5.2.2. Статор турбины высокого давления

Статор турбины высокого давления (рис. 5.1) из наружного кольца 37, блока сопловых лопаток 5, внутреннего кольца 36, аппарата закрутки 4, устройства стабилизации радиального зазора 9, клапанного аппарата 38 и воздухо-воздушного теплообменника 40.

Наружное кольцо - цилиндрическая оболочка с фланцем с фланцем, расположенным между корпусом камеры сгорания и корпусом турбины вентилятора. В средней части наружного кольца выполнена проточка, по которой отцентрирована разделительная перегородка теплообменника. В левой части кольца на заклепках (винтах) присоединены оболочки 39 (рис. 5.1), являющиеся опорами жаровой трубы камеры сгорания и обеспечивающие подвод охлаждающего воздуха на наружные полки лопаток соплового аппарата. В правой части кольца подвешено устройство обеспечения радиального зазора.

Лопатки соплового аппарата объединены в 14 трехлопаточных блока (рис. 5.13). Лопаточные блоки литые, с вставленными и припаянными в двух местах дефлекторами, с припаянной нижней полкой – цапфой. Литая конструкция блоков, обладая высокой жесткостью, обеспечивает стабильность углов установки лопаток, снижение утечек воздуха и, следовательно, повышения КПД турбины, кроме того, такая конструкция более технологична.

Внутренняя полость лопатки перегородкой разделена на два отсека. В каждом отсеке размещены дефлекторы с отверстиями, обеспечивающие струйное натекание охлаждающего воздуха на внутренние стенки лопатки. На входных кромках лопаток выполнена перфорация.

В верхней полке блока выполнены шесть резьбовых отверстий, в которые вворачиваются винты 7 (рис. 5.1) крепления блоков сопловых аппаратов к наружному бандажу. Нижняя полка каждого блока лопаток имеет цапфу, по которой через втулку центрируется внутреннее кольцо.

Рис. 5.13. Блок лопаток соплового аппарата ТВД

Рис. 5.13. Блок лопаток соплового аппарата ТВД

Профиль пера с прилегающими поверхностями полок алюмосилицируются. Толщина покрытия 0,02-0,08 мм. Герметичность паяного шва проверяется керосином. Оценка расходной характеристики блока лопаток проверяется проливкой воды. Расход воды через щель выходной кромки лопатки 215±25г/с при давлении 1,47·10⁵ Па (1,5 ±0,1 кгс/см²).

Для снижения перетекания газа между блоками, их стенки уплотнены пластинами, вставленными в прорези торцов блока. Канавки в торцах блоков выполняются электроэрозионным способом.

Тепловое и напряженное состояние лопаток соплового аппарата турбины высокого давления (периферийное сечение) представлены в табл. 5.6 и на рис. 5.14.

Таблица 5.6

Режим	Тисп, ˚С			σ Σ х10-7 Па				Кm
	Вх. кр.	Вых. кр.	Сп.		Вх. кр	Вых. кр	Сп.	Вх. кр	Вых. кр	Сп.
1 «М» Н=0 М=0	995	1027	942		9,4	7,9	-9,1	1,97	1,88	2,96
У «Ф» Н=0 М=1,16	1020	1050	970		13,3	11,1	-12,9	2,02	1,94	2,7
Н=1,5 М=1,8	1020	1050	970		10,1	8,4	-9,8	1,88	1,85	2,76

Наиболее опасным (минимальный коэффициент запаса прочности) является периферийное сечение.

Рис. 5.14. Тепловое состояние соплового аппарата ТВД

Внутреннее кольцо выполнено в виде оболочки с втулками и фланцами, к которым приварена коническая диафрагма 41 (рис. 5.1). На левом фланце внутреннего кольца заклепками (винтами) присоединены оболочки 2, на которые опирается жаровая труба. Они не обеспечивают подвод воздуха, охлаждающие внутренние потоки лопаток соплового аппарата. На правом фланце винтами закреплен аппарат закрутки 3, 4, представляющий собой сварную оболочковую конструкцию. Аппарат закрутки предназначен для подачи и охлаждения воздуха, идущего к рабочим лопаткам за счет разгона и закрутки по направлению вращения турбины. Для повышения жесткости внутренней оболочки к ней приварены три подкрепляющих профиля. Разгон и закрутка охлаждающего воздуха происходит в сужающейся части аппарата закрутки (рис. 5.15).

Рис. 5.15. Сопловой аппарат устройства закрутки воздуха ТВД

Разгон воздуха обеспечивает снижение температуры воздуха, идущего на охлаждение рабочих лопаток. Закрутка воздуха, обеспечивая выравнивание окружной составляющей скорости воздуха и окружной скорости диска, на радиусе отверстий, обеспечивает снижение подогрева воздуха при его торможении на диске.

Устройство стабилизации радиального зазора 9 (рис. 5.1) предназначено для повышения КПД турбины на пониженных режимах. Оно представляет собой кольцо (рис. 5.16), тепловое состояние которого, а следовательно, и диаметр стабилизирован охлаждением. При увеличении режим, когда диаметр ротора увеличивается за чет разгона лопаток и диска и их растяжения под действием центробежных сил, величина радиального зазора уменьшается, что приводит к снижению перетекания через зазор и повышению КПД турбины. На кольце «С»-образным секторами закреплены вставки с сотами, выполненными электроэрозией. В окружном направлении вставки зафиксированы радиальными штифтами. При касании лопаток о вставки происходит взаимный износ, что и предотвращает разрушение лопаток.

Для уменьшения нагрева кольца от вставок внутренняя полость разделена экраном. В полость через жиклер входит охлаждающий воздух. Этот воздух, проходя через отверстие экрана, охлаждает вставки и выходит в газовый тракт через зазоры и отверстия.

Рис. 5.16. Узел пространства, регулирующего радиальный зазор в ТВД

Клапанный аппарат предназначен для изменение расхода воздуха, идущего на охлаждение турбины, в зависимости от режима работы двигателя. Клапанный аппарат (см. рис. 5.17) состоит из 32 клапанов-поршней с радиальными отверстиями и уплотнительными кольцами, корпуса седла и крышки с подвода управляющего давления. Клапанный аппарат закреплен на корпусе с граненой наружной поверхностью.

Рис. 5.17. Клапанный аппарат

Воздухо-воздушный теплообменник 40 (рис 5.1) предназначен для снижения температуры воздуха, идущего на охлаждение турбины, воздухом наружного контура. Теплообменник имеет кольцевую форму, размещен в наружном контуре и состоит из 64 модулей. Каждый модуль (рис. 5.18) представляет собой полную конструкцию и состоит из 6-ти трубок и двух фланцев, на которых имеются отверстия под винт и штифт. Трубки соединены между собой дистанционными вставками, опорными деталями и гофрированными пластинами. Между опорными деталями размещены рессоры. Все детали модуля соединены пайкой. Модули закреплены на корпусе, представляющем собой сварную оболочку с гранеными поясами. Суммарная площадь поверхности теплообмена составляет 4,2 м². При расходе воздуха 7,5 % и потерях давления 12 % снижение температуры воздуха составляет 150 ˚С на земле и 220 ˚С в полете. Вес теплообменника 14 кгс.

Рис. 5.18. Воздухо-воздушный теплообменник