Государственное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ
по дисциплине «Теория и конструкция воздушно-реактивных двигателей»
КЛАССИФИКЦИЯ ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ. ОСОБЕННОСТИ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИРАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ДВИГАТЕЛЕЙ
Выполнили: ст. гр.
Проверил:
к.т.н., доцент
Уфа 2010
Лабораторная работа №1
Цель работы:
1. Изучить принцип действия и классификацию ВРД, используя схемыдвигателей и разрезные макеты.
2. Изучить конструкции основных узлов и изменение параметровпо тракту газотурбинных двигателей на примере Д-136.1. Основные сведения двигателя Д-136
/>
Страна: СССР (Россия)
Тип: Турбовальный двигатель
Турбовальный трехвальный двигатель Д-136 1 серии устанавливаетсяна один из самых больших в мире транспортных вертолетов Ми-26. Высокая мощность,низкий рабочий расход топлива, малая рабочая масса двигателя получены благодаряоптимизации параметров рабочего цикла и использованию высокопрочных материалов ипрогрессивных технологий. Простота обслуживания и высокая ремонтная способностьобеспечиваются модульностью конструкции двигателя. Двигатель разделен на девятьосновных модулей, каждый из которых является законченным конструктивно-технологичнымузлом и может быть (кроме основного модуля) демонтирован и заменен без разбираниясоседних модулей.
Модули двигателя:
вал ведущий;
труба выхлопная;
свободная турбина;
ротор турбины низкого давления;
корпус опор турбин;
ротор турбины высокого давления;
камера сгорания;
корпус промежуточный с компрессором высокого давления;
компрессор низкого давления.
Основные достоинства:
низкий удельный расход топлива;
высокая надёжность;
высокая мощность;
простота и технологичность обслуживания, высокая ремонтопригодность;
малый удельный вес
Максимальный взлетный режим:
Мощность — 11400 л.с.
Расход топлива — 0.196 кг/э.л.с. -ч
Расход воздуха — 36 кг/с
Суммарная степень повышения давления — 18.30
Температура газов перед турбиной — 1478 К
Габаритные размеры:
длина — 3715 мм
высота — 1382 мм
ширина — 1133 мм
Сухая масса двигателя — 1050 кг
Назначенный ресурс — 3000 часов2. Трехвальный ТВАД
/>
Схема трехвального ТВАД с коротким наружным каналом и изменениепараметров рабочего тела в проточной части внутреннего и наружного контуров (гидравлическиепотери давления и температуры на входе и выходе не учитываются)
По одновальной схеме двухконтурные двигатели, как правило, невыполняются. Известны, однако, двигатели, например фирм SNECMA и «Турбомека», выполненные по одновальной схеме. Этолибо малоразмерные двигатели, либо двигатели с небольшой степенью двухконтурно- сти и невысокой степенью повышения давления в компрессоре.3. Конструкция
Д-136 — двухкаскадный трёхвальный ГТД с силовой турбиной. Двигательимеет модульную конструкцию, 5 из 10 его модулей взаимозаменяемы с аналогичнымимодулями Д-36. Осевой компрессор имеет 6 и 7 ступеней в каскадах низкого и высокогодавлений, соответственно. Его конструкция аналогична компрессору двигателя Д-36,за исключением промежуточного корпуса между каскадами низкого и высокого давления.Камера сгорания — кольцевая. Турбины компрессора — осевые одноступенчатые, силоваятурбина — осевая двухступенчатая с охлаждаемыми лопатками. Крутящий момент от роторасиловой турбины через задний вал передаётся на редуктор винта. Вспомогательные агрегатыдвигателя установлены на коробках приводов, расположенных сверху и снизу промежуточногокорпуса с приводом от вала турбины высокого давления.
Примечания
↑ При Н=0, V=0, МСА
↑ На взлётном режиме
Двигатель выполнен по схеме с двухвальным газогенератором и свободнойтурбиной. Компрессор двигателя осевой, двухкаскадный, тринадцатиступенчатый. Онсостоит из околозвукового компрессора низкого давления (КНД), шестиступенчатого,и дозвукового компрессора высокого давления (КВД), семиступенчатого. КНД расположенв передней части двигателя за пылезащитным устройством (ПЗУ), КВД за промежуточнымкорпусом. Роторы КНД и КВД приводятся во вращение своими турбинами и связаны междусобой только газодинамической связью. Для обеспечения газодинамической устойчивости,настройки режимов работы КНД и КВД и согласования работы каскадов двигателя в КВДи КНД предусмотрены поворотные лопатки входных направляющих аппаратов (ВНА), регулируемыепри доводке двигателя на стенде. Для обеспечения газодинамической устойчивости двигателяна запуске и при малой частоте вращения роторов КНД и КВД предусмотрены клапаныперепуска воздуха (КПВ). Для обеспечения возможности осмотра проточной части в корпусахКНД и КВД выполнены смотровые окна, закрытые заглушками с цанговыми фиксаторами.Компрессор низкого давления — осевой, состоит из переднего корпуса с ВНА КНД, ротора,статора, клапанов перепуска воздуха и подшипникового узла передней опоры ротора.Шарикоподшипник передней опоры установлен на масляном демпфере. Передний корпусКНД — литой, состоящий из наружного и внутреннего колец, соединённых между собойвосемью обтекаемыми стойками, образует воздушный тракт на входе в компрессор и осуществляетсиловую связь передней опоры КНД с корпусными деталями двигателя. К переднему фланцунаружного кольца переднего корпуса крепится проставка, служащая для крепления ПЗУна входе в двигатель. К заднему фланцу наружного кольца переднего корпуса крепитсянаружное кольцо ВНА КНД, в котором установлены лопатки ВНА КНД. Ротор КНД — барабанно-дисковойконструкции, состоит из следующих основных частей: — рабочего колеса 1 ступени;- рабочего колеса 2 ступени; — рабочего колеса 3 ступени; — сварной секции рабочихколёс 4, 5 и 6 ступеней; — переднего вала; — заднего вала; — переднего лабиринта;- заднего лабиринта с зубчатым венцом, являющимся индуктором для датчика замерачастоты вращения ротора низкого давления бесконтактым способом. Рабочие колёса 1,2, 3 ступеней и секция 4, 5, 6 ступеней соединяются между собой призонными болтами.К переднему фланцу сварной секции ротора крепится передний вал ротора. На валу смонтированыдетали передней опоры ротора низкого давления. К диску шестой ступени крепится заднийвал. Хвостовик вала опирается на роликоподшипник в корпусе опор турбины и передаёткрутящий момент ротору от турбины низкого давления. Каждое рабочее колесо состоитиз диска и рабочих лопаток, установленных в ободе диска с помощью замков типа«ласточкин хвост». От осевых перемещений рабочие лопатки фиксируются пластинчатымизамками. Промежуточный корпус установлен между КНД и КВД, предназначен для установкиагрегатов двигателя и их приводов, установки узлов передней подвески двигателя клетательному аппарату и образует воздушный тракт двигателя на своём участке. Промежуточныйкорпус имеет форму двух усечённых конусов, соединённых восемью стойками — рёбрами.К промежуточному корпусу крепятся спрямляющий аппарат шестой ступени КНД, корпусКНД, корпус КВД, входной направляющий аппарат КВД, корпус передней опоры роторавысокого давления. Четыре стойки выполнены полыми и сообщаются с внутренней полостьюпромежуточного корпуса. Через две стойки проходят рессоры, передающие вращение кприводам, установленным в верхнем и нижнем коробчатых приливах. Полости ещё двухстоек служат для слива масла из верхнего коробчатого прилива в полость центральногопривода. Компрессор высокого давления — осевой, семиступенчатый, состоящий из входногонаправляющего аппарата, ротора, статора, клапанов перепуска воздуха с кожухами иподшипникового узла передней опоры ротора высокого давления. ВНА расположен в переднейчасти КВД. Консольные лопатки ВНА с жёстко прикреплёнными к их цапфам рычагами помещеныв разъёмное кольцо, которое крепится к промежуточному корпусу. Конструкция ВНА позволяетпроизводить регулировку углов установки лопаток на собранном неработающем двигателев стендовых условиях. Ротор КВД — семиступенчатый, барабанно-дисковой конструкциисостоит из секции ротора 1-5 ступеней, рабочих колёс шестой и седьмой ступеней,проставки, переднего вала и заднего вала. Секция ротора 1-5 ступеней, рабочее колесошестой ступени, проставка и рабочее колесо седьмой ступени, передний и задний валыкрепятся между собой болтами. Передний вал крепится фланцем к диску шестой ступении проставке, а хвостовиком опирается на шарикоподшипник передней опоры ротора. Напереднем валу установлены детали передней опоры ротора и ведущая шестерня для приводаагрегатов двигателя. Задний вал крепится передним фланцем к диску седьмой ступении проставке. Каждое рабочее колесо состоит из диска и рабочих лопаток, установленныхв ободе диска с помощью замков типа «ласточкин хвост». От осевых перемещенийрабочие лопатки фиксируются пластинчатыми замками. Статор КВД состоит из корпуса,в котором установлены шесть венцов направляющих аппаратов и семь рабочих колец.Корпус КВД — цельный, с двумя фланцами по торцам. На переднем фланце, которым корпускрепится к промежуточному корпусу, выполнены отверстия под шпильки крепления, иодно отверстие вверху, в вертикальной плоскости для штифта, фиксирующего угловоеположение КВД относительно промежуточного корпуса. На заднем фланце выполнен рядотверстий под винты крепления к корпусу камеры сгорания, и одно отверстие, в котороезапрессован штифт, фиксирующий окружное положение набора рабочих колец пятой, шестойи седьмой ступеней, направляющих аппаратов четвёртой, пятой и шестой ступеней икорпуса камеры сгорания. Рабочие кольца всех ступеней цельные, направляющие аппаратывсех ступеней имеют разъёмы в диаметральных плоскостях. К внутренним кольцам направляющихаппаратов приварены по два лабиринтных кольца межступенчатых воздушных уплотнений.Рабочие кольца и лабиринтные кольца направляющих аппаратов имеют мягкие, легко прирабатываемыепокрытия. Передняя опора ротора — шариковый, радиально-упорный подшипник с разрезнойвнутренней обоймой. Наружная обойма подшипника установлена в упругом стакане типа«беличье колесо» с жёстким ограничителем хода для демпфирования колебанийротора. Фланец упругого стакана крепится к промежуточному корпусу. Смазка шарикоподшипникаосуществляется тремя форсунками, установленными на корпусе центрального привода.Проникновению масла в полость ротора препятствуют два контактных уплотнения и однолабиринтное Камера сгорания двигателя кольцевого типа, прямоточная. Предназначенадля превращения химической энергии топлива в тепловую и подвода тепла к рабочемутелу (воздуху). Камера сгорания расположена между КВД и сопловым аппаратом турбинывысокого давления, состоит из корпуса, диффузора со спрямляющим аппаратом ступениКВД и жаровой трубы. Камера сгорания диффузором сцентрирована по рабочему кольцуступени КВД и соединена передним фланцем корпуса с помощью болтового соединения.К сопловому аппарату ТВД и статору ТНД камера сгорания закреплена задним фланцемкорпуса с помощью болтового соединения в котором часть болтов выполнена призонными.Диффузор со спрямляющим аппаратом ступени КВД установлен в корпусе камеры сгоранияи закреплен на его переднем фланце. Диффузор состоит из наружной и внутренней оболочек,соединенных между собой спрямляющими лопатками.
Турбина двигателя осевая, реактивная, четырёхступенчатая. Онаслужит для преобразования энергии газового потока в механическую энергию вращениякомпрессоров двигателя, приводов агрегатов и трансмиссии вертолёта. Расположенатурбина за камерой сгорания и состоит из одноступенчатой турбины высокого давления(ТВД), одноступенчатой турбины низкого давления (ТНД), каждая из которых включаетстатор и ротор, и двухступенчатой свободной турбины (СТ), которая состоит из статора,ротора и корпуса опор ротора свободной турбины. Выхлопное устройство выполнено ввиде расширяющегося патрубка и служит для снижения скорости газового потока и отводаего в атмосферу в сторону от оси двигателя. Оно расположено непосредственно за корпусомопор ротора СТ двигателя и передним фланцем крепится к заднему фланцу корпуса опорротора СТ стяжной лентой, затянутой стяжными болтами, законтренными проволокой.Задним фланцем выхлопное устройство при помощи болтов крепится к разрезному кольцу,которое опирается на коническую балку и фиксируется на ней стяжной лентой, затянутойгайкой, законтренной проволокой. Выхлопное устройство состоит из экрана, коническойбалки и внутреннего кожуха, которые соединены между собой стойками. По наружнойповерхности к внутреннему кожуху крепится наружный кожух с выштамповками в формечашек. Трансмиссия. В данном двигателе каждый из каскадов имеет две опоры — заднююи переднюю. В роли передней опоры выступает шарикоподшипник, а роли задней — роликоподшипник(КВД, КНД). На валу же свободной турбины роль передней опоры играет роликоподшипник,а задней — шарикоподшипник. Передняя опора КНД — шариковый, радиально-упорный подшипникс разрезной внутренней обоймой. Наружная обойма установлена в стакане типа “беличьеколесо”, поверх его одет корпус опоры. Между корпусом опоры и упругим стаканом предусмотреназамкнутая полость. ограниченная маслоуплотнительными кольцами, которая заполняетсямаслом, образуя масляный демпфер во время работы двигателя. Задняя опора каскаданизкого давления — роликоподшипник, монтируется в стакане ТНД. Передняя опора каскадавысокого давления — шариковый, радиально-упорный подшипник с разрезной внутреннейобоймой. Наружная обойма установлена в стакане типа “беличье колесо”, с жесткимограничителем хода (нелинейно-упругая опора). Задний роликовый подшипник на масляномдемпфере. Задние подшипники каскада НД и ВД сведены в одну смазочную полость, котораянаходится за рабочим колесом ТНД. Передняя опора свободной турбины — роликовый подшипник,а задняя — шариковый, радиально-упорный подшипник с разрезной внутренней обоймой.Они также имеют демпфирующие полости.
Двигатель Д-136 состоит из 10 модулей, каждый из которых (заисключением основного модуля) может быть снят и заменен, без значительной разборкисмежных модулей на установленном двигателе. Пять модулей газогенератора идентичныс модулями двигателя Д-36.
Компрессор:
как и на двигателе Д-36, но с реконструированным промежуточнымкорпусом между компрессорами низкого и высокого давления (без контура вентилятора).Частота вращения (максимальная): н.д.10950 об/мин, в.д.14140 об/мин. Расход воздуха36 кг/с. Суммарная степень сжатия 18,4.
/>
Рисунок. Принципиальная схема двигателя Д-136
Турбины компрессора:
обе одноступенчатые. Температура на входе в турбину (максимальная)1243 ºС.
Силовая турбина:
двухступенчатая с неохлаждаемыми лопатками СА, бандажированнымирабочими лопатками и дисками с воздушным охлаждением. В модуль силовой турбины входиткорпус опор, наружный и внутренний корпуса, соединены 11 стойками. Во внутреннемкорпусе устанавливаются роликоподшипник и шарикоподшипник ротора турбины.
Выходная мощность:
задний вал, с помощью шлица передает крутящий момент от роторасиловой турбины к редуктору винта.
Реактивная выхлопная труба:
отклонена в сторону от продольной оси двигателя.
Вспомогательные агрегаты:
установлены на коробках приводов, расположенных сверху и снизупромежуточного корпуса с приводом от вала ВД.
Запуск:
воздушный турбостартер.
Система регулирования:
гидромеханический регулятор числа оборотов силовой турбины ссинхронизатором мощности обоих двигателей Ми-26. Частота вращения силовой турбины,поддерживаемая в пределах 8300 об/мин. Электронный регулятор температуры газа ичастот вращения силовой турбины и роторов газогенератора. Клапаны перепуска компрессороврегулируются автономной пневматической системой.
/>
Рисунок. Схема двигателя Д-136
Двигатель Д-136 состоит из основных частей:
1. Входной направляющий аппарат
2. Компрессор низкого давления
3. Промежуточный корпус
4. Компрессор высокого давления
5. Кольцевая камера сгорания
6. Турбина
Входной направляющий аппарат.
ВНА служит для закрутки воздуха в сторону вращения рабочего колесас целью увеличения напорности первой ступени. Межлопаточные каналы ВНА-сужающиеся.ВНА состоит из наружного кольца, внутреннего разрезного кольца и 40 пустотелых лопаток.Лопатки снаружи имеют дефлектор для организации движения обогревающего воздуха.В наружных цапфах лопаток крепятся рычаги, которые шарнирно соединены с синхронизирующимкольцом. Это кольцо опирается на катки переднего корпуса компрессора. Для устранениянаклепа катки имеют резиновые кольца. Слева вверху один из рычагов изготовлен ввиде стрелки. Лимб рычага-стрелки крепится к наружному кольцу ВНА. Здесь же к синхронизирующемукольцу приклепан хвостовик (кронштейн), который зажат регулировочными винтами кронштейна,закрепленного на переднем корпусе компрессора.
Компрессор низкого давления — осевой, состоит из переднегокорпуса с ВНА КНД, ротора, статора, клапанов перепуска воздуха и подшипниковогоузла передней опоры ротора. Шарикоподшипник передней опоры установлен на масляномдемпфере. Передний корпус КНД — литой, состоящий из наружного и внутреннего колец,соединённых между собой восемью обтекаемыми стойками, образует воздушный тракт навходе в компрессор и осуществляет силовую связь передней опоры КНД с корпуснымидеталями двигателя. К переднему фланцу наружного кольца переднего корпуса крепитсяпроставка, служащая для крепления ПЗУ на входе в двигатель. К заднему фланцу наружногокольца переднего корпуса крепится наружное кольцо ВНА КНД, в котором установленылопатки ВНА КНД. Ротор КНД — барабанно-дисковой конструкции, состоит из следующихосновных частей: — рабочего колеса 1 ступени; — рабочего колеса 2 ступени; — рабочегоколеса 3 ступени; — сварной секции рабочих колёс 4, 5 и 6 ступеней; — переднеговала; — заднего вала; — переднего лабиринта; — заднего лабиринта с зубчатым венцом,являющимся индуктором для датчика замера частоты вращения ротора низкого давлениябесконтактым способом. Рабочие колёса 1, 2, 3 ступеней и секция 4, 5, 6 ступенейсоединяются между собой призонными болтами. К переднему фланцу сварной секции роторакрепится передний вал ротора. На валу смонтированы детали передней опоры роторанизкого давления. К диску шестой ступени крепится задний вал. Хвостовик вала опираетсяна роликоподшипник в корпусе опор турбины и передаёт крутящий момент ротору от турбинынизкого давления. Каждое рабочее колесо состоит из диска и рабочих лопаток, установленныхв ободе диска с помощью замков типа «ласточкин хвост». От осевых перемещенийрабочие лопатки фиксируются пластинчатыми замками.
Промежуточный корпус имеет форму двух усечённых конусов,соединённых восемью стойками — рёбрами. К промежуточному корпусу крепятся спрямляющийаппарат шестой ступени КНД, корпус КНД, корпус КВД, входной направляющий аппаратКВД, корпус передней опоры ротора высокого давления. Четыре стойки выполнены полымии сообщаются с внутренней полостью промежуточного корпуса. Через две стойки проходятрессоры, передающие вращение к приводам, установленным в верхнем и нижнем коробчатыхприливах. Полости ещё двух стоек служат для слива масла из верхнего коробчатогоприлива в полость центрального привода.
Компрессор высокого давления — осевой, семиступенчатый,состоящий из входного направляющего аппарата, ротора, статора, клапанов перепускавоздуха с кожухами и подшипникового узла передней опоры ротора высокого давления.ВНА расположен в передней части КВД. Консольные лопатки ВНА с жёстко прикреплённымик их цапфам рычагами помещены в разъёмное кольцо, которое крепится к промежуточномукорпусу. Конструкция ВНА позволяет производить регулировку углов установки лопатокна собранном неработающем двигателе в стендовых условиях. Ротор КВД — семиступенчатый,барабанно-дисковой конструкции состоит из секции ротора 1-5 ступеней, рабочих колёсшестой и седьмой ступеней, проставки, переднего вала и заднего вала. Секция ротора1-5 ступеней, рабочее колесо шестой ступени, проставка и рабочее колесо седьмойступени, передний и задний валы крепятся между собой болтами. Передний вал крепитсяфланцем к диску шестой ступени и проставке, а хвостовиком опирается на шарикоподшипникпередней опоры ротора. На переднем валу установлены детали передней опоры ротораи ведущая шестерня для привода агрегатов двигателя. Задний вал крепится переднимфланцем к диску седьмой ступени и проставке. Каждое рабочее колесо состоит из дискаи рабочих лопаток, установленных в ободе диска с помощью замков типа «ласточкинхвост». От осевых перемещений рабочие лопатки фиксируются пластинчатыми замками.Статор КВД состоит из корпуса, в котором установлены шесть венцов направляющих аппаратови семь рабочих колец. Корпус КВД — цельный, с двумя фланцами по торцам. На переднемфланце, которым корпус крепится к промежуточному корпусу, выполнены отверстия подшпильки крепления, и одно отверстие вверху, в вертикальной плоскости для штифта,фиксирующего угловое положение КВД относительно промежуточного корпуса. На заднемфланце выполнен ряд отверстий под винты крепления к корпусу камеры сгорания, и одноотверстие, в которое запрессован штифт, фиксирующий окружное положение набора рабочихколец пятой, шестой и седьмой ступеней, направляющих аппаратов четвёртой, пятойи шестой ступеней и корпуса камеры сгорания. Рабочие кольца всех ступеней цельные,направляющие аппараты всех ступеней имеют разъёмы в диаметральных плоскостях. Квнутренним кольцам направляющих аппаратов приварены по два лабиринтных кольца межступенчатыхвоздушных уплотнений. Рабочие кольца и лабиринтные кольца направляющих аппаратовимеют мягкие, легко прирабатываемые покрытия. Передняя опора ротора — шариковый,радиально-упорный подшипник с разрезной внутренней обоймой. Наружная обойма подшипникаустановлена в упругом стакане типа «беличье колесо» с жёстким ограничителемхода для демпфирования колебаний ротора. Фланец упругого стакана крепится к промежуточномукорпусу. Смазка шарикоподшипника осуществляется тремя форсунками, установленнымина корпусе центрального привода.
Камера сгорания двигателя кольцевого типа, прямоточная.Предназначена для превращения химической энергии топлива в тепловую и подвода теплак рабочему телу (воздуху). Камера сгорания расположена между КВД и сопловым аппаратомтурбины высокого давления, состоит из корпуса, диффузора со спрямляющим аппаратомступени КВД и жаровой трубы. Камера сгорания диффузором сцентрирована по рабочемукольцу ступени КВД и соединена передним фланцем корпуса с помощью болтового соединения.К сопловому аппарату ТВД и статору ТНД камера сгорания закреплена задним фланцемкорпуса с помощью болтового соединения в котором часть болтов выполнена призонными.Диффузор со спрямляющим аппаратом ступени КВД установлен в корпусе камеры сгоранияи закреплен на его переднем фланце. Диффузор состоит из наружной и внутренней оболочек,соединенных между собой спрямляющими лопатками.
Турбина двигателя осевая, реактивная, четырёхступенчатая.Она служит для преобразования энергии газового потока в механическую энергию вращениякомпрессоров двигателя, приводов агрегатов и трансмиссии вертолёта.
Турбина высокого давления одноступенчатая вращает вал компрессоравысокого давления.
Турбина низкого давления одноступенчатая вращает вал компрессоранизкого давления.
Свободная турбина вращает свободный вал.
Расположена турбина за камерой сгорания и состоит из одноступенчатойтурбины высокого давления (ТВД), одноступенчатой турбины низкого давления (ТНД),каждая из которых включает статор и ротор, и двухступенчатой свободной турбины(СТ), которая состоит из статора, ротора и корпуса опор ротора свободной турбины
Вывод: при выполнении лабораторной работы были изученыконструкции компрессора высокого давления, компрессора низкого давления, турбинывысокого давления, турбины низкого давления. Несмотря на солидный возраст двигательД-136 не устарел и сегодня, так как эксплуатируется в настоящее время на вертолетахМи-26.