гтд. ГТД 400 готовый (3). Авиационная техника и технологии

• Название: Авиационная техника и технологии
• Дата: 04.11.2022
• Размер: 2.19 Mb.
• Имя файла: ГТД 400 готовый (3).docx
• Тип: Образовательная программа; #770309
• страница: 3 из 9

Введение
Для обеспечения необходимого для подшипников качения роторов и редукторов ГТД теплового режима применяется система смазки и охлаждения с прокачкой десятков и сотен литров в минуту, в то время как для обеспечения смазки поверхностей трения без учета теплонапряженности требуются всегомиллилитры. В работах указывается, что потери на трение в подшипниках смасловоздушным смазыванием смазкой масляным туманом существенно снижаются (до трех раз),хотя интенсивность теплоотвода в воздушно-масляную фазу также уменьшается. Из этого следует,что охлаждающая жидкая (однофазная) среда в трибоконтакте, обеспечивая теплоотвод от него, вэто же время является причиной увеличенного тепловыделения.Повышение износостойкости и ресурса высокооборотных трибосистем качения приуменьшении количества смазочного материала, подаваемого в зону контакта в видемасловоздушной смеси, не находит своего однозначного объяснения с позиции известных теорий,гипотез и положений о трении и изнашивании. Смазки включает в себя ряд положений, исходя из которых, для повышения ресурса, необходимо реализовывать обильное смазывание контакта и избегать возможностивозникновения условий масляного голодания. Тем не менее, практика высокоскоростныхтрибосистем качения и скольжения показала, что в ряде случаев обильное смазывание приводит к интенсивному изнашиванию поверхностей, их выкрашиванию илитермическому разрушению. Увеличение расхода смазочного материала для обеспеченияинтенсивного теплоотвода оказалось малоэффективным.

Увеличение ресурса за счет повышения износостойкости - это качественный и наиболее выгодный путь, второй - связан с увеличением предельных допусков износа, которые в связи со все возрастающими требованиями повышения скорости движением редукторы ГТД, а также точности действия механизмов не представляется возможным увеличивать. В этом случае повышение ресурса связано с заменой агрегаты авиационных двигателей, достигших предельного состояния. Этот количественный путь менее экономически выгоден.

Начало формы
Актуальность работы
При разработке современных авиационных двигателей наряду увеличение ресурса редукторов ГТД с использованием двухфазной масловоздушной смеси отвечающих всем требованиям для перспективных авиационных газотурбинных двигателей.

Непрерывное совершенствование двигателей летательных аппаратов диктует тенденцию увеличения ресурса, снижения массы и габаритов авиационного двигателя. Ресурс двигателя в значительной степени зависит от ресурса опоры ГТД, а также маслосистемы в целом. В свою очередь, ресурс опоры ГТД напрямую зависит от качества смазывания и степени охлаждения элементов опоры ГТД. Поэтому для обеспечения благоприятных условий работы опоры ГТД необходимо подавать достаточное количество масла для смазки и охлаждения. С другой стороны ужесточающиеся требования к массогабаритным и эксплуатационным характеристикам двигателя требуют уменьшения размеров маслосистемы и количества масла, используемого для смазки и охлаждения опоры ГТД при увеличении их ресурса.

Целью исследования является увеличение ресурса редукторов газотурбинных двигателей путем использования двухфазной масловоздушной смеси.

Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:

- использование изучение литературных список;

- исследовать гидродинамические процессы в граничных слоях пар трения редуктора ГТД;

- применение редуктор воздушного судно BombardierDash 8-Q400;

- провести стендовые испытания редуктора ГТД;

- проанализировать типов ГТД и перспективы их развития;

- определить увеличение ресурса редукторов ГТД с использованием двухфазной масловоздушной смеси;

Конец формы

Научная новизна

1) Доказана возможность сокращения сроков и объемов доводки масляных полостей опор ГТД за счет использования численного моделирования двухфазного течения.

2) Получено критериальное уравнение, позволяющее оценить объем масла, постоянно присутствующий в опоре во время работы двигателя.

3) Увеличение ресурса редукторов ГТД с использованием двухфазной масловоздушной смеси.

Основная часть

1. 
   Типы применяемых авиационных ГТД
   

1. 
   Редукторы воздушного судна Bombardier Dash 8-Q400
   

Начало формы

Редуктор сокращает частоту вращения воздушного винта, по сопоставлению с частотой вращения турбины обеспечивая приобретение максимального КПД винта при передаче избыточной мощности от турбины на вал винта. Редуктор мотора исполнен по замкнутой дифференциально-планетарной схеме (рис. 9).

Конец формы

Рисунок 9 - Кинематическая схема редуктора:/ — корпус перебора; 2 — вал вин­та; 3—корпус сателлитов; 4--рес­сора; z₁ — ведущая шестерня редук­тора; z₂— сателлит; z₃ — шестерни внутреннего зацепления; z₄ — ведущая шестерня перебора; z₅ — промежуточная шестерня; z₆ — шестер­ня внутреннего зацепления; 5-ступица; 6 – ИКМ; 7- ступица шестерни перебора
Начало формы

Основными узлами редуктора являются планетарная ступень, ступень перебора, вал винта, измеритель вертящего момента, датчик механического флюгирования воздушного винта по отрицательной тяге, проверочное устройство датчика, картер редуктора.

Конец формы

Планетарная ступень, ступень перебора и вал винта образуют ходовую часть редуктора. Конструкция редуктора приведена на Рис.10.

Рисунок 10 - Редуктор двигателя АИ 24: 1-вал винта; 2-уплотнение манжетное; 3,7-роликовый и шариковый подшипники вала винта; 4-картер редуктора; 5-втулка маслораспределительная; 6- кольца разрезные; 8-ступица; 9-корпус шестерен промежуточных; 10-шестерня промежуточная; 11-жиклер масляный; 12-ось шестерен промежуточных; 13,25-шестерни внутреннего зацепления; 14-сателлит; 15-ролик; 16-ось сателлита; 17-задняя цапфа корпуса сателлитов; 18-корпус сателлитов; 19-шестерня ведущая; 20-вал-рессора; 21-подшипник шариковый корпуса сателлитов; 22-форсунка масляная; 23-ступица планетарного механизма; 24-венец механизма ИКМ; 26-шестерня перебора ведущая; 27-форсунка масляная; 28- кольцо маслоотражательное
Планетарная ступень и ступень перебора

Планетарная состоит из вала-рессоры четыре (двадцать) с ведущей шестерней Zодин (девятнадцать), 3 сателлитов Z2 (четырнадцать), корпуса сателлитов три (семнадцать), шестерни внутреннего зацепления Z3 (тринадцать) со ступицей пять (тринадцать). Ступень перебора состоит из ведущей шестерни Z4 (двадцать шесть), пяти промежуточных шестерен Z5 (десять), корпуса перебора (восемнадцать) с венцом механизма ИКМ 1 (двадцать четыре) и шестерни внутреннего зацепления Z6 (двадцать пять) со ступицей семь (восемь). Ходовая часть редуктора работает дальнейшим образом: вал-рессора получает вращение от турбины мотора через ротор компрессора против часовой стрелки (если глядеть со стороны реактивного сопла), а следственно, и ведущая шестерня, которая передает вертящий момент на сателлиты, вращается против часовой стрелки. Сателлиты, вращаясь по часовой стрелке на осях (шестнадцать) корпуса сателлитов (восемнадцать), опираются зубьями на зубья шестерни внутреннего зацепления (тринадцать), обкатываются по ней и приводят во вращение против часовой стрелки корпус сателлитов (восемнадцать) и объединенный с ними внутренними шлицами вал винта 2 (1). Сама шестерня внутреннего зацепления планетарной ступени вращается по часовой стрелки и вращает в том же направлении ведущую шестерню ступени перебора Z4 (двадцать шесть) . Ведущая шестерня ступени переборов передает вертящий момент на пять промежуточных шестерен Z5 (10), которые получают вращение на осях (двенадцать) корпуса перебора (9) против часовой стрелки. Промежуточные шестерни Z5 (10)вращают шестерню внутреннего зацепления ступени перебора Z6 (двадцать пять)против часовой стрелки, которая передает вертящий момент на внешние шлицы вала винта (1).

Начало формы

Следственно, вертящий момент от ротора мотора на вал винта передается параллельно по двум ветвям: через корпус сателлитов планетарной ступени (около тридцати процентов) и через ступень перебора (остальная часть). Такая конструкция редуктора обеспечивает: равномерную нагрузку между шестернями, маленькие лобовые размеры, застыл результативной мощности мотора и передаточное число редуктора, равное 12.1.

Конец формы

Корпус перебора редуктора (9) через венец механизма ИКМ (24) соединен с картером редуктора посредством системы измерителя крутящего момента 7. Конструктивное исполнение ступени переборов в увеличенном масштабе приведено на рис. 11, а на рис. 12. приведено конструктивное исполнение крепления сателлитов. Установка на осях сателлитов и шестерен переборов конструктивно идентичны[11].

Рассмотрим конструкцию крепления сателлитов на валу водила рис.11.

Ведущая шестерня редуктора 1 свободно установлена по внутренним радиальным шлицам на рессоре 2 и зафиксирована от смещения в осевом направлении разрезными кольцами 3.

Рисунок 11 - Крепление сателлитов: 1-шестерня ведущая; 2-рессора; 3,18,19,20,27- кольца стопорные разрезные; 4,5-шарикоподшипники; 6-ступица планетарного механизма; 7- корпус сателлитов; 8- ось сателлитов; 9,10 - ролики; 11,12,16,17-втулка упорная; 13- втулка промежуточная; 14- сепаратор; 15-сателлит; 21- втулка маслораспределительная; 22- канал маслораспределительной втулки; 23- радиальный канал корпуса сателлитов; 24,25 –заглушки технологические; 26- шестерня внутреннего зацепления планетарной передачи; 28 – форсунка масляная
Корпус сателлитов 7 (водило) выполнен цельным коробчатой конструкции с двухсторонним креплением осей сателлитов. В цилиндрической конструкции водила, равномерно по окружности выполнены окна, в которых смонтированы сателлиты. Со стороны вала винта корпус водила переходит в пустотелый вал, соединенный эвольвентными шлицами с валом винта. Корпус сателлитов, установлен на двух шарикоподшипниках 4,5. Подшипник 4 установлен в корпусе подшипников картера, а подшипник 5 в ступице шестерни планетарного механизма 6. На среднией части вала корпуса сателлитов центрируется подшипниками скольжения корпус переборов. Для повышения износостойкости центрирующий поясок хромирован.

Начало формы

Сателлиты планетарной передачи пятнадцатой термообработаны, цементированы по профилю зубьев и установлены на валу сателлитов восемь на роликовых опорах 9.10 (по двенадцати роликов в одном ряду), в которых беговая тропинка внешняя обоймы исполнена на внутренней цилиндрической поверхности сателлитом, а внутренняя беговая тропинка на внешней поверхности оси сателлитов. Беговые тропинки цементированы.

Конец формы

Такое конструктивное исполнение опор существенно снижает радиальные габариты редуктора и его массу.

Перед установкой в корпус водила производится сборка узла сателлита с опорами на технологической втулке (укороченный имитатор оси сателлитов). При этом последовательно набирается на втулке упорная втулка 11, ролики 9, промежуточные втулки вала 13 и сепаратор 14, ролики 10, упорная втулка 12.

Собранный пакет устанавливается по внутренней цилиндрической поверхности сателлитов 15. С торцевых поверхностей роликов 9, 10 в сателлитах устанавливаются упорные втулки 16,17 и разрезные кольца 18, 19, которые ограничивают осевые перемещения сателлитов[5].

Торцевые поверхности распорных втулок упорных колец, обращенные к роликам, для повышения износостойкости цианированы.

Собранный узел сателлитов с опорами помещается напротив отверстий под вал в корпусе водила. Осью сателлитов выдавливается технологическая втулка. Ось сателлитов фиксируется от осевых перемещений в корпусе сателлитов при помощи разрезных колец 20. На упорном буртике оси выполнен срез, совпадающий при монтаже с лыской втулки подшипника и предохраняющий ось от проворота.

Внутри оси сателлитов размещена маслораспределительная втулка 21. Маслораспределительная втулка выполнена цилиндрической с концентричным центральным отверстием. На наружной поверхности втулки выполнено пять кольцевых пазов являющихся коллекторами для подвода масла на смазку и охлаждение роликов, зубчатого зацепления, подвода масла к осевому каналу втулки 22 и на смазку и охлаждение шарикового подшипника водила 5. Подвод масла к осевому каналу втулки осуществляется по радиальному отверстию 23 в корпусе водила 7 из внутренней полости вала винта. Со стороны двигателя канал втулки 21 закрыт заглушкой 24[12].

На радиальном отверстии подвода масла в корпусе водила также устанавливается технологическая заглушка 25.

Корпус водила с сателлитами устанавливается на шариковом подшипнике 4 и соединяется с валом винта по шлицам. Сателлиты обкатываются по зубьям шестерни внутреннего зацепления 26. Шестерня внутреннего зацепления соединяется со ступицей планетарного механизма 6 эвольвентными шлицами и стопорятся от осевого перемещения разрезными кольцами 27. Смазка зубчатого зацепления ведущей шестерни и сателлитов осуществляется специальных форсунок 28 установленных в корпусе сателлитов 7.

Вал винта. Вал винта 1 (рис.11) служит для передачи крутящего момента на воздуш­ный винт. Кроме того, вал воспринимает тягу винта, изгибающий момент от мас­сы винта и гироскопический момент.

Вал 1 пустотелый, установлен в картере редуктора 4 на двух подшипниках ка­чения: передний подшипник 3 — роликовый, задний подшипник 7— шариковый радиально-упорный, воспринимающий тягу винта и передающий ее на картер через стальную обойму.

На вал винта устанавливаются детали воздушно-кольцевого уплотнения, обойма роликового подшипника, маслораспределительная втулка 5 с набором брон­зовых уплотнительных колец 7 и разъемная (состоит из двух колец) внутренняя обойма шарикового подшипника 6, ступица шестерни внутреннего зацепления сту­пени перебора 8 и гайка.

Начало формы

Внутри вала винта установлена маслоперепускная пробка, через которую подается масло на управление воздушным винтом и на смазку деталей редуктора. Пробка зафиксирована от проворота штифтом. В передней части вала винта имеется фланец с торцевыми шлицами и отверстиями для соединения с воздушным винтом.

Конец формы

На заднем конце вала имеют­ся внешние и внутренние шлицы. Через внешние шлицы передается крутящий момент от ступени пере­бора 8, а через внутренние шлицы — от планетарной ступени 18.

Уплотнение носка винта вы­полняется воздушно - кольцевым или манжетным. Воздушно – кольцевое уплотнение состоит из крышки картера, втул­ки и двух стальных уплотнительных колец. В межкольцевое пространство подводится воздух из-за IV ступени компрессора через трубопроводы, канал в лобовом картере и отверстие в картере редуктора.

Манжетное уплотнение (рис.12) состоит из маслоотражательного кольца 28 и манжетного уплотнения 2.

Измеритель крутящего момента (ИКМ) (рис.11) служит для определения винтовой мощности, развиваемой двигателем при его работе на земле и в полете.

ИКМ состоит из маслонасоса, коллектора подвода масла, ци­линдров с поршнями, осей цилиндров и поршней, венца, деталей крепежа и уплотнения.

Работа ИКМ основана на принципе равновесия окружного усилия от крутящего момента на корпусе перебора и силы дав­ления масла в рабочих полостях цилиндров ИКМ.

Начало формы

Маслонасос ИКМ имеет непрерывную подачу 14...15 л/мин и создает давление масла до ста кгс/см2. Масло от насоса через пустотелую ось поршня подается в маслоколлектор, откуда через сверления в осях и штоках поршней поступает в полости между поршнями и цилиндрами. Из этих полостей масло через маслосбрасывающие отверстия в штоках цилиндров сливается в картер. В цилиндрах и маслоколлекторе устанавливается определенное давление масла, которое уравновешивает вертящий момент, передаваемый на корпус перебора. При увеличении мощности вырастает вертящий момент и корпус перебора, незначительно закручиваясь по часовой стрелке, перемещает цилиндры навстречу поршням; маслосбрасывающие отверстия уменьшаются, а давление масла в ИКМ повышается до тех пор, пока не уравновесит возрастающий вертящий момент.

Конец формы

Таким образом, каж­дой мощности соответст­вует строго определенное давление масла в ИКМ[13].

Это давление замеря­ется манометром и опре­деляет винтовую (эффек­тивную) мощность двига­теля.

Зная давление в ИКМ, можно подсчитать винто­вую мощность двигателя, умножив его на постоян­ный коэффициент 25,89.

На двигателе АИ-24 винт автоматически флюгируется по кру­тящему моменту при отказе двигателя на режимах 35,5° по УПРТ и выше при условии, что давление масла в ИКМ падает до 10 кгс/см² и ниже.

Начало формы

Флюгирование обеспечивается датчиком автоматическо¬го флюгирования винта. Датчик механического флюгирования винта по негативной тяге слу¬жит для подачи сигнала на механическое флюгирование винта при по¬явлении негативной тяги 720...850 кгс в случае - отказа мотора на режимах 26° по УПРТ и выше.

Конец формы

Датчик (рис. 12) установлен за шариковым радиально-упорным подшипником вала винта 10 и состоит из поршня 8 с тремя уплотнительными кольцами, цилиндра с четырнадцатью стаканами и втулкой, 14^ти пружин 12, золотника с пружиной 7.

Рисунок 12 - Схема работы датчика флюгирования по отрицательной тяге: / — поршень проверочного устройства; 2 — масля­ная полость проверочного устройства; 3 — корпус шарикового подшипника; 4 — электромагнитный клапан; 5 — канал подвода масла из полости фик­сатора шага; б — командный канал; 7 —золот­ник; 8 — поршень; 9 — канал подвода масла от маслоагрегата двигателя; 10 - шариковый под­шипник; // — вал винта; 12-пружины
Начало формы

Цилиндр прикреплен к картеру редуктора. Он имеет два канала: через один канал девять к датчику подводится масло от маслоагрегата под давлением 4...4.5 кгс/см2, которое поступает в полость между поршнем и цилиндром; через иной канал шесть масло от командного канала регулятора частоты вращения подходит к втулке, где установлен золотник[4].

Конец формы

Давление масла из маслоагрегата и давление 14^ти пружин соз­дают усилие настройки датчика 720...850 кгс, которое через пор­шень давит на подшипник, а последний сдвигает вал винта вперед и удерживает его с усилием 720...850 кгс в таком положении.

Начало формы

При происхождении в полете негативной тяги, превосходящей семьсот двадцать кгс, вал винта сдвигается на 1.5 мм назад, сдвигая поршень и золотник. Золотник своей кольцевой канавкой уведомляет командный канал со сливом в картер. Когда давление масла в командном канале регулятора частоты вращения падает ниже 2.5 кгс/см2, загорается красная лампа в кнопке флюгирования КФЛ-37. Если это происходит на режимах 26° по УПРТ и выше, то винт механически флюгируется.

Конец формы

Начало формы

Для проверки исправности системы механического флюгирования винта в конструкции редуктора предусмотрено особое устройство, разрешающее создавать осевую силу, способную перемещать вал винта в крайнее правое состояние на работающем моторе.

Конец формы

Проверочное устройство служит для проверки исправности системы автоматического флюгирования винта по отрицательной тяге при опробовании двигателя на земле.

Оно состоит из поршня 1 с двумя уплотнительными кольцами, расположенного в корпусе 3 шарикового подшипника 10; 12 пружин, установленных спереди поршня; электромагнитного клапана 4, уста­новленного на картере редуктора; переключателя проверки по отрицательной тяге.

Поршень устанавливается перед радиально-упорным шарико­вым подшипником вала винта.
Для проверки системы автоматического флюгирования винта по отрицательной тяге необходимо:

1. На работающем двигателе установить РУД в положение 0 по УПРТ.

2. Выключатель упора винтов поставить в положение «Винт на упоре».

3. Нажать переключатель проверки.

При этом масло из канала фиксатора шага винта 5 под давле­нием 38...40 кгс/см² через систему каналов и электромагнитный клапан, подается к поршню. Под действием давления масла на поршень создается усилие больше, чем усилие настройки датчика, поэтому вал винта сме­щается на 1,5 мм назад. Это вызывает срабатывание датчика и загорание лампочки в кнопке КФЛ-37, после чего переключатель проверки нужно отпустить. Исправность системы определяется по загоранию лампочки в кнопке КФЛ-37.

Картер редуктора. Картер редуктора отлит из магниевого сплава в виде усе¬ченного конуса. Картер редуктора крепится с поддержкой заднего фланца к лобовому картеру. На передней части картера имеется фланец с двумя рядами шпилек: внутренний ряд шпилек служит для крепления крышки носка редуктора и токосъемника; наружний ряд шпилек служит для крепления капота. В передней части картера запрессована магниевая маслоперепускная втулка с запрессованной в нее железный втулкой. В диафрагме картера крепятся цилиндр датчика механического флюгирования винта по негативной тяге. На внешней поверхности картера установлены масляный насос ИКМ и электромагнитный клапан проверочного устройства.

2. 
   Назначение редукторов
   

В разных отраслях производства часто применяются многообразные редукторы. Редуктор – это особое устройство, преобразующее вращение и изменяющее угловые скорости за счёт червячных либо зубчатых передач (подшипников, валов, колёс). Эти передачи располагаются в крепком закрытом корпусе, погружаемом в масляную ванну. Основное предназначение редуктора – быть частью привода в электромоторе либо двигателе внутреннего сгорания. Именно следственно область использования этих механизмов исключительно широка и многогранна.

Начало формы

Конец формы