системы охлаждения, является быстрое засорение внутренних каналов.

Другим примером конвективно-пленочной системы охлаждения с двойной стенкой является конструкция, приведенная на Рис. 6.47. В этой конструкции эффективность охлаждения увеличена за счет повышенного конвективного теплообмена при течении воздуха между стенками. С внешней стороны внутренней стенки для увеличения поверхности теплосъема и увеличения турбулентности течения охлаждающего воздуха выполнены ребра 1 (или штырьки). Обратное течение воздуха меж-

106

Глава 6 - Камеры сгорания

Рисунок 6.47 - Система охлаждения с накладными панелями [6.14] 1 – ребра; 2 – воздушная заградитель-

ная пленка; 3 – внешняя стенка; 4 - отверстия охлаждения; 5 – на-

кладная панель; 6 - крепление панелей.

ду стенками снижает градиент температур по длине секций. Вытекая в зазор между накладными панелями, охлаждающий воздух создает заградительную пленку 2. Такие системы охлаждения состоят из цельной внешней стенки 3 с отверстиями 4 для подвода охлаждающего воздуха и накладных панелей 5. Крепление 6 панелей выполняют с зазорами для компенсации тепловых расширений, а сами панели изготовлены из материала с малым коэффициентом линейных расширений и высокой жаростойкостью. Применение накладных панелей повышает ремонтопригодность конструкции.

В КС современных ГТД, отличающихся высокой степенью повышения давления за компрессором, с одной стороны происходит увеличение лучистых потоков тепла от газов внутри жаровой трубы к ее стенкам, с другой стороны - на входе в КС растет температура воздуха, что снижает его хладоресурс. Все это усложняет проблему охлаждения стенок жаровой трубы, и на их охлаждение расходуется более одной трети общего расхода воздуха, проходящего через КС.

Увеличение доли воздуха, подаваемого вдоль внутренней стенки жаровой трубы в сочетании с неизбежным уменьшением воздуха, подаваемого в зону смешения, ухудшает равномерность поля температур газа за КС. Более того, охлаждающий воздух вызывает «замораживание» хими- ческих реакций при горении вблизи стенки. Это приводит к понижению полноты сгорания и увеличению выброса окиси углерода и несгоревшего углеводорода.

Вышеперечисленные причины требуют повышения эффективности системы охлаждения жаровых труб и применения специальных теплозащит-

ных покрытий. Так, для повышения стойкости материалов к газовой коррозии контактирующие с горячими газами поверхности жаровых труб покрывают жаростойкой стеклокристаллической эмалью. Широкое распространение находит применение керамических теплозащитных покрытий ZrO2 + Y2O3 толщиной 0,2…1 мм напыляемых на поверхности деталей КС, соприкасающиеся с горячими газами. Эти покрытия обладают малой степенью черноты и низкой теплопроводностью, что обеспечивает снижение температуры поверхности детали на 30…100°С в зависимости от толщины покрытия и интенсивности охлаждения.

6.4.3 – Топливные форсунки

Среди большого многообразия конструкций форсунок наибольшее распространение в основных КС ГТД получили центробежные форсунки.

Схема простейшей центробежной форсунки приведена на Рис. 6.48.

Топливо в такой форсунке поступает в тангенциальные каналы 1 камеры закручивания 2 и приобретает начальную закрутку. В камере закручивания при уменьшении диаметра крутки увеличивается окружная составляющая скорости, возникают значи- тельные центробежные силы. В выходном сопле 3 образуется тонкая пленка кольцевого сечения, которая на выходе из форсунки распадается на мельчайшие капли, создающие коническую пелену распыленного топлива. Вдоль оси форсунки при этом образуется воздушный (газовый) вихрь 4. Чем выше скорость топлива на выходе из сопла форсунки, тем более мелкими получаются капли и, тем самым, достигаются более выгодные условия для создания однородной ТВС. Величина скорости топлива на выходе из сопла определяется перепадом давления на форсунке. В общем виде перепад давления и расход топлива через форсунку связаны соотношением:

Рисунок 6.48 – Схема центробежной форсунки 1 – тангенциальные каналы;

2 – камера закручивания; 3 – сопло;

4 - воздушный вихрь

107

Глава 6 - Камеры сгорания

GÒ = Ê (∆ P)0,5

(6.28)

ãäå Ê– коэффициент расхода, учитывающий геометрические параметры форсунки и размерность величин GÒ è ∆ P.

Форсунки должны обеспечивать распыливание топлива до капель требуемого размера с требуемой формой топливного конуса на всех режимах работы двигателя. Так, например, при переходе двигателя с режима максимальной тяги у земли на режим сильного дросселирования на большой высоте полета расход топлива уменьшается в 20…30 раз. В простой центробежной форсунке расход топлива изменяется по зависимости (6.28), так что для увеличения расхода топлива в 30 раз требуется увеличить перепад давления в 900 раз.

Применяемые в настоящее время топливные насосы обеспечивают максимальное давление перед форсунками примерно равное 75…80 кг/см2. Это давление не может быть существенно повышено без значительного усложнения и утяжеления топливной аппаратуры и уменьшения ее надежности. Если максимальное давление подачи составляет 75…80 кг/см2, то для уменьшения расхода в 30 раз необходимо снизить давление до 0,08…0,09 кг/см2. Но при столь низком давлении топливная струя, вытекающая из форсунки, уже практически не распадается на капли и образует «пузырь». Удовлетворительное распыливание достигается при использовании керосина лишь при избыточном давлении перед форсункой, равном 3…4 кг/см2.

Обеспечение качества распыливания на всех режимах работы двигателя в настоящее время решается тремя путями.

Первый - соединяют в одной форсунке две или несколько центробежных форсунок с концентрич- но расположенными соплами и раздельными камерами закручивания - двухсопловые форсунки (см. Рис. 6.49, à). В первый контур 1 двухконтурных форсунок топливо подается на запуске двигателя, во второй контур 2 топливо поступает до выхода на режим малого газа, на всех остальных режимах работают оба контура.

Второй - в современных конструкциях КС применяют пневматические форсунки 2 (см. Рис. 6.49, á). Топливная пленка в такой форсунке расположена между двумя воздушными закрученными потоками 3 и распадается на мелкие капли за счет энергии воздуха. При использовании пневматических низконапорных форсунок снижается вес топливных агрегатов и повышается их надежность. При этом несколько усложняется конструкция самой форсунки и возникают проблемы с за-

пуском КС, так как трудно обеспечить качество распыливания топлива на низких режимах работы двигателя из-за малых скоростей воздуха.

Третий - при применении одноконтурных центробежных форсунок необходимый диапазон изменения расхода топлива получают за счет последовательного включения в работу нескольких форсунок или групп форсунок, поэтому одноконтурные форсунки находят применение во многофорсуночных КС.

Двухконтурные форсунки по типу распылителей подразделяются на двухсопловые и двухступенчатые. Двухсопловая форсунка показана на Рис. 6.49. Двухступенчатая форсунка (см. Рис. 6.50) имеет одно сопло 1 и две камеры закручивания первого 2 и второго 3 контура.

В топливных форсунках применяются различ- ные типы распылителей топлива. Конструкция некоторых распылителей, таких как «грибковый» 1, шнековый 2, неразборный 3 и разборный 4, приведены на Рис. 6.51. Каждая конструкция обладает определенными достоинствами и недостатками.

Так, например, разборный распылитель прост в изготовлении, но изготовление камеры закручи- вания и сопла как отдельных деталей приводит к их некоторой несоосности, что повышает неравномерность распыливания топлива в топливном конусе. Неразборный распылитель сложнее в изготовлении, но расточка камеры закручивания и сопла за одну установку на станке приводит к практически полному отсутствию их несоосности. Применение того или иного типа распылителей зависит от опыта

èтрадиций фирмы-разработчика. Например, шнековые распылители встречаются в форсунках фирмы General Electric, а неразборные распылители использованы в конструкции форсунок ОАО «Авиадвигатель».

Распылители изготавливают из сталей с высокой твердостью HRC = 50…56 и износоустойчи- востью, работающая до температуры 400°С. Перспективными материалами для изготовления распылителей являются твердые сплавы на основе карбида вольфрама и карбонитрадов, обладающие устойчивостью против эрозии, истирания, стойкостью к коррозии.

Топливные форсунки КС расположены в высокотемпературном воздушном потоке за КВД, а распыливающая часть – в среде горячих продуктов сгорания. Это создает дополнительные трудности связанные с термическим разложением

èкоксованием топлива в топливных каналах форсунок. Для исключения проблем, связанных с коксованием, к форсункам предъявляются следующие требования:

108

Глава 6 - Камеры сгорания

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

à)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

á)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 6.49 Топливные форсунки

а) центробежная двухконтурная двухсопловая; б) – одноконтурная пневматическая; 1 - первый контур; 2 – второй контур; 3 – воздушные каналы

Рисунок 6.50 Двухступенчатая форсунка

1 – сопло; 2 – камера закручивания первого контура; 3 - камера закручи- вания второго контура

-наличие теплозащиты каналов и распылителей;

-отсутствие застойных и непроточных зон;

-наличие топливных фильтров на входе;

-отсутствие топлива в каналах форсунок во время останова двигателя;

-возможность демонтажа с двигателя во время технического обслуживания;

-практически абсолютная герметичность корпуса, соединений и отсутствие перетекания топлива между контурами в холодном состоянии и при рабочей температуре.

Перечисленные требования могут быть реализованы в форсунках, корпуса которых изготовлены из цельной штампованной или высококаче- ственной литой заготовки. Разъемные резьбовые

соединения герметизируются сваркой. Неразъемные соединения выполняют пайкой высокотемпературным припоем или сваркой, как правило элек- тронно-лучевой или лазерной.

Пример конструкции центробежной двухконтурной двухсопловой форсунки двигателя ПС-90А приведен на Рис. 6.52. Форсунка состоит из корпуса 1, стакана 2, сваренного с кожухом 3, который направляет воздух для обдува торцев распылителей. Стакан с помощью резьбы прижимает к корпусу с большим моментом затяжки (5…6 кг·м) пакет элементов подачи топлива: распылитель 4 второго контура, распылитель 5 первого контура, переходник-распределитель 6 топлива и уплотнительное кольцо 7. Резьбовое соединение загерметизировано электронно-лучевой сваркой. Разделение топливных каналов внутри корпуса выполнено при помощи трубки 8 и втулок 9 и 10. Уплотнение трубки 8 и втулки 9 с корпусом сделано высокотемпературной пайкой 11, а втулки 10 - аргоннодуговой сваркой и уплотнительным кольцом 12 из терморасширенного графита. Корпус форсунки снаружи теплоизолирован стеклотканью 13, которая защищена от воздушного потока кожухом 14. В штуцерах 15 и 16 соответственно первого и второго контура установлены фильтры 17. Для исклю- чения коксования топлива в малорасходном первом контуре его канал 18 практически на всем протяжении выполнен внутри канала 19 большерасходного второго контура.

При конструировании системы подачи топлива решаются вопросы, касающиеся выбора ко-

109

Глава 6 - Камеры сгорания

Рисунок 6.51 – Типы распылителей форсунок 1 – «грибковый распылитель; 2 – шнековый распылитель; 3 – неразборный распылитель; 4 - разборный распылитель

личества топливных коллекторов, разработки алгоритмов подачи топлива на розжиге КС и подключения коллекторов по режимам работы двигателя, определения коэффициентов расхода форсунок. При определении коэффициентов расхода форсунок для жидкого топлива и алгоритма подключения коллекторов необходимо учитывать требование по исключению коксования топлива в коллекторах и форсунках и влияние гидростатического давления на неравномерность распределения топлива по форсункам.

Работа центробежной форсунки в настоящее время достаточно хорошо изучена и ее расчет, как правило, не вызывает особых затруднений. Например, в [6.15, 6.16] подробно изложена методика расчета центробежной форсунки оптимальной геометрии, показано влияние отдельных конструктивных элементов на ее характеристики.

Выбор конфигурации, размеров и проходных сечений коллекторов и трубопроводов подвода топлива к форсункам осуществляется исходя из двух в некоторой степени противоречивых условий - обеспечение низких потерь давления и минимального объема внутренних полостей. Последнее условие базируется на необходимости снижения вре-

мени заполнения коллекторов при запуске двигателя, что в свою очередь способствует розжигу КС в более благоприятных условиях по скорости воздуха в жаровой трубе. Расчет гидравлического сопротивления топливных трубопроводов можно выполнять, например, с использованием справочных данных [6.17].

6.4.4 - Корпуса КС

Корпуса КС образуют полость, в которой располагаются жаровые трубы.

6.4.4.1 - Наружный корпус КС

Наружный корпус КС относится к группе основных сборочных единиц двигателя, влияющих на безопасность его эксплуатации, так как разрушение наружного корпуса может привести к катастрофическим последствиям.

Корпус трубчатой КС, в большинстве конструкций, не включаются в силовую схему двигателя и нагружен только избыточным внутренним давлением. Он представляет собой (см. Рис. 6.7) трубу цилиндрического или переменного сечения, с одного

110

Глава 6 - Камеры сгорания

Рисунок 6.52 – Форсунка двигателя ПС-90А 1 - корпус форсунки; 2 - стакан; 3- кожух обдува торцев распылителей; 4 - распылитель вто-

рого контура; 5 - распылитель первого контура; 6 - переходник-распределитель топлива; 7 - уплотнительное кольцо; 8 - трубка; 9 - втулка; 10 - втулка;11 - пайка; 12 - уплотнитель-

ное кольцо; 13 – теплоизоляция; 14 - кожух теплозащитный; 15 - штуцер первого контура; 16 - штуцер второго контура; 17 - топливные фильтры; 18 - топливный канал первого контура; 19 - топливный канал второго контура

111

Глава 6 - Камеры сгорания

Рисунок 6.53 - Корпус наружный двигателя ПС-90А 1 - передний фланец (точеное коль-

цо); 2 - задний фланец (точеное кольцо); 3- боковые фланцы; 4 – лючок для бороскопического контроля; 7 - листовая оболочка; 5,6 - фрезерованные кольца

торца которой имеется фланец для соединения с компрессором, а с другой – подвижное телескопическое соединение с корпусом турбины. Корпус трубчатой КС может быть легко снят с двигателя для замены жаровых труб. При этом разборка сопрягаемых узлов не требуется.

Наружный корпус трубчато-кольцевых и кольцевых КС входит в силовую схему двигателя и испытывает нагрузки от избыточного давления воздуха, от осевых сил и крутящих моментов, передающихся от компрессора и турбины. В труб- чато-кольцевых и кольцевых КС наружный корпус имеет конструкцию в виде оболочки.

Подробнее конструкцию наружного корпуса рассмотрим на примере корпуса двигателя ПС-90А (см. Рис. 6.53).

В передней и задней части корпуса имеются фланцы 1 и 2 для соединения с корпусами компрессора и турбины. По боковым поверхностям расположены фланцы 3 для крепления форсунок, подвесок жаровых труб, узлов системы зажигания,

а также лючки 4 для бороскопического контроля КС и турбины.

Корпус КС - это узел, элементы которого, как правило, соединены между собой с помощью сварки. К сварным соединениям корпусов, кроме общих требований, предъявляется несколько дополнительных:

–обязательное выполнение образцов сварных швов;

образцы сварных швов должны подвергаться термической обработке совместно с корпусом;

-после выполнения всех видов термической обработки, предусмотренной технологическим процессом изготовления, образцы подвергаются механическим испытаниям с целью подтверждения их прочностных характеристик.

В ранних разработках корпусов КС боковые фланцы вваривались «в стык» в листовые оболоч- ки корпуса. При этом получалось большое коли- чество сварных соединений, и прочности корпуса снижалась. В современных конструкциях двигателей корпуса КС свариваются из кольцевых заготовок 5 и 6, в которых боковые фланцы фрезерованные (корпуса двигателя ПС-90А, наружный корпус двигателя Д18 разработки «МоторСiч», Украина) или электрохимической обработкой (двигатель JT9D разработки Pratt&Whitney).

При использовании в конструкции наружных корпусов листовых оболочек 7 следует избегать сварки этих оболочек в продольном направлении. При наличии продольных сварных швов к ним должны предъявляться дополнительные требования:

-по точности несовпадения кромок листов перед сваркой;

-в них ограничено допустимое количество

èразмеры сварочных дефектов и не допускается исправление дефектов.

Для изготовления корпусов КС применяются следующие материалы:

-жаропрочные титановые сплавы до температур 450…500°С;

-жаропрочные сплавы до температуры 600°С;

-жаропрочные сплавы на никелевой основе до температур 600…650°С.

6.4.4.2 - Внутренний корпус КС

Внутренний корпус КС менее нагружен, чем наружный. На него действует наружное давление (т.е. он работает на устойчивость), осевые усилия и нагрузки от подшипниковых опор, если опоры расположены в корпусе КС или соединены с ним. Внутренний корпус КС (см. Рис. 6.54) чаще всего крепится передним фланцем 1 к спрямляющему аппарату ком-

112

Глава 6 - Камеры сгорания

Рисунок 6.54 - Корпус внутренний КС ПС-90А 1 - передний фланец; 2 - задний фла-

нец; 3 - фланец для крепления воздушных уплотнений; 4 - опора подшипника; 5 - листовый оболочки; 6 - фрезерованное кольцо; 7 - литое кольцо

прессора, а задним фланцем 2 - к опоре соплового аппарата турбины. В средней части внутреннего корпуса располагают фланец 3 для крепления воздушных уплотнений компрессора и крепления опоры 4 подшипника. На Рис. 6.54 приведен пример конструкции внутреннего корпуса КС двигателя ПС-90А. Внутренний корпус сварен из листовых оболочек 5, механически обработанных деталей - опоры 4, заднего фланца 2, кольца 6 и литого кольца 7.

В новых разработках зарубежных двигателей наружный корпус 1 (см. Рис. 6.55) объединяют с профилированным участком диффузора 2, силовыми полыми стойками 3, корпусом внутренним 4 и коллектором отборов воздуха 5 в единый неразъемный «блок», передняя часть 6 которого - отливка сложной конфигурации. К недостаткам такой конструкции следует отнести пониженную проч- ность литого материала, что требует увеличения толщины стенок и приводит к увеличению массы. Корпус внутренний в этой конструкции также имеет фланцы 7 для крепления воздушных уплотнений компрессора и фланец 8 для крепления опоры подшипника.

6.4.4.3 - Разработка конструкции корпусов

Корпуса разрабатываются на основе исходных данных (см. раздел 6.3.1) и расчетов (см. разделы 6.3.2 и 6.3.3). На первом этапе в целом выполнятся

Рисунок 6.55 - «Блочный» корпус КС

1 – наружный корпус; 2 – профилированный диффузор; 3 - силовая полая стойка; 4 – внутренний корпус; 5 - коллектор отборов воздуха; 6 – отливка; 7 – фланцы для крепления воздушных уплотнений;

8 – фланец крепления подшипниковой опоры

эскизная компоновка КС, в том числе и корпусов. На этом этапе выполняется проверочный расчет наружного корпуса на прочность от внутреннего давления, осевых и крутящих моментов в двухмерной постановке задачи с помощью обычных уравнений динамики и прочности, приведенных, например, в [6.18]. Далее строится трехмерная модель наружного корпуса, проводятся тепловые расчеты (см. раздел 6.3.3). На основании тепловых расче- тов проводится предварительный прочностной рас- чет наружного корпуса. Затем выполняется рабо- чее проектирование корпуса и окончательный прочностной расчет. Примеры прочностного рас- чета элементов КС приведены в разделе 14.6. На завершающем этапе выпускается рабочая документация.

Аналогичные работы проводятся при конструировании внутреннего корпуса КС.

После изготовления первых экземпляров наружных корпусов КС проводятся их гидроцикли- ческие испытания, а также испытание до разрушения. Испытания до разрушения проводят на специальных установках для подтверждения заданного ресурса с коэффициентом запаса прочности КЗ, установленным требованиями летной годности для авиационных ГТД или техническими требованиями заказчика для промышленных ГТД.

113

Глава 6 - Камеры сгорания

6.4.5 - Системы зажигания ГТД

Для воспламенения ТВС в КС двигателя применяется система зажигания.

Система зажигания обеспечивает:

-первоначальное воспламенение ТВС при запуске двигателя на земле (при взлете ЛА);

-воспламенение ТВС при запуске двигателя

âполете после его отключения по сигналам аварийного отключения или по команде с пульта управления;

-подвод тепловой энергии к ТВС при выполнении полета в тяжелых климатических условиях (осадки, туман, сильный ветер и т.п.), на максимальных или аварийных режимах (взлет, посадка, отключение одного из двигателей ЛА и т.п.), а также по командам с пульта управления.

Система зажигания двигателя состоит, как правило, из одного – двух агрегатов зажигания (см. Рис. 6.56), двух свечей (см. Рис. 6.57), низковольтных и высоковольтных проводов с устройствами их подключения к агрегатам и свечам зажигания.

Кроме общих требований (см. раздел 2.3) к системам зажигания предъявляются дополнительные требования:

-надежность воспламенения ТВС в заданной области эксплуатации;

-возможность использования бортового источника питания;

-взрывобезопасность.

Всего в мире производится более 190 типов [6.19] систем зажигания, которые можно классифицировать следующим образом:

-по назначению (для запуска двигателя на земле и в полете, для сопровождения в полете);

-по принципу действия (емкостные, плазменные, лазерные);

-по питающему току (на постоянном токе, на переменном токе);

-по источнику питания (от автономного источника питания - электромашинный генератор или аккумуляторная батарея, от бортовой сети);

-по режиму работы (длительный, повторнократковременный, двухрежимный с различными уровнями разрядной энергии);

-по величине напряжения, поступающего от агрегата зажигания на свечи (низковольтные - выходное напряжение агрегата зажигания от 2 до 10 кВ, высоковольтные - выходное напряжение агрегата зажигания более 10 кВ);

-по накопленной энергии (малой энергии - до 10 Дж, большой энергии - более 10 Дж);

-по количеству каналов (одноканальные, двухканальные);

-по типу используемых свечей зажигания (со свечами накаливания, с искровыми свечами);

-по способу включения свечей зажигания в разрядную цепь (с параллельным включением свечей зажигания, с последовательным включением све- чей зажигания);

-по способу воспламенения камеры сгорания (с воспламенением КС непосредственно от свечи зажигания - с непосредственным воспламенением,

ñвоспламенением КС пусковым воспламенителем);

Рисунок 6.56 - Агрегат зажигания 1 – соединитель «Питание»;

2 – соединитель «Контроль»;

3 – разъемы для подключения высоковольтных проводов; 4 – кронштейн; 5 – корпус; 6 – крышка

114