2.4. Турбина

2.4.1. Общая характеристика турбины

Турбина двигателя осевая, реактивная, двухступенчатая, двухроторная. Первая ступень – турбина высокого давления. Вторая ступень – турбина низкого давления. Обе турбины имеют охлаждаемые воздухом сопловые и рабочие лопатки. На пониженных дроссельных режимах работы с целью повышения экономичности двигателя выполнено частичное отключение охлаждения турбины.

Таблица 2.3

Материал деталей турбины

Деталь	Марка материала
	ТВД	ТНД
Рабочие лопатки	ЖС-26	ЖС-6У
Сопловые лопатки	ЖС-6У	ЖС-6У
Диск	ЭП-742ИД	ЭП-742ИД
Вал	ЭП-868Ш	ЭП-868Ш ВТ-9
Корпус	ЭП-708ВД	ЭП-708ВД

2.4.2. Конструкция турбины высокого давления

Турбина высокого давления предназначена для привода компрессора высокого давления и агрегатов, установленных на коробках приводов двигательных и самолётных агрегатов. Турбина состоит из ротора и статора.

Ротор турбины состоит из рабочих лопаток, диска, цапфы и вала.

Рабочая лопатка – литая, полая с полупетлевым течением охлаждающего воздуха. Во внутренней полости, с целью организации течения охлаждающего воздуха, предусмотрены рёбра, перегородки и турбулизаторы. Профильная часть лопатки отделена от замка полкой и удлинённой ножкой. Полки лопаток, стыкуясь, образуют коническую оболочку, защищающую замковую часть от перегрева. Удлинённая ножка, обеспечивая отдаление высокотемпературного газового потока от замка и диска, приводит к снижению количества тепла, передаваемого от профильной части к замку и диску. Кроме того, удлинённая ножка, обладая относительно низкой изгибной жёсткостью, обеспечивает снижение уровня вибрационных напряжений в профильной части лопатки. Трёхзубый замок типа “ёлочка” обеспечивает передачу радиальных нагрузок с лопаток на диск. Зуб, выполненный в левой части замка, фиксирует лопатку от перемещения её по потоку, а паз совместно с элементами фиксации обеспечивает удержание лопатки от перемещения против потока.

Для снижения уровня вибрационных напряжений в рабочих лопатках между ними под полками размещают демпферы, имеющие коробчатую конструкцию. При вращении ротора под действием центробежных сил демпферы прижимаются к внутренним поверхностям полок вибрирующих лопаток. За счёт трения в местах контакта двух соседних полок об один демпфер энергия колебаний лопаток будет рассеиваться, что и обеспечит снижение уровня вибрационных напряжений в лопатках.

Диск турбины штампованный, с последующей механической обработкой. В периферийной части диска выполнены пазы типа “ёлочка” для крепления рабочих лопаток, канавки для размещения пластинчатых замков осевой фиксации лопаток и наклонные отверстия подвода воздуха, охлаждающего рабочие лопатки. Воздух отбирается из ресивера, образованного двумя буртиками, левой боковой поверхностью диска и аппарата закрутки. В ступичной плоской части диска выполнены цилиндрические отверстия под призонные болты, соединяющие вал, диск и цапфу ротора турбины.

Вал представляет собой тонкостенную оболочку с двумя фланцами, по которым осуществлено соединение вала с дисками компрессора и турбины. Центрирование вала с дисками осуществлено по цилиндрическим пояскам.

Цапфа обеспечивает опирание ротора о роликовый подшипник. Левым фланцем цапфа центрируется и соединяется с диском турбины. На наружных цилиндрических проточках цапфы размещены втулки лабиринтных уплотнений. Осевая и окружная фиксация втулок осуществляется радиальными штифтами. На наружной части хвостовика цапфы, ниже втулок лабиринтного уплотнения, размещено контактное уплотнение – пара, состоящая из стальных втулок и графитовых колец.

Статор состоит из наружного кольца, блока сопловых лопаток, внутреннего кольца, аппарата закрутки, устройства стабилизации радиального зазора, клапанного аппарата и воздухо-воздушного теплообменника.

Наружное кольцо – цилиндрическая оболочка 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 заклёпках (винтах) присоединены оболочки, являющиеся опорами жаровой трубы КС и обеспечивающие подвод охлаждающего воздуха на наружные полки лопаток соплового аппарата. В правой части кольца размещено устройство обеспечения радиального зазора.

Лопатки соплового аппарата объединены в 14 трёхлопастных блоков. Лопаточные блоки литые, с вставными припаянными в двух местах дефлекторами, с припаянной нижней полкой-цапфой. Литая конструкция блоков, обладая высокой жёсткостью, обеспечивает стабильность углов установки лопаток, снижение утечек воздуха, и, следовательно, повышение 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.

Внутреннее кольцо выполнено в виде оболочки с втулками и фланцами, к которым приварена коническая диафрагма. На левом фланце внутреннего кольца заклёпками (винтами) присоединены оболочки, на которые опирается жаровая труба. Они же обеспечивают подвод воздуха, охлаждающего внутренние полки лопаток соплового аппарата. На правом фланце винтами закреплён аппарат закрутки, представляющий собой сварную оболочковую конструкцию. Аппарат предназначен для подачи и охлаждения воздуха, идущего к рабочим лопаткам, за счёт разгона и закрутки по направлению вращения турбины. Разгон и закрутка охлаждающего воздуха происходит в сужающейся части аппарата.

Устройство стабилизации радиального зазора предназначено для повышения КПД турбины на повышенных режимах. Оно представляет собой кольцо, тепловое состояние которого, а, следовательно, и диаметр стабилизирован охлаждением. При увеличении режима, когда диаметр ротора увеличивается за счёт разогрева 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.

Клапанный аппарат предназначен для изменения расхода воздуха, идущего на охлаждение турбины, в зависимости от режима работы двигателя. Клапанный аппарат состоит из 32 клапанов-поршней с радиальными отверстиями и уплотнительными кольцами, корпуса седла и крышки с каналом подвода управляющего давления.

Воздухо-воздушный теплообменник предназначен для снижения температуры воздуха, идущего на охлаждение турбины, воздухом наружного контура. Теплообменник имеет кольцевую форму, размещён в наружном контуре и состоит из 64 модулей. Каждый модуль представляет собой паяную конструкцию и состоит из 6 трубок и двух фланцев, на которые имеются отверстия под винт и штифт. Трубки соединены между собой дистанционными вставками, опорными деталями и гофрированными пластинами.