ВКР компрессоры ГТД. ВКР компрессоры ГТД Гаврилов КО. Содержание Введение Цель и задачи
 Скачать 2.37 Mb.
|
|
А) При приведенной частоте вращения ротора ВД ниже 8000±150 об/мин лопатки установлены на исходный угол -35°. В этом случае вектор относительной скорости ω1 составляет с хордой рабочей лопатки угол i1, при котором обеспечивается плавное обтекание лопатки.   Б) Для обеспечения входа воздуха под наивыгоднейшим углом атаки при увеличении частоты вращения необходимо, чтобы относительная скорость сохраняла свое прежнее направление. Для этого лопатки ВНА следует повернуть в сторону увеличения установочного угла, что уменьшит предварительную закрутку потока. С этой целью на двигателях Д-30КУ и Д-30КП в диапазоне изменения частоты вращения ротора ВД от 800±150 до 9900±150 об/мин осуществляется поворот лопаток ВНА в сторону увеличения угла установки от -35° до -5°. Для сохранения параллельности направлений относительной скорости потока и относительной скорости на расчетном режиме необходимо, чтобы угол поворота лопаток был строго согласован с изменением частоты вращения. При частоте вращения ротора ВД выше 9900±150 об/мин лопатки установлены на угол -5°. Таким образом, поворот лопаток ВНА позволяет сохранить оптимальный угол атаки на рабочих лопатках при изменении частоты вращения ротора, благодаря чему обеспечивается бессрывное обтекание рабочих лопаток и тем самым расширяется диапазон устойчивой работы компрессора. Схема устранения помпажа перепуском воздуха из компрессора   На этом рисунке штриховой линией изображен треугольник скоростей на входе в рабочее колесо ступени при помпаже. В результате перепуска части воздуха из промежуточной ступени увеличивается расход воздуха, а следовательно, и осевые скорости в первых ступенях. Благодаря этому углы атаки лопаток этих ступеней уменьшаются, приближаясь к расчетным, что не только обеспечивает работу первых ступеней без срыва, но и приводит к возрастанию из КПД. Треугольник скоростей при включенном перепуске воздуха на рисунке показан сплошными линиями. Расход воздуха через ступени за местом перепуска уменьшится, что снижает осевые скорости на этих ступенях и приводит к увеличению углов атаки. В результате последние ступени будут работать тоже в условиях, близких к расчетным. Перепуск воздуха в атмосферу экономически невыгоден, так как ведет к снижению тяги двигателя и увеличению удельного расхода топлива а режимах перепуска. Клапаны перепуска остаются открытыми при запуске двигателя до момента достижения частоты вращения, равной 8600 об/мин, при дальнейшем увеличении частоты вращения клапаны закрываются. Клапаны перепуска воздуха (двигатель Д30-КУ)   Защита от попадания посторонних предметов Большое количество двигателей снимается с самолетов до выработки ими гарантийного ресурса из-за повреждения компрессора посторонними предметами, попавшими на вход двигателя при эксплуатации. Досрочный съем двигателей нарушает регулярность рейсов самолетов и приводит к большой дополнительной загрузке завода-изготовителя и ремонтных предприятий внеплановым ремонтом двигателей. Повреждение компрессоров двигателей снижает эксплуатационную надежность и безопасность полетов. Повреждения газовоздушного тракта в основном происходят от попадания в двигатель частиц износа с ВПП, пыли, льда, воды, проволоки щеток снегоочистителей, града, птиц и т.д. В зимнее время уровень съема двигателей по забоинам на лопатках превышает уровень съема в летнее время. Это объясняется ухудшенным состоянием ВПП и рулежных дорожек зимой из-за образования на них льда и внедрения в него твердых частиц. Преимущественно попадание посторонних предметов и частиц в газовоздушный тракт компрессора происходит: -во время рулежки, разбега и пробега из-под передних и основных колес шасси; из-под струй газов при позднем закрытии створок реверса тяги при посадке самолета; при работе двигателя на стоянке из-за возникновения вихревого жгута под воздухозаборником на поверхности ВПП. В настоящее время определены основные направления защиты двигателя от повреждений: предотвращение попадания посторонних предметов в воздухозаборник; очистка воздуха на входе в двигатель от посторонних предметов; создание «самозащищенных» двигателей, приспособленных к сохранению работоспособности в условиях попадания на вход посторонних предметов. Предотвращение попадания посторонних предметов в воздухозаборник осуществляется следующим комплексом мероприятий: применение на колесах шасси щитков; отработка методики взлета и реверсирования; - струйная защита от образования вихря; -совершенствование покрытий аэродромов и качества ухода за ними. Очистка воздуха на входе в двигатель от посторонних предметов осуществляется: применением управляемых сеток, перекрывающих вход в двигатель на соответствующих режимах; использованием искривлений воздухоподводящих каналов для организации инерционной очистки воздуха путем установки в местах поворота потока окон-ловушек;  -применением роторных систем защиты, в которых очистка воздуха от посторонних предметов осуществляется специальной ступенью, установленной перед входом в двигатель. Создание «самозащищенных» двигателей требует разработки: методики расчета полей скоростей, индуцируемых воздухозаборником двигателя; математических моделей движения посторонних предметов вне воздухозаборника и в его канале с учетом динамического взаимодействия с элементами летательного аппарата и силовой установки. Конструкции современных двигателей позволяют ремонтировать поврежденные лопатки вентиляторов и КНД вплоть до замены модулей без съема двигателя с самолета. В то же время повреждения КВД ведут к досрочному съему двигателей и их полной переборке. Анализ повреждений проточной части компрессоров показывает, что соответствующей компоновкой компрессоров, профилированием лопаток и проточной части, использованием систем сдува вихря и ПОС, можно существенно снизить вероятность повреждения лопаток КВД. Материалы, применяемые для деталей компрессоров Выбор материалов компрессора осуществляется исходя из свойств материала в рабочих усло виях эксплуатации. Деталь, изготовленная из выбранного материала, должна удовлетворять нормам прочности при заданных надежности и ресурсе. В компрессоре применяются четыре основные группы материалов: алюминиевые сплавы - в диапазоне температур, не превышающих 250оС; титановые сплавы –в диапазоне температур, не превышающих 500оС; -стали и жаропрочные сплавы - в диапазоне температур, превышающих 450…500оС; -полимерные композиционные материалы -в диапазоне температур, не превышающих 150…250оС. Алюминиевые сплавы Алюминиевые сплавы обладают еще меньшей массой - 2,65…2,85 г/см3. Однако их механические свойства и диапазон рабочих температур значительно ниже, чем сталей и титановых сплавов и сталей, что резко снижает область их применения. Препятствием для применения таких сплавов также является сравнительно низкая коррозионная стойкость. Материал требует применения специальных эмалевых или других покрытий для предотвращения коррозии.  Титановые сплавы В настоящее время наиболее широко в мировой практике применяются в конструкции компрессоров титановые сплавы. Титановые сплавы при сравнительно небольшой плотности ≅ 4,5 г/см3 против ≅ 7,8…8,3 г/см3 у сталей) обладают соизмеримым со сталями пределом прочности. Поэтому, заменяя стальные детали на титановые, можно получить заметное снижение массы компрессора, а значит и всего двигателя в целом. В то же время необходимо учитывать, что с увеличением рабочей температуры механические свойства титановых сплавов заметно падают. Кроме этого, титановые сплавы чувствительны к концентраторам напряжений, как заложенным в конструкции детали, так и появившимся в результате нарушения технологического процесса при изготовлении. Немаловажным фактором является также возможное нарушение температурного режима при изготовлении и эксплуатации деталей из титановых сплавов. Все перечисленное может привести к заметному снижению сопротивления усталости. Еще одним фактором, который необходимо учитывать при проектировании деталей из титановых сплавов, является так называемый «титановый пожар». Это явление возникает при продолжительном непрерывном контакте двух взаимно подвижных поверхностей из титановых сплавов. При этом детали разогреваются и происходит их сварка и даже возгорание. Для того, чтобы освободиться от такого явления, на одну из деталей, находящихся в зоне вероятного контакта, следует нанести прирабатываемое покрытие. В некоторых случаях даже принимают решение изготовить одну из деталей из другого материала, в том числе из стали, хотя это и ведет к увеличению массы конструкции. Стали и жаропрочные никелевые сплавы Эти материалы являлись бы оптимальными для изготовления деталей компрессора, поскольку они обладают наилучшими механическими свойствами, самым широким среди рассматриваемых материалов диапазоном рабочих температур, высокими эрозионными и коррозионными свойствами. Все это обусловило их полное доминирование на раннем этапе существования ГТД. Однако задача обеспечения минимальной массы может решаться только применением более легких материалов. Полимерные композиционные материалы В настоящее время в авиадвигателестроении все шире применяются ПКМ, обладающие относительно высокими механическими свойствами при сравнительно низкой удельной массе. До недавнего времени главным ограничением их применения являлись невысокие рабочие температуры - до 100оС, но за последний годы этот предел достиг 250оС (для стеклопластиков), а для отдельных новых материалов и 350оС. ПКМ состоит из двух основных компонентов: связующего (синтетической смолы) и волокнистого наполнителя (ткань или однонаправленный жгут из угле-, органо- или стекловолокна). Наполнитель воспринимает основные нагрузки, а связующее формирует из отдельных частей наполнителя (ткани, жгута, ленты) единое целое и обеспечивает распределение нагрузки. Узлы из ПКМ можно армировать металлическими элементами. Таким образом, готовый узел можно получить практически не применяя механическую обработку, и иметь при этом коэффициент использования материала близким к 100%. Однако стоимость отдельных компонентов материала и трудоемкость изготовления таких узлов, по сравнению с аналогичным металлическим, в несколько раз выше, что пока ограничивает сферу применения ПКМ в серийных двигателях.  ТО компрессоров  |