Особенности конструкции основных элементов судовых ГТД. Входное устройство и элементы его комплектации

Тема 1.6 Конструкция основных элементов судовых ГТД

Лекция №8

Основные вопросы;

1. Особенности конструкции основных элементов судовых ГТД. Входное устройство и элементы его комплектации.

2. Устройство роторов осевых компрессоров и турбин.

Входное устройство (ВУ) располагается в передней части двигателя и крепится к переднему фланцу корпуса компрессора.

Назначение входного устройства - обеспечение подвода необходимого количества воздуха к компрессору на всех режимах работы двигателя с минимальными аэродинамическими потерями.

Входное устройство проектируется без резких поворотов, сужений и расширений.

Выбор материала для входного устройства определяется его температурой: при t<525 К применяется алюминиевые сплавы, при525< t <775 К -листовой титановый сплав, при t >775 К нержавеющая сталь Х18Н9Т.

Входное устройство двигателя ТВ3-117, выполненное литьем из алюминиевого сплава, представляет собой две оболочки, соединенные между собой 4 стойками.

На наружном корпусе ВУ против стоек расположены четыре фланца. На верхнем фланце крепится коробка приводов, на нижнем фланце - масляный агрегат, к правому и левому фланцам - трубки подвода горячего воздуха. В правой нижней части корпуса имеются четыре бобышки для крепления коробки электросистемы двигателя.

В вертикальных стойках выполнены каналы, через которые проходят валы пускового устройства, привода маслоагрегата, а также каналы подвода и слива масла.

Внутри горизонтальных стоек залит воздушный коллектор из стальных трубок, по которым подводится горячий воздух для обогрева корпуса и лопаток входного направляющего аппарата компрессора и входного обтекателя (кока) двигателя.

Кок состоит из профилированной наружной стенки и внутреннего дефлектора, изготовленных из алюминиевых сплавов, и крепится к входному устройству посредством шпилек.

При включенной противообледенительной системе в полость между наружной стенкой и дефлектором кока поступает горячий воздух, омывает изнутри стенку и через отверстия в коке выходит в проточную часть воздухозаборника, предотвращая образование наледи.

Обтекаемая форма кока обеспечивает безударный подвод воздуха к компрессору.

На задней части входного устройства расположен входной направляющий аппарат компрессора, который состоит из отдельных поворотных лопаток, установленных с помощью осей в наружной и внутренней оболочках входного устройства. Изменение угла установки этих лопаток обеспечивает уменьшение аэродинамических потерь на долевых режимах работы ГТУ и предотвращает возникновение помпажа в компрессоре.

2. Устройство роторов осевых компрессоров и турбин.

Осевые компрессоры предназначены для повышения давления воздушного потока.

В них возможно получение высокой степени повышения давления, больших расходов воздуха и КПД при сравнительно малых диаметральных габаритных размерах и массе. Поэтому они чаще центробежных используются в современных ГТУ, так как наиболее полно отвечают предъявляемым требованиям.

В таких компрессорах направление скорости потока воздуха в меридиональной плоскости примерно параллельно оси вращения.

Наряду с преимуществами осевые компрессоры имеют и некоторые недостатки:

· снижение коэффициента полезного действия на нерасчетных режимах;

· относительно узкую область устойчивых режимов работы;

· чувствительность к износу поверхности лопаток в процессе эксплуатации;

· большое количество лопаток (несколько сотен), вызывающее повышение трудоемкости изготовления и, следовательно, стоимости компрессора.

Классификация осевых компрессоров осуществляется по следующим признакам:

1. По числу роторов:

- однороторные (однокаскадные);

- двухроторные (двухкаскадные).

2. По отношению скорости воздуха в проточной части к скорости звука:

- дозвуковые;

- сверхзвуковые.

3. По конструкции ротора:

· роторы барабанного типа, представляющие собой коническую оболочку, закрытую с торцов плоскими или коническими стенками, с цапфами, установленных в подшипниках. На наружных поверхностях барабана выполнены пазы для крепления лопаток;

· роторы дискового типа, имеющие ряд дисков, посаженных на вал;

· роторы барабанно-дискового типа, состоящие из отдельных дисков, соединенных между собой сваркой и образующих барабан.

4. По форме проточной части:

· с постоянным наружным диаметром;

· с постоянным средним диаметром;

· с постоянным внутренним диаметром;

· с комбинацией постоянного наружного и постоянного внутреннего диаметров.

В ротор входит весь комплект вращающихся деталей компрессора, с помощью которых осуществляется преобразование механической энергии в кинетическую и потенциальную энергии воздушного потока.

Основными деталями ротора являются барабан или диски, рабочие лопатки, передняя и задняя цапфы.

Ротор компрессора нагружается в работе значительными инерционными и газовыми силами, крутящими и изгибающими моментами.

Для изготовления дисков и барабанов применяются титановые сплавы или легированные хромоникелевые стали.

После механической обработки детали покрывают антикоррозионным составом или анодируют.

Рабочие лопатки установлены на роторе в отдельные пазы типа “ласточкин хвост”. В собранном виде ротор проходит статическую и динамическую балансировку с целью уменьшения вибраций и инерционных сил, воздействующих на подшипники.

Крутящий момент от вала турбины передается к ротору компрессора через эвольвентные шлицы, выполненные внутри его задней цапфы.

Основными характеристиками ротора осевого компрессора являются: число ступеней i, количество рабочих лопаток в ступени Z, наружный и внутренний диаметры рабочего колеса, высота (длина) лопаток ступени l, хорда лопатки b, шаг на среднем радиусе t, густота решетки на среднем радиусе (b/t), удлинение лопатки на среднем радиусе (l/b), относительная толщина лопатки c/b.

К числу основных параметров ротора турбины ГТД относятся:

· число рабочих колес (ступеней);

· число лопаток в каждом рабочем колесе;

· способ крепления лопаток к диску;

· способ соединения дисков между собой и валом;

· геометрические характеристики рабочих колес.

В газотурбинных двигателях преимущественное применение получили роторы дискового типа, обеспечивающие хорошую работоспособность при больших окружных скоростях и высокой температуре газа.

К числу основных составных частей ротора относятся диски с лопатками (рабочие колеса), валы, цапфы, промежуточные кольцевые проставки и ряд других деталей.

В общем случае диск турбины состоит из обода, полотна, кольцевых и других выступов, фланцев и ступицы. Обод представляет собой уширенную постоянной или переменной ширины периферийную часть диска, служащую для крепления рабочих лопаток.

На ободе выполняются буртики лабиринтных уплотнений либо выступы для крепления других деталей ротора.

Полотна дисков выполняются переменной толщины, максимальное значение которой достигается в близи оси вращения. На полотне предусматривается выполнение фланцев для крепления дисков между собой и с валами и цапфами, буртов крепления колец лабиринтных уплотнений и балансировочных грузиков.

Соединения дисков и валов должны обеспечивать надежную передачу в стыках всех действующих нагрузок, достаточную жесткость соединений и их соосность.

Крепление рабочих лопаток к диску должно обеспечивать точную установку заданного числа лопаток на диске при достаточной прочности крепления, легкость их монтажа и демонтажа. Чаще всего в современных ГТД применяется крепление рабочих лопаток с помощью хвостовика типа "ёлочка". Валы роторов турбины всегда делаются полыми. Отверстия внутри валов служат для подвода охлаждающего воздуха от компрессора к дискам турбины.

Для охлаждения дисков используют различные конструктивные приемы, позволяющие снизить разность температур вдоль радиуса, уровень температурных напряжений. Например, организуют подвод воздуха вдоль полотна для охлаждения как самого диска, так и рабочих лопаток, использует обдув обода диска, продувку воздуха через монтажные зазоры елочных замков.

На одном из концов вала выполнены шлицы для соединения с ротором компрессора или редуктором, а на другом - фланец или другое устройство для соединения с диском турбины.

Для изготовления дисков роторов применяют жаропрочные стали типа 4Х12Н8Г8МФБ, ЭИ 424, если температура обода не превышает 875- 925 К. При температурах выше 1000 К используют хромоникелевые сплавы.

Валы турбин изготовляются из стали типа 18ХНВА или 40ХМЮА.

В ГТД, кроме турбины привода компрессора, имеется свободная (силовая) турбина. Она служит для создания крутящего момента, передаваемого через редуктор потребителю. Конструкция силовой турбины подобна конструкции турбины привода компрессора.

Дата добавления: 2014-01-05