Лекции 8-9. Советский и постсоветский периоды

.

Зазоры между ротором и статором. Контактные и расходные уплотнения проточной части. Расчет утечек воздуха через лабиринтное уплотнение. Регулирование радиальных зазоров между рабочей лопаткой и статором турбины. Конструкционные материалы.

Зазоры между ротором и статором. Контактные и расходные уплотнения проточной части. Расчет утечек воздуха через лабиринтное уплотнение. Регулирование радиальных зазоров между рабочей лопаткой и статором турбины. Выбор конструкционных материалов

Лекция

1) К юридической и исторической литературе в период от ок революции до 1936 года рассматривается как период перехода от капитализма к социализму. В результате проведенных общегосударственных мерроприятий политич основу гос-ва составила власть рабочего класса во главе с комунистической партией, а экономическая основа была представлена социалистической собственностью. Большие изменения произошли и в социальной структере населения. Буржеазия была ликвидирована как соц руппа. Основными социальными группами стали рабочие и крестьяне. Интеллегенция рассматривалась как некоторая социальная прслойка между рабочими и крестьянами. К началу 1936 г она на 90% состояла из выходцев из числа рабочих и крестьян. К 1936году в ссср были осуществленны след общегос мерроприятия

1. индустриализация

2. коллективизация селького хозяйства, т.е. создание коллективных сельских предприятий в виде колхозов

3. культурная революция

Курс на индустриализацмю в 1926г. Основной ее задачей было обеспечение развития промышленности путем строительства новых фабрик, заводов обеспечение населения страны рабочими местами и превращение ссср из аграрной в индустриальную. В это же времянчинается сварачивание НЭПа. коллективизация сельского хоз-ва была осущ в период с 1930-1936гг. ОСновные задачи: ликвидация мельских земельных участков и создание фундаменста социалистического сельского хоз-ва. В результате проведения этих мер ссср в начале 1936 году вышла на 2 место в мире по всем основным показателям. В стране было созданно собственное машинострание, судостроение, авиостроение и др отрасли, завершилось комбениерование сельского хоз-ва. по окончании гр в стране началась культ рев. Основные задачи

1. ликвидация безграмотности в стране

2. создание систем образования

3. подготовка собственных научных кадров

К 1936 году все эти задачи были выполнены.

В 30-е годы в стран сложился культ личности сталина, под которым понимается режим его личной диктатуры,выразившийся в его неограниченной власти и полной бесконтрольности. В советском союзе он занимал пос руководителя коммунистической партии. В оценке политической роли сталина история советского гос-ва сложилось 2 мнения

1. многие полит деятели и ученые ситают его тираном. губителем целых народов

2. в большой мере оценивают его положительные качества. Волевой характер сталина в реализации гос решений, что имело важное значение для экономики страны.

В30-е годы в стране прошло ряд политических процессов против врагов советской власти. Первые показатели политический процесс прошел весной 1935 года ДЕЛО ЛЕНИНГРАДСКОЕ, ТЕРРОРЕСТИЧЕСКОГО ЗЕНОВЬЕВСКОГО ЦЕНТРА (убийство кирова. Второй процесс летом 1935 годв КРЕМЛЕВСКИЙ ВОЗБУЖДЕННЫЙ. В 1937оду наиболее громкими политическими процессами были

· дело антисоветского, зиновьевский сход, который якобы организовывал самобаты в народном хоз-ве и троцкого изгоняют за пределы ссср применяя одну из мер уголовного наказания

· дело в отношение высшего командования ркрка маршала тухачевского

В марте 1938 года состоялся судебный процесс бухаренского-рыковского блока, цель которого была окончательная рассправа с оппозицией.

Международная обстановка с момента окончания гражданской войны и иностранной интервенции с весны 1920г и до конституции ссср 1936 года отличалась затишьем. В 1921 году рсфср заключило торговые отношения с англией германией норвегией австрией и италией. В апреля 1920г рсфср заключ дипломатические...В 1924 году ссср становил дипломатич отношения с целым рядом государств западной евпропы, латинской америки, а так же англией но в конце 1920года западным мир вступил в полосу экономиеского, а затем и политического кризиса. Последний обусловен в связи с приходом фашистов. Первоначально фашизм в италии - муссолини, испания- франкворд, 1933г германи - гитлер. Все эти обстоятельства послекли за собой международной обстаноки, что отразилось на внутреннем и международном положении ссср накануне второй мирово войны.

2) С образованием ссср в стране устаномилось 2 уровня законодательства

1. общесоюзное законодательства

2. законодательство союзных республик

К общесоюзному законодательству в соответствии в К ссср 1924 года относилось законодат закрепляющее основы, т.е. основные пложения, которые ксались вопросов судоустройся, судопроизводства, гражданского и уголовного законодательства, законодательства о суде, нароном образовании, здравоохранении, о землеустройстве и землепользовании, а так же правового статуса граждан и иностранцев прибывающих на территории ссср. Союзные республики с учетом положений закрепленных в основу соответствующего законоательтва разрабатывает свои собственные н-п акты. Из наиболее ранних общесоюзных нормативных актов известны основы законодательства о судоустройсте ссср, основвы законодат о судопроизводствессср, основые начала головного кодекса ссср - 1924г, общие начала землепользования,землеустройства и др.

Основы законодательства о судоустройстве закрепили общесоюзну систему судов, а основы законодатества о сдоутройстве ссср и союзных республик, закрепили основые положения относящиеся к гражданскому и уголовному процессам. основные начала ссср и союзных республик определяли понятие преступления, вины, закрепляли соответствующие их формы, предусматривали основные формы в соучастии преступления, обстоятельства исключающие уголовные явления, смягчающие и отягочающие явления. Оснока в основных началах вместе термина наказания - меры социальной защиты, которые делились на:

1. меры соц защиты исправительного характера

2. меры соц защиты медико-педагогического арактера

3. меры соц защиты мед характера

К первой группе: лишение свободы в домах заключения, принудительные работы, а так же лишение свооды в изоляторах спец назначения за особо опасные преступления - полная изоляция от общества.

Во второй группе: к молодеже, с целью их исправления пока была возможность. К ним относились промыш и сел-хоз комунны,трудовые колонии и др.

К третьей группе: применялись в отношении осужденных страдающих психическими и иными тяжкими заболеваниями, т.е. применялись в спец больницах.

Смертная казнь в гражданских судах не применялась, их назначали военные и военно-транспортные ребуналы, но вскоре в оборот снова ввели понятие наказания.

Общее начало землепользования и землеустройства 1928года регулировали вопросы землепользования, землеуйстройтва, переселения сельского населения, а так же землепользования в совхозах. Земля по К 1924г представляла искл собствееность гс-ва. Земляла давалась только тем лицам, которые обрабатывали ее своим трудом. Те, кто использовали на земле наемный труд объявлялся кулаком, т.е. врагом советской власти. После принятия конст 1936г в ссср произошло ряд измнений в системе ПО прежде всего в систме органов безопасности и обеспечения правопорядка, в субъектах органов прокуратуры. В конце 20-х годов руководство органами миллиции и систем НКВД былр переданно главным управлениям коммунального хозяйства. В начале 30-х годов НКВД были ликвидированы, вместо них НКВД СССР. Органы миллиции были переведены в подчинение подразделения ОГПУ. в отношении судебной системы в 1930году были введены ЖД линейные суды, а в 1934г горно-транспортные суды.

Прокуратура первоначально была уереждена в качестве структурного подразделения наркомата юстиций. В 1929г был принят закон сср о верховном суде ссср и о прокуратуре верховного суда ссср. В 1933г в соответствии с законом о создании ссср прокуратура была выведена в самост систем. Она была предствалена территориальной и спец прокуратурой. Территор осущ надзор за исполнением законов на соответствующих территориях:...На территории ссср были ликвидированы губернии уезды, пояились области и районы. К специализированны прок - прок усущ надзор за отдельными сферами...

3) В связи с прошедшими изменениями в стране с ок рев и до начала 1936г возникла необходимость в принятии новой, второй конституции ссср. Первая конст ссср, рассматривается как конст периода переход от капитализма к социализму. В 1936г социализм в стране утверился окончательно и это обусловило принятие втрой конст ссср, получившей именование КОНСТИТУЦИЯ ПОБЕДИВШЕГО СОЦИАЛИЗМА ИЛИ СТАЛИНСКАЯ КОНСТИТУЦИЯ. Решение о разработке второй конст ссср было принято на 7 съезде совеов ссср проходившего в январе-феврале 1935года. К середине мая 1936года проект нов конст был подготовлен и опубликован для всенародного обсуждения, которое происходило пол года. 5 дек 1936 года 8 чрезвычайный съезд утвердил конст ссср. Конституция 1936года действаовала до 1977года. 7 окт 1977года верховные совет ссср принял 3 конст ссср - КОНСТИТУЦИЯ РАЗВИТОГО СОЦИАЛИСТИЧЕСКОГО ОБЩЕСТВА. Конст ссср 1936г закрепила политич экономич и соц основы озданного социалистич общества. Политич основой по конституции 1936года было народовластие осуществляемая от его имени советом депутатов трудящихся. Наряду с другими положения конст 1936 года были закреплены основные права и обязанности, избират право всеобщее олее детально регулировалось гос устройство ссср. Характерной особенностью конст 1936г было то, что закрепленные в ней права граждан на жилье, образование, на охрану здоровья, на труд были не просто дикларацией, а реальные горантированные гом-вом. Несмотря на то, что она сталинская, она самая реальная коснт.

Конст ссср 1936 года сост из 13 глав, включающих в себя 146 статей.

1. общественное устройство

2. гос устройство

3. высшые органы гос власти ссср

4. высшые органы гос власти в союзных республиках

5. органы гос управления ссср

6. органы гос управления союзных республик

7. высшие органы гос власти автоновным советских социалистических республик

8. местные органы гос власти

9. суд и прокуратура

10. основные права и обязанности граждан

11. глава избирательная система

12. герб, флаг, столица ссср

13. порядок изменения конституции ссср

главы

1. в

2. содержались нормы закреплявшие принцип социалистического федерализма, которые опред ссср, как союзно гос-во образованное, на основе добровольного объединения. За этими республиками сохранялось право выходы из ссср

3. нормы глав от 3-8 содержали нормы, которые регулировали организациями и порядок изменения органов гос власти и гос управления. Согласно нормам главы 3 высший орган гос власти в ссср: верх совт ссср(вместо съездов советов ссср), президиум верховного совета ссср(вместо ВЦИКа). Верх совет ссср избирался населением на основе всеобщего и равного избирательно права при тайном голосовании. Верх совет был 2-ух палатным: совет союза, совет нациаональностей. Вер совет на совместом заседании обеих палат избирал президиум веховного совета. На совместном заседании избиралось правит ссср-СНК.

9. Основные положения касающиеся детельно суда и ппрокуратуры в главе 9 ссср Слд суды:

· верх суд ссср

· верх суды союзных республик

· суды областей, краев, автономных округов

· народные суды (краев и грродов)

· спец суды: военные, линейные, водно-транспортные

·

Лекция №8

Системы охлаждения турбины

Система охлаждения турбины служит для поддержания максимально допустимых значений температуры деталей, при которых обеспечивается достаточная механическая прочность конструкционных материалов и ресурс турбины, а также расчетные зазоры между подвижными и неподвижными элементами конструкции турбины.

Рис.8.1 Схема охлаждения двухступенчатой турбины

На рис.8.1. показана схема охлаждения турбины ТРДДФ, у которой температура газа перед турбиной составляет =1680К. Воздух, отбираемый за компрессором в количестве 8,65%, после прохождения через воздухо-воздушные теплообменники, расположенные во втором контуре двигателя, поступает на охлаждение турбины. Воздух в количестве 6,35% расходуется в ТВД и 2,3% в ТНД. На рабочие лопатки ТВД расходуется 2,6% воздуха.

Схемы воздушного охлаждения лопаток газовой турбины следующие:

– отвод тепла в охлаждаемый воздухом диск;

– внутреннее конвективное охлаждение;

– внешнее пленочное охлаждение;

– парциальное охлаждение;

– внешнее струйное охлаждение.

Применяют первые три системы воздушного охлаждения. В этих системах применяют в качестве охладителя воздух, отводимый от компрессора ГТД.

В системах охлаждения рабочих лопаток путем отводом тепла в охлаждаемый воздухом диск температура лопаток снижается благодаря отводу тепла от рабочих лопаток в диск турбины вследствие теплопроводности. Для интенсификации теплоотдачи диск охлаждают воздухом, подводимым под давлением. Теплоотвод в диск влияет на температуру лопатки только в её основании (на расстоянии - 1/3 длины лопатки). Температура средней и верхней частей лопатки практически не отличается от температуры газа. такие системы обеспечивают надежную работу лопаток турбины, изготовленных из жаропрочных сплавов, при температуре газа 1150…1200К. Расход охлаждающего воздуха на один диск может составлять 0,5…1% .

Внутреннее конвективное охлаждение лопаток может осуществляться по канальной или дефлекторной схемам. В канальных схемах охлаждение происходит при пропускании охладителя по продольным (радиальным) каналам, выполненным в пере лопатки. В некоторых лопатках внутренняя полость лопатки заполнена турбулизаторами, выполненными в виде штырьков, в том числе и соединяющих спинку и корытце лопатки.

При внутреннем конвективном охлаждении съем тепла производится в основном в средней части профиля. Недостаточно эффективно охлаждаются входные и выходные кромки лопатки из-за трудности размещения в них продольных каналов. Неравномерность температуры по профилю может достигать в ряде случаев до 490…600К. При изменении режимов работы ГТД по сечению возникают знакопеременные дополнительные термические напряжения, способствующие разрушениям от малоцикловой усталости.

На рис.8.3. приведена конструктивная схема лопатки турбины с повышенной интенсификацией теплоотдачи во внутренних каналах. Интенсификация теплоотдачи повышается за счет организации вихревого (вращательного) движения охлаждающего воздуха. Для плавного разворота воздуха без образования застойных зон в верхней части пера размещены дугообразные ребра со штырьковыми турбулизаторами между ними.

Рис.8.2. Рабочая лопатка с внутренним конвективным охлаждением

Рис.8.3 Схема конструкции лопатки с полупетлевым течением охлаждающего воздуха

Рис.8.4. Рабочая лопатка первой ступени ТРДД JT9D-7 (с внутренним дефлектором): 1 – отверстия; 2 – оребрение; 3 – перемычки; 4 – отверстия; 5 – упор; 6 – щель; 7 – дефлектор; 8 – заплечик

В некоторых конструкциях лопаток турбин с целью повышения интенсивности их охлаждения в лопатку устанавливают дефлектор (рис.8.4.).Воздух поступает внутрь дефлектора. Через отверстия в дефлекторе он выходит к передней, наиболее нагретой части лопатки. Далее воздух движется по зазорам (0,5 – 1,0 мм) между стенкой лопатки и дефлектором и выходит в проточную часть турбины через щель в задней кромке лопатки или вблизи её.

Наибольший эффект повышения интенсивности охлаждения лопаток достигается тремя способами:

· струйным обдувом оболочек профильной части сопловых лопаток и входных кромок рабочих и сопловых лопаток;

· оптимизацией расположения решетки поперечных цилиндрических турбулизаторов в щелевых каналах выходной кромки и части профиля;

· оптимизацией расположения повторяющихся полуребер на стенках каналов поперек или под углом к потоку.

Основные факторы, препятствующие повышению эффективности конвективного охлаждения:

· ограничение на увеличение перепада давления и абсолютного значения уровня давления охлаждающего воздуха из-за роста работы на прокачку воздуха через охлаждающие каналы лопатки;

· ограничение на увеличение площади теплопередающей поверхности и уменьшения гидравлического диаметра и проходного сечения каналов охлаждения, диктуемые прочностью стержней, формирующих каналы охлаждения при литье лопаток по выплавляемым моделям;

· ограничение на поперечные размеры каналов охлаждения, которые должны быть на порядок выше величины допуска на их изготовление и исключать засорение каналов в процессе работы.

Применение интенсификаторов теплообмена в каналах охлаждения приводит к перераспределению напряженного состояния лопатки по высоте и сечению за счет изменения площади поперечных сечений в зависимости от их массы и несущей способности лопатки. Интенсификаторы увеличивают в несколько раз нагрузки на оболочку лопатки. Эти нагрузки могут приводить к снижению ресурса лопаток на величину, равную повышению ресурса за счет снижения температуры лопаток от повышения эффективности конвективного охлаждения.

Практика проектирования, изготовления и эксплуатации ГТД показала, что лопатки турбины?? если фактические геометрические размеры удовлетворяют следующим условиям:

· минимальная толщина стенок лопаток 0,8 – 1,0 мм;

· минимальный диаметр внутренних каналов 0,5 – 0,8 мм;

· минимальный диаметр штырьков до 1,2 мм;

· минимальное значение радиусов переходов 0,8 мм;

· отклонение контура корыта и спинки от теоретического 0,25 мм для литых лопаток и 0,1 – 0,3 мм для лопаток из деформируемых сплавов;

· отклонение максимальной толщины профиля от теоретического 0,02 мм;

· отклонение входной кромки от теоретического 0,1 – 0,04 мм;

· смещение контуров корневого сечения от номинального положения 0,2 – 0,6 мм;

· отклонение угла закрутки пера лопатки от теоретического .

Внешнее пленочное охлаждение обеспечивает создание заградительной пленки воздуха, подаваемого через специальные щели или перфорацию в пере лопатки. пленочному охлаждению предшествует внутреннее конвективное, т.к. прежде чем попасть на внешнюю поверхность лопатки, охлаждаемый воздух течет по внутренним каналам. Поступая на внешнюю поверхность лопатки, воздух обтекает её на некотором участке, пока не будет размыт газовой струей. Поэтому для создания сплошной заградительной пленки необходимо вводить новые порции охлаждающего воздуха, располагая последующие ряды отверстий в тех местах, где пленка еще не полностью размыта газом.

стр.250

Пример охлаждения рабочей лопатки ТВД с использованием пленочного охлаждения. Внутреннее охлаждение этой лопатки выполнено по циклонно-вихревой схеме (вихревая матрица). Во внутренней полости вдоль передней кромки выполнен канал, в котором формируется течение воздуха с закруткой. Закрутка происходит вследствие его тангенциального подвода в канал через отверстия перегородки. Из канала воздух выбрасывается через перфорацию (0,3 – 0,6 мм) на спинку лопатки.

В центральной части лопатки на внутренних поверхностях выполнены пересекающиеся каналы, в которых формируется вихревое течение воздуха. Эффективность теплообмена увеличивается за счет большей площади внутренней поверхности лопатки и вихревого течения воздуха.

Рис.8.4. Лопатка с циклонно-вихревой схемой охлаждения

В районе выходной кромки выполнены перемычки различной формы. Они одновременно интенсифицируют теплообмен и увеличивают жесткость лопатки.

Подвод воздуха в систему охлаждения лопаток. Воздушное охлаждение турбин предусматривает организацию надежного подвода охладителя во внутреннюю полость лопаток с минимальными утечками. Особенностью охлаждения рабочих лопаток турбины является неизбежный подогрев воздуха в пере пустотелой лопатки от поджатия его центробежными силами. При окружной скорости 300…400 м/с подогрев может быть равен 40…70К.

Для компенсации этой температуры используется дополнительное охлаждение воздуха путем предварительной закрутки охладителя в направлении вращения диска турбины в аппарате закрутки (подкручивающей решетке).

Такая конструкция позволяет снизить температуру воздуха на 60..90К. Чем выше местная окружная скорость на радиусе приемных отверстий, тем больше эффект снижения температуры. Поэтому аппарат закрутки организуется в наиболее удаленной от оси замковой части диска, что, в свою очередь, приводит к увеличению диаметра лабиринтных уплотнений до предельных значений, равных диаметру внутреннего обода проточной части турбины, и к возрастанию утечек через лабиринт. Утечка 1% воздуха приводит к снижению КПД ступени на 1,5%.

Для исключения влияния утечек воздуха из-под лабиринтного уплотнения на КПД турбины используется схема перепуска этого воздуха в полость за рабочим колесом турбины. Охлаждающий воздух изолируется в полости между аппаратом закрутки и диском лабиринтными уплотнениями. Просочившийся через верхний лабиринт воздух направляется через канал в лопатке СА и кольцевой канал над рабочей лопаткой в полость за ней, не попадая в её проточную часть. Этот воздух сработает на следующей ступени турбины.

Корпус турбины охлаждают воздухом и защищают от нагрева с помощью теплоотражательных экранов или теплоизоляционных кожухов. Таким путем уменьшают усадку, коробление и растрескивание корпусов, изменение величины радиальных зазоров в турбине, нагрев подшипников роторов турбин.

Корпус СА охлаждают продувкой воздуха снаружи или изнутри. При наружном охлаждении воздух подводят от промежуточной ступени компрессора, из камеры сгорания, из второго контура или из атмосферы под экран, в который заключают корпус. Такой способ охлаждения корпуса конструктивно прост, однако требует большого расхода воздуха. Значительное снижение температуры стенок корпуса при умеренных расходах воздуха (0,5% .)достигается охлаждением корпуса с внутренней поверхности. Воздух продувается через полости, образованные внутренней поверхностью корпуса и монтажными полками сопловых лопаток.

Ниже приведены конструкции корпусов с внутренней поверхности.

Корпус СА ТВД ТРДДФ АЛ-31Ф

Корпус ТСД ТРДД Д-18Т.

Корпус ТНД ТРДД Д-18Т.

Схема системы охлаждения турбины ТРДДФ РД-33

Для охлаждения используется вторичный воздух КС, воздух, отбираемый за пятой ступенью КВД и воздух из второго контура. В турбине высокого давления охлаждаются сопловые и рабочие лопатки, диски турбины и корпуса соплового аппарата.

Лопатки соплового аппарата – двухкамерной конструкции, имеют конвективно-пленочное охлаждение. На охлаждение сопловых лопаток ТВД подается вторичный воздух КС раздельно в переднюю и заднюю камеры. Внутри передней и задней камер установлены дефлекторы с перфорированными стенками. Из передней камеры воздух выходит в проточную часть через отверстия в зоне входной кромки и передней части профиля, создавая заградительную воздушную завесу. Из задней камеры охлаждающий воздух выпускается через щель в задней кромке и отверстия в средней части «корыта» профиля.

На наружной и внутренней полках секторов сопловых лопаток имеются отверстия для создания охлаждающей пелены у полок.

Рабочие лопатки ТВД имеют конвективное охлаждение с полупетлевой схемой движения воздуха. Для интенсификации охлаждения во внутренней полости лопатки размещены турбулизирующие штыри. На охлаждение рабочих лопаток подается воздух, отбираемый за пятой ступенью компрессора. Этот воздух подается под покрывной диск и далее через канал «В» и отверстия в ободе диска к хвостовикам РЛ. Выброс воздуха производится через щель в выходной кромке лопатки.

Теплозащита диска ТВД обеспечивается продувкой воздухом наружной «Б» и внутренней «В» околодисковых полостей и исключением возможности проникновения в полость «Б» газа из проточной части турбины. Для наддува полости «Б» отбирается вторичный воздух КС через отверстия во внутреннем корпусе СА. Выход охлаждающего воздуха в газовый тракт происходит через трехступенчатый вертикальный лабиринт и далее через осевой зазор в зоне нижних полок лопаток. Этот воздух, омывая обод диска, ножки и нижние полки РЛ, обеспечивает их охлаждение и теплозащиту.

Теплозащита диска от теплового потока со стороны РЛ достигается за счет большого термического сопротивления удлиненных ножек лопаток и теплосъема в воздушных каналах самих ножек и замков. Охлаждение ступицы диска осуществляется воздухом, перетекающим из полости «А» в полость «Д». Тыльная сторона диска обдувается воздухом, отбираемым за пятой ступенью КВД, проходящим в полость «Е» через сопловые лопатки ТНД.

В турбине низкого давления охлаждаются сопловые и рабочие лопатки, диск и корпуса. Охлаждение сопловых лопаток ТНД – конвективное, с поперечной схемой течения охлаждающего воздуха. Воздух по трубам подводится от пятой ступени КВД, входит во внутреннюю полость дефлектора через отверстия в зазор между внутренней поверхностью лопатки и дефлектором и выпускается в газовый тракт через отверстия у выходной кромки со стороны «корыта».

Рабочие лопатки ТНД имеют внутреннее конвективное охлаждение радиальной схемы. Для интенсификации охлаждения во внутренней полости лопатки размещены турбулизирующие штыри. Охлаждение рабочих лопаток ТНД осуществляется воздухом, отбираемым в полость «Е» через сопловые лопатки. Воздух входит в лопатку через отверстия в торце и выходит через щель в верхней бандажной полке лопатки.

Передняя поверхность диска ТНД охлаждается воздухом, поступающим из полости «Е», тыльная поверхность – воздухом, отбираемым из второго контура, который поступает через полые стойки и отверстия корпуса опор и через лабиринтные уплотнения вытекает в газовый тракт и в предмасляную полость «Ж».

Ступица диска охлаждается смешанным воздухом от КНД и пятой ступени КВД, перетекающим из полости «Д» в полость «Ж».

Корпус ТНД снаружи охлаждается воздухом второго контура. Внутренняя полость передней части корпуса (в зоне крепления компенсационной обоймы над РЛ ТВД) слабо охлаждается вторичным воздухом, используемым для обдува компенсационной обоймы. Экраны, установленные с наружной и внутренней стороны передней части корпуса, способствуют повышению термической инерционности этой части с целью оптимизации радиального зазора между торцами РЛ и корпусом.

Охлаждение корпуса опор осуществляется подводом воздуха второго контура через полые стойки. Между стойками и обтекателями организовано перетекание этого воздуха для их охлаждения.

№ п/п	Наименование охлаждаемого элемента	Расход охлаждающего воздуха в %
	Сопловой аппарат ТВД
- передняя полость сопловых лопаток	1,2
- задняя полость сопловых лопаток	0,9
- верхние полки сопловых лопаток	0,4
- нижние полки сопловых лопаток	0,3
	Компенсационная обойма над РЛ ТВД	0,25
	Сопловой аппарат ТНД	1,35
- сопловые лопатки	0,27
	Рабочие лопатки ТВД	1,5
	Рабочее колесо ТНД	0,85
- рабочие лопатки ТНД	0,4

Лекция №9

Зазоры между ротором и статором

Применив цилиндрическую систему координат к двигателю (осевая координата совпадает с осью двигателя), можно разделить зазоры (в компрессоре и турбине) на два вида:

· осевые (расстояние между двумя соседними лопаточными венами);

· радиальные (между концом рабочей лопатки и корпусом или между внутренним бандажом лопаток НА и барабаном ротора).

Радиальные и осевые зазоры между ротором и статором устанавливают такими, чтобы исключить возможности касания частей ротора о детали статора при самых неблагоприятных условиях работы двигателя, когда вследствие упругих и температурных деформаций корпуса и ротора зазоры, установленные в холодном состоянии (монтажные зазоры) уменьшаются. Одновременно в них должно быть обеспечено минимальное перетекание воздуха.

Радиальные зазоры в проточной части оказывают большое влияние как на рабочие характеристики турбины.

Рис. Радиальный и осевой зазоры

При выборе радиальных зазоров следует учитывать их изменение при увеличении температуры ротора и статора, вытяжку рабочих лопаток и ротора от действия центробежных сил и деформацию статора от действия внутреннего избыточного давления. Допустимые величины относительного радиального зазора 0,002…0,007 для лопаток первых ступеней и 0,015…0,04 для последних ступеней. Величина может быть уменьшена до 0,0015…0,004 (для первых ступеней) при использовании мягких прирабатываемых покрытий рабочих колец корпуса над концами рабочих лопаток на основе графита, талька, композитов. Чем жестче корпус и ротор, тем меньше радиальные зазоры.

Радиальный зазор между бандажом НА и гребешками лабиринтного уплотнения в холодном состоянии обычно составляет = 0,2…2,0 мм.

Осевые зазоры для уменьшения длины компрессора желательно иметь минимальными. Однако при слишком малых зазорах возможна неустойчивая работа ступени и сильные вибрации лопаток.

На среднем радиусе относительная величина осевого зазора составляет 0,15…0,25.

При рассмотрении осевых зазоров учитывается осевое смещение статора относительно ротора, а радиальных зазоров – радиальное смещение. При рассмотрении зазоров, образованных коническими поверхностями необходимо учитывать как осевое, так и радиальное смещение статора относительно ротора.

Детали ротора и статора работают в различных условиях:

· имеют различное тепловое состояние;

· испытывают различные нагрузки.

Это приводит к изменению зазоров между ротором и статором во время работы двигателя. При запуске двигателя растет температура в проточной части турбины и изменяется тепловое состояние деталей. Детали ротора обладают большей тепловой инерцией (более массивные), чем детали статора. Из-за этого радиальный зазор увеличивается относительно монтажного. Далее зазор перестает увеличиваться и начинает уменьшаться по мере прогрева ротора (ротор догоняет статор). Зазоры стабилизируются, когда тепловое состояние узлов турбины становится постоянным на установившемся режиме. В этих рассуждениях пренебрежем вытяжкой деталей ротора от действия центробежных сил, так как её влияние значительно меньше. При остановке двигателя корпус турбины остывает быстрее, чем ротор, поэтому радиальный зазор уменьшается и становится меньше монтажного. Скорость изменения зазоров пропорциональна времени, за которое происходит полный останов двигателя. Если монтажные зазоры выбраны неправильно, то при резком снижении режима работы двигателя радиальные зазоры могут стать нулевыми, произойдет заклинивание ротора.

При выборе монтажных зазоров необходимо учитывать их влияние на зазоры в процессе осуществления полетного цикла, а значит на КПД турбины. Течение газа в турбине имеет сложную трехмерную структуру. В зависимости от величины зазора меняется характер течения и, как следствие, изменяется КПД компрессора.

Уплотнения в осевой турбине применяются для изолирования воздушных и масляных полостей и для уменьшения перетекания газа из полостей с большим давлением (с входа ступени) в полости с меньшим давлением (на выход ступени).

По конструктивному исполнению уплотнения могут быть контактными (безрасходными) и бесконтактными (расходными).

Контактные уплотнения – кольцевые, торцовые, радиально-торцовые (РТКУ) применяются для уплотнения масляных полостей. Они предназначены для ограничения полости суфлирования (полости подшипника) и исключения перетекания масла из нее в проточную часть двигателя. Например, в двигателях Д-36, Д-136, Д-336 на всех опорах установлены однотипные РТКУ – графитовые радиально-торцовые контактные уплотнения

	Уплотнения валов
Контактные		Бесконтактные
	Щелевые		Динамические		Гидростатические
Сальниковые		С фиксированной гладкой стенкой		Плавающие кольца		Торцовые
Манжетные			Винто-канавочные		Радиальные
Контактными кольцами (РТКУ)		Лабиринтные		Лабиринтно-вихревые
Торцовые (ТКУ)	Гидродинамические

Рис.9.1 Классификация уплотнений валов

Кольцевые уплотнения типа поршневых колец (применяют 2-3 разрезных кольца) выполняются с кольцами диаметром более 200 мм при относительных скоростях до 100 м/с и перепадах давления до 0,2…0,3 МПа (передняя опора Р11Ф-300). Кольца изготавливают из хромистого чугуна с пористым хромированием торцовых поверхностей или из оловянистой бронзы. Упругость колец подбирается так, чтобы при вращении вала кольцо оставалось неподвижным или лишь слегка покачивалось.

Рис.

Торцовое контактное уплотнение создается прижатием невращающейся уплотнительной втулки с кольцом из антифрикционного материала к буртику вала (F100-PW-100). Усилие прижима зависит от затяжки пружины и перепада давления по обе стороны уплотнения. В качестве антифрикционного материала используются графит, чугун, бронза, композиционные материалы.

Рис.

При оценке эффективности РТКУ определяется расход воздуха через РТКУ из полости наддува в полость суфлирования. Давление в полости наддува выше, чем давление в подшипниковой полости (полости суфлирования), поэтому масло из полости суфлирования не попадает в полость наддува, а воздух из полости наддува поступает в полость суфлирования.

Расход воздуха через РТКУ определяется по формуле Христиановича

,

где – коэффициент расхода;

– эмпирический коэффициент для РТКУ данной схемы;

и – полные давление и температура воздуха в полости наддува;

– площадь проходного сечения;

– газодинамическая функция – приведенная массовая скорость.

Параметры воздуха и перед РТКУ (в полости наддува) берутся из результатов расчета наддува. Площадь проходного сечения для данного типа РТКУ слагается из нескольких составляющих:

,

где – просвет на дуге 60⁰ по наружному диаметру графитового кольца;

– зазор между графитовым кольцом РТКУ и контртелом при «всплытии» РТКУ во время работы двигателя;

– площадь зазора в разрезе графитового кольца РТКУ, выступающем над контртелом.

Газодинамическая функция – отношение скорости воздуха при адиабатном течении к критической скорости потока. Величина определяется по соотношению давлений в предмасляной полости и полости суфлирования : , где – показатель адиабаты для воздуха.

Температура воздуха на выходе из РТКУ определяется по зависимости .

В качестве бесконтактных уплотнений применяются лабиринтные и щелевые. Лабиринтные уплотнения используют принцип многократного дросселирования газа, протекающего через каналы с резко изменяющимися проходными сечениями (через узкую щель в большой объем).

Рис.

Эффективность работы лабиринтного уплотнения зависит от числа гребешков, их конфигурации, перепада давления между уплотняемыми полостями и от величины зазоров. Эффективность уплотнения оценивается величиной утечки

, кг/с,

где – коэффициент расхода, учитывающий особенности расширения газа в зазоре и неполноту торможения в камере лабиринта (зависит от типа лабиринта и формы гребешков);

– площадь сечения щели, м²;

и – давления по обе стороны лабиринта, Па;

– газовая постоянная, Дж/кг град (для воздуха = 287);

– число гребешков.

Величина через уплотнение рекомендуется не более 1% от расхода воздуха.

Экспериментальные исследования показали, что эффективность уплотнений при увеличении числа гребешков больше 6 – 8 возрастает незначительно. Поэтому, при необходимости установки большого количества гребешков или при ограниченной длине лабиринта выполняют двух- или трехъярусные компоновки. Кроме типа и числа гребешков на эффективности уплотнения сказывается форма кромок. Экспериментально установлено, что даже небольшое скругление кромок приводит к заметному ухудшению работы уплотнения.

Осевые и радиальные щелевые уплотнения являются разновидностью лабиринтных уплотнений.

Рис.

Лабиринтные и щелевые уплотнения обычно работают в паре с мягкими легко прирабатываемыми покрытиями.

2.10. Конструкционные материалы, применяемые для изготовления деталей турбин

Выбор материала для изготовления деталей турбины определяется в основном тепловым состоянием их во время работы. Значительные температуры нагрева и резкие их изменения, статическая, динамическая и циклическая нагруженность и ряд других факторов обусловили специфические требования к выбору конструкционных материалов для основных деталей газовых турбин: рабочих и сопловых лопаток, дисков, корпусов, валов и других деталей. В числе этих требований:

- длительная жаропрочность;

- сочетание высокой сопротивляемости ползучести при достаточной пластичности;

- стойкость против газовой коррозии и эрозии;

- достаточно высокая теплопроводность.

Этим требованиям в достаточной мере удовлетворяют жаропрочные сплавы на никелевой и в ряде случаев - кобальтовой основе.

Для изготовления деталей, работающих при температуре до 250⁰С, могут быть применены алюминиевые и магниевые сплавы, до температуры 500⁰С – титановые сплавы, при температуре выше 500⁰С – нержавеющие и жаропрочные стали.

Рабочие лопатки выполняют из сплавов на никелевой основе:

ЖС3 (ЭИ618); ЖС6К; ЖС6КП; ЖС6У; ЖС6Ф; ХН77ТЮР (ЭИ437Б);ХН70ВМТЮ (ЭИ617); ХН70МВТЮБ (ЭИ598); ХН55ВМТЮКЮ, ЭП-220 (ХН51ВМТЮКФР);. ЭИ827 (ХН75ВМЮ); ЭИ867 (ХН62МВКЮ); ВЖЛ8. Также применяется литейный сплав ВЖЛ12У. Для последних ступеней ТНД может использоваться никелевый сплав ЭИ893 (ХН65ВМТЮ). Находит применение сплав ВКЛС-20.

Жаропрочные стали: ЭИ388;(40Х15Н7Г7Ф2МС); ЭИ696 (10Х11Н20Т3Р); ЭИ696М (10Х11Н23Т3).

Для сопловых лопаток используют сплавы на никелевой основе ЖС3, ЭИ893 (ХН65ВМТЮ);АВН-300; ЖС6К, ЭИ435 (ХН78Т), ЭИ652 (ХН70Ю) и на кобальтовой основе -ЛК-4. Также применяются литейный сплав на никелевой основе ВЖЛ8.

Используются жаропрочные стали: ЭИ388 (40Х15Н7Г7Ф2МС); ЭИ417 (20Х23Н18).

Для дисков применяются сплавы на никелевой основе ХН77ТЮР (ЭИ437Б), ЭИ698 (ХН73МБТЮ); и хромоникельмарганцовистая сталь 37Х12Н8Г8 МБФ при меньших температурах нагрева. Также используются жаропрочные стали ЭИ388;(40Х15Н7Г7Ф2МС); ЭИ736 (13Х14Н3В2ФР); ЭИ696М (10Х11Н23Т3).

Детали корпусов изготавливают из 13Х11Н2В2МФ (ЭИ961); ВЖ102; 20Х23Н18 (ЭИ417); 12Х18Н9Т (Х18Н9Т). Используются сплавы на никелевой основе: ЭП199 (ХН56ВМТЮ). Также применяется литейный сплав ВЖЛ12У, жаропрочные стали: ЭИ388 (40Х15Н7Г7Ф2МС); ЭИ696 (10Х11Н20Т3Р).

Для валов используют 13Х14Н3В2ФР (ЭИ736), 18Х2Н4МА, 40ХН2М.

Крепежные детали (болты, гайки, шпильки) изготавливают из ХН77ТЮР и др.

В этом многочлене два первых коэффициента при старших степенях λ определяются лишь произведением элементов главной диагонали определителя , т.е. выражением вида:

.

Так что с точностью до знака , а – след матрицы А, т.е. сумма диагональных элементов матрицы А. Легко найти также . Из уравнения (€) видно, что если принять , то .

Всякий вещественный корень уравнения (€) будет собственным значением оператора А. Этому собственному значению будут соответствовать собственные (ненулевые) векторы оператора А (их может быть больше одного), координатные столбцы которых найдутся из уравнения .

Комплексным корням уравнения (€) с точки зрения линейных пространств, в которых рассматривается умножение векторов лишь на действительные числа, не будут соответствовать никакие собственные векторы.

Что будет происходить с собственными значениями и собственными векторами при смене базиса? Оказывается, характеристический многочлен не меняется при смене базиса. Действительно, пусть в другом базисе этот многочлен имеет вид . Но матрицы оператора в разных базисах связаны равенством , где С – невырожденная матрица. Тогда имеем:

Значит, собственные значения оператора А не зависят от того, в каком базисе они вычислены по матрице этого оператора. Соответственно, не зависят от базиса и собственные векторы.

Одному собственному значению может соответствовать несколько собственных векторов, но один и тот же собственный вектор не может соответствовать разным собственным значениям.

Собственные векторы, соответствующие одному собственному значению , образуют так называемое собственное подпространство , т.е. множество всех тех векторов z, которые удовлетворяют равенству . Действительно, пусть x и y – собственные векторы, соответствующие одному собственному значению . Тогда имеем: , а также для произвольного значения .

Размерность не превышает кратности как корня характеристического многочлена. Это последнее утверждение требует доказательства.

Пусть размерность равна т. Выберем базис в L так, чтобы первые т его векторов были из . Остальные базисных векторов будут выбраны из оставшейся части L. В этом базисе матрица оператора А будет иметь вид (по построению матрицы оператора – ее столбцы есть координатные столбцы векторов, в которые оператор переводит базисные векторы):

,

и характеристическое уравнение будет выглядеть так: . Таким образом, кратность корня равна по меньшей мере т (кратность ). ■

Если ненулевые собственные значения попарно различны и их число совпадает с размерностью пространства L, то говорят, что линейный оператор обладает простым спектром.

Теорема 4.2. Система собственных векторов , отвечающих попарно различным собственным значениям оператора А, линейно независима.

Док-во (индукцией по числу векторов).

Если , то справедливость теоремы очевидна, т.к. .

Положим далее, что теорема верна для и докажем, что она верна для . Предположим противное, т.е., что существует нетривиальная линейная комбинация, равная 0:

(а) .

Пусть, например, . Применим к этому равенству оператор А:

(б) .

Умножая выражение (а) на и вычитая получившееся равенство из (б), получим:

.

Отсюда , т.к. и , по условию теоремы. Но это означает, что построена нетривиальная комбинация для линейно независимых векторов , что противоречит индуктивному предположению об их линейной независимости. ■

Т.к. характеристическое уравнение не может иметь больше п различных корней, то в соответствии с теоремой 4.2 пространство L не может иметь более п собственных векторов с попарно различными собственными значениями. Если теперь перейти в L к базису, состоящему из этих линейно независимых собственных векторов , то матрица линейного оператора в этом базисе (по построению матрицы линейного оператора) будет иметь диагональный вид:

.

Какая матрица С потребуется для смены базиса, при которой матрица оператора примет такую диагональную форму? Для этого преобразуем равенство , умножив его слева на С: . Рассмотрим j- й столбец матрицы : , где – j- й столбец матрицы С. В произведении АС ему соответствует произведение . Отсюда получаем равенство . Оно говорит о том, что столбцы являются собственными векторами оператора А, соответствующими собственному значению .

Пример. Найти собственные значения и соответствующие им собственные векторы (координатные столбцы) для матрицы оператора . Построить матрицу оператора в базисе из собственных векторов, после чего найти матрицу, в соответствии с которой меняется базис.

Характеристическое уравнение: .

Имеем (простой спектр). Находим собственные векторы-столбцы.

Для : , .

Отсюда .

Для : , .

Отсюда .

Для : , .

Отсюда .

Матрица оператора в базисе из собственных векторов имеет вид: .

Для (не единственная комбинация!) из векторов как из столбцов строим матрицу , связывающую новый базис со старым: (проверьте выполнение равенства ).

1 2

3 4

5 6

7 8

9 10

11 12

Дата добавления: 2014-01-03