Метрология / Том 2. Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок / Glava8-8-1-Turbiny_GTD-Obshhije_voprosy_projektirovanija

вспомогательным валом 5 ТВД и валом 6 ТНД.

ления. Задняя опора 9 ТНД и ее стойки 10 исполь-

Роликовый подшипник 4 ТВД опирается не на ста-

зуются в качестве связи ротора ТВД с корпусом

тор турбины, а на вал ТНД. Эта схема позволяет

турбины.

вынести опору ТВД в наиболее холодное место

Несмотря на все преимущества схемы с меж-

(фактически за ТНД) и совместить опоры ТВД

вальным подшипником ТВД, обеспечение рабо-

и ТНД - подшипник 4 ТВД и подшипник 7 ТНД

тоспособности самого межвального роликового

расположены в одной масляной полости 8. Кон-

подшипника является достаточно сложной зада-

струкция значительно упрощается и удешевляет-

чей. Прежде всего, из-за трудностей в идентифи-

ся за счет исключения стоек для опоры ТВД,

кации условий его реальной нагрузки и, соответ-

уменьшения количества масляных полостей и вы-

ственно, обеспечения оптимальных рабочих

носа общей масляной полости в зону низкого дав-

условий. Для турбины CFM56, судя по результа-

там эксплуатации, эта проблема практически ре-

вместе с валом ТВД. Следующий уровень защиты

шена [8.23]. Однако случаи выхода из строя меж-

масляной полости – охлаждающий воздух из-за

вального подшипника все-таки имеют место

КНД, проходящий из полости 13 под ротором ВД

и CFMI собирается внедрить в эксплуатацию до-

в полость 14 под задними ступенями ротора ТНД.

полнительную систему контроля подшипника для

Этот воздух использован для охлаждения дисков

своевременной диагностики его предаварийного

ротора КВД, затем ступиц дефлектора 15 и диска

состояния [8.24].

ТВД, поэтому его температура выше, чем у такого

Масляная полость наддувается относительно

же воздуха из полости 11. В полости 14 воздух ох-

холодным воздухом подпорных ступеней, который

лаждает два последних диска ТНД и сбрасывается

поступает из специально организованной полости

за ротор ТНД в проточную часть.

11 между валом ТНД и кожухом 12, вращающимся

Для охлаждения обода диска, замка и рабочей

полости такого типа с контактными графитовыми

лопатки ТВД используется воздух из-за компрес-

уплотнениями 15 показан на Рис. 8.19. Полость под-

сора, подаваемый из вторичной зоны 16 КС через

шипника наддувается охлажденным в теплообмен-

аппарат закрутки 17 на входе в ротор. Основная

нике воздухом высокого давления (отбираемым за

часть воздуха поступает через отверстия в дефлек-

КВД), который затем сбрасывается в полость 12.

торе в рабочую лопатку, а меньшая часть уходит

Давление воздуха в полости 12 значительно ниже

в осевой зазор перед диском, закрывая зазор от вте-

давления за КВД (оно регулируется лабиринтом за

кания газа и охлаждая замковое соединение 16 ло-

КВД) и примерно соответствует давлению за ап-

патки и диска.

паратом закрутки, о чем свидетельствует отсут-

Передний дефлектор 15 диска ТВД служит для

ствие лабиринтного уплотнения между полостью

управления расходом охлаждающего воздуха на

за аппаратом закрутки и полостью 12.

рабочую лопатку, обеспечивая необходимое давле-

Охлаждение рабочей лопатки, дефлектора,

ние воздуха в полости между дефлектором и дис-

передней стороны и ступицы 17 диска ТВД осу-

ком с помощью системы лабиринтов над аппара-

ществляется воздухом из-за КВД. Для охлаждения

том закрутки и под ним. Задняя сторона диска

задней стороны диска ТВД и ротора ТНД исполь-

и заднее уплотнение 19 диска ТВД охлаждаются

зуется воздух промежуточной (четвертой из шес-

воздухом промежуточной (четвертой) ступени ком-

ти) ступени КВД. Это воздух отбирается внутрь

прессора, подаваемым по трубам 20. Через первую

ротора КВД и поступает через полость 18 между

внутреннюю полость 2СЛ 21 ТНД этот воздух за-

валом 5 ТВД и валом 8 ТНД в полость 19 ротора

полняет полость 22 и используется для уплотне-

ТНД. Эта полость уплотнена задним уплотнени-

ния осевого зазора за диском ТВД.

ем (дефлектором) диска ТВД и двумя лабиринта-

Воздух четвертой ступени КВД, подаваемый

ми под 2СЛ 21 ТНД. Лопатка 21 охлаждаемая –

через вторую внутреннюю полость 2СЛ, исполь-

воздух промежуточной ступени компрессора по-

зуется для наддува передней полости 23 ротора

дается по трубам 22. Воздух относительно низкой

ТНД. Этот воздух охлаждает первые две ступени

температуры из полости 19 используется для зак-

ротора и выходит в проточную часть, а часть его

рытия осевого зазора за ТВД, охлаждает заднюю

через систему лабиринтов через полость 14 сбра-

сторону диска ТВД, диски и замковые соединения

сывается за ТНД в проточную часть.

ТНД и выходит в проточную часть ТНД.

К особенностям системы охлаждения турби-

Конструкция турбины и ее системы охлаждения

ны можно отнести:

сохраняет традиционные для Pratt&Whitney подхо-

- эффективное охлаждение обоих валов отно-

ды к размещению опоры, а также к охлаждению дис-

сительно холодным воздухом из-за подпорных сту-

ка и дефлектора ТВД воздухом высокой температу-

пеней;

ры, несмотря на повышенный уровень напряжений

- охлаждение ступиц дефлектора и диска ТВД

в роторе ТВД. Повышенный уровень напряжений

воздухом подпорных ступеней (температура кото-

является следствием увеличенной до 19000 об/мин

рого на сотни градусов меньше, чем температура

(по сравнению с примерно 12000 об/мин для ТВД

воздуха за КВД, обычно используемого для охлаж-

V2500) частоты вращения при высокой (около 4.0)

дения дисков ТВД).

степени расширения ТВД.

Турбина

двигателя

PW6000

Òурбина

двигателя

F119

(Pratt&Whitney, MTU). [8.22]

(Pratt&Whitney).[8.22].

Турбина PW6000 (см. Рис. 8.24) имеет двух-

Турбина F119 (см. Рис. 8.25) имеет двухваль-

вальную схему с одноступенчатой ТВД 1 и четы-

ную схему с одноступенчатой ТВД 1 и одноступен-

рехступенчатой ТНД 2 (разработка MTU). Рабочая

чатой ТНД 2. Рабочая лопатка 3 ТВД без бандаж-

лопатка 3 ТВД без бандажной полки.

ной полки. ТВД имеет более низкую (около 3,0)

Роликовый подшипник 4 вала 5 ТВД располо-

степень расширения по сравнению с PW6000

жен под КС и корпус 6 КС используется в качестве

и CFM56, но значительно более высокий уровень

опоры подшипника. Роликовый подшипник 7 вала

температуры газа. А невысокая степень расшире-

8 ТНД расположен под задней опорой 9 ТНД, стой-

ния означает, что температура газа в проточной

ки которой 10 используются для связи ротора ТНД

части снижается медленнее, чем в упомянутых тур-

с корпусом.

бинах.

Масляная полость 11 подшипника ТВД ком-

Роликовый подшипник 4 ТВД размещен меж-

пактна и изолирована от полости под КС 12 (поло-

ду фланцем 5 диска ТВД и фланцем 6 вала 7 ТНД.

сти перед передним дефлектором 13 ТВД) двойны-

Таким образом, подшипник ТВД является межваль-

ми стенками 14. Принцип охлаждения масляной

ным (его опорой служит вал ТНД). Вал ТНД через

роликовый подшипник 8 опирается на опору 9

ка ТВД охлаждается вторичным воздухом КС, по-

ТНД. Связь с корпусом осуществляется через стой-

даваемым через аппарат закрутки 13 и отверстия

ки 10 задней опоры турбины. В отличие от меж-

в дефлекторе 14. Этим же воздухом охлаждаются

вального подшипника ТВД CFM56 конструкция

передняя сторона диска 15 ТВД и дефлектор 14.

усложнена – на валу ТВД размещена внутренняя

Ступица диска 16 охлаждается воздухом промежу-

обойма подшипника, а на валу ТНД – наружная

точной ступени компрессора, поступающим меж-

обойма. В отличие от CFM56 масляные полости

ду валом 17 (соединяющим роторы КВД и ТВД)

подшипников ТВД и ТНД размещены отдельно,

и валом 7 ТНД.

хотя и сообщаются между собой через полость 11.

Для охлаждения ТНД используется воздух

Размещение опоры за турбинами позволило над-

промежуточной ступени КВД, поступающий по

дувать масляную полость воздухом промежуточ-

трубам 18 в полость 19 над сопловой лопаткой ТНД

ной ступени компрессора из полости 12, охлажда-

и по коммуникациям 20 в аппарат закрутки 21 ТНД.

ющим ступицы обоих дисков турбины.

Через аппарат закрутки и отверстия в переднем

Вследствие высокого уровня температуры газа

дефлекторе 22 воздух поступает в рабочую лопат-

охлаждаются все лопатки турбины. Рабочая лопат-

ку ТНД. Диск ТНД имеет и задний дефлектор 23,

полость 7, размещенные между турбинами. Общая

и валом 14 ТСД. Между валом 14 ТСД и валом 15

опора 7 проходит через проточную часть с помощью

ТНД поступает охлаждающий воздух еще более

стоек 8, которые совмещены с сопловыми лопатка-

низкой температуры на охлаждение ротора ТНД,

ми 9 ТСД. Совмещение опор и масляных полостей

одновременно охлаждая со стороны вала ТСД мас-

позволило несколько упростить конструкцию. Со-

ляную полость 7.

вмещение СЛ ТСД и стоек опоры позволило избе-

Одноступенчатая ТВД с бандажированной

жать удлинения проточной части (и соответствую-

рабочей лопаткой 16 является в определенной сте-

щего увеличения массы), а также сэкономить

пени уникальной конструкцией. Даже в двухсту-

расход охлаждающего воздуха (отдельно располо-

пенчатых ТВД (которые в связи с меньшей степе-

женные стойки потребовали бы не меньшего до-

нью расширения на одной ступени применяют

полнительного охлаждения, чем СЛ ТСД).

меньшую окружную скорость) бандажированные

Роликовый подшипник 10 ТНД расположен за

рабочие лопатки применяются очень редко и толь-

турбиной и связан с корпусом через заднюю опо-

ко на одной из ступеней. Преимущество бандаж-

ру 11 и ее стойки 12. Масляная полость 7 уплотне-

ной полки в к.п.д. турбины зависит от абсолют-

на лабиринтами и наддувается относительно хо-

ной величины радиального зазора и его можно

лодным воздухом промежуточных ступеней

оценить в 1.5…2.5%. Однако для обеспечения не-

компрессора, поступающим между валом 13 ТВД

обходимой прочности рабочей лопатки с увели-

Рисунок 8.29 – Турбины стационарных двига-

Рисунок 8.30 – Турбина MS6001C (GE Power Systems)

телей Tempest и Cyclone

1

- одновальная турбина; 2 – турби-

1 - 1РЛ; 2 - 2РЛ; 3 - 3РЛ; 4- аппарат

на газогенератора (ТВД); 3 – СТ;

закрутки; 5 - 1СА; 6 - 2СА; 7 – деф-

4

– вал СТ; 5 – внутренний корпус;

лектор; 8 – корпус; 9 – проставки

6

– наружный корпус; 7 – вал ТВД

íàä ÐË