Тема №12 АД. Лекция Общие сведения о компрессорах. Учебные и воспитательные цели в результате изучения данной темы студенты должны
 Скачать 1.78 Mb.
|
III. ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ – 8 минутПосле рассмотрения всех вопросов спросить курсантов все ли им было понятно. Ответить на возникшие вопросы. Проверить степень усвоения материала путем проведения устного опроса. Подвести итоги опроса, степени усвоения материала занятия, отметить активность курсантов. Подвести итоги занятия. Дать задание на самоподготовку: отработать конспект лекций, изучить рекомендованную литературу. Литература: 1. Лебедев А.А. «Основы авиационной техники», ч. I, – М.: Воениздат, 2007 г. 2. Тихомиров Ю.П. «Основы конструкции и эксплуатации авиационного турбореактивного двигателя», М.: Воениздат, 1972 г. 3. Нечаев Ю.Н. «Теория авиационных двигателей», – М.: Воениздат, 2006 г. Методическую разработку составил преподаватель майор А.Овчинников Групповое занятие №1. Конструкция компрессора высокого давления ГТД Учебные и воспитательные цели: В результате изучения данной темы студенты должны: Знать: знать конструкцию компрессора высокого давления, регулирование компрессора. Уметь: Применять полученные знания при практической эксплуатации авиационной техники. Учебное время: 2 часа. Место проведения: Стоянка авиационной техники. Литература: 1. Лебедев А.А. «Основы авиационной техники», ч. I, – М.: Воениздат, 2007 г. 2. Тихомиров Ю.П. «Основы конструкции и эксплуатации авиационного турбореактивного двигателя», М.: Воениздат, 1972 г. 3. Нечаев Ю.Н. «Теория авиационных двигателей», – М.: Воениздат, 2006 г.
I. ВВОДНАЯ ЧАСТЬ – 5 мин. Перед началом занятия проверить внешний вид студентов, пояснить, что групповое занятие является наиболее важным и ответственным этапом изучения данной темы и призвано закрепить полученные ранее теоретические знания по изучаемой теме. II. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ –75 мин. Довести до обучаемых тему и цель занятия, а также вопросы, выносимые на данное занятие. Вопрос №.1 Конструкция компрессора высокого давления. Компрессор высокого давления – осевой, девятиступенчатый, с постоянным наружным диаметром (рис. 2.3). Предназначен для сжатия воздуха, поступающего из КНД через канал промежуточного корпуса и подачи его в камеру сгорания. Ротор компрессора соединяется с валом через радиально-торцевые шлицы с ТВД, образуя двухопорный ротор газогенератора (КВД, камера сгорания и ТВД – составляют единый контур, называемый газогенератором). КВД имеет механизацию в виде трех поворотных НА, управляемых двумя гидроцилиндрами. КВД состоит из ротора и статора. Ротор КВД предназначен для передачи энергии с вала турбины к рабочим лопаткам, восприятия и передачи действующих на него нагрузок. Ротор КВД барабанно-дискового типа состоит из переднего барабана 4, диска 55 рабочего колеса (РК) № 3 с передней цапфой, среднего барабана 21, дисков 22,23,24 РК № 7,8,9 соответственно, диска заднего лабиринта 25 и вала 27. Передний барабан 4 состоит из дисков 3, 5 РК № 1 и 2 и проставки 12, изготовленных из титановых сплавов и сваренных между собой электронно-лучевой сваркой. Диски РК № 1, 2 имеют осевые замковые пазы типа «ласточкин хвост» под рабочие лопатки одинакового сечения. Диск РК № 3 выполнен заодно с передней цапфой и также имеет осевые замковые пазы типа «ласточкин хвост» под рабочие лопатки. Через отверстия в диске 55 РК № 3 подается воздух на охлаждение четвертой и пятой опор двигателя и наддува их предмасляной полости. Средний барабан 21 состоит из дисков РК № 4, 5 и 6 (16, 19, 20) и двух проставок 15 и 13, изготовленных из титановых сплавов, сваренных между собой электронно-лучевой сваркой. На барабане между дисками РК № 5 и 6 имеются отверстия для отбора воздуха, охлаждающего ТВД, и шесть радиальных лопаток 18. Эти лопатки приварены к специальному диску 17,который, в свою очередь, приварен к диску РК № 5. В среднем барабане выполнены кольцевые замковые пазы для лопаток РК № 4, 5 и 6. Диски РК № 7, 8 и 9 (22, 23 и 24) и диск заднего лабиринта 25 выполнены отдельно и соединяются между собой, а также со средним барабаном 21 и валом 27 двадцатью четырьмя призонными шпильками 26 через промежуточные кольца. В дисках РК № 7, 8 и 9 выполнены кольцевые замковые пазы. Передний барабан, диск № 3 и средний барабан стягиваются одним рядом призонных болтов 14, а передний лабиринт, диск № 3 и средний барабан – дополнительным вторым рядом призонных болтов 10. Ступенчатый диск заднего лабиринта 25, выполненный из жаропрочного сплава, работает по сотовому уплотнению, впаянному в кольцевые пазы диффузора камеры сгорания.  Рис. 2.3. Компрессор высокого давления: 1-ротор КВД; 2-шариковый подшипник; 3-диск РК № 2; 4-передний барабан; 5-диск РК № 1; 7-внутренняя обойма ВНА; 8-лопатка ВНА; 9-гребешковое уплотнение; 10-призонный болт; 11-гребешковое уплотнение; 12,13-проставка; 14-призонный болт; 15-проставка; 16-диск РК № 4; 17-диск РК № 5; 18-радиальная лопатка; 19-фиксатор; 20-диск РК № 6; 21-средний барабан; 22-диск РК № 7; 23-диск РК № 8; 24-диск РК № 9; 25-диск заднего лабиринта; 26-призонная шпилька; 27-вал; 28-лопатка НА № 8; 29-спрямляющий аппарат; 30-кольцо РК № 9; 31-кольцо РК № 8; 32-кольцевой воздухосборник; 33-лопатка НА № 7; 35-кольцо РК № 7; 36-лопатка НА № 6; 37-кольцо РК № 6; 38-лопатка НА № 5; 39-кольцо РК № 5; 40-фланец отбора воздуха на охлаждение турбины; 41-лопатка НА № 4; 42-кольцевой воздухосборник; 43-кольцо РК № 4; 44-лопатка НА № 3; 45-корпус № 3; 46-кольцо РК № 3; 47-лопатка НА № 2; 48-корпус № 2; 49-лопатка НА № 1; 50-поворотное кольцо; 51-рычаг; 52-корпус № 1; 53-внутренняя обойма НА № 2; 54-внутренняя обойма НА № 1; 55-диск РК № 3 Вал 27 ротора КВД соединен с ТВД радиально-торцевыми шлицами. Лопатки РК № 1, 2 и 3 выполнены с осевыми замками типа «ласточкин хвост» и фиксируются от перемещения отгибом с двух сторон пластинчатых замков. Лопатки РК № 4, 5, 6, 7, 8 и 9 выполнены с кольцевыми замками типа «ласточкин хвост» и контрятся специальными резьбовыми штифтами. Статор КВД является силовым элементом КВД, воспринимает все нагрузки, действующие на КВД, и передает их на корпус опор. Статор компрессора состоит из корпуса компрессора, регулируемого ВНА, регулируемых НА № 1 и 2, НА № 3, 4, 5, 6, 7, 8 и 9 и спрямляющего аппарата 29. Корпус компрессора состоит из корпусов № 1 и 2 (52 и 48), кольца 46 РК № 3 и корпуса 45 № 3. Центровка корпуса № 1 и 2 осуществляется призонными болтами, корпуса № 3 – центрирующим буртом. Центровка корпуса компрессора с корпусом ОКС осуществляется призонными болтами. На кожухе воздушной полости 42 имеются три фланца отбора воздуха 40, через которые воздух по трубам, проходящим в наружном контуре, подается для охлаждения турбины. На кожухе воздушной полости 32 имеется фланец для отбора воздуха на кондиционирование. ВНА состоит из поворотных лопаток 8 и внутренней обоймы 7. Поворотные лопатки имеют верхние и нижние цапфы. Верхние цапфы установлены в бобышках корпуса компрессора и вращаются во втулках, выполнены из антифрикционного материала. Нижняя цапфа расположена в стыковочных фланцах обоймы 7 и корпуса III опоры двигателя. НА № 1 и 2 состоят из поворотных лопаток 47 и 49 и внутренних обойм 53 и 54. Лопатки РНА № 1 и 2 имеют нижнюю и верхнюю цапфы. Верхние цапфы лопаток НА вращаются во втулках, выполненных из антифрикционного материала. НА № 3, 4, 5, 6, 7 и 8 состоят из набора консольных лопаток и двух полуколец. Наружными полками лопатки впаяны в полукольца НА. Спрямляющий аппарат состоит из лопаток НА №9,спрямляющего аппарата 29, наружной и внутренней обойм. Все детали спрямляющего аппарата объединены в паяную двухрядную решетку. От проворота НА № 3, 4, 5, 6, 7 и 8 и спрямляющий аппарат фиксируются пальцами, заделанными в бобышки корпуса № 3.  Рис. 2.4. Механизм обратной связи и механизм управления: 1-тяга; 2-вал; 3-регулируемая тяга; 4-кронштейн; 5-привод ВНА; 6-поворотное кольцо; 7-рычаг лопатки НА; 8-регулируемая тяга; 9, 10-ведущий рычаг; 11-регулируемая тяга Система управления КВД (рис. 2.4) обеспечивает поворот лопаток ВНА и НА № 1 и 2 в зависимости от режима работы двигателя. Диапазон углов отклонения лопаток ВНА и НА № 1 и 2 – от –30 до 0. Система управления КВД состоит из регулятора НА компрессора, двух гидроцилиндров, механизма обратной связи, механизма управления, указателя с лимбом, трубопроводов. Гидроцилиндры предназначены для изменения угла установки лопаток ВНА и НА первых двух ступеней компрессора. На промежуточном корпусе компрессора установлены два диаметрально расположенных гидроцилиндра, один из которых через вал 2 (рис. 2.4) связан с насосом-регулятором НР-59А, второй - с блоком заслонок наддува предмасляных полостей.  Рис. 2.5. Гидроцилиндр: 1-корпус; 2-стрелка-рычаг; 3-валик; 4-сухарь; 5-рычаг; 6-ползун; 7-поршень; 8-регулировочный винт; 9-крышка; 10, 11-штуцер; 12-дроссель; 13-штуцер Гидроцилиндры состоят из корпуса 1 (рис. 2.5), поршня 7, ползуна 6, рычага 5, валика 3, установленного в корпусе на шарикоподшипниках, лимба. На валике одного из гидроцилиндров устанавливается стрелка-рычаг 2, к которой крепится рычаг обратной связи к НР-59А. На валике второго гидроцилиндра вместо стрелки-рычага 2 устанавливается рычаг управления блоком заслонок с прикрепленной к нему стрелкой. Угол поворота валика 3 регулируется винтами 8, установленными в крышках 9 и ограничивающими ход поршня. Подвод управляющего давления топлива осуществляется через штуцеры 11 и 13, внутри которых расположены дроссели 12, обеспечивающие расход топлива на охлаждение агрегата. Отвод топлива из гидроцилиндра на слив производится через штуцер 10. Передача крутящего момента от валика 3 на поворотный НА компрессора производится с помощью сухаря 4. Давление топлива через один из штуцеров подводится к торцу поршня 7, перемещая его. Движение поршня через ползун 6 и рычаг 5 передается на валик 3, который через сухарь 4 поворачивает лопатки НА компрессора. Одновременно топливо из штуцера 11 или 13 проходит через дроссель 12 во внутреннюю полость корпуса гидроцилиндра, охлаждает детали и через штуцер 10 поступает на слив. Механизм управления предназначен для передачи крутящего момента от гидроцилиндров на лопатки ВНА и НА № 1 и 2. Механизм управления состоит (рис. 2.4) из двух приводов 5 ВНА, поворотных колец 6 ВНА и НА № 1 и 2, регулируемых тяг 8, ведущих рычагов 10 и рычагов 7 поворотных лопаток. Приводы 5 ВНА монтируются на верхних цапфах двух диаметрально противоположных лопаток ВНА. Каждый из приводов 5 ВНА находится на одной оси с приводом гидроцилиндра и связан с гидроцилиндром при помощи сухарного соединения. Приводы 5 ВНА связаны при помощи рычагов, выполненных заодно с приводом, с поворотными кольцами ВНА и с регулируемыми тягами 8 и 11. Поворотные кольца 6 соединяются с поворотными лопатками ВНА и с поворотными лопатками НА при помощи рычагов, смонтированных на верхних цапфах лопаток, а через рычаги 7 лопаток НА и ведущие рычаги 9 и 10 - с регулируемыми тягами 8 и 11. Тяги 8 и 11 выполнены регулируемыми для компенсации погрешности изготовления деталей, входящих в кинематику. Принцип работы КВД. Ротор компрессора, приводимый во вращение ТВД, передает воздуху, поступающему в проточную часть из-за вентилятора, механическую работу, вследствие чего давление воздуха увеличивается. Лопатки НА статора создают необходимое направление потоку на входе в каждую последующую ступень, а также частично преобразуют кинетическую энергию потока в потенциальную энергию давления. Сжатый в компрессоре воздух поступает в камеру сгорания. Вывод: данном вопросе мы изучили конструкцию компрессора высокого давления. Вопрос №2. Регулирование компрессора ГТД. Цели и способы регулирования В процессе эксплуатации приведенная частота вращения ротора может быть, как меньше, так и больше расчетной. Одним из основных требований при этом является устойчивая работа компрессора. Рассмотрим, как достигается выполнение этого требования. Для предотвращения «верхнего помпажа» компрессор должен иметь достаточный запас устойчивости при всех возможных nпp>nпр р. Если это условие не удовлетворяется, необходимо ограничить рост nпр за счёт снижения действительной частоты вращения путем уменьшения подачи топлива в двигатель. Уменьшение подачи топлива осуществляет летчик или специальные автоматические регуляторы. Гораздо сложнее предотвратить возникновение «нижнего помпажа». У двигателей с высоконапорными компрессорами приведенная частота вращения «нижнего помпажа» выше приведённой частоты вращения «малого газа». Поэтому запуск, вход на расчётный режим или дросселирование таких двигателей невозможны без специального регулирования компрессора. Основные способы регулирования компрессора: перепуск воздуха из средних ступеней в атмосферу; поворот лопаток направляющих или рабочих лопаток; применение многокаскадных компрессоров. Возможны комбинации способов. Таким образом, для обеспечения устойчивой работы многоступенчатого компрессора во всем диапазоне скоростей и высот полета воздушного судна и режимов работы двигателя необходимо регулирование компрессора. Рассмотрим способы регулирования компрессора. Регулирование компрессора перепуском воздуха. Перепуск воздуха из одной или нескольких средних ступеней компрессора в атмосферу является наиболее простым способом регулирования. Перепуск воздуха осуществляется через специальные окна на корпусе компрессора, равномерно расположенные по окружности. Открытие и закрытие окон производится по команде от системы автоматического регулирования двигателя специальными клапанами или лентами перепуска воздуха. При открытии клапанов или ленты перепуска расход воздуха через первые ступени увеличивается. Это приводит к увеличению осевых скоростей и к уменьшению углов атаки на лопатках первых ступеней. В результате предотвращаются срывы потока, повышается КПД и напорность первых ступеней. Перепуск воздуха в атмосферу из средних ступеней приводит к уменьшению расхода воздуха на последних ступенях. Поэтому осевые скорости воздуха на последних ступенях уменьшаются, а утлы атаки – увеличиваются. В результате степень повышения давления и КПД последних ступеней тоже увеличиваются (рис.11). Дать студентам (курсантам) перерисовать треугольники скоростей в конспекты.  Рис.11  Первые ступени Последние ступени Таким образом, перепуск воздуха уменьшает рассогласование ступеней компрессора при nпр<nпр р и предотвращает возникновение помпажа. В то же время перепуск воздуха приводит к снижению тяги и увеличению удельного расхода топлива, что является недостатком такого способа регулирования. |