N>

Рис.5.5. Ротор ТНй (средняя часть)’

1 - бал; 2 - диск 3~и ступени; 3 - дефлектор; 4,5,6 - диски 4,5,6-0 ступеней;

7 - лабиринт; 8, 9,10,11 - гайки: 12 - переходный бал; 13 ~ шлицебой замок

Ротор ТНД двухопорный: передней его опорой является роликовый подшипник зад­ ней опоры вентилятора, а задней роликовый подшипник, расположенный за турбиной

низкого давления (см. рис. 1.1). Обе опоры воспринимают только радиальные усилия, осе­ вые усилия передаются на вал вентилятора. Вал вентилятора зафиксирован относительно статора шариковым подшипником передней опоры. Таким образом, этот подшипник в осе­

вом направлении нагружен разностью осевых усилий, действующих на роторы ТНД и вен­

тилятора с подпорными ступенями. Соединение роторов и уравновешивание осевых сил описано в п.2.1.

Задней опорой ротора ТНД служит роликовый подшипник 1 (рис. 5.6). На заднем торце

вала расположены лабиринт, регулировочное кольцо 12, внутреннее кольцо роликового подшипника и стягивающий все эти детали индуктор 6. Индуктор законтрен пластинча­

тым замком 10. Регулировочное кольцо 12 определяет взаимное расположение наружного и внутреннего колец подшипника в осевом направлении. При сборке задается некоторое смещение этих колец ("свисание"), с учетом разного теплового расширения ротора и стато­ ра ТНД.

Задняя опора ротора ТНД упруго-демпферная, в ее конструкцию (см.рис.5.6) входят

опора роликового подшипника 2, внутренняя рессора, крышка 5, труба суфлирования, тру­ бы подвода и откачки масла. Наружное кольцо роликового подшипника установлено во внутренней рессоре и затянуто гайкой 11 с пластинчатым замком. Внутренняя рессора монтируется с небольшим зазором в опоре и соединена с ней своим фланцем. С помощью

маслоуплотнительных колец между ними образована демпферная полость. Обойма и опора имеют односторонние упругие элементы типа "беличье колесо" Эксцентриковое регулировочное кольцо 4 используется при сборке для обеспечения соосности роликово­

го подшипника ТНД с ротором ТВД; соосности добиваются поворотом кольца вокруг оси двигателя.

К фланцам крышки 5 крепятся вверху труба суфлирования и труба подвода масла, а внизу труба откачки масла из полости опоры (на рис. 5.6 не показаны). Фланцы лабиринтов 3 и 7 вместе с гребешками лабиринтов образуют уплотнения масляной полости опоры. Масло для смазки роликового подшипника подводится через жиклеры и впрыскивается на беговую дорожку. По сверлению в корпусе опоры оно поступает в демпферную полость.

Узел задней опоры входит в силовую схему двигателя и включает узлы задней подвес­ ки двигателя, одновременно он образует воздушный и газовый тракты на участке от тур­ бины до камеры смешения (см.рис.1.1).

Система охлаждения турбины двигателя ПС-90А значительно сложнее', чем у дви­ гателей ДЗО и ДЗОКУ Это объясняется более высокими параметрами рабочего процес­

са - степенью повышения давления компрессора и температурой газа перед турбиной,

достигающей на взлетном режиме 1560К. Система охлаждения турбины показана на

рис.5.7.

С точки зрения экономичности охлаждающий воздух должен иметь как можно более

низкое давление, но достаточное для преодоления гидравлических сопротивлений на пути между входом и выходом: температура охлаждающего воздуха также должна быть как можно более низкой. Эти предварительные замечания помогут понять описы­

ваемую ниже схему охлаждения ТВД и ТНД.

Для охлаждения сопловых лопаток 1-й ступени турбины высокого давления исполь­ зуется воздух из-за КВД, т.е. с наиболее высоким давлением (полость Б). Это необходи­

мо потому, что в этом месте проточной части ТВД давление газа еще высокое. Темпера­

тура охлаждающего воздуха из-за КВД составляет 570°С , т.е. на 720° ниже, чем темпера­ тура газа на входе в турбину. Для охлаждения лопаток СА 2-й ступени оказалось воз­ можным использовать воздух более низкого давления и температуры, отбираемый из-за

7-й ступени КВД и подаваемый по трубопроводу в полость В. Здесь давление газа в

проточной части уже значительно снизилось по сравнению с сопловым аппаратом 1 -й ступени. Температура охлаждающего воздуха из-за 7-й ступени КВД составляет около 350°С (на 220°С ниже, чем после КВД) поэтому его использование для охлаждения более эффективно.

Для обеспечения эффективного охлаждения лопаток GA 1-й ступени в их внутрен­

ние полости вставлены по два дефлектора: передний и задний. Между внутренней по­

верхностью лопатки и дефлектором образуется щелевое пространство. Охлаждающий воздух поступает в полость Б, расположенную между корпусом КС и наружным кольцом газосборника. Далее, через отверстия в наружном кольце газосборника он попадает во внутренние полости переднего и заднего дефлекторов лопаток СА и, вытекая через щеле­ вые отверстия в их кромках, попадает в пространство между дефлекторами и внутренней

поверхностью лопаток. Во входной кромке лопаток выполнены несколько рядов отвер­

стий малого диаметра. Вытекая через эти отверстия, охлаждающий воздух создает пле­

ночное охлаждение наружной поверхности передней части сопловых лопаток. Воздух,

вытекающий через отверстия в заднем дефлекторе, охлаждает внутреннюю поверх­ ность задней полости лопатки и, далее вытекая через щель на корыте лопатки у вы­

ходной ее кромки, охлаждает ее. В этой щели образованы интенсификаторы теплообме­ на штырькового типа (цилиндрические штырьки образуются при литье). Температура лопаток СА первой ступени достигает 1100°С (на 200° С ниже температуры газа).

Лопатки сбйлового аппарата 2-й ступени также выполнены полыми с дефлектором внут­

ри. Воздух на их охлаждение из полости В (см.рис.5.7) поступает внутрь дефлекторов,

омывает внутреннюю поверхность лопаток и через щель в выходной кромке вытекает в

проточную пасть. Температура лопаток СА 2-й ступени достигает 1000°С.

Воздух высокого давления для охлаждения диска и рабочих лопаток 1-й ступени ТВД отбирается из-за КВД и по трубопроводам попадает в полость А (см.рис. 5.7). Из

полости А воздух попадает в полость Г, проходит между стенками дефлектора и диска

и далее поступает в рабочие лопатки 1-й ступени. По трем канатам в хвостовике лопатки

воздух поступает в ее внутреннюю полость, охлаждает ее и через два ряда отверстий во входной кромке и щель в выходной кромке выходит в проточную часть. Температура рабочих лопаток 1-й ступени достигает 1100°С (средняя температура 970°С). Температу­ ра диска 1-й ступени составляет 720°С на ободе и 520°С в ступице.

Для охлаждения рабочих лопаток и диска 2-й ступени воздух отбирается из-за 7-й

ступени КВД и по трубопроводам, через отверстия в опоре, кожухе и фланце лабиринта

поступает в полость Д (см.рис. 5.7). Из полости Д через отверстия в лабиринте, омы­ вая ступицу диска 1-й ступени, через отверстия во фланце диска, воздух поступает в

полость Е и охлаждает заднюю стенку диска. Из полости Е через отверстия в промежу­ точных дисках воздух поступает в полость К и через отверстия в заднем промежуточном

диске часть воздуха поступает к рабочим лопаткам 2-й ступени. Другая часть воздуха омывает и охлаждает переднюю сторону и ступицу диска 2-й ступени, поступает в по­ лость Л и охлаждает заднюю сторону диска и дефлектор. Из полости Л воздух также поступает к лопаткам. По трем каналам в хвостовике воздух поступает во внутреннюю полость лопатки, в которой имеются интенсификаторы штырькового типа (аналогично лопаткам 1-й ступени). Охладивший лопатку воздух выбрасывается в радиальный за­ зор, создавая дополнительное уплотнение против перетекания газа через этот зазор.

Температура рабочих лопаток 2-й ступени в среднем составляет 860°С (средняя темпера­ тура 970°С). Температура диска 2-й ступени составляет 700°С на ободе и 500°С в ступице.

Для предотвращения попадания газа в межвальное пространство часть воздуха из полости К через отверстия в гайке и лабиринте поступает в полость Л( f где давление больше, чем в полости М за третьим сопловым аппаратом. Из полости Л! через отверстия в межвальном лабиринте и в валу ТНД воздух выходит по трубке в реактивное сопло. Температура валов - до 300°С.

Опора ротора ТВД наддувается воздухом из-за подпорных ступеней, который подает­ ся по трубам через стойки в камере сгорания в полость А (см.рис.5.3). Часть его надцувает лабиринт масляной полости и поступает через кожух вала на суфлирование, часть идет на охлаждение межвального пространства через отверстие в валу ТВД и сбрасывается через отверстие в валу ТНД на срез сопла.

Часть воздуха, прорвавшегося из полости Д через лабиринтное уплотнение, попадает в полость Ж и сбрасывается через отверстия в опоре роликового подшипника и перепу­

скные трубы КС в наружный контур. Наружное "душевое" охлаждение и управление ра­ диальными зазорами рассмотрены ниже.

Детали ротора ТНД охлаждаются воздухом из-за подпорных ступеней, который по­ дается по двум трубопроводам к стойкам задней опоры. Через стойки задней опоры, трубопроводы задней опоры, отверстия в корпусе задней опоры и фланце лабиринта воздух поступает в полость О. Часть воздуха из этой полости через лабиринтное уплот­ нение идет на охлаждение задней стороны диска 6-й ступени. Большая же часть возду­ ха из этой полости по каналу, образованному трубой и валом, попадает в полость Н ме­ жду дефлектором и диском 3-й ступени, охлаждая переднюю сторону диска. Поверх­ ность остальных дисков охлаждается воздухом, который перетекает из одной междиско­ вой полости в другую: из полости Н(в полость П и далее из П в Р. Из полости Р воздух через отверстия во фланце диска 6-й ступени вытекает в газовый тракт турбины.

Наружные кольца сопловых аппаратов 3 - 5-й ступеней, также как 1-й и 2-й ступе­ ней ТВД, имеют "душевое" охлаждение воздухом, отбираемым из-за подпорных сту­ пеней и поступающим через 14 коллекторов системы активного управления радиаль­ ными зазорами. Наружное кольцо СА 6-й ступени охлаждается воздухом наружного контура.

Сопловые и рабочие лопатки ТНД неохлаждаемые. Их температура примерно такая же, как температура газа в соответствующем месте проточной части (см.рис.1.2). Темпе­ ратура диска 3-й ступени 320-450°С, а диска 6-й ступени 280-380°С.

5.4. Система активного управления

радиальными зазорами в компрессоре и турбине

От величины радиальных зазоров между торцами рабочих лопаток и корпусами ком­ прессора и турбины зависят потери, связанные с перетеканием газа (воздуха) из облас­

ти более высокого давления в область более низкого давления, а следовательно, и вели­ чина КПД узла и, в конечном счете, удельный расход топлива. На различных режимах работы двигателя радиальные зазоры изменяются, особенно в наиболее нагретых частях турбокомпрессора - последних ступенях КВД и в турбине. В основном эти изменения связаны с различным тепловым расширением деталей ротора и статора вследствие раз­ ницы в температуре их нагрева и коэффициенте линейного расширения. Для поддержа­ ния этих зазоров близкими к минимальным и нужна система их регулирования.

Следует заметить, изменение радиальных зазоров может происходить также вследст­ вие неодинакового теплового расширения ротора и статора в осевом, направлении; так изменяются радиальные зазоры в турбине, имеющей коническую форму проточной час­ ти.

На двигателе ПС-90А предусмотрено активное управление радиальными зазорами в 9 -13-й ступенях КВД, а также ТВД и ТНД.