Силовая схема и узлы крепления двигателя на самолете

 

Все нагрузки от газодинамических и инерционных сил и моментов, действующих на детали и узлы двигателя, воспринимаются силовым каркасом (силовым корпусом), в котором они частично уравновешиваются. Неуравновешенные внутри двигателя силы и моменты через узлы крепления передаются на самолет. Силы и моменты, действующие на роторы двигателя, уравновешиваются реакциями опор, которые также нагружают силовой каркас. Силовой каркас обладает достаточной прочностью и жесткостью при действии эксплуатационных нагрузок на всех режимах работы двигателя и при эволюциях самолета.

Силовую схему (рис. 1.4) двигателя ПС-90А составляют передний, средний и задний силовые пояса, корпусы газогенератора, корпусы опор ротора, корпусы наружного кон­тура и кронштейн силовой подвески. Передний силовой пояс образован разделительным корпусом 7, силовым кольцом подвески 10, передней опорой ротора вентилятора и под­порных ступеней 4, задней опорой ротора вентилятора 2 и передней опорой КВД 5. К разделительному корпусу крепятся тяги 8 переднего силового пояса, которые образуют переднюю подвеску двигателя к силовой балке пилона самолета 9.

Средний силовой пояс образован кольцом подвески 15, расположенным на корпусе КВД, опорой роликового подшипника ТВД 18 и передним роликовым подшипником ТНД 26. На кольце подвески 15 шарнирно закреплены две тяги 28, образующие узел крепления 14 (см. рис. 1.4, сечение Б-Б).

Задний силовой пояс образован задней опорой двигателя 22 и опорой роликового подшипника ТНД 23. В конструкцию задней опоры входит силовое кольцо 38. С помо­щью четырех тяг 31 и двух тяг 32 оно связано с наружным кожухом задней подвески 37. К задней опоре крепятся также три тяги 33 с кронштейном подвески 21, при помо­щи которого двигатель крепится к силовой балке пилона самолета.

Все три силовых пояса связаны между собой: передний и средний силовые пояса - тягой 11, а средний и задний - тягой 17. Таким образом, передняя подвеска передает на пилон самолета в точках крепления инерционные и аэродинамические силы, действую­щие на двигатель и гондолу в вертикальной плоскости. Задняя подвеска передает на пи­лон самолета прямую и обратную тягу двигателя, а также инерционные и аэродинамиче­ские силы, действующие в горизонтальных и вертикальных плоскостях и крутящий мо­мент в плоскости перпендикулярной оси двигателя. Тяги 11 и 17, поддерживая средний силовой пояс, повышают изгибную жесткость корпуса газогенератора и, таким образом, препятствуют прогибу корпуса газогенератора и роторов двигателя (их средние опоры жестко связаны с корпусом).

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

 

Контрольные вопросы

 

1.Каковы удельная масса и удельная тяга двигателя?

2.Изобразите схему двигателя. Найдите на схеме роторы высокого и низкого давле­ния 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 меж­ду 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 технологич­ность?

9.Каким образом обеспечена контролепригодность двигателя?

10.Перечислите и покажите на схеме основные модули двигателя.

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

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

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

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?

 

 

КОМПРЕССОР

 

Назначение компрессора - сжатие воздуха и подача его в наружный контур и в ка­меру сгорания. Кроме того, сжатый в компрессоре воздух используется для противообледенителной системы самолета и наддува кабин и пассажирского салона, а также для ох­лаждения горячей части двигателя, наддува полостей уплотнения подшипниковых уч­ло», обеспечения работы агрегатов автоматики двигателя, для регулирования радиаль­ных зазоров и компрессоре высокого давления (КВД) и турбине.

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

Вентилятор

 

Вентилятор двигателя трансзвуковой (т.е. относительная скорость воздуха, обтекаю­щею профили лопаток но радиусу, изменяете» от дозвуковой до сверхзвуковой), приво­дится во вращение турбиной низкого давления ('ГНД)- Напомним, что в ТРРД с большой степенью двухконтурности вентилятор создает основную часть тяги. Общий вид венти­лятора и подпорных ступеней покачан на рис.2.1.

Вентилятор состоит из следующих основных узлов: рабочего колеса 3 с обтекате­лем 4, вала вентилятора 9, деталей опор вала, спрямляющего аппарата вентилятора 6 и корпуса вентиля гора 2 с переходником 1.

Рабочее колесо (РК) вентилятора вместе с ротором подпорных ступеней (ПС) образу­ет единый ротор компрессора низкого давления. Соединение обеих частей ротора и кре­пление их к валу осуществляются при помощи призонных болтов 13. Фланцы центри­руются по внутренней и наружной цилиндрическим поверхностям на фланце вала.

Диск рабочего колеса вентилятора является одной из наиболее нагруженных дета­лей двигателя, центробежная сила, действующая на одну лопатку па взлетом 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 кренятся к дис­ку замком елочного типа, такой тип крепления лопаток позволяет уменьшить нагрузку на один зуб хвостовика лопатки и выступа диска по сравнению с традиционным креп­лением типа " ласточкин хвост". Кроме того, меньшая ширина хвостовика позволяет разместить большее число лопаток на ободе диска. Пол­ки 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 пе­ремещения назад под действием осевой составляющей центробежной силы. От переме­щения вперед под действием давления воздуха лопатки удерживаются передним коль­цом, закрепленным на диске.

Рабочее колесо вентилятора закрыто вращающимся обтекателем 4, который обеспе­чивает 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 погранично­го слоя при обтекании и чтобы посторонние предметы, которые могут попасть в двига­тель, отражались в наружный контур.

В связи с тем, что обтекатель вращающийся, он должен быть тщательно отбаланси­рован, 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 посто­ронних предметов. Конструкция этого крепления показана на рис.2.1. Обтекатель 4 кре­пится к диску рабочего колеса вентилятора 16 болтами 19 через кольцо 17. Болты 19 имеют удлиненную головку; при отвинчивании болта головка входит в специальное от­верстие в кольце 18. Самоконтрящиеся гайки приклепаны к фланцу обтекателя 4 с внут­ренней 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 уменьше­ния осевого усилия на шарикоподшипник передней опоры и фиксирования ротора тур­бины 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 упира­ется в выступ вала; от проворачивания она удерживается выступами на торце вала венти­лятора, 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 обеспе­чивают работу соединительного болта только на растяжение (т.е. исключают возмож­ность его изгиба). От отворачивания соединительный болт удерживается шлицевой контровочной втулкой 9, которая своими задними шлицами соединена с внутренними шли­цами головкой соединительного болта 5, а передними - с шлицевой втулкой 8. Втулка 9 удерживается крышкой 10, которая сама опирается через регулировочное кольцо 11 и 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 соеди­нительный 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 вала.

За рабочим колесом вентилятора поток воздуха раздваивается ( см. рис.2. Г): боль­шая часть его поступает в наружный контур, а меньшая - во внутренний (в подпорные ступени и далее в КВД). Та часть потока, которая идет в наружный контур, проходит спрямляющий аппарат (СА) вентилятора 6, который спрямляет поток воздуха, закру­ченный лопатками вентилятора, до осевого направления; при этом продолжается повы­шение давления воздуха за счет преобразования его кинетической энергии в потенци­альную так как канал между лопатками С А диффузорный.

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

Лопатки спрямляющего аппарата выполнены методом холодного вальцевания из ти­танового 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 вентилятора и трубу 11 в полость " Б" обтекателя и выходит через отверстия " В" в проточную часть.

Подпорные ступени

 

Напорность вентилятора зависит от квадрата окружной скорости, которая изменя­ется по радиусу. Поэтому в корневой части лопаток степень повышения давления воз­духа значительно ниже средней в вентиляторе. Подпорные ступени (ПС) предназначе­ны для повышения давления воздуха на входе в КВД. Степень сжатия воздуха в компрес­соре низкого давления составляет около 2, 5, температура воздуха за подпорными ступе­нями около 100°С.

Для обеспечения устойчивой работы подпорных ступеней на нерасчетных режимах осуществляется перепуск воздуха за спрямляющим аппаратом ПС при помощи засло­нок перепуска, расположенных в разделительном корпусе.

Подпорные ступени (см.рис. 2.2) состоят из следующих узлов: ротора, входного на­правляющего аппарата (ВНА) подпорных ступеней 1, корпусов 1-й и 2-й подпорной ступеней (поз.З и 5) с направляющими аппаратами, спрямляющего аппарата (СА) под­порных ступеней 7.

Ротор подпорных ступеней является частью ротора вентилятора и включает рабочие колеса 1-й и 2-й ступеней (поз. 14 и 10 рис.2.2) и диск привода подпорных ступеней 12. Диски рабочих колес обеих ступеней крепятся к фланцу диска привода ПС призонными болтами. Центрирование этих деталей производится по цилиндрическим по­верхностям. 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.

 

 

Входной направляющий аппарат подпорных ступеней 1 (рис.2.2) состоит из 77 ло­паток, 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 гре­бешками 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 под­порной 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. Кор­пус изготовлен из титанового сплава ВТ6, на его внутренней поверхности имеется сра­батываемое покрытие. Лопатки выполнены из титанового сплава ВТ8М. С наружным кольцом они соединяются замком типа " ласточкин хвост". Внутренние полки лопаток образуют проточную часть. К буртикам внутренних полок приклепаны фланцы лабирин­тов со срабатываемым покрытием на цилиндрической поверхности.

К заднему фланцу корпуса 3 крепится своим фланцем корпус 2-й подпорной ступе­ни 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 лопаток. Ло­патки СА выполнены из титанового сплава ВТ8М и имеют наружные и внутренние пол­ки. Наклонное положение продольной оси лопаток СА соответствует криволинейное™ канала проточной части. Внутренние полки лопаток приклепаны к кольцу 9, образую­щему 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.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: