Конструкция и прочность двигателя. 1. Анализ характеристик двигателей, схожих с проектируемым двигателям по
 Скачать 5.78 Mb.
|
|
6. Разработка схем, описание систем двигателя и спецификации систем. Расчет потребных характеристик и размеров масляного насоса и его эскизное проектирование. 6.1 Система смазки Система смазки в двигателях выполняет следующие функции: 1) обеспечивает подвод необходимого количества масла для смазывания трущихся деталей двигателя (подшипников опор и приводов, зубчатых зацеплений редукторов и приводом и т. д.) независимо от условий и режимов полета; охлаждает нагретые детали и отводит тепло в окружающую среду; 2) удаляет из двигателя продукты износа трущихся пар; обеспечивает контроль технического состояния двигателя по содержанию продуктов износа; предохраняет детали от коррозии и наклепа. Система суфлирования предназначена для удаления воздуха из масляных полостей в атмосферу или проточную часть ГТД и очистки этого воздуха от масла с возвратом последнего в масляную систему двигателя. Полости связаны с атмосферой с помощью суфлера, в котором под действием центробежных сил происходит выделение жидкого масла из масловоздушной эмульсии. Масло из суфлера возвращается в двигатель, а газы и пары удаляются в атмосферу. В проектируемом двигателе использована закрытая, замкнутая циркуляционная масляная система, состоящая из масляного бака (Б), нагнетающего насоса (НН), основного фильтра (ФО), откачивающих масляных насосов (НО), центробежного воздухоотделителя с фильтром-сигнализатором (ЦВО), центробежного суфлера (ЦС) и топливно-масляного радиатора (ТМР). Все агрегаты масляной системы смонтированы на двигателе и при установке его на ВС дополнительных подключений к самолетным системам не требуется. Во время работы двигателя масло из бака (Б) поступает к масляному насосу (НН). Для регулирования его производительности установлен редукционный клапан (КР) за насосом (НН) установлен обратный клапан для предотвращения перетекания масла из бака (Б) в двигатель при стоянках самолета. Масло из нагнетающего насоса поступает в сетчатый фильтр (ФО), в котором установлен перепускной клапан (КП), пропускающий масло в двигатель при засорении фильтра. Пройдя через фильтр (ФО), масло поступает в двигатель по следующим направлениям: • на смазывание роликоподшипника передней опоры КНД • на смазывание переднего роликоподшипника ТНД 38 Рисунок №23.1 • на смазывание подшипников и зубчатых колес передней коробки приводов и центрального привода, а также на смазывание шарикоподшипника задней опоры КНД, роликоподшипника передней опоры КВД и шарикоподшипника ведущей конической шестерни центрального привода • на смазывание подшипников и зубчатых колес задней коробки приводов • на смазывание шарикоподшипника задней опоры КВД и роликоподшипника опоры ротора ТВД • на смазывание роликоподшипника задней опоры ротора ТНД Для того, чтобы увеличение высоты полета не приводило к снижению прокачки масла через двигатель, производительность основного масляного насоса превышает в 1,5…2,5 раза необходимую прокачку масла через двигатель. Избыточное количество масла, подаваемое насосом, перепускается редукционным клапаном (КР) на вход в насос. Од действием деталей двигателя и под влиянием частичного испарения (особенно в опорах турбины) масло вспенивается, его объем увеличивается и в несколько раз превышает первоначальный, поэтому в системе смазки двигателя имеются шесть откачивающих насосов и только один нагнетающий. Отделение воздуха и газов в системе смазки достигается с помощью центробежного воздухоотделителя (ЦВО) Возвращение масла в бак происходит по следующей схеме: • из полости передней опоры КНД масло откачивается масляным насосом (НО) и поступает в полость передней коробки приводов (ПКП) • из распределительного корпуса и ПКП масло откачивается насосом (НО) и поступает в центробежный воздухоотделитель (ЦВО) 39 • из задней коробки приводов (ЗКП) и задней опоры ТНД масло откачивается и также поступает в центробежный воздухоотделитель (ЦВО) Масло, отделенное в центробежном воздухоотделителе (ЦВО) от воздуха и очищенное от механических частит в фильтре (Ф), поступает для охлаждения в топливно- масляный радиатор (ТМР). Охлажденное масло поступает из радиатора в масляный бак (Б) Воздушно-масляная эмульсия из центробежного воздухоотделителя (ЦВО) отводится в ПКП. При полном загрязнении маслофильтра (ФО) или фильтра (Ф) масло пойдет в обход фильтров через перепускные клапаны (КП). Система суфлирования состоит из клапанов и трубопроводов, соединяющих полости разделительного корпуса, ПКП, кожуха вала, ЗКП, задней опоры ТНД и масляного бака (Б) с центробежным суфлером (ЦС). Воздух из суфлера поступает в атмосферу по наружному трубопроводу. Центробежный суфлер поддерживает избыточное давление в суфлируемых полостях двигателя и в маслобаке. Давление масла в системе измеряется за нагнетающим насосом (НН) после сетчатого фильтра (ФО). Температура масла измеряется на входе в нагнетающий насос (НН). Кроме того, масляная система снабжена термосигнализатором, установленным в линии откачки масла из полости задней опоры. Измерение запаса масла в баке производится датчиком рычажно-поплавкового маслометра. Датчик имеет сигнальное устройство, которое выдает сигнал при достижении минимально допустимого уровня масла в баке. 6.2 Система топливопитания Система топливоподачи предназначена для бесперебойной подачи топлива от топливных баков к рабочим форсункам двигателя в количестве, обеспечивающем его нормальную работу на всех режимах и при любых внешних условиях. Систему топливоподачи двигателя в зависимости от назначения и давления ее агрегатах можно разделить на три системы: низкого давления, высокого давления и дренажную. В систему низкого давления входят: подкачивающий насос (НП), датчик расходомера (Р), топливно-масляный радиатор (ТМР) с сетчатым топливным фильтром (Ф), трубопроводы, соединяющие перечисленные агрегаты. 40 Рисунок №23.2 В систему высокого давления входят насос-регулятор (НР), температурный датчик (ТД), регулятор привода постоянной частоты вращения (РППО), датчик приведенных частот вращения (ДПО), центробежный регулятор (ЦР), исполнительный механизм (ИМТ), регулятор входного направляющего аппарата (РНА), цилиндр НА, гидроцилиндры, гидроцилиндр распределительной заслонки отбора воздуха, воздушные фильтры (Ф), топливные фильтры (Ф), форсунки и трубопроводы, соединяющие перечисленные агрегаты. 41 В дренажную систему входят передний дренажный бачок и трубопроводы, соединяющие дренажные полости агрегатов с бачком. Система низкого давления служит для подачи отфильтрованного топлива с избыточным давлением к насосу-регулятору, обеспечивая его безкавитационную работу. Топливо из самолетного топливного бака подводится к подкачивающему насосу (НП), во входном трубопроводе которого имеется пожарный кран. От насоса (НП) топливо поступает через датчик расходомера (Р) к топливомасляному радиатору (ТМР), в конструкцию которого входят перепускной клапан радиатора (КП), топливный фильтр (Ф) с перепускным клапаном (КП). В ТМР топливо подогревается, охлаждая откачиваемое из двигателя масло, и поступает в фильтр (Ф). Если перепад давлений топлива в радиаторе превысит допустимое значение, то клапан (КП) откроется и начнет перепускать топливо помимо радиатора. Так же работает клапан фильтра (Ф). Из ТМР по трубопроводу топливо поступает в насос-регулятор (НР). От НР по трубопроводам топливо под высоким давлением поступает в кольцевые топливные коллекторы 1 и 2 контуров, откуда к 15 форсункам. При запуске двигателя топливо под высоким давлением поступает от насоса- регулятора (НР) по трубопроводу через датчик приведенных оборотов (ДПО) к гидроцилиндрам клапанов перепуска воздуха. Одновременно топливо под высоким давлением поступает от НР по трубопроводам к гидроцилиндру. На проведенной частоте вращения ротора топливо сливается из гидроцилиндров КПВ через датчик приведенных оборотов (ДПО), минуя его сливную полость, и поступает на вход в насос-регулятор (НР). Для поддержания одинакового давления топлива в сливных полостях механизма регуляторов (ЦР), (РППО), (РНА), датчиков (ТД), (ДПО) они соединены трубопроводами с входным патрубком насоса-регулятора (НР) или его внутренней сливной полостью. Кроме того, из полости силовых цилиндров (РНА) и цилиндра НА, минуя сливную полость регулятора (РНА), производится слив топлива в трубопровод, расположенный за подкачивающим насосом. По трубопроводу топливо подводится к регулятору привода постоянных оборотов (РППО). Топливо из клапана поддержания перепада давлений на дозирующей игле автомата приемистости насоса регулятора (НР) поступает к золотнику центробежного регулятора (ЦР). При превышении частоты ограничения топливо из мембранной полости клапана поддержания перепада давлений поступает на вход в насос-регулятор (НР) золотник клапана при этом перемещается и подает гидравлический сигнал на уменьшение расхода топлива, ограничивая тем самым максимальную частоту вращения ротора ВД. 42 К температурному датчику (ТД) подводится под высоким давлением топливо от насоса-регулятора (НР), а подводится к датчику приведенных оборотов (ДПО) с командным давлением, пропорциональным температуре воздуха на входе в двигатель. Через воздушный фильтр (Ф), к автомату запуска насоса-регулятора (НР) подводится воздух, отбираемый за КВД. По трубопроводу через воздушный фильтр (Ф) к автомату приемистости насоса- регулятора (НР) подводится воздух под полным давлением р*к и р*вх. В левую и правую полости поршня гидроцилиндра управления углом установки входного направляющего аппарата КВД подводится топливо от регулятора (РНА). Через фильтр (Ф) топливо из регулятора РППО сливается на вход в НР. По трубопроводу топливо из нижней камеры поршня гидроусилителя насоса- регулятора (НР) подводится к исполнительному механизму (ИМТ) и по параллельному трубопроводу отводится на слив. При остановке двигателя топливо из коллекторов питания форсунок через клапан слива в насосе регуляторе (НР) сливается в передний дренажный бачок. Топливо, поступившее в передний дренажный бачок, вытесняется воздухом, отбираемым из канала наружного контура двигателя, в трубопровод суфлирования на срез реактивного сопла двигателя. 6.3 Система управления двигателем. Эксплуатационная надежность во многом зависит от нормального функционирования системы автоматического управления (САУ), которая должна обеспечить: • надежный запуск на земле и в воздухе независимо от внешних условий • точную ручную и автоматическую дозировку топлива на все режимах прямой и обратной тяги в соответствии с выбранными законами управления • устойчивую работу двигателя на переходных режимах. • Автоматическое управление механизацией КВД • Защиту конструкции от механических и тепловых перегрузок • Ручной останов двигателя со сливом топлива из контуров форсунок Эти задачи реализуются САУ с помощью следующих агрегатов: 1) Насоса-регулятора (НР), дозирующего подачу топлива в камеру сгорания двигателя на режимах как прямой, так и обратной тяги и управляющего работой воздушного турбостартера и гидроцилиндра заслони переключения отбора воздуха (ЗОВ), датчика приведенной частоты вращения (ДПО), управляющего по приведенной частоте вращения ВД шестью гидроцилиндрами клапанов перепуска воздуха и выдающего в агрегат РНА командное давление топлива, пропорциональное квадрату этой частоты. 43 2) Температурного датчика (ТД), измеряющего температуру воздуха на входе в двигатель и выдающего гидравлический сигнал в агрегат ДПО, пропорциональный измеряемой температуре, регулятора направляющего аппарата )РНА), который совместно с цилиндром направляющего аппарата предназначен для управления положением лопаток входного направляющего аппарата КВД в зависимости от приведенной частоты вращения ротора ВД 3) Центробежного регулятора (ЦР), ограничивающего максимальную физическую частоту вращения ротора НД 4) Исполнительного механизма (ИМТ) системы ограничения температуры газов за турбиной двигателя, гидроцилиндра управления заслонкой переключения отбора воздуха (ЗОВ), гидроцилиндров управления клапанами перепуска воздуха в КВД. 5) Насос-регулятор (НР) имеет гидравлическую связь с агрегатами ДПО, ТД, ИМТ и ЦР. В свою очередь с агрегатами РНА и ЦНА гидравлически связан датчик ДПО В САУ в качестве единственного управляющего фактора используется расход топлива Gт. Система включает в себя плунжерный топливный насос переменной производительности (насос-регулятор НР) с наклонной шайбой, которая выполняет функцию управляющего органа. 6.4 Система охлаждения. Турбина двигателя работает в условиях высоких температур. Для охлаждения деталей турбины применяется воздух, отбираемый из внутреннего и наружного контуров двигателя. Воздух с высоким давлением, отбираемый за последней ступенью КВД, охлаждает сопловые лопатки, рабочие лопатки и диски 1 и 2 ступеней турбины. Воздух с низким давлением, отбираемый из наружного контура, охлаждает диски 3–4 ступеней турбины, наружные кольца всех сопловых аппаратов, детали опоры роликоподшипника ТВД и детали задней опоры роликоподшипника ТНД. Для эффективного охлаждения сопловые лопатки выполнены пустотелыми, внутри них установлены дефлекторы. Для охлаждения элементов ТНД воздух поступает из наружного контура через козырьки, стойки задней опоры и отверстия в стойках и корпусе задней опоры, предварительно охладив детали задней опоры и коллектор термопар. Меньшая часть воздуха приходит через лабиринтное уплотнение и охлаждает заднюю сторону диска 6 ступени турбины, а большая часть – по каналу, образованному трубой и валом, поступает в полость между дефлектором и диском 3 ступени и охлаждает переднюю сторону этого диска. Поверхности остальных дисков охлаждаются воздухом, перетекающим из одной междисковой полости в другую. 44 Наружные кольца сопловых аппаратов ТНД охлаждаются воздухом, который поступает из наружного контура под кожух. Этот кожух служит также для уменьшения гидравлических потерь энергии газового потока в наружном контуре. Система охлаждения турбин позволяет отвести тепло от боковых поверхностей дисков и внутренних поверхностей их ступиц в проточную часть, а наличие осевых зазоров в замках елочного типа создает сопротивление передачи тепла в тело диска. Для уменьшения теплового потока, идущего от дисков к валам, каждый диск крепится к валу при помощи фланца, имеющего тонкостенную шейку, что позволяет уменьшить площадь поверхности соприкосновения деталей и создать между ними зазор. В шейках фланцев выполнены отверстия для прохода охлаждающего воздуха, которые дополнительно создают сопротивление подводу тепла к валам, а следовательно, и к подшипникам опор. 6.5 Противообледенительная система. Для предотвращения обледенения в проектируемом двигателе предусмотрен обогрев лопаток входного направляющего аппарата КНД и кока двигателя. Обогрев осуществляется воздухом, отбираемым за 11 или за 6 ступенью КВД. Переключение отбора производится автоматически в зависимости от частоты вращения ротора КВД. Три нижние лопатки ВНА КНД кроме воздушных каналов имеют каналы для подвода или отвода масла и обогреваются им независимо от работы ПОС. Рисунок №23.3 Противообледенительная система состоит из стакана отбора воздуха за 6 ступенью КВД, стакана отбора воздуха за 11 ступенью КВД, распределительной заслонки отбора воздуха (ЗОВ), электрозаслонки включения (ЗВ), теплоизолированного коллектора и трубопроводов, соединяющих перечисленные элементы. На режимах работы двигателя, при которых частота вращения ротора КВД ниже (8700) об/мин, воздух для обогрева отбирается за 11 ступенью, на более высоких режимах распределительная заслонка переключена в положение отбора воздуха за 6 ступенью. Переключение распределительной заслонки производится гидроцилиндром, в который подается топливо высокого давления от насоса-регулятора (НР). 45 Включение ПОС осуществляется открытием электрозаслонки (ЗВ), управляемой электромеханизмом. При включенной системе воздух через распределительную заслонку (ЗОВ), трубопроводы и электрозаслонку (ЗВ) поступает в кольцевой теплоизолированный коллектор и далее в полости в районе входных кромок лопаток ВНА. По указанным полостям воздух проходит к центральной втулке ВНА и, выйдя через отверстия в передней крышке, направляется на обогрев наружной обечайки кока. Из обечайки кока через отверстия воздух выходит в проточную часть КНД. Система сигнализации обледенения обеспечивает выявления обледенения, включение сигнальной лампы обледенение в кабине экипажа, включение электронагревательных элементов, обогревающих чувствительные элементы сигнализатора обледенения, и задержку выключения нагревательных элементов и сигнальной лампы после удаления льда для повышения стабильности сигнала обледенение. 6.6 Противопожарная система двигателя. Противопожарная система двигателя выполняется по единой системе и включает в себя систему сигнализации о пожаре и системы внутреннего и наружного пожаротушения. Система наружного пожаротушения является частью самолетной противопожарной системы. Система сигнализации о пожаре предназначена для выдачи сигнала в кабину экипажа в случае в случае возникновения пожара в защищаемых полостях двигателя и автоматического включения системы пожаротушения двигателя. Система сигнализации обслуживает одновременно два двигателя и состоит из четырех датчиков и одного блока-реле. Датчики устанавливаются совместно с демпферами на фланцах труб, суфлирующих полость между кожухом вала и внутренним корпусом камеры сгорания с полостью наружного контура. Датчики предназначены для выдачи сигнала блоку-реле о том, что в защищаемой полсти температура достигла предельного значения. Блок-реле системы сигнализации устанавливается на самолете и выполняет следующие функции: принимаем сигнал от датчиков, включает сигнальные лампочки при возникновении пожара в контролируемых полостях двигателей, подает напряжение на вход автоматического включения системы пожаротушения двигателя, от которого получен сигнал, обеспечивает контроль исправности и готовности системы сигнализации. При возникновении пожара в контролируемой полости термоЭДС батареи термопар датчика достигает значения, достаточного для подачи через блок-реле напряжение на сигнальную лампу и на вход цепи автоматического включения системы внутреннего пожаротушения двигателя, от которого поступил сигнал. Исправность системы сигнализации о пожаре проверяется переключателями контроля. При включении переключателя и при неисправности всей системы загорается 46 соответствующая сигнальная лампа, но напряжение на вход автоматического включения системы пожаротушения не подается. Внутренняя система пожаротушения состоит из баллона с огнегасящим составом (БОС). В качестве огнегасящего состава используется фреон 114В-2, трубопровода подвода огнегасящего состава к двигателю, трубопровода для подвода огнегасящего состава в полость кожуха вала, трубопровода для подвода огнегасящего состава в полость между кожухом вала и внутренним корпусом камеры сгорания, диафрагм, установленных в трубопроводах. Система пожаротушения может включаться как вручную, так и системой сигнализации. Работает система внутреннего пожаротушения следующем образом. При возникновении пожара в контролируемой полости двигателя система сигнализации о пожаре подает напряжение бортовой сети на сигнальную лампу и на вход автоматического включения системы пожаротушения. Огнегасящий состав под давлением подается по трубопроводу, прорывает диафрагмы и далее по трубопроводам поступает в контролируемые полости двигателя, из которых через систему суфлирования и систему лабиринтных уплотнений распространяется во все масляные полости двигателя. Рисунок №23.4 Система наружного пожаротушения состоит из труб со штуцером подвода огнегасящего состава к переднему, среднему и заднему противопожарным коллекторам, имеющим отверстия для распыла огнегасящего состава снаружи двигателя. Наружная система защищает от пожара подкапотное пространство в наиболее опасной в пожарном отношении зоне, где расположены агрегаты топливной и масляной систем двигателя, а также электрогенератор и гидронасос. |