Глава II. Техническое обслуживание компрессора и неисправности.

2.1 Техническое обслуживание и осмотр элементов компрессора……...30-31

2.2 Возможные неисправности компрессора при эксплуатации и их предупреждения ………………………………………………………............31-34

III. Заключение ………..……………………………………...……………...35

IV. Список использованной литературы …………..……………………..36

V. Приложения ……………………………………………………………37-48

Введение

Компрессор служит для сжатия воздуха и подачи его в камеру сгорания. Наличие компрессора позволяет получиться тягу при работе двигателя на месте, приводит к увеличению тяги и уменьшению удельного расхода топлива двигателя.

Основными параметрами компрессора являются:

-степень повышения давления воздуха π _к. Увеличение ее до оптимального значения повышает тягу двигателя, уменьшает удельную массу двигателя и удельный расход топлива. Увеличение расчетной π _к возможно за счет роста числа ступеней или повышения напорности отдельных ступеней, а также применения сверхзвуковых ступеней;

-производительность компрессора Gᵦ. Она определяется количеством воздуха, проходящего через компрессор за 1 с;

- коэффициент полезного действия компрессора также определяет экономичность двигателя. Современные компрессоры имеют ŋ = 0, 87…0, 91. Коэффициент полезного действия компрессора зависит от того, насколько тщательно выполнена его проточная часть, насколько соответствуют углы обтекания лопаток статора и ротора расчетным значениям, чем обеспечиваются минимальные осевые и радиальные зазоры между неподвижными и подвижными деталями компрессора и т.д.;

- частота вращения ротора компрессор. Она составляет

n = (2000-21000) об/мин;

- число ступеней. Для много ступенчатых компрессоров оно составляет 7…18. Уменьшение числа ступеней при увеличении заданной степени повышения давления можно достигнуть путем увеличения окружной скорости ротора.

Компрессор является одним из основных элементов ГТД, во многом определяющим размеры, массу, экономичность и ряд других конструктивных показателей и особенностей двигателя. Поэтому компрессор должен обеспечивать: заданную степень повышения давления воздуха при значительной производительности и сравнительно небольшом числе ступеней, малых размерах и массе; высокое значение КПД на рабочих режимах; устойчивую работу в широком диапазоне частот вращения ротора, обеспечивающую равномерную подачу воздуха в камеру сгорания; простоту конструкции, позволяющую легко производить монтаж и демонтаж компрессора, низкую стоимость его изготовления, ремонта и технического обслуживания; высокую надежность; хорошую компоновку с другими узлами двигателя.

Осевые компрессоры классифицируют:

- по числу роторов – на одно-, двух- и трехроторные. Применение двухроторных компрессоров позволило увеличить степень повышения давления до 10…18 и более, а трехроторных до 20…30;

- по скорости воздуха на входе в рабочее колесо – на до- и сверхзвуковые.

Конструктивно осевой компрессор состоит из двух основных частей: ротора и статора. Ротор образует несколько рядов рабочих лопаток, установленных на один вращающийся барабан или ряд соединенных между собой дисков. Один ряд лопаток ротора, установленных на диске или барабане, называется рабочим колесом (РК). Статор состоит из нескольких рядов неподвижных лопаток, закрепленных в корпусе. Один ряд неподвижных лопаток, установленных в корпусе компрессора перед рабочим колесом первой ступени, называется входным направляющим аппаратом (ВНА), а в корпусе компрессора за рабочим колесом – направляющим аппаратом (НА). Сочетание рабочего колеса и следующего за ним направляющего аппарата называется ступенью осевого компрессора. За последним рабочим колесом компрессора устанавливается спрямляющий аппарат (СА), который в отличие от направляющего выравнивает воздушный поток перед камерой сгорания до осевого направления.

I Пояснительная записка

1.1 Назначение и основные данные компрессора

Компрессор газотурбинного двигателя (см. приложения 1) обеспечивает сжатия поступающего воздуха и подачу его в камеру сгорания. Сжатый и подогретый в процессе сжатия воздух способствует быстрому сгоранию количество топливо в относительно малом объеме камеры сгорания с высоким коэффициентом полезного действия. Это позволяет уменьшить габариты двигателя при заданной величине мощности, а так же существенно повысить его экономичность.

Компрессор является одним из основных элементов газотурбинного двигателя, во многом определяющем его мощность, экономичность, габариты, вес и ряд других конструктивных показателей и особенностей двигателя. Поэтому к компрессору предъявляются следующие требования.

Компрессор двигателя - осевой, дозвуковой, выполнен по одновальной схеме.

Основные данные компрессора:

· Количество ступеней................................................................................ 10

· Степень повышения давления на взлетном режиме............................. 6, 8

· Массовый расход воздуха................................................................. 10 кг/c

· Скорость потока на входе....................................................... 150...160 м/с

· Особенности конструкции: наличие поворотных лопаток входного направляющего аппарата (ВНА) и направляющих аппаратов (НА) I, II, и III ступеней и наличие двух автоматически управляемых клапанов перепуска воздуха в атмосферу (КПВ) за VI ступенью

· Частота вращения турбокомпрессора при закрытии клапанов перепуска при запуске.. 50...56 %

· Отбор воздуха от компрессора для противообледенительной системы... за VIII и X ступенями

· Уменьшение мощности двигателя при включении отбора...................... 4, 5 %

· Увеличение удельного расхода топлива при включении отбора.............. 5 %

Компрессор должен:

1. Обеспечивать необходимый секундный расход воздуха (Gв) и степень повышения давления (π к). Секундный расход воздуха определяет величину мощности, а степень повышения давления – значения удельной мощности и удельного расхода топлива.

2. Обладать большим коэффициентом полезного действия.

3. Подавать сжатый воздух в камеру сгорания непрерывно, равномерно без пульсаций. Неравномерная, пульсационная подача воздуха может вызвать тряску двигателя, срыв пламени и даже затухания в камере сгорания.

4. Обладать высоким запасом устойчивости, т. е. обеспечивать беспомпажную работу.

5. Отличатся простой конструкции, обеспечивающую легкость монтажа и демонтажа отдельных деталей, узлов и компрессора в целом.

6. Обладать высокой надежности при максимально возможном ресурсе.

7. Иметь возможно меньшие габариты и вес при заданном секундным расходе воздуха.

Указанным требованием в наибольшей степени удовлетворяют осевые многоступенчатые компрессоры, которые получили широкое применение.

Принцип работы компрессора

Осевой компрессор представляет собой лопаточную машину, в которой происходит преобразование механической работы, подводимой от турбины, в энергию давления воздуха. Основными элементами компрессора, обеспечивающими повышения давления воздуха, является рабочее колесо (РК) и направляющий аппарат (НА), совместно образующие ступень.

При работе двигателя на расчетном режиме к рабочему колесу I ступени поступает воздух с абсолютной скоростью в направлений по оси компрессора. Так как рабочие лопатки (см. приложения 2) вращаются с окружной скоростью возрастающей с увеличением радиуса вращения, то частицы воздуха, поступающие на переднюю кромку лопаток, находятся в сложном движении. Для обеспечения нормального обтекания воздухом рабочих лопаток без завихрений и удара направления вектора относительной скорости должно совпадать с направлением средней линий профиля.

Лопатки рабочего колеса имеют расчетный аэродинамический профиль и установленный таким образом что образуют расширяющиеся криволинейные каналы, у которых площадь на выходе, перпендикулярная вектору выходной относительной скорости, больше чем площадь на входе межлопаточный канал.

Так как в компрессоре используются дозвуковые скорости течения воздуха, то при движении его в распирающихся межлопаточных каналах относительная скорость уменьшается, а давления и температура повышается.

Таким образом, межлопаточном канале рабочего колеса в силу механического воздействия лопаток на воздух давления, температура и абсолютная скорость потока увеличиваются и изменяется его направления. Аналогичное повышения давления происходит во всех десяти ступеней компрессора.

Для увеличения степени повышения давления воздуха в I ступени на входе воздуха в компрессор устанавливается входной направляющий аппарат. ВНА обеспечивает предварительную закрутку воздуха (см. приложения 3) в направлении вращения рабочего колеса и уменьшает относительную скорость. Лопатки ВНА устанавливаются, что каналы, образованные ими, имеют сужающуюся форму. В следствии увеличения абсолютной скорости в ВНА давления и температура воздуха несколько уменьшается, т.е. процессы, протекающие в ВНА, принципиально отличаются от процессов протекающих в НА.
1.3 Конструкция компрессора

Конструкция компрессора –дозвуковой(см. приложение 4), осевой, десятиступенчатый. Широко применения титановых сплавов для изготовления деталей компрессора значительно сократило их вес при сохранении прочности. Компрессор двигателя состоит из следующих основных узлов: ротора, передней и задней опор ротора, корпус. В его конструкцию так же входят некоторые детали системы регулирования компрессора и противообледенительной системы.

Ротор компрессора

Ротор является основным рабочим элементом компрессора. По конструктивному выполнению он относится к роторам барабанного типа. Такие роторы обладают достаточной изгибной жестокостью, высокой прочность, сравнительно малым весом и простой конструкций.

В процессе работы двигателя на ротор действуют следующие основные нагрузки (см. приложения 5):

а) центробежные силы собственных масс и масс рабочих лопаток;

б) сила собственного веса;

в) сила инерции, возникающая при эволюциях вертолета;

г) крутящий момент;

д) осевые силы;

е) усилия от разности давления воздуха в проточной части и внутри ротора компрессора.

Эти нагрузки (сила и момент) вызывают в элементах конструкции ротора различные напряжения.

Так, центробежные силы собственных масс и масс рабочих лопаток стремятся разорвать барабан по образующей, вызывая в нем напряжения растяжения в окружном направлении. Для придания барабану большей прочности на его наружной поверхности выполнены кольцевые пояса с кольцевыми пазами для крепления лопаток, а на внутренней –кольцевые рёбра. В этом случае часть нагрузки передаётся периферийных кольцевых сечений сечениям, лежащим ближе к центру, догружая их. Таким образом, в дисках рабочих колёс I и X ступеней и в ребрах барабана помимо растягивающих напряжений в окружном направлении также действуют радиальные растягивающие напряжения.

Сила собственного веса сил инерции, возникающие при эволюциях вертолёта, приложены в центр тяжести и действуют в плоскости, проходящей через ось ротора, создавая изгибающие моменты. Эти моменты воспринимаются элементами, образующими внутренний контур проточной части компрессора, т.е ободами рабочих колёс оболочкой барабана, где возникают напряжения, сжатия и растяжения. Способность ротора компрессора сопротивляться деформациям изгиба (изгибая жесткость ротора) зависит от материала ротора, его диаметр и толщина стенки.

При работе компрессора на его рабочие лопатки действуют аэродинамические силы. Окружные составляющие этих сил относительно оси вращения создают момент сопротивления, направленный против вращения. На преодоления этого момента сопротивления затрачивания крутящий момент турбины Мт .

Крутящий момент Мт от турбины передаётся через подвижную шлицевую втулку на рабочее колесо X ступени и далее через призонные болты на барабан и рабочее колесо I ступени, откуда через рессору на привод агрегатов. Так как каждой ступени компрессора часть подведенного крутящего момента затрачивается на преодоления момента сопротивления, то передаваемый крутящий момент убывает в направление от последней ступени компрессора к первой. Следовательно, наибольший крутящий момент воспринимая диск X ступени. При этом призонные болты работают на срез, смятия и растяжения от силы затяжки.

Осевая сила, направления по паллету, возникает от разности давления за компрессором и перед ним. От действия этой силы элементы ротора работают на растяжение.

Кроме указанных сил и моментов, на элементы ротора воздействуют тепловые нагрузки, которые увеличивают напряжения, особенно диски рабочего колеса X ступени где температура достигает значения t2=264°C. Таким образом, ротор является одним из высоконагруженных элементов двигателя.

Ротор компрессора состоит (см. приложения 6, 7, 8.) из диска I ступени 1, барабана 3, диск X ступени 8 и рабочих лопаток 4 .

Диск I ступени 1 изготовлен из нержавеющей стали 1X12H2BMФ за одно целое с ободом и хвостовиком. На задней стенки диска имеются цилиндрический буртик, с помощью которого диск центрируется под цилиндрической расточки фланца барабана ротора. Диск 1 с барабаном 3 соединяется шестью призонными болтами 21.

В центральном отверстии хвостовика сзади в специальную расточку запрессована и раскатана заглушка 23, обеспечивающая герметичность внутренней полости ротора компрессора.

На передней стенке диска, на хвостовике выполнен цилиндрический буртик, по которому центрируется лабиринтное кольцо 22 передней опоры. Лабиринтное кольцо 22 крепится двумя болтами 2, расположенными между болтами крепления диска к барабану.

На наружной поверхности хвостовика монтируются детали передней опоры ротора: кольцодержатель 24, регулировочное кольцо 25, роликоподшипник 26, шайба 27, замки 31 и гайки 28. Во внутренней полости хвостовика нарезные эвольвентные шлицы. Внутрь до упора в заглушку устанавливается два балансировочных эксцентриковых грузика 29, с помощью которых добиваются устранения дисбаланса ротора по передней опоре при окончательной балансировке ротора на своих подшипников. От осевого перемещения эксцентриковые грузики фиксируются стопорным кольцом 30.

С помощью внутренних шлицов хвостовика передается крутящий момент от ротора на рессору центрального привода. Рессора своим цилиндрическим пояском центрируется по внутренней расточке хвостовика.

На ободе диска равномерно по окружности прорезаны пазы типа «ласточкин хвост», в которые устанавливаются замки лопаток. Пазы расположены под некоторым углом к оси ротора, что дает возможность разместить большое число лопаток на ободе диска. Замки лопаток устанавливаются в пазы обода с некоторым зазором, что позволяет лопаткам рабочего колеса самоцентрироваться при вращении ротора. От осевых перемещений лопатки рабочего колеса I ступени фиксируются отгибными пластичными замками.

Барабан 3 ротора изготовлен из титанового сплава ВТ-8 и выполнен в форме усеченного конуса. Спереди и сзади барабан имеет фланцы с отверстиями под призонные болты 21, 7 и цилиндрические расточки для центрирования барабана по соответствующим буртикам дисков рабочих колёс I и X ступеней. В отверстий переднего фланца установлено шесть призонных болтов 21 для соединения рабочего колеса I ступени с барабаном ротора и три болта 2 меньшего диаметра для крепления втулки лабиринта первой опоры совместно с рабочим колесом I ступени к барабану ротора. В отверстия заднего фланца установлено шестнадцать призонных болтов 7 для соединения рабочего колеса X ступени с барабаном ротора. Болты вставляются в отверстия фланцев и своей срезанной головкой опираются на внутреннюю расточку барабана, что предотвращает их проворачивание при затяжке гаек. На резьбовой части болтов выфрезерованы продольные пазы, в которые вдавливаются кромки гаек после их затяжки.

На оболочке барабана в плоскостях крепления рабочих лопаток снаружи выполнено восемь кольцевых поясов (ободов), а изнутри – кольцевых ребер жесткости. Пояса и ребра увеличивают прочность и жесткость оболочки барабана. В каждом из восьми поясов выполнены кольцевые пазы профиля «ласточкин хвост» для крепления рабочих лопаток и окна для их монтажа.

Между кольцевыми поясами соседних ступеней на наружной поверхности барабана нарезано по два кольцевых гребешка лабиринтного уплотнения, а за кольцевыми поясами III и VI ступеней на ряду с гребешками лабиринтного уплотнения выполнены балансировочные буртики. Снятие металла с балансировочных буртиков добиваются устранения дисбаланса барабана ротора.

За VIII ступенью в оболочке барабана просверлен ряд тангенциальных отверстий, через которые сжатый воздух с минимальными гидравлическим сопротивлением поступает внутрь ротора и далее на охлаждения дисков турбины. На внутренней поверхности барабана в месте отбора воздуха равномерно по окружности смонтированы три радиальных дефлектора 5, которые устраняют закрутку воздуха во внутренней полости барабана. Каждый дефлектор закреплен на барабане двумя пустотелыми пистонами 6.

Диск X ступени 8 изготовлен из стали 1Х12Н2ВМФ и имеет обод, стенку и полый хвостовик. На ободе равномерно по окружности аод некоторым углом к оси ротора прорезаны пазы типа «ласточкин хвост», в которые устанавливаются замки лопаток.

Рабочее колесо X ступени с цилиндрическим буртиком, расположено на передней стенки диска, центрируется по цилиндрической расточке барабана и соединяется с ним прорезными болтами 7. Для этой цели на диске просверлено и точно обработано шестнадцать отверстий. На задней стенке диска выполнено наружное лабиринтное кольцо воздушного уплотнения. На наружной поверхности хвостовика сзади монтируются детали задней опоры: лабиринтное кольцо 9, кольцедержатель 16, регулировочное кольцо 15, шарикоподшипник 10, кольцедержатель 11, регулировочное кольцо 14 и гайка 13.

На резьбовой части хвостовика профрезерованы продольные пазы, в которые входят выступы замка 12, контрящего стяжную гайку 13. Спереди на наружной поверхности хвостовика нарезана резьба под упорную втулку 19 узла соединения ротора компрессора с валом турбины. Упорная втулка заворачивается до упора своим задним фланцем в диск рабочего колеса X ступеней и контрится штифтами, которые в отверстиях втулки раскерниваются.

Во внутренней полости хвостовика нарезаны эвольвентные шлицы для постановки подвижной шлицевой втулки 17, которая передаёт крутящий момент с вала турбины на ротор компрессора и фиксирует их относительно один другого. Подвижная шлицевая втулка 17 отжата пружиной 18 в крайнее заднее (рабочее) положение. Пружина одним концом центрируется и опирается на внутренний бурт упорной втулки 19, а другим – на торец шлицевой втулки 17.

Спереди на упорной втулки монтируется крестовина 20, которая окончательно раскручивает воздушный поток внутри ротора и направляет его через полые хвостовик диска рабочего колеса X ступени и вал турбины на охлаждения дисков турбин.

Крестовину 20 устанавливают так, что она своим внутренним цилиндрическим буртиком центрируется по росточке в упорной втулке, а наружными проходит через пазы в наружном буртике у этой втулки. Затем крестовину поворачивают на некоторый угол, при этом наружные выступы буртика упорной втулки заходят в кольцевой паз под выступами крестовины, фиксирует ее в осевом направлении. В окружном направлении крестовина фиксируется штифтами, которые после постановки в отверстии раскерниваются. Штифты препятствуют повороту крестовины от воздействия на ее лопатки вращающегося воздушного потока.

Рабочие лопатки относятся к числу сильно нагруженных деталей двигателя, так как они поддержаны воздействию аэродинамических и центробежных сил собственных масс, сравнительно высоких температур и вибраций. При обтеканий профиля лопатки воздушным потокам из-за разности давления на вогнутой (корыте) и выпуклой (спинки) сторонах возникает равнодействующая аэродинамическая сила Р (см. приложения 9), которая приложена приблизительно на середине длинны лопатки и направлена в сторону спинки под некоторым углом к направлению движения воздуха. Величина силы Р зависит от секундного расхода воздуха.

Равнодействующая аэродинамическая сила Р может быть представлена в виде двух составляющих – осевой Рос и окружной Рокр, направленно в соответствие вдоль продольной оси ротора и перпендикулярно ей.

Учитывая, что на ободе диска размещено z лопаток, осевая сила действующая сила на ступень, будет равна Рос.ст = Рокр z. Суммируя осевые силы всех ступеней и учитывая разность давления на ротор за компрессором и перед ним, получим общую осевую силу, которая приложена к ротору компрессора и направлена по полёту. Произведения окружных составляющих Рокр на радиус R (расстояние от оси вращения до точки приложения силы) представляет собой момент сопротивления. Умножив его на количество лопаток, получим момент сопротивления ступени Mсопр.ст=PокрRz.

Сумма моментов сопротивления всех ступеней дает общий момент сопротивления вращения ротора компрессора, на преодоления которого затрачивается крутящий момент турбины.

Поскольку равнодействующая аэродинамическая сила Р приложена на некотором расстояние от корневого сечения лопатки (примерно на середине сечения лопатки), то возникает изгибающий момент Mизг. А так как точка О1 (центр давления) приложения этой силы не совпадает с силой с центром жесткости сечения О2, возникает крутящий момент Мкр. Таким образом, лопатка от действий аэродинамической силы работает на изгиб и кручение. Однако ввиду небольшой величины плеча крутящий момент и напряжения кручения в лопатке невелики.

Кроме равнодействующей аэродинамической силы на лопатку действует центробежная сила Рц, величина которой зависит от массы лопатки, радиуса, на котором расположен центр ее тяжести, и число оборотов ротора. От действия силы Рц возникает напряжения растяжения, которые будут максимальными в корневом сечении. Особенно велики напряжения растяжения в корневых сечениях лопаток I ступени, где величина центробежной силы достигает нескольких тонн.

Для уменьшения напряжения в лопатках применяется компенсация изгиба их от действия аэродинамических сил изгибом от центробежных сил. Для этого центры тяжести периферийных сечений лопатки сдвинуты относительно центра тяжести корневого сечения. Указанный сдвиг создаёт момент центробежной силы, направления в сторону, обратную направлению действия момента от аэродинамических сил. В результате основными напряжениями в лопатках будет напряжения от центробежных сил и усталостные напряжения, вызываемые вибрацией лопаток.

Рабочие лопатки всех ступеней компрессора изготовлены из нержавеющей стали 1Х12Н2ВМФ. По конструкции их можно разделить на две группы (рис.10):

а) лопатки I и X ступеней, которые имеют перо(профилированную часть ) и ножку (замок);

б) лопатки II по IX ступень, имеющие перо (профилированную часть), полку и ножку (замок).

Перо всех лопаток конструктивно выполнено в виде тонкого изогнутого симметричного профиля. Для уменьшения веса, напряжения растяжения и нагрузок на ротор толщина и хорда профиля по длине лопатки уменьшаются от корневого сечения к периферийному. При этом для получения наивыгоднейших углов атаки при обтеканий воздуха перо лопаток по длине закручивают. Причем чем длиннее лопатка, тем больше угол закрутки. Перо лопаток изготавливается с большой точностью и с высоким классом частоты поверхности, что повышает прочность лопатки и к.п.д. компрессора.

Ножки лопаток I и X ступеней представляют собой замок трапециевидной форы типа «ласточкин хвост». Такого типа замок относительно прост по конструкции и имеет малый вес и габариты. Ножки лопаток вставляются в пазы ободов дисков с некоторым зазором, что дает возможность лопаткам самоустанавливаться от действия собственных центробежных сил при работе двигателя.

Полки лопаток II-IX ступеней прямоугольной формы с шириной, равной шагу решетки на соответствующим внутреннем диаметре ротора. На полках снизу в поперечном направлении выполнены ножки трапециевидной формы типа «ласточкин хвост». Ножки лопаток II – IX ступеней через специальные окна вставляются в кольцевые поперечные пазы, выполнены в ободах барабана, и разводятся по окружности. При монтаже рабочие лопатки опираются одна на другую полками, образуя внутреннюю поверхность проточной части компрессора. Сопряжения пера с ножкой (для лопаток II- IX ступеней) или с полкой ( для лопаток II- IX ступеней), а так же полки с ножкой достаточно больших радиусов, что уменьшает концентрации напряжений в местах сопряжений. Для прочности лопаток радиуса тщательно полируются.

Количество рабочих лопаток по ступеням выбирается из условий получения необходимой густоты решетки, определяемой потребной напорностью каждой ступени и компрессора в целом при наибольшем к.п.д., а так же вибропрочности лопаток. На двигатели ступени компрессора имеют такое количество рабочих лопаток:

Номера ступени	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X
Кол-во лопаток

Рабочие лопатки I и X ступеней от осевого перемещения в пазах ободов дисков закрепляются отгибными пластинчатыми замками 4. Рабочие лопатки II-IX ступеней от окружного перемещения в каждом ряду фиксируется в четырёх точках специальными пластинчатыми замками 3, один усик которых входит в паз обода, а другой в паз замка лопатки.

⇐ Предыдущая 123 4 5 Следующая ⇒