Тема 11 Радиальные и осевые зазоры и их влияние на работу

ступеней осевого компрессора (Кн1 стр63).

 

В целях предотврашения трения лопаток о корпус компрессора и заклинивания ротора устанавливается радиальный зазор Δ r между торцами рабочих лопаток и корпусом компрессора (рис2.31), величина которого зависит от конструктивных размеров, нагружности и режима работы компрессора.

При выборе величины радиального зазора учитываются деформации корпуса под деиствием давления воздуха (Р_в-ха) и неодинакового нагрева по длине и радиусу, а также деформация ротора (рабочих лопаток и дисков), вызываемая центробежны-ми силами и температурным расширением. Учитывается производственные допус-ки на изготовление детали компрессора. Точный учет всех этих факторов практи-чески невозможен, поэтому величина радиальных зазоров определяется экспери-ментально при доводке компрессора.

Радиальный зазор влияет на обтеканеие концевой части лопаток. В результате раз-ности давления на профиле, получаемой при течении воздуха в решетке, и воздейс-твия конца вращающейся лопатки на пограничный слой у стенки корпуса компрес-сора, происходит перетикание воздуха через зазор со стороны корытца к спинке лопатки.

Перетикание воздуха через радиальный зазор приводят к снижению разности давления на профиле и уменшению работы, передаваемой воздуху в концевой части лопатки.

Рост потерь из-за перетеканий в радиальном зазоре и уменьшение подводимой работы в концевой части лопатки приводят к снижению напора и КПД ступени.

Исследования показали, что увеличение радиального зазора на 1% приводит к снижению КПД компрессора на 1, 5...3, 0% и к падению напора ступени на 3...5%. Поэтому стремятся принимать минимально возможное значение радиального зазора, исходя из условия обеспечения работы компрессора в самых тяжелых усл-ях.

С целью уменьшения радиального зазора широко применяются покрытия внутрен-ней части компрессора над рабочими лопатками слоем пасты, алюминиевой пудры и других компонентов. Толщина покрытия после сушки и расточки составляет 1...3мм. Торцы лопаток при неправильно выбранном радиальном зазоре срабаты-вают мягкий слой покрытия и устанавливается минимальный радиальный зазор.

Величина относительного радиального зазора находится в пределах

Δ r = 0, 5...1, 5% от h_л.

При проектировании компрессора в работе рекомендуется следующая формула:

Δ r = (a…b)D/1000, мм

D – наружный диаметр ступени в мм; а ~1, 5...2, 5- наименьшая, b= 1, 7…3, 5-наиб-шая относительная величина зазора (в зависимости от размеров и конструкции компрессора)

Способы управления радиальным зазором можно разделить на пассивные и актив-ные.

Пассивное управление радиальным зазором осуществляется за счет конструк-тивных мероприятий, включающих выбор жесткости статора и распределения масс опор с целью уменьшения деформации корпуса при эволюциях самолета в полете, изоляцию или экранирование от рециркуляции воздуха в полостях, выбор материа-лов сопрягаемых деталей радиального зазора, обеспечивающих термическое рас-ширение уплотнений и корпуса, близкое к величине термического расширения кон-струкции ротора. Пассивное управление радиальным зазором может дать снижение расход топливо до 5%.

Активное управление радиальным зазором в проточной части ГТД (в послед-них ступенях компрессора, в турбинах) может осуществляться за счет механичес-кого смещения сопрягаемых вставок корпуса относительно ротора (при конической форме наружных поверхностей) и термического воздействия – охлаждения корпу-са компрессора высокого давления (или турбины).

Например, по данным фирмы Дженерал Электрик на перспекивном ТРДД охлаж-дение корпуса пяти последних ступеней компрессора позволить уменьшить ради-альный зазор примерно на 0, 3...0, 4 мм и увеличить КПД компрессора на 5%, что улучшает экономичность двигателя. Расход воздуха (на охлаждение КВД), отбира-емого за 5-й ступенью, составляет ~0, 7% от расх воздуха через компрессор.

В настоящее время регулирование радиального зазора является обязательным требованием к новым АД.

 

Важную роль в работе осевого компрессора имеют осевые зазоры ∆ ѕ₁ и ∆ ѕ₂ между рабочими и направляющими лопатками. При малых осевых зазорах, когда неодно-родность потока велика, обтекание профилей при переменных углах атаки вызыва-ет дополнительные потери. Изменение КПД ступени при увеличении осевого зазо-ра обусловливается благоприятным влиянием выравнивания потока, отрицатель-ным действием сил трения на граничных поверхностях в зазоре и изменением утечек.

Неоднородность потока приводит также к возникновению пульсирующих аэро-

динамических сил, которые могут вызвать опасные вибрации лопаток последую-

щих решетки.

С увеличением осевого зазора до (0, 6...0, 8) b происходит выравнивание потока и не стационарные аэродинамические силы, действующие на лопатки, уменьшаются почти до нуля что благоприятно влияет на вибропрочность лопаток.

Увеличение осевого зазора приводит также к уменьшению уровня шума, снижает степень повреждения лопаток ступени при попадании в проточную часть компрес-сора посторонних предметов.

С увеличением осевых зазоров увеличивается длина и масса компрессора. Поэтому осевые зазоры выбирается в пределах 15...20% от величины хорды рабочей лопат-ки, а в одноступенчатых вентиляторах ТРДД сцелью снижния уровня шума осевой зазор между РК и НА увеличивается до 1, 0...1, 5% длины хорды.

 

Тема 12 Камера сгорания. Назначение и основные требования.

Типы камер сгорания (Кн2 стр48).

В КС осуществляется процесс преобразования химической энергии топл в тепловую.

От совершенства организации процесса сгорания во многом зависят экономичность и надежность работы ГТД.

КС работает в сложных условиях. В ней происходит ряд термодинамических и физикохи-мических процессов, трудно поддающих теоритическим расчетам.

К КС предъявляются следующие требования:

1. Устойчивое горение топливо на всех режимах работы двигателя и при всех возможных условиях эксплуатации.

2. Удовлетворительная работа при переходах с режима на режим за минимум времени при запуске двигателя на земле, так и в воздухе.

3. Высокая полнота сгорания топливо, которая характеризуется коэффициен-том выделения тепла ξ = 0, 96 – 0, 98.

4. Короткий факел пламени, что уменьшает осевой размер КС.

5. Малое гидравлическое сопротивление газовому потоку, характеризуемое коэффициентом потерь полного давления σ _кс= 0, 92—0, 96.

6. Равномерное поле температур на выходе из КС. Неравномерное поле температур газа перед СА турбины и большая длина факела пламени могут привести к местному перегреву и прогару лопаток СА, а также к вибрациям лопаток РК.

7. Возможно меньшие диаметральные размеры, вес, объем. Совершенство КС по габаритным размерам определяется ее теплонапряженностью, под кото-рой понимают количество тепла, выделенное при сгорании топливо в 1м³ объема КС в течение 1ч и отнесенное к единице давления воздуха за комп-рессором q = (30-50)·10⁶

8. Надежность конструкции и достаточный ресурс работы деталей КС.

9. КС должна быть проста в производстве, эксплуатации и ремонт.

 

Типы камер сгорания.

Камера сгорания ГТД подразделяют: по направлению потока воздуха и продуктов сгора-ния, по способу подачи топлива в зону сгорания и по конструкции и компоновке на двига-теле.

Трубчатая (индивидуальная) КС (рис27а, рис26) состоит из одной жаровой трубы, распо-ложенной внутри кожуха. Число трубчатых камер составляет от 6 до10. Располагаются они равномерно вокруг среднего корпуса двигателя. Все КС сообщены между собой соедини-тельными патрубками для передачи пламени от запальных устройств и выравнивания дав-ления.

Объем каждой КС небольшими, что облегчает их доводку, т.к. для этого требуется относи-тельно небольшой расход воздуха. Они хорошо компонуется с центробежным компрессо-ром, неувеличивая диаметральных размеров, не требуют разборки двигателя при замене их в условиях эксплуатации.

К недостаткам относятся: большой вес комплекта КС, большого числа уплотнений в сое-динениях, повышенные гидросопротивление и наличие кожухов. Необходимо иметь газо-сборник для выравнивания поля давлений и температур.

Кольцевая КС (рис 27б) применяется на двигателях с относительно малым расходом воз-духа. Состоит жаровая труба 3 (рис28), имеющая кольцевое сечение, наружный 2 и внут-ренний 11 корпусы, образующие проточную часть. В передней части жаровой камеры име-ются головки, где устанавливается завихрители и форсунки, число достиг 10—24 шт. и воспламенители 7.

Жаровая труба крепится внутри корпуса радиальными фиксирующими штифтами 4, обес-печивающими ее свободное радиальное расширение при нагреве. В осевом направлении жаровая труба крепится свободно, что обеспечивает осевое расширение при нагреве.

Первичный поток воздуха через завихрители, отверстия малого диаметра и специальные щели в головках подводится в зону горения, Вторичный поток воздуха подводится через несколько рядов отверстия большого диаметра в жаровой трубе и через несколько рядов мелких отверстий в местах сварки жаровой камеры, где обеспечивает охлаждение шва и другие участки.

Кольцевые КС отличается компактностью, малыми весом и диаметральным размером. При срыве пламени с одной из форсунок легко воспламеняется топливо от соседних форсунок. Нет необходимости в газосборнике, т.к. кольцевые КС обеспечивают равномерное поле температур.

Кольцевые КС имеют существенные недостатки: доводка КС затруднена, затруднены осмотр и замена жаровой трубы в условиях эксплуатации; трудно обеспечить жесткость тонкостенной оболочки при больших диаметральных размерах.

Трубчато-кольцевая КС (рис 27в) сочетает в себе положительные стороны кольцевой и трубчатой камер.

 

 

Тема 13 Элементы КС. Применяемые материалы (Кн2 стр52).

 

Диффузор --- это расширяющийся канал, в котором уменьшается скорость воздуха, что улучает устойчивость горения и уменьшает гидропотери. Конструктивно диффузор в кольцевых и трубчатых КС представляет профилированную литую или сварную стальную горловину. Сварные диффузоры более технологичны, имеют меньше вес и получили распространение.

Жаровые трубы предназначены для организации в них процессов горения и смешение продуктов сгорания со вторичным воздухом. Хорошо зарекомендовали себя жаровые трубы секционного типа, представляющие собой набор узких конических колец соединенных сваркой или клепкой.

Устройства. При помощи которых создается зоны обратных токов, называется стабилиза-торами. В качестве стабилизатора применяют завихрители, представляющие собой лопатки.

Смешение вторичного потока воздуха с продуктами сгорания происходит обычно в задней части жаровой трубы. Вторичный воздух подводится через окна или патрубки, выполнен-ные в стенках жаровой трубы. Форма и размеры окон и патрубков могут быть разнообраз-ным.

Смесительные патрубки обеспечивают более глубокое проникновение вторичного воздуха в ядро потока горячих продуктов сгорания, поэтому они обычно используются в кольцевых КС.

Корпусы или кожухи собой цилиндрические или конические оболочки, внутри которых расположены жаровые трубы. Корпусы являются силовым элементом и воспринимает дополнительные силы и моменты и используется в кольцевых и трубчато-кольцевых КС.

Кожухи трубчатых КС имеют обычно подвижное телескопическое соединение с корпуса-ми компрессора и турбины.

Жаровые трубы не включают в силовую систему двигателя, т.е. крепят в корпусе КС так, что обеспечивается свободное температурное расширение при нагреве. Контролируют установку рабочих форсунок по оси жаровой трубы во избежание их перекоса и прогара жаровой камеры, контроль сварные швы при помощи рентген снимков.

 

Применяемые материалы.

Материалы, применяемые для изготовления отдельных деталей основных и форсажных КС, выбирают в зависимости от температуры при работе.

Для наружного кожуха, нагрев до 700⁰С, можно применять углеродистую сталь 10, при вы-соких температурах используют нержавеющую хромоникелевую сталь с титаном 1Х18Н9Т. Устойчив против окисления, обладает высокой пластичностью, допускает глубо-кую вытяжку и другие виды холодной штамповки, хорошо сваривается при сварки.

Для изготовления жаровых труб, где t=900-980⁰С достигается необходимы жароупорные материалы, удовлетворяющие следующим требованиям.

1. Качества и прочности при высоких рабочих температурах.

2. Устойчивости к газовой коррозии при высоких Т⁰С и нейтральность к продуктам сгорания.

3. Стойкость к изменений Т⁰С от максимальной до минимальной, к растрескиванию и короблению.

4. Повышенная теплопроводность для уменьшения степени перегрева отдельных учас-тков жаровой трубы.

5. Хорошая технологичность обработки.

Для жаровых труб КС работающих при Т⁰С=800⁰С применяют сталь ЭИ402(ОХ18Н12Б), ЭИ435(ХН78Т).

Для КС работающих при Т⁰С=900⁰С применяют сталь ЭИ417, ЭИ 602(ХН75МБТЮ).

 

Тема 14 Турбины. Назначение и основные требования (Кн2 стр55, 74).

Газовая турбина ГТД предназначена для преобразования части теплосодержания газа в механическую энергию, используемую для привода компрессора, агрегатов и воздушного винта двигателя.

Основными элементами является ротор и статор. Диск турбины с закрепленными рабочи-ми лопатками называется рабочими колесами. Сопловые лопатки связанные в кольцевой набор образуют сопловой аппарат (СА).

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Поделиться: