Скачиваний:
146
Добавлен:
18.03.2015
Размер:
208.15 Кб
Скачать

Глава 5 - Компрессоры ГТД

Рисунок 5.80 – Максимальное допустимое прикрытие ВНА от исходной программы регулирования в зависимости от температуры воздуха на входе в компрессор

намического момента от минус 21,5 кгс·м до

- стали и жаропрочные сплавы - в диапазоне

208 кгс·м. Так как на данном режиме работы комп-

температур, превышающих 450…500îÑ;

рессора крутящий момент от аэродинамических

- полимерные композиционные материалы -

сил составляет не менее 25% от суммарного мо-

в диапазоне температур, не превышающих

мента (с учетом момента от сил трения в механиз-

150…250îÑ.

ме управления), то работа компрессора в парога-

Некоторые свойства перечисленных материа-

зовом цикле требует учета увеличения усилия на

лов приведены в таблице 5.1

штоке механизма управления ВНА и НА.

 

5.11 – Материалы, применяемые для деталей компрессоров

Выбор материалов компрессора осуществляется исходя из свойств материала в рабочих условиях эксплуатации. Деталь, изготовленная из выбранного материала, должна удовлетворять нормам прочности при заданных надежности и ресурсе.

5.11.1 – Характеристики применяемых материалов

В компрессоре применяются четыре основные группы материалов:

-алюминиевые сплавы - в диапазоне температур, не превышающих 250îÑ;

-титановые сплавы –в диапазоне температур, не превышающих 500îÑ;

5.11.1.1 – Титановые сплавы

Âнастоящее время наиболее широко в мировой практике применяются в конструкции компрес-

соров титановые сплавы. Титановые сплавы при сравнительно небольшой плотности 4,5 г/см3 против 7,8…8,3 г/см3 у сталей) обладают соизмеримым со сталями пределом прочности. Поэтому, заменяя стальные детали на титановые, можно полу- чить заметное снижение массы компрессора, а зна- чит и всего двигателя в целом.

Âто же время необходимо учитывать, что с увеличением рабочей температуры механические свойства титановых сплавов заметно падают. Кроме этого, титановые сплавы чувствительны

êконцентраторам напряжений, как заложенным в конструкции детали, так и появившимся в результате нарушения технологического процесса при изготовлении. Немаловажным фактором является также возможное нарушение температурного

67

Глава 5 - Компрессоры ГТД

режима при изготовлении и эксплуатации деталей из титановых сплавов. Все перечисленное может привести к заметному снижению сопротивления усталости.

Еще одним фактором, который необходимо учитывать при проектировании деталей из титановых сплавов, является так называемый «титановый пожар». Это явление возникает при продолжительном непрерывном контакте двух взаимно подвижных поверхностей из титановых сплавов. При этом детали разогреваются и происходит их сварка и даже возгорание. Для того, чтобы освободиться от такого явления, на одну из деталей, находящихся в зоне вероятного контакта, следует нанести прирабатываемое покрытие. В некоторых случаях даже принимают решение изготовить одну из деталей из другого материала, в том числе из стали, хотя это и ведет к увеличению массы конструкции.

5.11.1.2 – Алюминиевые сплавы

Алюминиевые сплавы обладают еще меньшей массой - 2,65…2,85 г/см3. Однако их механические свойства и диапазон рабочих температур значительно ниже, чем сталей и титановых сплавов и сталей, что резко снижает область их применения. Препятствием для применения таких сплавов также является сравнительно низкая коррозионная стойкость. Материал требует применения специальных эмалевых или других покрытий для предотвращения коррозии.

5.11.1.3 – Стали и жаропрочные никелевые сплавы

Эти материалы являлись бы оптимальными для изготовления деталей компрессора, поскольку они обладают наилучшими механическими свойствами, самым широким среди рассматриваемых материалов диапазоном рабочих температур, высокими эрозионными и коррозионными свойствами. Все это обусловило их полное доминирование на раннем этапе существования ГТД. Однако зада- ча обеспечения минимальной массы может решаться только применением более легких материалов.

5.11.1.4 – Полимерные композиционные материалы

В настоящее время в авиадвигателестроении все шире применяются ПКМ, обладающие относительно высокими механическими свойствами при сравнительно низкой удельной массе (см. таблицу 5.1). До недавнего времени главным ограни- чением их применения являлись невысокие рабо- чие температуры - до 100îС, но за последний годы этот предел достиг 250îС (для стеклопластиков), а для отдельных новых материалов и 350îÑ.

ПКМ состоит из двух основных компонентов: связующего (синтетической смолы) и волокнистого наполнителя (ткань или однонаправленный жгут из угле-, органоили стекловолокна). Наполнитель воспринимает основные нагрузки, а связующее формирует из отдельных частей наполнителя (ткани,

Таблица 5.1

Свойства материалов, применяемых компрессорах ГТД

 

 

 

Предел

 

Коэф. линейного расширения α,

прочности

Модуль упругости Е,

 

 

 

при

МПа

 

 

 

растяжении

 

 

 

 

 

 

 

σ В, МПа

 

100oС

200oС

400оС

 

 

 

 

900…1100

18000…22000

 

 

 

 

 

1,0016

1,0039

1,0087

360…380

70000…72000

 

 

 

 

 

1,0007

1,0016

1,0037

950…1200

110000…115000

 

 

 

 

 

1,0012

1,0031

1,0068

900…1000

190000…220000

68

Глава 5 - Компрессоры ГТД

жгута, ленты) единое целое и обеспечивает распре-

19. В чем основной недостаток обеспечения устой-

деление нагрузки. Узлы из ПКМ можно армировать

чивой работы компрессора с помощью перепуска

металлическими элементами. Таким образом, гото-

воздуха их проточной части?

вый узел можно получить практически не приме-

20. Назовите способы защиты лопаток компрессо-

няя механическую обработку, и иметь при этом ко-

ра от повреждения посторонними предметами.

эффициент использования материала близким

21. Какие материалы применяются для изготовле-

к 100%. Однако стоимость отдельных компонентов

ния рабочих лопаток компрессоров?

материала и трудоемкость изготовления таких узлов,

 

по сравнению с аналогичным металлическим, в нес-

Англо-русский словарь-минимум

колько раз выше, что пока ограничивает сферу при-

менения ПКМ в серийных двигателях.

adiabatic – адиабатический

Контрольные вопросы

aerodynamic – аэродинамика

 

air bleed cavity – полость отбора

1. Перечислите требования, предъявляемые к ком-

airflow – воздушный поток

прессорам ГТД.

airfoil – профиль (лопатки)

2. В чем достоинства и недостатки осевого комп-

analysis – расчет

рессора с постоянным наружным диаметром про-

aspiration – всасывание

точной части?

axial – осевой

3. В чем достоинства и недостатки центробежного

axisymmetric – осесимметричный

компрессора по сравнению с осевым?

bearing – подшипник

4. Какие достоинства и недостатки осецентробеж-

blade – рабочая лопатка

ных компрессоров определяют область их исполь-

bleed – отбор (воздуха)

зования – малоразмерные ТВД и ТРД?

boundary layer – пограничный слой

5. В чем состоит основной недостаток однокаскад-

booster – подпорные ступени

ных осевых компрессоров?

centrifugal – центробежный

6. С какой целью направляющие аппараты первых

chord – хорда

ступеней компрессоров выполняют поворотными?

clearance – зазор

7. В чем достоинства и недостатки роторов бара-

coating – покрытие

банного типа?

cooling – охлаждение

8. Какой тип шлицевого соединения диска с валом

compressor – компрессор

обеспечивает центрирование диска?

core – газогенератор

9. Почему не получили распространения сварные

cover – крышка, кожух

роторы компрессоров?

disc – äèñê

10. Что представляет собой рабочее колесо типа

distribution – распределение

«блиск»? Типа «блинг»?

downstream – вниз по потоку

11. В чем особенности конструкции крепления к

eddy – вихрь

диску крупногабаритных рабочих лопаток венти-

edge – кромка

ляторов?

fan – вентилятор

12. Назовите способы осевой фиксации рабочих

flowpath – проточная часть

лопаток компрессора?

hatch – ëþê

13. В чем достоинства и недостатки шарнирного

heating – нагрев

крепления рабочих лопаток компрессора?

HPC (high pressure compressor) – КВД (компрессор

14. В чем достоинства и недостатки широкохорд-

высокого давления)

ных лопаток вентиляторов?

honeycomb lining – сотовое уплотнение

15. Какие варианты конструкции и технологии из-

incidence angle – угол атаки

готовления широкохордных лопаток вентиляторов

inlet – âõîä

реализованы в современных ГТД?

IGV (inlet guide vane) – входная направляющая ло-

16. В чем достоинства и недостатки корпусов ком-

патка

прессора с продольным разъемом?

isentropic – изоэнтропический

17. В каких случаях лопатки направляющих аппа-

leakage – перетекание

ратов компрессора выполняют консольными?

ledge – выступ

18. Как решается задача локализации повреждений

lid – крышка

при обрыве рабочей лопатки вентилятора?

lip – выступ, фланец

69