Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок. Вопросы и задачи

.pdf
Скачиваний:
16
Добавлен:
12.11.2023
Размер:
7.98 Mб
Скачать

5.10.Почему упругодемпферная опора, представленная на рис. 5.1, не предназначена для передачи осевых усилий?

5.11.Может ли упругодемпферная опора, представленная на рис. 5.2,

передавать осевые усилия? Если да, то каким образом, если нет - почему?

5.12.В конструкции турбины, представленной на рис. Б. 10, укажите уп­ ругодемпферные опоры и поясните принцип их работы.

5.13.Приведите схему и поясните принцип работы гидродинамической демпферной опоры. Является ли гидродинамическая демпферная опора уп­ ругой? Почему?

5.14.Определите тип опор и дайте их краткую характеристику в конст­

рукциях, указанных в табл. 5.1.

 

 

 

Таблица 5.1

Вари­

Опора

Рисунок

Пози­

Стра­

ант

 

 

ция

ница

1

Задняя опора компрессора

Б.5

11

107

2

Передняя опора компрессора

Б.5

12

107

3

Передняя опора КНД

Б.1

15

103

4

Задняя опора КНД

Б.1

16

103

5

Передняя опора КВД

Б.З

12

105

6

Задняя опора КВД

Б.З

13

105

7

Передняя опора компрессора

Б.4

14

106

8

Задняя опора компрессора

Б.4

15

106

9

Задняя опора КНД

Б.6

3

108

10

Опора КВД

Б.6

12

108

11

Передняя опора КНД

Б.6

13

108

12

Передняя опора КВД

Б.2

23

104

13

Задняя опора КВД

Б.2

17

104

14

Задняя опора турбины

Б.9

1

i n

15

Задняя опора турбины высокого

Б.7

5

109

16

давления

Б.7

6

109

Задняя опора турбины низкого

17

давления

Б.8

2

110

Опора турбины газогенератора

18

Передняя опора свободной тур­

Б.8

1

п о

 

бины

 

3

 

19

Задняя опора свободной турбины

Б.8

110

20

Передняя опора силовой турби­

Б.10

9

112

21

ны

Б.10

1,4

112

Задняя опора силовой турбины

5.15. Поясните назначение колец в конструкциях, показанных на рис. Б.З (поз. 9,10), на рис. Б.2 (поз. 14) и на рис. Б.4 (поз. 12,13).

5.16.Назовите конструктивные элементы и мероприятия, обеспечиваю­ щие уплотнение масляных полостей в опорах ГТД.

5.17.Сравните достоинства и недостатки контактных и бесконтактных

уплотнений масляных полостей.

5.18.Поясните назначение конического элемента на лабиринтном коль це в конструкции уплотнения масляной полости (см. рис. Б.2, поз. 6).

5.19.Поясните принцип работы маслосгонной резьбы.

5.20.С какой целью межлабиринтное пространство в конструкции, по­ казанной на рис. Б.2, поз. 3, надувается воздухом повышенного давления?

5.21.С какой целью осуществляется суфлирование масляных полостей?

5.22.Почему при смазке подшипников масло впрыскивается на внут­ реннюю обойму подшипника, а не на наружную (см. рис. Б.2, поз. 7; рис. Б.1.

поз. 8, рис. Б.8, поз 10,11)7 5.23. Поясните необходимость применения шарикового (поз. 1) и роли­

кового (поз. 4) подшипника в конструкции задней опоры турбины, представ­ ленной на рис. Б. 10.

Камеры сгорания

5.24.Приведите основные схемы камер сгорания ГТД. Дайте их сравни­ тельную оценку.

5.25.Перечислите требования к камерам сгорания, связанные с надеж

ностью турбины.

5.26.Назовите основные элементы камер сгорания ГТД и поясните их назначение.

5.27.Какие элементы камер сгорания входят в силовую схему двигате­

ля?

5.28.Какие нагрузки действуют на внутренний и наружный кожухи ка­ меры сгорания? Какие они могут вызвать повреждения?

5.29.Назовите основные типы диффузоров камер сгорания, поясните принцип их действия, сравните достоинства и недостатки.

5.30.Назовите основные типы фронтовых устройств жаровых труб, по­ ясните принцип их действия, сравните достоинства и недостатки.

5.31.Каким образом в конструкции крепления жаровых труб и газосборников обеспечивается свобода теплового расширения и фиксация?

5.32.Каким образом обеспечивается охлаждение жаровых труб и газосборников?

5.33.Каким образом обеспечивается заданная максимальная величина и распределение температур на выходе из камеры сгорания?

5.34.С какой целью внутренняя поверхность жаровых труб покрывается

эмалью?

5.35.Поясните причины появления трещин в отверстиях подвода вто­ ричного воздуха в жаровой трубе. Какие мероприятия можно предложить для исключения этого дефекта?

5.36.Какие вредные вещества выделяются в процессе горения топлива в камере сгорания? Перечислите и поясните способы снижения эмиссии вред­ ных веществ.

5.37.Поясните назначение отверстий в жаровой трубе камеры сгорания, показанной на рис. 5.3 (поз. 3).

Рис. 5.4. Камера сгорания трубчато-кольцевого типа

5.38.Поясните принцип работы фронтового устройства камеры сгора­ ния, показанной на рис. 5.3, поз. 2.

5.39.Назовите типы диффузоров камер сгорания, показанных на рис. 5.3

и5.4. Поясните принцип их работы.

5.40. Поясните способ фиксации жаровых труб в камере сгорания, пока­ занной на рис. 5.3.

5.41.Поясните назначение прорезей (рис. 5.4, поз./).

5.42.Поясните назначение элементов жаровой трубы, показанных на

рис. 5.4, поз. 2.

5.43. С какой целью соединение секций жаровой трубы выполнено через гофрированное кольцо (рис. 5.3, поз. /)?

Форсажные камеры

5.44.Назовите основные элементы форсажной камеры, поясните их на­

значение.

5.45.Поясните принцип действия фронтового устройства форсажной камеры, представленной на рис. 5.5.

1 2

Рис. 5.5. Форсажная камера сгорания ТРДДф

5.46.С какой целью крепление фронтового устройства форсажной каме­ ры выполняется на шарнирных тягах (рис. 5.5, поз. 7,2)?

5.47.Почему система подвода топлива в форсажную камеру выполняет­ ся многоколлекторной?

5.48.С какой целью устройство подачи топлива имеет эшелонированное расположение форсунок (рис. 5.5, поз. 3)?

5.49.Назовите способы розжига форсажных камер, поясните их принцип действия, области применения.

5.50.Поясните назначение экранов (поз. 4, 5) в конструкции жаровой трубы, показанной на рис. 5.5.

5.51.Каким образом организовано охлаждение корпуса форсажной ка­ меры, показанной на рис. 5.5?

5.52.С какой целью теплозащитные экраны форсажных камер выпол­ няются гофрированными?

5.53.Поясните назначение отверстий перфорации в теплозащитных эк­

ранах форсажных камер.

5.54. Поясните способ розжига форсажной камеры с помощью огневой дорожки.

6. СТАТИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ РАБОЧИХ ЛОПАТОК ГТД

Краткие сведения из теории

В рамках стержневой модели напряженное состояние профильной части рабочих лопаток турбины и компрессора считается одноосным. Суммарное напряжение представляет собой сумму напряжений растяжения от цен­ тробежных сил ар и напряжений изгиба от газодинамических сил аи г. Кроме того, при наличии выносов центров тяжести поперечных сечений в профиль­ ной части лопатки возникают напряжения изгиба от центробежных сил аи ц. При неравномерном нагреве пера лопатки появляются температурные на­ пряжения О/ .

Центробежная сила, действующая в произвольном сечении пера лопатки с радиусом R , определяется как

*2

 

Pa(R) = pa>2 fFrdr,

(6.1)

R

где р - плотность материала, со - круговая частота вращения ротора, осталь­

ные обозначения приведены на рис. 6.1.

г

ЛРп

х

Рис. 6.1. К расчету напряжений в профильной части лопатки

При наличии на радиусе Rn бандажной или антивибрационной полки объемом Vn возникает дополнительная центробежная сила:

^ц.п =Р“ 2^пЛп'

(6.2)

В произвольном сечении с радиусом R напряжения растяжения:

рю

\F{r)r6r +RttVn

(6.3)

а в(*)= F(R)

 

 

В лопатке постоянного поперечного сечения F

 

 

R l - R 2 R V

 

о.(Л ) = рсо^

1________J iVnr п

(6.4)

 

Второе слагаемое в квадратных скобках в (6.3) и (6.4) относится к сече­

ниям, расположенным на радиусах R<Rn.

 

В корневом сечении такой лопатки при отсутствии полки

 

<*Р1=pUcP

(6.5)

 

*ср

 

где h -длина лопатки; R ^ - средний радиус.

Интенсивность газодинамической нагрузки на лопатку определяется как

 

Сг

 

(6.6)

 

а д = -

 

 

Z (R2 ~ R ,) л ср

 

где Gr -

секундный расход газа; р ь р2

- давление газа перед и за лопаткой;

С]а, Сга -

осевые составляющие скорости; C\w С2 и ~ окружные составляющие

скорости; Z - число лопаток.

 

 

Изгибающие моменты от газодинамической нагрузки:

 

 

R

R

 

 

M Tx (R) = - j p u(r -R )dr;

M ry(R) =- j p a(r-R }ir.

(6.7)

 

R

R

 

Изгибающие моменты от центробежных сил М \ и M Uy, действующие в сечении на радиусе R при наличии выносов центров тяжести сечений xf(R) и yi(R), определяются как

R2

R2

 

At* = рсо2 J(y/? - у,г)/ч1г; My(R) = -р©2 J(x - xf)Frdr.

(6.8)

R

R

 

При наличии на радиусе Rn бандажной или антивибрационной полки объемом V„ и выносами центра тяжести хпи у п при R<R„ возникает дополни­ тельный изгибающий момент от центробежных сил:

Вопросы и задачи

6.1.Какие силовые факторы действуют на рабочие лопатки?

6.2.Какие силовые факторы действуют на направляющие лопатки?

6.3.Какие виды деформации испытывает рабочая лопатка?

6.4.Какие виды деформации испытывает направляющая лопатка?

6.5.Определите напряжения растяжения в корневом сечении рабочей лопатки постоянного по длине сечения при следующих параметрах: Я\ = 250 мм, Яг = 290 мм, р = 8,1 г/см3, п = 12 000 об/мин. (Ответ: 138,1 МПа.)

6.6.Определите напряжения растяжения в корневом сечении рабочей лопатки постоянного по длине сечения при параметрах, приведенных в табл 6.1.

Вари-

Я\

Яг

Г / ^

л,

Вари-

ант

мм

об/мин

ант

1

200

250

4,5

15000

13

2

250

290

4,5

12000

14

3

220

280

4,5

11000

15

4

180

380

4,5

7500

16

5

200

380

2,75

8000

17

6

220

400

2,75

7500

18

7

230

420

4,5

7500

19

8

180

220

2,75

15000

20

9

240

280

7,9

10000

21

10

245

285

4,5

11000

22

И

170

210

7,9

13000

23

12

250

290

7,9

12000

24

>3

го

мм

270

350

280

340

290

350

290

350

260

370

270

350

230

380

220

400

210

370

360

545

370

510

360

540

Таблица 6.1

р) 3

л,

г/см

об/мин

8,2

11000

8,8

10000

7,9

12000

8,8

12000

7,9

11000

7,9

13000

7,9

7500

7,9

7000

7,9

7500

7,9

6000

7,9

6500

7,9

6300

6.7. В каком соотношении находятся напряжения растяжения в корне­ вом сечении геометрически одинаковых рабочих лопатках компрессора, из­ готовленных из стали (р = 7,9 г/см3), титанового сплава (р = 4,5 г/см3) и алю­ миниевого сплава (р = 2,75 г/см3)?(Ответ: 1:0,57:0,35.)

6.8. В каком соотношении находятся запасы прочности (при учете толь­ ко напряжений растяжения от центробежных сил) в геометрически одинако­ вых рабочих лопатках компрессора, изготовленных из стали (р = 7,9 г/см адл = 1350 МПа); титанового сплава (р = 4,5 г/см3 , a ^ = 1050 МПа); алюми­ ниевого сплава (р = 2,75 г/см3, сУд,= 490 МПа)?(Ответ: 1:1,36:1,04.)

6.9. В каком соотношении находятся напряжения растяжения от цен­ тробежных сил в рабочей лопатке турбины на взлетном режиме (12 000 об/мин), номинальном режиме (10 800 об/мин) и режиме малого газа (8000

об/мин)? (Ответ: 1:0,81:0,45.)

6.10.Как изменятся напряжения растяжения в рабочей лопатке постоян­ ного сечения, если изменить площади поперечного сечения на всех радиусах

вк раз?

6.11.Определите напряжения растяжения в корневом сечении рабочей

лопатки турбины с неизменной по длине площадью

поперечного сечения

при окружной скорости среднего сечения лопатки

300 м/с (Я, = 290 мм,

R2 = 405 мм, р = 8,1 г/см3). (Ответ: 241,3 МПа.)

 

6.12. Построите эпюру распределения напряжений растяжения по длине лопатки и в корневом сечении от центробежных сил в рабочей лопатке по­ стоянного по длине сечения при п - 12 000 об/мин, R l = 290 мм, R2= 405 мм,

р= 8,1 г/см3.

6.13.Постройте эпюру распределения напряжений растяжения по длине лопатки от центробежных сил в рабочей лопатке постоянного по длине сече­ ния F= 1 см2 при п = 12 000 об/мин, R\ = 290 мм, R2= 405 мм, р = 8,1 г/см3 с полкой массой 5 г в сечении, расположенном на радиусе 370 мм.

6.14.Как изменится напряжение растяжения в корневом сечении рабо­ чей лопатки турбины при введении бандажной полки массой 5 г в перифе­

рийном сечении? Принять п = 15 000 об/мин, R2 = 255 мм, F = 1,5 см2

(Ответ: увеличится на 21 МПа.)

6.15. Определите интенсивность газодинамической нагрузки на лопатки раи р и ъ среднем сечении и изгибающие моменты в корневом сечении (счи­ тайте интенсивность нагрузки постоянной по длине лопатки) при следующих исходных данных: R\ = 270 мм, R2 = 364 мм, С\а = 240 м/с, =189 м/с, Си =-276 м/с, С2и =30 м/с, Р, = 0,293 МПа, Р2 = 0,249 МПа, G = 96 кг/с, z = = 81. (Ответ: ра = 1725 Н/м, р и = -3858 Н/м , Мх = 17,045 Н м , Му = 7,621 Нм.)

6.16. Определите интенсивность газодинамической нагрузки на лопатки раи р и в среднем сечении и изгибающие моменты в корневом сечении (счи­ тайте интенсивность нагрузки постоянной по длине лопатки) при исходных данных, приведенных в табл. 6.2.

 

 

 

 

 

 

 

______ Таблица 6.2

 

Вари-

я.

Яг

С,а

Съа

С\и

с 2и

Pi

Рг

G,

Z

ант

мм

 

 

м/с

 

Па

 

кг/с

49

1

175

311

187

186

-74

-171

247 500

318 500

73

2

185

295

142

140

-84

-169

116 200

146 400

27

43

3

408

571

156

164

-288

-95

318 400

243 200

79

71

4

390

520

190

193

-285

94

309 200

244 000

80

67!

5

202

306

152

150 -102 -193

232 300

296 100

71

41

6

260

362

201

203

-311

12

172 900

150 200

29

83

7

220

360

174

171

-90

-196

156 400

214 700

55

43

8

302

352

146

188

-439

-93

2 072 800

1488 400

72

83

Соседние файлы в папке книги