Классификация воздушно-реактивных двигателей. Особенности проточной части различных типов двигателей

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

по дисциплине "Теория и конструкция воздушно-реактивных двигателей"

КЛАССИФИКЦИЯ ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ. ОСОБЕННОСТИ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ДВИГАТЕЛЕЙ

Выполнили: ст. гр.

Проверил:

к.т.н., доцент

Уфа 2010

Лабораторная работа №1

Цель работы:

1. Изучить принцип действия и классификацию ВРД, используя схемы двигателей и разрезные макеты.

2. Изучить конструкции основных узлов и изменение параметров по тракту газотурбинных двигателей на примере Д-136.

1. Основные сведения двигателя Д-136

Страна: СССР (Россия)

Тип: Турбовальный двигатель

Турбовальный трехвальный двигатель Д-136 1 серии устанавливается на один из самых больших в мире транспортных вертолетов Ми-26. Высокая мощность, низкий рабочий расход топлива, малая рабочая масса двигателя получены благодаря оптимизации параметров рабочего цикла и использованию высокопрочных материалов и прогрессивных технологий. Простота обслуживания и высокая ремонтная способность обеспечиваются модульностью конструкции двигателя. Двигатель разделен на девять основных модулей, каждый из которых является законченным конструктивно-технологичным узлом и может быть (кроме основного модуля) демонтирован и заменен без разбирания соседних модулей.

Модули двигателя:

вал ведущий;

свободная турбина;

ротор турбины низкого давления;

корпус опор турбин;

ротор турбины высокого давления;

камера сгорания;

корпус промежуточный с компрессором высокого давления;

компрессор низкого давления.

Основные достоинства:

низкий удельный расход топлива;

высокая надёжность;

высокая мощность;

простота и технологичность обслуживания, высокая ремонтопригодность;

малый удельный вес

Максимальный взлетный режим:

Мощность - 11400 л.с.

Расход топлива - 0.196 кг/э.л.с. -ч

Расход воздуха - 36 кг/с

Суммарная степень повышения давления - 18.30

Температура газов перед турбиной - 1478 К

Габаритные размеры:

высота - 1382 мм

ширина - 1133 мм

Сухая масса двигателя - 1050 кг

Назначенный ресурс - 3000 часов

2. Трехвальный ТВАД

Схема трехвального ТВАД с коротким наружным каналом и изменение параметров рабочего тела в проточной части внутреннего и наружного контуров (гидравлические потери давления и температуры на входе и выходе не учитываются)

По одновальной схеме двухконтурные двигатели, как правило, не выполняются. Известны, однако, двигатели, например фирм SNECMA и "Турбомека", выполненные по одновальной схеме. Это либо малоразмерные двигатели, либо двигатели с небольшой степенью двухконтурно - сти и невысокой степенью повышения давления в компрессоре.

3. Конструкция

Д-136 - двухкаскадный трёхвальный ГТД с силовой турбиной. Двигатель имеет модульную конструкцию, 5 из 10 его модулей взаимозаменяемы с аналогичными модулями Д-36. Осевой компрессор имеет 6 и 7 ступеней в каскадах низкого и высокого давлений, соответственно. Его конструкция аналогична компрессору двигателя Д-36, за исключением промежуточного корпуса между каскадами низкого и высокого давления. Камера сгорания - кольцевая. Турбины компрессора - осевые одноступенчатые, силовая турбина - осевая двухступенчатая с охлаждаемыми лопатками. Крутящий момент от ротора силовой турбины через задний вал передаётся на редуктор винта. Вспомогательные агрегаты двигателя установлены на коробках приводов, расположенных сверху и снизу промежуточного корпуса с приводом от вала турбины высокого давления.

Примечания

↑ При Н=0, V=0, МСА

↑ На взлётном режиме

Двигатель выполнен по схеме с двухвальным газогенератором и свободной турбиной. Компрессор двигателя осевой, двухкаскадный, тринадцатиступенчатый. Он состоит из околозвукового компрессора низкого давления (КНД), шестиступенчатого, и дозвукового компрессора высокого давления (КВД), семиступенчатого. КНД расположен в передней части двигателя за пылезащитным устройством (ПЗУ), КВД за промежуточным корпусом. Роторы КНД и КВД приводятся во вращение своими турбинами и связаны между собой только газодинамической связью. Для обеспечения газодинамической устойчивости, настройки режимов работы КНД и КВД и согласования работы каскадов двигателя в КВД и КНД предусмотрены поворотные лопатки входных направляющих аппаратов (ВНА), регулируемые при доводке двигателя на стенде. Для обеспечения газодинамической устойчивости двигателя на запуске и при малой частоте вращения роторов КНД и КВД предусмотрены клапаны перепуска воздуха (КПВ). Для обеспечения возможности осмотра проточной части в корпусах КНД и КВД выполнены смотровые окна, закрытые заглушками с цанговыми фиксаторами. Компрессор низкого давления - осевой, состоит из переднего корпуса с ВНА КНД, ротора, статора, клапанов перепуска воздуха и подшипникового узла передней опоры ротора. Шарикоподшипник передней опоры установлен на масляном демпфере. Передний корпус КНД - литой, состоящий из наружного и внутреннего колец, соединённых между собой восемью обтекаемыми стойками, образует воздушный тракт на входе в компрессор и осуществляет силовую связь передней опоры КНД с корпусными деталями двигателя. К переднему фланцу наружного кольца переднего корпуса крепится проставка, служащая для крепления ПЗУ на входе в двигатель. К заднему фланцу наружного кольца переднего корпуса крепится наружное кольцо ВНА КНД, в котором установлены лопатки ВНА КНД. Ротор КНД - барабанно-дисковой конструкции, состоит из следующих основных частей: - рабочего колеса 1 ступени; - рабочего колеса 2 ступени; - рабочего колеса 3 ступени; - сварной секции рабочих колёс 4, 5 и 6 ступеней; - переднего вала; - заднего вала; - переднего лабиринта; - заднего лабиринта с зубчатым венцом, являющимся индуктором для датчика замера частоты вращения ротора низкого давления бесконтактым способом. Рабочие колёса 1, 2, 3 ступеней и секция 4, 5, 6 ступеней соединяются между собой призонными болтами. К переднему фланцу сварной секции ротора крепится передний вал ротора. На валу смонтированы детали передней опоры ротора низкого давления. К диску шестой ступени крепится задний вал. Хвостовик вала опирается на роликоподшипник в корпусе опор турбины и передаёт крутящий момент ротору от турбины низкого давления. Каждое рабочее колесо состоит из диска и рабочих лопаток, установленных в ободе диска с помощью замков типа "ласточкин хвост". От осевых перемещений рабочие лопатки фиксируются пластинчатыми замками. Промежуточный корпус установлен между КНД и КВД, предназначен для установки агрегатов двигателя и их приводов, установки узлов передней подвески двигателя к летательному аппарату и образует воздушный тракт двигателя на своём участке. Промежуточный корпус имеет форму двух усечённых конусов, соединённых восемью стойками - рёбрами. К промежуточному корпусу крепятся спрямляющий аппарат шестой ступени КНД, корпус КНД, корпус КВД, входной направляющий аппарат КВД, корпус передней опоры ротора высокого давления. Четыре стойки выполнены полыми и сообщаются с внутренней полостью промежуточного корпуса. Через две стойки проходят рессоры, передающие вращение к приводам, установленным в верхнем и нижнем коробчатых приливах. Полости ещё двух стоек служат для слива масла из верхнего коробчатого прилива в полость центрального привода. Компрессор высокого давления - осевой, семиступенчатый, состоящий из входного направляющего аппарата, ротора, статора, клапанов перепуска воздуха с кожухами и подшипникового узла передней опоры ротора высокого давления. ВНА расположен в передней части КВД. Консольные лопатки ВНА с жёстко прикреплёнными к их цапфам рычагами помещены в разъёмное кольцо, которое крепится к промежуточному корпусу. Конструкция ВНА позволяет производить регулировку углов установки лопаток на собранном неработающем двигателе в стендовых условиях. Ротор КВД - семиступенчатый, барабанно-дисковой конструкции состоит из секции ротора 1-5 ступеней, рабочих колёс шестой и седьмой ступеней, проставки, переднего вала и заднего вала. Секция ротора 1-5 ступеней, рабочее колесо шестой ступени, проставка и рабочее колесо седьмой ступени, передний и задний валы крепятся между собой болтами. Передний вал крепится фланцем к диску шестой ступени и проставке, а хвостовиком опирается на шарикоподшипник передней опоры ротора. На переднем валу установлены детали передней опоры ротора и ведущая шестерня для привода агрегатов двигателя. Задний вал крепится передним фланцем к диску седьмой ступени и проставке. Каждое рабочее колесо состоит из диска и рабочих лопаток, установленных в ободе диска с помощью замков типа "ласточкин хвост". От осевых перемещений рабочие лопатки фиксируются пластинчатыми замками. Статор КВД состоит из корпуса, в котором установлены шесть венцов направляющих аппаратов и семь рабочих колец. Корпус КВД - цельный, с двумя фланцами по торцам. На переднем фланце, которым корпус крепится к промежуточному корпусу, выполнены отверстия под шпильки крепления, и одно отверстие вверху, в вертикальной плоскости для штифта, фиксирующего угловое положение КВД относительно промежуточного корпуса. На заднем фланце выполнен ряд отверстий под винты крепления к корпусу камеры сгорания, и одно отверстие, в которое запрессован штифт, фиксирующий окружное положение набора рабочих колец пятой, шестой и седьмой ступеней, направляющих аппаратов четвёртой, пятой и шестой ступеней и корпуса камеры сгорания. Рабочие кольца всех ступеней цельные, направляющие аппараты всех ступеней имеют разъёмы в диаметральных плоскостях. К внутренним кольцам направляющих аппаратов приварены по два лабиринтных кольца межступенчатых воздушных уплотнений. Рабочие кольца и лабиринтные кольца направляющих аппаратов имеют мягкие, легко прирабатываемые покрытия. Передняя опора ротора - шариковый, радиально-упорный подшипник с разрезной внутренней обоймой. Наружная обойма подшипника установлена в упругом стакане типа "беличье колесо" с жёстким ограничителем хода для демпфирования колебаний ротора. Фланец упругого стакана крепится к промежуточному корпусу. Смазка шарикоподшипника осуществляется тремя форсунками, установленными на корпусе центрального привода. Проникновению масла в полость ротора препятствуют два контактных уплотнения и одно лабиринтное Камера сгорания двигателя кольцевого типа, прямоточная. Предназначена для превращения химической энергии топлива в тепловую и подвода тепла к рабочему телу (воздуху). Камера сгорания расположена между КВД и сопловым аппаратом турбины высокого давления, состоит из корпуса, диффузора со спрямляющим аппаратом ступени КВД и жаровой трубы. Камера сгорания диффузором сцентрирована по рабочему кольцу ступени КВД и соединена передним фланцем корпуса с помощью болтового соединения. К сопловому аппарату ТВД и статору ТНД камера сгорания закреплена задним фланцем корпуса с помощью болтового соединения в котором часть болтов выполнена призонными. Диффузор со спрямляющим аппаратом ступени КВД установлен в корпусе камеры сгорания и закреплен на его переднем фланце. Диффузор состоит из наружной и внутренней оболочек, соединенных между собой спрямляющими лопатками.

Турбина двигателя осевая, реактивная, четырёхступенчатая. Она служит для преобразования энергии газового потока в механическую энергию вращения компрессоров двигателя, приводов агрегатов и трансмиссии вертолёта. Расположена турбина за камерой сгорания и состоит из одноступенчатой турбины высокого давления (ТВД), одноступенчатой турбины низкого давления (ТНД), каждая из которых включает статор и ротор, и двухступенчатой свободной турбины (СТ), которая состоит из статора, ротора и корпуса опор ротора свободной турбины. Выхлопное устройство выполнено в виде расширяющегося патрубка и служит для снижения скорости газового потока и отвода его в атмосферу в сторону от оси двигателя. Оно расположено непосредственно за корпусом опор ротора СТ двигателя и передним фланцем крепится к заднему фланцу корпуса опор ротора СТ стяжной лентой, затянутой стяжными болтами, законтренными проволокой. Задним фланцем выхлопное устройство при помощи болтов крепится к разрезному кольцу, которое опирается на коническую балку и фиксируется на ней стяжной лентой, затянутой гайкой, законтренной проволокой. Выхлопное устройство состоит из экрана, конической балки и внутреннего кожуха, которые соединены между собой стойками. По наружной поверхности к внутреннему кожуху крепится наружный кожух с выштамповками в форме чашек. Трансмиссия. В данном двигателе каждый из каскадов имеет две опоры - заднюю и переднюю. В роли передней опоры выступает шарикоподшипник, а роли задней - роликоподшипник (КВД, КНД). На валу же свободной турбины роль передней опоры играет роликоподшипник, а задней - шарикоподшипник. Передняя опора КНД - шариковый, радиально-упорный подшипник с разрезной внутренней обоймой. Наружная обойма установлена в стакане типа “беличье колесо”, поверх его одет корпус опоры. Между корпусом опоры и упругим стаканом предусмотрена замкнутая полость. ограниченная маслоуплотнительными кольцами, которая заполняется маслом, образуя масляный демпфер во время работы двигателя. Задняя опора каскада низкого давления - роликоподшипник, монтируется в стакане ТНД. Передняя опора каскада высокого давления - шариковый, радиально-упорный подшипник с разрезной внутренней обоймой. Наружная обойма установлена в стакане типа “беличье колесо”, с жестким ограничителем хода (нелинейно-упругая опора). Задний роликовый подшипник на масляном демпфере. Задние подшипники каскада НД и ВД сведены в одну смазочную полость, которая находится за рабочим колесом ТНД. Передняя опора свободной турбины - роликовый подшипник, а задняя - шариковый, радиально-упорный подшипник с разрезной внутренней обоймой. Они также имеют демпфирующие полости.

Двигатель Д-136 состоит из 10 модулей, каждый из которых (за исключением основного модуля) может быть снят и заменен, без значительной разборки смежных модулей на установленном двигателе. Пять модулей газогенератора идентичны с модулями двигателя Д-36.

Компрессор:

как и на двигателе Д-36, но с реконструированным промежуточным корпусом между компрессорами низкого и высокого давления (без контура вентилятора). Частота вращения (максимальная): н.д.10950 об/мин, в.д.14140 об/мин. Расход воздуха 36 кг/с. Суммарная степень сжатия 18,4.

Рисунок. Принципиальная схема двигателя Д-136

Турбины компрессора:

обе одноступенчатые. Температура на входе в турбину (максимальная) 1243 ºС.

двухступенчатая с неохлаждаемыми лопатками СА, бандажированными рабочими лопатками и дисками с воздушным охлаждением. В модуль силовой турбины входит корпус опор, наружный и внутренний корпуса, соединены 11 стойками. Во внутреннем корпусе устанавливаются роликоподшипник и шарикоподшипник ротора турбины.

Выходная мощность:

задний вал, с помощью шлица передает крутящий момент от ротора силовой турбины к редуктору винта.

Реактивная выхлопная труба:

отклонена в сторону от продольной оси двигателя.

Вспомогательные агрегаты:

установлены на коробках приводов, расположенных сверху и снизу промежуточного корпуса с приводом от вала ВД.

Запуск:

воздушный турбостартер.

Система регулирования:

гидромеханический регулятор числа оборотов силовой турбины с синхронизатором мощности обоих двигателей Ми-26. Частота вращения силовой турбины, поддерживаемая в пределах 8300 об/мин. Электронный регулятор температуры газа и частот вращения силовой турбины и роторов газогенератора. Клапаны перепуска компрессоров регулируются автономной пневматической системой.

Рисунок. Схема двигателя Д-136

Двигатель Д-136 состоит из основных частей:

1. Входной направляющий аппарат

2. Компрессор низкого давления

3. Промежуточный корпус

4. Компрессор высокого давления

5. Кольцевая камера сгорания

6. Турбина

ВНА служит для закрутки воздуха в сторону вращения рабочего колеса с целью увеличения напорности первой ступени. Межлопаточные каналы ВНА-сужающиеся. ВНА состоит из наружного кольца, внутреннего разрезного кольца и 40 пустотелых лопаток. Лопатки снаружи имеют дефлектор для организации движения обогревающего воздуха. В наружных цапфах лопаток крепятся рычаги, которые шарнирно соединены с синхронизирующим кольцом. Это кольцо опирается на катки переднего корпуса компрессора. Для устранения наклепа катки имеют резиновые кольца. Слева вверху один из рычагов изготовлен в виде стрелки. Лимб рычага-стрелки крепится к наружному кольцу ВНА. Здесь же к синхронизирующему кольцу приклепан хвостовик (кронштейн), который зажат регулировочными винтами кронштейна, закрепленного на переднем корпусе компрессора.

Компрессор низкого давления - осевой, состоит из переднего корпуса с ВНА КНД, ротора, статора, клапанов перепуска воздуха и подшипникового узла передней опоры ротора. Шарикоподшипник передней опоры установлен на масляном демпфере. Передний корпус КНД - литой, состоящий из наружного и внутреннего колец, соединённых между собой восемью обтекаемыми стойками, образует воздушный тракт на входе в компрессор и осуществляет силовую связь передней опоры КНД с корпусными деталями двигателя. К переднему фланцу наружного кольца переднего корпуса крепится проставка, служащая для крепления ПЗУ на входе в двигатель. К заднему фланцу наружного кольца переднего корпуса крепится наружное кольцо ВНА КНД, в котором установлены лопатки ВНА КНД. Ротор КНД - барабанно-дисковой конструкции, состоит из следующих основных частей: - рабочего колеса 1 ступени; - рабочего колеса 2 ступени; - рабочего колеса 3 ступени; - сварной секции рабочих колёс 4, 5 и 6 ступеней; - переднего вала; - заднего вала; - переднего лабиринта; - заднего лабиринта с зубчатым венцом, являющимся индуктором для датчика замера частоты вращения ротора низкого давления бесконтактым способом. Рабочие колёса 1, 2, 3 ступеней и секция 4, 5, 6 ступеней соединяются между собой призонными болтами. К переднему фланцу сварной секции ротора крепится передний вал ротора. На валу смонтированы детали передней опоры ротора низкого давления. К диску шестой ступени крепится задний вал. Хвостовик вала опирается на роликоподшипник в корпусе опор турбины и передаёт крутящий момент ротору от турбины низкого давления. Каждое рабочее колесо состоит из диска и рабочих лопаток, установленных в ободе диска с помощью замков типа "ласточкин хвост". От осевых перемещений рабочие лопатки фиксируются пластинчатыми замками.

Промежуточный корпус имеет форму двух усечённых конусов, соединённых восемью стойками - рёбрами. К промежуточному корпусу крепятся спрямляющий аппарат шестой ступени КНД, корпус КНД, корпус КВД, входной направляющий аппарат КВД, корпус передней опоры ротора высокого давления. Четыре стойки выполнены полыми и сообщаются с внутренней полостью промежуточного корпуса. Через две стойки проходят рессоры, передающие вращение к приводам, установленным в верхнем и нижнем коробчатых приливах. Полости ещё двух стоек служат для слива масла из верхнего коробчатого прилива в полость центрального привода.

Компрессор высокого давления - осевой, семиступенчатый, состоящий из входного направляющего аппарата, ротора, статора, клапанов перепуска воздуха с кожухами и подшипникового узла передней опоры ротора высокого давления. ВНА расположен в передней части КВД. Консольные лопатки ВНА с жёстко прикреплёнными к их цапфам рычагами помещены в разъёмное кольцо, которое крепится к промежуточному корпусу. Конструкция ВНА позволяет производить регулировку углов установки лопаток на собранном неработающем двигателе в стендовых условиях. Ротор КВД - семиступенчатый, барабанно-дисковой конструкции состоит из секции ротора 1-5 ступеней, рабочих колёс шестой и седьмой ступеней, проставки, переднего вала и заднего вала. Секция ротора 1-5 ступеней, рабочее колесо шестой ступени, проставка и рабочее колесо седьмой ступени, передний и задний валы крепятся между собой болтами. Передний вал крепится фланцем к диску шестой ступени и проставке, а хвостовиком опирается на шарикоподшипник передней опоры ротора. На переднем валу установлены детали передней опоры ротора и ведущая шестерня для привода агрегатов двигателя. Задний вал крепится передним фланцем к диску седьмой ступени и проставке. Каждое рабочее колесо состоит из диска и рабочих лопаток, установленных в ободе диска с помощью замков типа "ласточкин хвост". От осевых перемещений рабочие лопатки фиксируются пластинчатыми замками. Статор КВД состоит из корпуса, в котором установлены шесть венцов направляющих аппаратов и семь рабочих колец. Корпус КВД - цельный, с двумя фланцами по торцам. На переднем фланце, которым корпус крепится к промежуточному корпусу, выполнены отверстия под шпильки крепления, и одно отверстие вверху, в вертикальной плоскости для штифта, фиксирующего угловое положение КВД относительно промежуточного корпуса. На заднем фланце выполнен ряд отверстий под винты крепления к корпусу камеры сгорания, и одно отверстие, в которое запрессован штифт, фиксирующий окружное положение набора рабочих колец пятой, шестой и седьмой ступеней, направляющих аппаратов четвёртой, пятой и шестой ступеней и корпуса камеры сгорания. Рабочие кольца всех ступеней цельные, направляющие аппараты всех ступеней имеют разъёмы в диаметральных плоскостях. К внутренним кольцам направляющих аппаратов приварены по два лабиринтных кольца межступенчатых воздушных уплотнений. Рабочие кольца и лабиринтные кольца направляющих аппаратов имеют мягкие, легко прирабатываемые покрытия. Передняя опора ротора - шариковый, радиально-упорный подшипник с разрезной внутренней обоймой. Наружная обойма подшипника установлена в упругом стакане типа "беличье колесо" с жёстким ограничителем хода для демпфирования колебаний ротора. Фланец упругого стакана крепится к промежуточному корпусу. Смазка шарикоподшипника осуществляется тремя форсунками, установленными на корпусе центрального привода.

Камера сгорания двигателя кольцевого типа, прямоточная. Предназначена для превращения химической энергии топлива в тепловую и подвода тепла к рабочему телу (воздуху). Камера сгорания расположена между КВД и сопловым аппаратом турбины высокого давления, состоит из корпуса, диффузора со спрямляющим аппаратом ступени КВД и жаровой трубы. Камера сгорания диффузором сцентрирована по рабочему кольцу ступени КВД и соединена передним фланцем корпуса с помощью болтового соединения. К сопловому аппарату ТВД и статору ТНД камера сгорания закреплена задним фланцем корпуса с помощью болтового соединения в котором часть болтов выполнена призонными. Диффузор со спрямляющим аппаратом ступени КВД установлен в корпусе камеры сгорания и закреплен на его переднем фланце. Диффузор состоит из наружной и внутренней оболочек, соединенных между собой спрямляющими лопатками.

Турбина двигателя осевая, реактивная, четырёхступенчатая. Она служит для преобразования энергии газового потока в механическую энергию вращения компрессоров двигателя, приводов агрегатов и трансмиссии вертолёта.

Турбина высокого давления одноступенчатая вращает вал компрессора высокого давления.

Турбина низкого давления одноступенчатая вращает вал компрессора низкого давления.

Свободная турбина вращает свободный вал.

Расположена турбина за камерой сгорания и состоит из одноступенчатой турбины высокого давления (ТВД), одноступенчатой турбины низкого давления (ТНД), каждая из которых включает статор и ротор, и двухступенчатой свободной турбины (СТ), которая состоит из статора, ротора и корпуса опор ротора свободной турбины

Вывод: при выполнении лабораторной работы были изучены конструкции компрессора высокого давления, компрессора низкого давления, турбины высокого давления, турбины низкого давления. Несмотря на солидный возраст двигатель Д-136 не устарел и сегодня, так как эксплуатируется в настоящее время на вертолетах Ми-26.