Подвеска двигателя не препятствует тепловому расширению корпусов газогенератора благодаря шарнирному соединению тяг.

Контрольные вопросы

I .Каковы удельная масса и удельная тяга двигателя?

2.Изобразите схему двигателя. Найдите на схеме роторы высокого и низкого давле­ ния и их опоры. Поясните кинематическую схему двигателя.

3.Каким образом обеспечивается свобода теплового расширения роторов двигателя при его нагреве во время работы?

4.Каким образом обеспечивается осевая фиксация роторов?

5.Каким образом обеспечивается передача крутящих моментов и осевых усилий меж­ ду роторами турбины и компрессора?

6.Перечислите основные системы двигателя и поясните их назначение.

7.Какие агрегаты установлены на двигателе и каково их назначение?

8.Каким образом в конструкции двигателя обеспечена эксплуатационная технологич­

ность?

9.Каким образом обеспечена контролепригодность двигателя?

10.Перечислите и покажите на схеме основные модули двигателя.

II .Изобразите силовую схему двигателя. Перечислите элементы, входящие в нее.

12.Какие усилия действуют на основные элементы конструкции (роторы, детали кор­ пуса) и какими элементами они воспринимаются?

13.Найдите на схеме элементы, которые участвуют в передаче усилий с опор рото­

ров.

14.Найдите на схеме основные элементы крепления двигателя на самолете.

15.Поясните назначение тяг 11 и 17 ( см.рис.1.4).

16.Каким образом обеспечена свобода теплового расширения корпусов двигателя при его нагреве во время работы?

2. КОМПРЕССОР

Назначение компрессора - сжатие воздуха и подача его в наружный контур и в ка­ меру сгорания. Кроме того, сжатый в компрессоре воздух используется для противообледенительной системы самолета и наддува кабин и пассажирского салона, а также для ох­ лаждения горячей части двигателя, наддува полостей уплотнения подшипниковых уз­ лов, обеспечения работы агрегатов автоматики двигателя, для регулирования радиаль­ ных зазоров в компрессоре высокого давления (КВД) и турбине.

Компрессор двигателя осевой, двухвальный, левого вращения. Основными узлами ком­ прессора являются вентилятор, подпорные ступени, разделительный корпус и КВД.

2.1. Вентилятор

Вентилятор двигателя трансзвуковой (т.е. относительная скорость воздуха, обтекаю­

щего профили лопаток по радиусу, изменяется от дозвуковой до сверхзвуковой), приво­ дится во вращение турбиной низкого давления (ТНД). Напомним, что в ТРРД с большой степенью двухконтурности вентилятор создает основную часть тяги. Общий вид венти­ лятора и подпорных ступеней показан на рис.2.1.

Вентилятор состоит из следующих основных узлов: рабочего колеса 3 с обтекате­

лем 4, вала вентилятора 9, деталей опор вала, спрямляющего аппарата вентилятора 6 и

корпуса вентилятора 2 с переходником 1.

Рабочее колесо (РК) вентилятора вместе с ротором подпорных ступеней (ПС) образу­ ет единый ротор компрессора низкого давления. Соединение обеих частей ротора и кре­

пление их к валу осуществляются при помощи призонных болтов 13. Фланцы центри­ руются по внутренней и наружной цилиндрическим поверхностям на фланце вала.

Диск рабочего колеса вентилятора является одной из наиболее нагруженных дета­ лей двигателя, центробежная сила, действующая на одну лопатку на взлетном режиме, составляет около 600 кН (60 т). Диск выполнен из высокопрочного титанового сплава ВТ8, толщина его определяется требованием обеспечения статической прочности.

Рабочие лопатки вентилятора 3 имеют антивибрационные полки. На рабочем колесе

расположены 33 лопатки, выполненные из титанового сплава ВТ8М. Они крепятся к дис­ ку замком елочного типа, такой тип крепления лопаток позволяет уменьшить нагрузку

ширина хвостовика позволяет разместить большее число лопаток на ободе диска. Пол­

ки в комлевой части лопаток образуют плавную поверхность проточной части. Задний лабиринт вентилятора 12 с передним кольцом входного направляющего аппарата ПС образует воздушное уплотнение, препятствующее перетеканию воздуха повышенного давления из-за вентилятора. Благодаря этому уменьшается осевое усилие, действующее на упорный шариковый подшипник передней опоры вентилятора. Задний лабиринт 12 крепится болтами к выступу на ободе диска, он же удерживает рабочие лопатки 3 от пе­ ремещения назад под действием осевой составляющей центробежной силы. От переме­ щения вперед под действием давления воздуха лопатки удерживаются передним коль­ цом, закрепленным на диске.

Рабочее колесо вентилятора закрыто вращающимся обтекателем 4, который обеспе­ чивает плавный вход воздуха в рабочее колесо вентилятора и предотвращает попадание посторонних предметов во внутренний контур двигателя. Для этого его поверхность специально спрофилирована таким образом, чтобы не происходило срыва погранично­ го слоя при обтекании и чтобы посторонние предметы, которые могут попасть в двига­

тель, отражались в наружный контур.

В связи с тем, что обтекатель вращающийся, он должен быть тщательно отбаланси­

рован, а его крепление предусматривает центрирование относительно рабочего колеса

вентилятора по цилиндрическому пояску на переднем кольце. Обтекатель состоит из двух частей сварной конструкции из титанового сплава ОТ4.

Крепление обтекателя предусматривает возможность его быстрого съема при замене рабочих лопаток вентилятора, подверженных повреждениям от попадания в них посто­ ронних предметов. Конструкция этого крепления показана на рис.2.1. Обтекатель 4 кре­ пится к диску рабочего колеса вентилятора 16 болтами 19 через кольцо 17. Болты 19 имеют удлиненную головку; при отвинчивании болта головка входит в специальное от­ верстие в кольце 18. Самоконтрящиеся гайки приклепаны к фланцу обтекателя 4 с внут­ ренней стороны. Кольцо 18 фиксирует рабочие лопатки вентилятора от перемещения вперед. При замене лопаток откручиваются болты 19, снимается обтекатель и кольца 17 и 18, а затем лопатки. Для сохранения балансировки лопатки при замене подбирают по статическому моменту.

Задний конец вала вентилятора соединяется с валом турбины низкого давления. Конструкция этого соединения показана на рис.2.4. Крутящий момент от ТНД ротору вентилятора передается через эвольвентное шлицевое соединение валов. Для уменьше­ ния осевого усилия на шарикоподшипник передней опоры и фиксирования ротора тур­ бины низкого давления в осевом направлении роторы вентилятора и ТНД связаны соединительным болтом 5 (рис.2.4). Задним концом соединительный болт вворачивается в гайку 26, вставленную в вал ротора ТНД. Гайка 26 через сферическое кольцо 27 упира­ ется в выступ вала; от проворачивания она удерживается выступами на торце вала венти­ лятора, а в осевом направлении фиксируется разжимным стопорным кольцом 12. Головка

соединительного болта 5 через два сферических кольца 6 и 7 опирается на выступ вала

вентилятора. Сферические кольца благодаря возможности их самоустановления обеспе­

чивают работу соединительного болта только на растяжение (т.е. исключают возмож­

ность его изгиба). От отворачивания соединительный болт удерживается шлицевой кон­

тровочной втулкой 9, которая своими задними шлицами соединена с внутренними шли­

разрезное пружинное кольцо 12 на шлицевую втулку 8. Последняя соединена с валом 3 цилиндрическими шрифтами. Чтобы разъединить валы вентилятора и ТНД необходимо снять пружинное кольцо 12, кольцо 11, крышку 10, втулку 9, а затем вывернуть соеди­ нительный болт 5. При сборке эти операции производятся в обратном порядке.

Для балансировки ротора вентилятора предусмотрена установка балансировочных грузиков под головками винтов крепления заднего лабиринта и внутри задней цапфы

ступени и далее в КВД). Та часть потока, которая идет в наружный контур, проходит спрямляющий аппарат (СА) вентилятора 6, который спрямляет поток воздуха, закру­

ченный лопатками вентилятора, до осевого направления; при этом продолжается повы­ шение давления воздуха за счет преобразования его кинетической энергии в потенци­ альную так как канал между лопатками СА диффузорный.

Наклонное положение лопаткам СА придано с целью уменьшения составляющей вектора скорости, перпендикулярной передней кромке лопатки. Благодаря этому умень­ шаются волновые потери при обтекании лопаток (тот же эффект, что для стреловидного крыла самолета) и повышается КПД вентилятора. Большой осевой зазор между лопатка­ ми СА и рабочими лопатками вентилятора позволяет снизить уровень шума.

Лопатки спрямляющего аппарата выполнены методом холодного вальцевания из ти­ танового сплава ОТ4, Внутренняя и наружная полки лопаток приклепаны к ее перу. Они образуют проточную часть наружного контура. Наружные полки лопаток СА крепятся винтами к корпусу СА, а внутренние к кожуху при помощи болтов. Кожух 7 образует плавную проточную часть, заполняя пространство между внутренними полками СА и разделительным корпусом. На кожухе 7 расположены звукопоглощающие панели.

Корпус вентилятора :2 - сварной конструкции, изготовлен из титанового сплава ВТ6. Наружная поверхность его обмотана органитом 6НТ, назначение которой - удержание лопаток в случае их обрыва. Корпус вентилятора своим задним фланцем крепится к корпусу спрямляющего аппарата 5. К переднему фланцу корпуса вентилятора 2 крепится переходник 1. Центрирование этих фланцев обеспечивается цилиндрическими поясками.

Обтекатель 4 (см.рис.2.1) обогревается горячим воздухом из-за 7-й ступени КВД. Воздух поступает по трубопроводам 14 и 15 и далее через отверстие “А” в вале вентиля­

тора и трубу 11 в полость “Б” обтекателя и выходит через отверстия “В ” в проточную часть.

2.2. Подпорные ступени

Напорность вентилятора зависит от квадрата окружной скорости, которая изменя­

ется по радиусу. Поэтому в корневой части лопаток степень повышения давления воз­

духа значительно ниже средней в вентиляторе. Подпорные ступени (ПС) предназначе­

ны для повышения давления воздуха на входе в КВД. Степень сжатия воздуха в компрес­ соре низкого давления составляет около 2,5, температура воздуха за подпорными ступе­ нями около 100°С.

Для обеспечения устойчивой работы подпорных ступеней на нерасчетных режимах осуществляется перепуск воздуха за спрямляющим аппаратом ПС при помощи засло­

нок перепуска, расположенных в разделительном корпусе.

Подпорные ступени (см.рис. 2.2) состоят из следующих узлов: ротора, входного на­

правляющего аппарата (ВНА) подпорных ступеней 1, корпусов 1-й и 2-й подпорной

ступеней (поз.З и 5) с направляющими аппаратами, спрямляющего аппарата (СА) под­ порных ступеней 7.

Ротор подпорных ступеней является частью ротора вентилятора и включает рабочие

зонными болтами. Центрирование этих деталей производится по цилиндрическим по­ верхностям. Передним фланцем диск привода ПС крепится вместе с рабочим колесом вентилятора к валу также призонными болтами (рис.2.3).

Рабочие лопатки обеих ступеней соединяются с дисками замком типа "ласточкин хвост" От перемещения вдоль паза лопатки 1-й ступени удерживаются пластинчатым замком. Крестообразный пластинчатый замок вкладывается в крестообразную выемку, выфрезерованную в подошве хвостовика лопатки и загибаются вниз на торцах дисков с двух сторон. Лопатки 2-й ступени фиксируются штифтами.

Обод рабочего колеса 1-й ступени 14 имеет в передней и задней части кольцевые выступы с гребешками лабиринтного уплотнения.

Диски подпорных ступеней и вал привода ПС выполнены из титанового сплава ВТ8, рабочие лопатки - из сплава ВТ8М, а вал вентилятора - из стали ЭП517.

I - ВНА ПС; 2 - разделитель; 3 - корпус 1- о ПС; 4 - НА ПС; 5 - корпус 2- о ПС; 6 - кожух; 7 - наружной корпус СА, 8 - СА ПС; 9 - кольцо; 10 - РК 2- о ПС;

II - <рланец лабиринта задний; 12 - диск привода ПС; 13 - фланец лабиринта передний' /4 - РК 1- й ПС; 15 - внутреннее кольцо; 16 - лабиринт задний

Входной направляющий аппарат подпорных ступеней 1 (рис.2.2) состоит из 77 ло­

паток, внутреннего кольца 15 и разделительного носка 2. Лопатки ВНА выполнены из титанового сплава ВТ8М. Лопатки вставлены в разделительный носок и закреплены в нем болтами. Внутреннее кольцо ВНА с помощью заклепок соединяется с передним кольцом, образующим проточную часть. Цилиндрическая поверхность кольца 15 с гре­ бешками диска 1-й подпорной ступени 14 образует лабиринтное уплотнение. С целью

уменьшения радиального зазора в этом уплотнении цилиндрическая поверхность имеет

срабатываемое покрытие. ВНА в собранном виде крепится винтами к корпусу 1-й под­ порной ступени 3.

Корпус 1-й подпорной ступени 3 с направляющим аппаратом 4 состоит из наружного корпуса, кольца с направляющими лопатками и двух фланцев лабиринтов 11 и 13. Кор­ пус изготовлен из титанового сплава ВТ6, на его внутренней поверхности имеется сра­ батываемое покрытие. Лойатки выполнены из титанового сплава ВТ8М. С наружным кольцом они соединяются1замком типа "ласточкин хвост" Внутренние полки лопаток образуют проточную часть. К буртикам внутренних полок приклепаны фланцы лабирин­ тов со срабатываемым покрытием на цилиндрической поверхности.

К заднему фланцу корпуса 3 крепится своим фланцем корпус 2-й подпорной ступе­ ни 5. Корпус 2-й подпорной ступени и спрямляющий аппарат 8 образуют, проточную часть за ротором подпорных ступеней. Спрямляющий аппарат спрямляет поток воздуха до осевого направления. Корпус 2-й ступени выполнен из титанового сплава ВТ6.

Спрямляющий аппарат 8 состоит из наружного и внутреннего колец и лонаток. Ло­ патки СА выполнены из титанового сплава ВТ8М и имеют наружные и внутренние пол­ ки. Наклонное положение продольной оси лопаток СА соответствует криволинейности канала проточной части. Внутренние полки лопаток приклепаны к кольцу 9, образую­ щему проточную часть за СА. Наружными полками лопатки соединяются с фланцами корпуса 5 2-й ступени СА и наружного корпуса СА 7 с помощью болтов, а задние концы полок входят в проточку наружного корпуса.

2.3. Опоры ротора вентилятора и подпорных ступеней

Передняя опора вентилятора (см.рис.2.3) является консольной и своим задним фланцем крепится к разделительному корпусу. Она выполнена из титанового сплава ВТ6. В передней опоре ротор вентилятора зафиксирован от продольных перемещений. Опора воспринимает осевые усилия, которые представляют собой разность осевых усилий, действующих на ротор вентилятора с подпорными ступенями и на ротор тур­ бины низкого давления, а также радиальные усилия, представляющие собой реакцию от действия инерционных сил и гироскопического момента ротора при полете по криволи­ нейной траектории.

В полости опоры расположены (см. рис. 2.3): вал вентилятора 1, шарикоподшипник 4, втулка подшипника 7 и детали лабиринтного уплотнения 5 и 6, обойма подшипника 8, трубы подвода воздуха на обогрев обтекателя, на наддув лабиринтных уплотнений, труб­ ка и коллектор подвода масла к шарикоподшипнику с двумя жиклерами. На цапфе вала вентилятора 1 посажена втулка 7, которая своими внутренними шлицами соединяется со

подбора толщины и, таким образом, регулировать осевой и радиальный зазоры между рабочими лопатками вентилятора и его корпусом. Наружная обойма подшипника по­ мещена в обойме 8 и прижата фланцем 9, который крепится к опоре вместе с фланцем обоймы и кольцом при помощи винтов (на рис. 2.3 не показаны). Меняя толщину коль­ ца, можно регулировать прижатие наружной обоймы подшипника к обойме 8 и обеспе­ чивать возможность провертывания наружного кольца в процессе работы двигателя. Это уменьшает износ беговых дорожек подшипника.

Масло к внутреннему кольцу подшипника подается из жиклера 13 через внутрен­ нюю полость гайки крепления подшипника 10. Слив масла и суфлирование полости передней опоры вентилятора осуществляются через отверстия в разделительном корпусе.

Задняя опора вентилятора (рис.2.4) расположена в разделительном корпусе 1. Корпус задней опоры 2 имеет два цилиндрических пояска, которыми он центрируется в перед­ ней и задней стенках разделительного корпуса, а своим передним фланцем он крепится к корпусу винтами (см. рис. 1.1).

На задней цапфе вала вентилятора 3 расположены втулка 17, роликовый подшипник 16, гайка крепления внутреннего кольца подшипника 13 и лабиринтная втулка 14. Осе­ вое положение ротора ТНД относительно статора регулируется толщиной заднего регу­ лировочного кольца 25, которое является упором для вала ротора ТНД. Гайка 13 фикси­ руется пластинчатым замком.

Задняя опора - упруго-демпферная. Назначение упруго-демпферных опор (УДО) со­ стоит в снижении критической частоты вращения ротора (ниже оборотов малого газа), а

1акже в демпфировании (поглощении энергии) колебаний ротора вентилятора. Благодаря этому снижается коэффициент виброперегрузки двигателя. Конструктивно УДО включа­ ет следующие детали: втулку 22, наружный 19 и внутренний 18 упругие элементы (рессоры), уплотнительные кольца 23, роликовый подшипник 16, гайку крепления

подшипника 15. Гайка закрепляет наружное кольцо подшипника во внутренней рессоре и контрится пластинчатым замком.

Наружная и внутренняя рессоры соединяются между собой винтами, а наружная

рессора 19 крепится своим фланцем вместе со стаканом 22 к корпусу 2 опоры. Упруги­

ми элементами рессор являются их передние цилиндрические участки с выфрезерован-

в канавки внутренней рессоры. Образованная таким образом масляная прослойка явля­

ется демпфирующей (поэтому полость называют демпферной). При вибрации возника­

ет так называемый насосный эффект: масло то выталкивается из полости, то засасывает­

ся в нее. Работа демпфирования уменьшает амплитуду колебаний. Толщина масляной

13Х14НВФРА, а внутренняя - из стали 12Х2Н4А (трущаяся поверхность цементируется). Масло на смазку подшипника поступает по каналам в разделительном корпусе и корпусе опоры и через жиклер форсунки 20 (см. рис.2.4) впрыскивается на беговую до­ рожку. Из этого же канала через отверстия в стакане 22 масло поступает в демпферную

полость УДО.

2.4. Компрессор высокого давления

Компрессор высокого давления тринадцатиступенчатый со степенью повышения

давления л*квд=13,6 приводится во вращение турбиной высокого давления. Высокая сте­ пень повышения давления обусловила необходимость увеличения количества ступеней КВД до тринадцати. Значительная разница в высоте лопаток первой и последней ступе­ ней в основном и определила своеобразный профиль его проточной части.

Тепловое состояние деталей КВД определяется в основном температурой воздуха, которая на взлетном режиме изменяется от 100°С на входе в КВД до 570°С на выходе приблизительно линейно по длине проточной части, т.е. изменение температуры от сту­

пени к ступени составляет около 35°

Конструктивно КВД состоит из следующих основных узлов (рис.2.5): ротора, вход­ ного направляющего аппарата 1, корпуса с направляющими аппаратами 1-3-й ступеней

2, переднего корпуса 3, заднего корпуса 4, корпуса перепуска и отборов воздуха 5, кор­

пуса обдува 6, спрямляющего аппарата 13-й ступени 7, ротора 8, задней опоры ротора 9,

кольца подвески 10. КВД входит в главный модуль двигателя (см.рис.1.2).

Для расширения диапазона устойчивой работы двигателя КВД снабжен специальны­

ми устройствами ("механизацией компрессора"). К ним относятся

Рис.2.5. Компрессор высокого давления (продольный разрез):

9 - задняя опора ротора; 10 - кольцо подвески; 11 - передняя опора ротора