книги / Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок. Т. 2 Компрессоры. Камеры сгорания. Форсажные камеры. Турбины. Выходные устройства

ка. Для сжатия кольца при демонтаже лопаток из колеса в диске выполнены специальные отвер­ стия 4.

В роторах с гладкой проточной частью фикса­ цию лопаток от осевого перемещения в пазу можно осуществить с помощью рядом стоящих деталей, как показано на рис. 5.38.

Для предотвращения перемещений в окруж­ ном направлении лопатки 2, устанавливаемой в кольцевом пазе 4 диска 1 (рис. 5.47), ее фикса­ ция осуществляется контровочными замками 3 через поперечные пазы 5 в диске 1. Крайние ло­ патки имеют пазы 6 в полках под замки. Замок фиксируется в кольцевом пазе диска при помощи винта.

Еще одним способом крепления лопаток в диск является так называемый шарнирный за­ мок (рис. 5.48). В данной конструкции лопат­ ки 1 своими проушинами 2 устанавливаются в кольцевые пазы 3 обода диска 4 (между ребор­ дами 5) и фиксируется пальцами б, которые, в свою очередь, контрятся заклепками 7.

При этом лопатка имеет зазор как относи­ тельно диска 4, так и относительно пальца 6, и поэтому сохраняет возможность поворота от­

носительно оси штифта, закрепленного в ребор­ дах. Такое крепление благоприятно сказывается на вибрационном состоянии лопатки, поскольку большая подвижность соединения по сравне­ нию с соединением «ласточкин хвост» позволя­ ет значительно лучше демпфировать возникаю­ щие в работе колебания. Однако та же самая подвижность соединения может привести к по­ вышенному износу или фреттинг-коррозии ло­ паток, диска и фиксирующих штифтов (приме­ чание: фреттинг-коррозией называется явление износа материала, возникающего на контактных поверхностях в результате постоянных взаим­ ных перемещений деталей). Чтобы это предот­ вратить, необходимо принимать специальные меры, например, наносить твердую смазку или износостойкие покрытия.

Определенным недостатком подобного со­ единения является то, что в собранном РК невоз­ можно обработать торцы лопаток с целью обес­ печения минимального радиального зазора. Ло­ патки с шарнирным замком имеют самую большую массу из рассмотренных в этом разде­ ле. Поэтому шарнирное соединение возможно использовать только в рабочих колесах, имею-

Глава 5. Компрессоры ГТД

Рис. 5.43. Фиксация лопаток от перемещений штифтами:

а - радиальным штифтом; б - осевым резьбовым штифтом; 1 - лопатка рабочая; 2 - диск;

3 - радиальный штифт; 4 - контровочная втулка;

5 - резьбовой штифт

щих сравнительно небольшие окружные скоро­ сти (не более 300 м/с) на периферии. В против­ ном случае не удается удовлетворить требования прочности как к ребордам диска, так и к самому штифту. Исходя из указанных причин, такое со­ единение в основном получило распространение в КНД ТРД и ТРДЦ с малой степенью двухконтурности и в современных двигателях использу­ ется редко.

5.4.3.4. Особенности крупногабаритных рабочих лопаток вентилятора

При проектировании крупногабаритных ло­ паток вентилятора необходимо решить следую­ щие проблемы.

Первая проблема заключается в том, что из-за малой величины отношения диаметра диска к длине лопаток трудно разместить необходимое

количество лопаток. Обычно для вентилятора ис­ пользуют соединение типа «ласточкин хвост». Для крупногабаритных же лопаток при возник­ новении проблем с размещением необходимого количества пазов иногда применяют замок елоч­ ного типа с двумя зубьями, который меньше ос­ лабляет ободную часть диска.

Следующая проблема связана с обеспечением допустимых вибронапряжений в лопатках. Для демпфирования колебаний и снижения вибро­ напряжений лопатки вентилятора с большим уд­ линением выполняют с антивибрационными полками на одном или нескольких уровнях (рис. 5.49).

В современных авиационных двигателях, осо­ бенно в ТРДЦ с большой степенью двухконтурности, наибольшее применение нашли широкохордные лопатки без антивибрационных полок (рис. 5.50).

Основные цели введения широкохордных ло­ паток:

-уменьшение потерь, связанных с закромочными следами от антивибрационных полок;

-уменьшение влияния следов от полок на ха­

рактеристики спрямляющей решетки;

-обеспечения максимального расхода возду­ ха на единицу площади, что позволяет свести

кминимуму поперечные габариты двигателя;

-повышение аэродинамической эффектив­ ности вентилятора;

-снижение уровня шума вентилятора;

-повышение стойкости двигателя к попада­ нию в него посторонних предметов;

-уменьшение общего количества лопаток вентилятора;

-уменьшение массы.

Проведенные исследования показывают, что только отказ от антивибрационных полок дает несколько преимуществ:

-газодинамическая эффективность вентиля­ тора повышается до 6 %;

-удельноый расход топлива на крейсерских режимах снижается на 4 %;

-увеличивается расход воздуха через венти­ лятор.

Последнее обстоятельство оказывается чрез­ вычайно важным, так как проходящий по наруж­ ному контуру воздушный поток создает около 75 % общей тяги. При заданной площади проход­ ного сечения широкохордная лопатка без анти­ вибрационных полок предоставляет большие возможности по выбору, повышению и оптими­ зации тяги.

Применение новых конструкторских и техно­ логических решений позволяет снизить массу ка­ ждой лопатки в отдельности. Это пустотелые ти-

Рис. 5.45. Фиксация лопаток от перемещений сплошным кольцом: 1 - диск; 2 - лопатка рабочая;

3 - контровочный штифт; 4 - сплошное кольцо

тановые лопатки с сотовым заполнителем или с гофрированным листом, пустотелые титановые лопатки с соединением двух половин по средней линии методом диффузионной сварки, лопатки из полимерных композиционных материалов (ПКМ), лопатки из неполимерных композицион­

ных материалов (например, лопатки из материа­ ла на основе борного волокна в алюминиевой матрице с титановой обшивкой). На рис. 5.51 по­ казана стреловидная широкохордная титановая лопатка вентилятора с сотовым заполнителем двигателя Rolls-Royce RB211.

5.5. Статоры осевых компрессоров

Статор компрессора обычно состоит из не­ скольких основных частей, которые в зависимо­ сти от назначения и выполняемой функции могут называться:

-корпус входной;

-корпус с регулируемыми и неподвижны­ ми НА;

-корпус отборов;

-корпус задней опоры.

В двух- и трехкаскадных компрессорах роль входных корпусов выполняет разделительный корпус. Пример статора компрессора представ­ лен на рис. 5.52.

Внутри корпуса крепятся опоры ротора, НА. Снаружи на обечайке и фланцах монтируются

Глава 5. Компрессоры ГТД

Б - Б О

Рис. 5.46. Фиксация лопаток от перемещений разрезным кольцом:

1 - диск; 2 - лопатка рабочая; 3 - разрезное кольцо; 4 - отверстия под съемник; 5 - стопор кольца

агрегаты (топливные и масляные насосы и т.п.), трубопроводные и электрические коммуника­ ции, приводы механизации компрессора, узлы подвески двигателя к самолету. На корпусе вы­ полнены специальные отверстия для отбора воз­ духа на различные нужды и смотровые люки для периодического контроля в эксплуатации рабо­ чих и направляющих лопаток.

Статор воспринимает разнообразные нагруз­

ки:

-осевые силы;

-гироскопические усилия;

-силы давления;

-массу и силы инерции ротора;

-изгибные и крутящие моменты от сопрягае­ мых деталей;

-тепловые деформации.

Кстатору предъявляются ряд специфических требований:

-герметичность;

-локализация возможного разрушения ро­ торных деталей;

-простота изготовления и монтажа НА и раз­ личных агрегатов;

-обеспечение минимальных радиальных за­ зоров на всех режимах работы двигателя.

5.5.1. Конструкции корпусов

Корпусы компрессора обычно представляют собой кольцевые цилиндрические или кониче­ ские детали с фланцами на переднем и заднем торцах для крепления корпусов между собой (рис. 5.52). Корпусы (рис. 5.53) могут быть не­ разъемными и разъемными.

Корпус без продольного разъема обладает меньшей массой и большей жесткостью, но его изготовление более трудоемко, а сборка и раз­ борка более сложные - такой корпус требует по­ следовательную, поэтапную сборку и разборку ротора и статора.

Корпус с продольным разъемом также имеет свои недостатки. Неравномерная жесткость кор­ пуса по окружности (большая в плоскости разъе-

2

6

3

5

4

1

Рис. 5.47. Фиксация от перемещений лопаток с кольцевыми рабочими поверхностями (печатается с разрешения Rolls-Royce pic.):

1 - диск; 2 - рабочая лопатка; 3 - контровочный замок; 4 - кольцевой паз в диске; 5 - паз для ввода замка в кольцевой паз диска;

б - паз в лопатке под контровочный замок