Компрессоры АД и ЭУ

1.

4. КОМПРЕССОРЫ
АД и ЭУ
4.1. Общие сведения. Требования к компрессорам
4.2. Условия работы компрессоров. Действующие нагрузки
4.3. Формирование проточной части компрессора
4.4. Роторы компрессоров
4.4.1. Ротор барабанного типа
4.4.2. Ротор дискового типа
4.4.3. Ротор диско-барабанного (смешанного) типа
4.4.4. Конструкция рабочих лопаток
4.4.5. Конструкция диска
4.5. Корпус (статор) компрессора
4.6. Управление компрессором
4.7. Применяемые материалы
4.8. Отказы и дефекты компрессора
4.9. Конструктивные меры борьбы с вибрационными
дефектами лопаток
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

2.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
4.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ.
ТРЕБОВАНИЯ К КОМПРЕССОРАМ.
Компрессор служит для подачи
сжатого воздуха в камеру сгорания,
что обеспечивает наличие тяги при
работе двигателя до скоростей с
числом М=2,5-3. Компрессор ГТД во
многом определяет размеры, вес,
экономичность, надежность
двигателей.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

3.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
Основные требования к компрессорам:
1. Обеспечение заданной степени повышения давления воздуха.
Уменьшение массы двигателя зависит от выбранного значения степени
повышения давления, которая определяет число ступеней, форму проточной
части, геометрию лопаток, рациональный выбор материалов, принятую
силовую схему ротора и статора.
2. Обеспечение заданного значения расхода воздуха при высоком
значении КПД на рабочих режимах.
Высокое значение КПД (0,86...0,91) в расчетных условиях обеспечивается
правильным выбором газодинамической схемы компрессора, конструктивными
и технологическими мероприятиями, снижающими гидравлические потери.
Для сохранения высокого КПД на нерасчетных режимах в конструкции компрессора
применяют поворотные лопатки направляющих аппаратов, системы перепуска
воздуха.
3. Устойчивая работа компрессора в широком диапазоне частот
вращения ротора.
Устойчивая работа компрессора (а также хороший запуск двигателя и его
экономичность на нерасчетных режимах) обеспечивается применением
многороторных систем, поворотными лопатками, системой перепуска.
4. Минимальные радиальные зазоры на крейсерском режиме
работы двигателя в течение всего ресурса.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

4.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
… требования к компрессорам:
5. Простота конструкции (технологичность), обеспечивающая
легкость монтажа и демонтажа компрессора, низкую стоимость
изготовления и его ремонта. Модульность двигателя.
Минимальная масса.
Конструкция современного компрессора достаточно сложна. Однако новые
технологические приемы (высокоскоростная штамповка, прокатка,
изотермическая штамповка и др.), непрерывное повышение технологичности
конструкции, разработка научных основ конструирования, изготовления и
эксплуатации способствует непрерывному снижению трудоемкости и стоимости
изготовления компрессоров.
6. Высокая эксплуатационная надежность.
Она закладывается при конструировании (прочностные расчеты деталей с полным
учетом условий работы и действующих нагрузок, правильное назначение
материалов, выбор силовых и конструктивных схем, оптимизация конструкций
и т.д), обеспечивается при производстве компрессора (соблюдением
технологии) и поддерживается в эксплуатации (соблюдением инструкций
эксплуатации и регламентных работ).
Наиболее полно этим требованиям удовлетворяют осевые компрессоры.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

5.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
Осевые компрессора классифицируют:
1. По числу роторов
2. По скорости воздуха на входе в
рабочее колесо
3. По конструктивному выполнению
статоров (литой; сварной; по
разъемам: с продольным, с
поперечным; статор с двойной
стенкой)
4. По конструктивному выполнению
роторов
5. По форме проточной части
6. По числу опор.
Осевой компрессор: осевое движение
воздуха предопределяет минимальные
гидравлические потери, малый мидель
(лобовая поверхность) и низкую
удельную массу.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

6.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
Центробежный компрессор имеет большое достоинство - высокое
сжатие в одной ступени, но высоки гидравлические потери и
увеличен мидель. Осецентробежный компрессор является
благоприятным сочетанием этих компрессоров, позволяющим
решить проблему высоты лопатки последней ступени
компрессора и проблему длины двигателя.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

7.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
Применение:
осевые компрессоры - на всех типах ГТД;
центробежные компрессоры - на малоразмерных ГТД, на
вертолетных двигателях, последние ступени компрессоров
двигателей больших тяг.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

8.

9.

Парусность НА ступени рабочего колеса
с реактивностью более 50%

10.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
4.2. УСЛОВИЕ РАБОТЫ КОМПРЕССОРОВ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ
НАГРУЗКИ
Конструктивно компрессор состоит из ротора, статора и
вспомогательных устройств и систем, обеспечивающих его работу
на различных режимах.
Компрессор может работать в условиях влажного, теплого и
холодного воздуха, подвергаться воздействию пыли, песка и
других предметов, попадаемых в него через воздухозаборник.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

11.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
При работе АД и ЭУ на компрессор действуют:
1. Аэродинамические нагрузки.
2. Усилия, вызванные передачей крутящего момента от турбины.
3. Неуравновешенные центробежные силы и моменты, вызванные
неточностью балансировки, неодинаковой раскруткой и
вытяжкой лопаток и замков.
4. Тепловые нагрузки, вызванные неравномерным нагревом
деталей и тепловой деформацией отдельных деталей.
5. Инерционные нагрузки, вызванные эволюцией летательного
аппарата при изменении направления полета, посадкой ЛА и т.п.
6. Вибрационные нагрузки, связанные с процессом колебания
корпуса, ротора, дисков, лопаток, валов и т. д.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

12.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
4.3. Формирование проточной части компрессора
включает в себя следующие этапы:
• выбор формы тракта;
• выбор осевых зазоров;
• выбор типа хвостовика;
• фиксация лопаток в диске;
• выбор конструкции направляющего аппарата.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

13.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
выбор формы тракта
необходимо обеспечить параметры компрессора: степень
повышения давления и кпд при минимальном количестве
ступеней и минимальных радиальных зазорах. Возможно три
случая: постоянный наружный диаметр, постоянный внутренний
диаметр и постоянный средний диаметр.
В первом случае получаем: минимальное число ступеней;
постоянство радиальных зазоров при смещении ротора;
возможность изготовления статора из одной заготовки (детали).
Однако лопатка последней ступени может оказаться очень
маленькой (относительный зазор велик и кпд мал). Во втором
случае ротор имеет минимальную массу. Диски компрессора
можно изготовить из одной заготовки. Двойная стенка статора
органично вписывается в конструкцию статора. Длина лопаток
больше. Однако получаем изменяемые радиальные зазоры при
осевом смещении ротора.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

14.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
выбор осевых зазоров
Осевой зазор между направляющим аппаратом и рабочим колесом
делают (0,2-0,3)b (b - хорда рабочей лопатки).
Осевой зазор за рабочим колесом делают на 2-3 мм больше, так
как от перепада давления направляющий аппарат деформируется
вперед.
В вентиляторных ступенях ТРДД делают осевой зазор за рабочей
лопаткой (2-2,5)b для уменьшения шума.
Для организации щелевого отбора воздуха от компрессора осевой
зазор за рабочей лопаткой увеличивают (0,5-1)b.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

15.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
выбор типа хвостовика
Используют три типа хвостовика:
• ласточкин хвост;
• елочный;
• шарнирный.
Лопатки вставляют в диск как в осевом, так и в окружном
направлениях. Может быть натяг и зазор 0,01-0,03 мм.
На хвостовике делается гальваническое покрытие для
демпфирования (серебро).
Шарнирный замок позволяет идеально отстроиться от резонанса,
но возникает газодинамическая неустойчивость.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

16.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
фиксация лопаток в диске
На лопатку в диске действуют газовые силы, центробежные силы,
вибрация. Это приводит к тому, что лопатка стремится выйти из
паза диска.
В вентиляторных ступенях для исключения влияния
центробежных сил (дополнительная часть осевой силы) лопатку
делают с ножкой. В этом случае плоскость паза параллельна оси
двигателя.
Фиксаторы могут быть групповыми и индивидуальными.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

17.

18.

19.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
выбор конструкции направляющего аппарата
Критерии выбора: жесткость, вибропрочность, живучесть, кпд,
технологичность.
Направляющие аппараты выполняют по двухопорной и
консольной схемам.
Консольная схема лучше по кпд и технологичности. Гладкий тракт,
нет присоединенных объемов. Однако по другим критериям лучше
двухопорная схема.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

20.

21.

22.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
Закрепление демонтируемых направляющих аппаратов
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

23.

24.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
4.4. РОТОРЫ КОМПРЕССОРОВ
Ротор включает вращающиеся элементы конструкции: рабочие
лопатки, диски, барабанные проставки, валы, цапфы, элементы
осевой и радиальной связи.
На несущую часть действуют следующие нагрузки:
1. Центробежные силы от масс лопаток и несущей части
(радиальные силы);
Осевые силы от разности давления на входе и на выходе из
ступени компрессора;
Крутящие моменты от турбины, если в их передаче участвует
несущая часть ротора;
Массовые силы, возникающие при эволюциях летательного
аппарата;
5. Вибрационные нагрузки, возникающие вследствие дисбаланса
ротора, колебаний лопаток, дисков;
6. Температурные нагрузки, обусловленные тепловыми
деформациями.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

25.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
Конструктивно несущая часть может быть выполнена в виде
конического или цилиндрического барабана, набора отдельных
дисков, сочетания дисков и барабана.
Критерии выбора конструкции ротора:
•прочность,
•жесткость крутильная и изгибная,
•минимальная масса,
•технологичность,
•ремонтопригодность.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

26.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
4.4.1. Роторы барабанного типа (ТВ2-117, ТРДД НК-8 - Каскад НД).
(Высокая жесткость и малая прочность, u=200…250 м/с).
Основными элементами конструкции ротора барабанного типа
являются барабан и диафрагмы с цапфами. Крутящий момент от
турбины к ступеням лопаток передается через стенку барабана,
который воспринимает также центробежные силы от лопаток и
масс самого барабана. Барабан участвует также в передаче осевой
силы.
Ротор барабанного типа может быть разъемным и неразъемным
(сплошным или сварным).
Крепление лопаток в диске может быть в продольном пазу или в
кольцевом пазу.
Область применения - малоразмерные двигатели и КНД ТРДД.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

27.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
4.4.2. Ротор дискового типа (Д20П, Д30, ПС 90 - КВД).
(Высокая прочность, жесткость обеспечивается трактовыми
кольцами, окружная скорость до 450 м/с).
Ротор состоит из набора отдельных дисков, установленных на
общий вал. Крутящий момент от диска к диску передается через
вал. Аналогично происходит передача осевых усилий. Центробежные
силы от масс лопаток и диска воспринимаются силами упругости диска.
Однако низкая поперечная жесткость вала требует установки между
дисками трактовых колец (Д20П).
В современных конструкциях ГТД в чистом виде этот тип ротора
не применяется.
Передача крутящего момента
с помощью шлицев.
Центрирование может
осуществляться по шлицам
или по специальным
цилиндрическим
поверхностям (турбина V-2500).
Область применения - КВД.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

28.

Ротор дискового типа КВД ТРДД Д-30

29.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
4.4. 3. Роторы диско-барабанной (смешанной) конструкции (Д20ПКНД, АИ24, Р11ФЗОО). (Жесткость высокая, окружная скорость до
450 м/с.)
Барабан обеспечивает высокую изгибную жесткость ротора и
передачу крутящего момента; диски несут лопатки с высокими
окружными скоростями. В собранной конструкции барабан образуется кольцевыми развитыми
буртами, выполненными в дисках, или с помощью промежуточных колец, устанавливаемых между дисками.
Соединение дисков с промежуточными кольцами и буртами может производиться штифтами, болтами,
шлицами со специальными стяжными болтами. Центрирование осуществляется или по цилиндрическим
пояскам, или призонными болтами (натяг 0,01 мм). Призонные болты ставятся через 3...4 обычных болта. В
настоящее время стала применяться сварка для соединения дисков.
Стремление повысить жесткость ротора приводит к увеличению
диаметра барабана. Но это может быть причиной колебания дисков, а также снижает эффект
лабиринтных уплотнений из-за увеличения проходных сечений. Слишком маленький диаметр размещения
барабана приводит к росту присоединенных объемов. Также снижается изгибная жесткость ротора.
Необходимо дополнительно
вводить либо трактовые
кольца (F-100), либо
связи дисков по ступицам.
Область применения –
во всех типах
компрессоров.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

30.

31.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
4.4.4. Конструкция рабочих лопаток
Рабочая лопатка состоит из пера и хвостовика.
Геометрия пера получается по результатам газодинамических
расчетов. По соображениям прочности профили корневых
сечений выполняются более толстыми, исключаются
концентраторы напряжений.
При работе двигателя на рабочую лопатку действуют
аэродинамические силы, возникающие в результате
взаимодействия лопаток с воздушными потоками, и
центробежные силы собственной массы, возникающие в
результате вращения рабочего колеса. Аэродинамические
нагрузки вызывают изгиб и кручение лопаток. Центробежные
нагрузки приводят к растяжению лопатки, могут вызвать изгиб и
кручение. Кроме того, лопатки подвергаются вибрации.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

32.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
К лопаткам компрессора предъявляют следующие требования:
1. Высокие аэродинамические качества профильной части пера обеспечивается конструкцией лопатки (Закрутка, низкая
шероховатость профильной части, малые радиусы входной и выходной
кромок).
2. Высокая механическая прочность, достаточная изгибная и
крутильная жесткость при относительно малой массе. (Вынос
центров масс).
3. Приемлемые вибрационные характеристики. (Антивибрационные
полки, ''шарнирный" замок, применение демпферов в конструкции
лопаток.)
4. Технологичность лопаток, обеспечивающая низкую стоимость
изготовления. Конструкция лопатки должна быть такой, чтобы
можно было применять прогрессивные высокопроизводительные
методы ее изготовления.
5.Ремонтопригодность. Конструкция лопатки должна обеспечивать ее
монтаж для восстановительного ремонта.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

33.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
Конструкция лопаток компрессора
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

34.

35.

36.

37.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
Хвостовик лопатки является несущей конструкцией лопатки,
воспринимает действующую на лопатку нагрузку и передает ее на
обод диска. Крепление лопатки к диску осуществляется в осевых и
окружных пазах.
Наиболее распространен "ласточкин хвост''. Угол хвостовика 40, 60
или 90 градусов. Поверхности этого замка простые, обработка их несложна, т.е. замок
удовлетворяет требованиям технологичности. Прочностные характеристики замка также
удовлетворительны.
Боковые поверхности замка являются конструктивной базой
лопатки и обеспечивают ее постановку в паз диска либо с натягом,
либо с зазором (10...30 мкм). Для снижения концентрации
напряжений делают ножку. Для уменьшения массы колеса и
повышения демпфирования в корневом сечении лопатки делают
полку.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

38.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
Шарнирный замок, устанавливаемый в кольцевой паз диска, по
сравнению с замком типа "ласточкин хвост" обеспечивает лучшие
вибрационные характеристики лопатки, однако более тяжелый,
имеет зазоры, снижающие КПД ступени, может вызвать
газодинамическую неустойчивость.
Для больших лопаток вентилятора находят применение замки типа
"елка", обладающие большей несущей способностью. Обычно в
вентиляторе делают замок с двумя зубьями.
В роторах барабанной конструкции наибольшее распространение
получило крепление лопаток в окружных пазах (пример ТВ-2-117).
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

39.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
Шарнирное соединение лопатки с диском:
а) 1 – лопатка, 2 – диск, 3 – втулка
контровочная, 4 – палец, 5 – заклепка;
б) геометрические параметры
СГАУ
шарнирного подвеса;
в) резонансная диаграмма лопатки с
шарнирным подвесом
хвостовиком
Кафедра КиПДЛА
Проф.и сС.В.Фалалеев

40.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
Осевая сила стремится переместить лопатку вдоль паза.
Конструктивно осевая фиксация выполняется установкой в замках
каждой из лопаток пластичных с отгибом фиксаторов, осевых или
радиальных штифтов.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

41.

42.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
Для групповой фиксации
лопаток используются
упругие кольца, упор в
кольцевые бурты
трактовых колец и др.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

43.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
4.4.5. Конструкция диска
Конструкция диска определяется типом ротора и выбирается
конструктором в соответствии с общей компоновкой компрессора.
В общем случае в конструкции дисков выделяют обод, полотно и
ступицу.
Обод служит для размещения заданного количества лопаток. Его
ширина определяется хордой корневого сечения и углом
установки лопатки.
Полотно диска является основным несущим элементом и
представляет собой в меридиальном сечении прямоугольник или
конус с утолщением к оси вращения. Полотно диска может
содержать центрирующие бурты, отверстия для прохода воздуха
или под болты. Полотно диска может переходить в развитой бурт,
образуя барабан ротора.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

44.

4. КОМПРЕССОРЫ
АД и ЭУ
Диск
с центральным
отверстием имеет ступицу. В роторах дисковой
конструкции ступица имеет шлицы или фланцы под болты,
служащие для передачи крутящего момента от вала к лопаткам.
Наличие ступицы позволяет снизить окружные напряжения,
имеющие место в районе центрального отверстия.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

45.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
Цилиндрические бурты или междисковые проставки образуют с
элементами статора лабиринтные уплотнения.
Толщина буртов и междисковых проставок определяется из
условия одинаковых радиальных деформаций проставки и
связанных ею дисков на радиусе ее постановки. Этим
обеспечивается равнопрочная конструкция ротора
дискобарабанного типа.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

46.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
Соединение дисков между собой и валом должно обеспечить
центрирование и передачу крутящих моментов и осевых сил.
Для этой цели служат фланцевые соединения, радиальные
штифты, торцевые или осевые шлицы в сочетании со стяжными
болтами, а также соединение сваркой.
При использовании фланцевых соединений крутящий момент
передается за счет сил трения (обычные болты, диаметр ротора
до 400 мм), либо комбинированно болтами (80%) и трением (20%)
(призонные болты).
Сварные ротора имеют наименьшую массу и наибольшую
жесткость. Однако корпуса направляющих аппаратов должны
иметь продольный разъем.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

47.

Конструкция элементов фланцев

48.

Конструктивное выполнение
фланцевого соединения при
использовании болтов с круглой
головкой и лыской
Соединение дисков торцевыми
треугольными шлицами с
периферийными стяжными болтами

49.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
Особенностью конструкций дисков первой и последней ступени
является наличие цапфы, служащей для размещения подшипника
и масляных уплотнений.
Часто передний или задний конец вала делают в виде наклонной
диафрагмы. Это позволяет обеспечить необходимую осевую
жесткость вала. Если передний вал имеет диафрагму,
перпендикулярную к валу, то при действии осевой силы резко
изменяются осевые зазоры. Наклонность диафрагмы позволяет
осевую силу разложить на две составляющие: сила сжатия и сила
изгиба. При изменении угла с 0 до 6 градусов увеличивается
осевая жесткость диафрагмы в 2 раза.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

50.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
Применение навесных ступеней.
Опора в этом случае располагается под центром масс или вблизи
от него. Это мероприятие позволяет увеличить критическую
частоту вращения ротора. Опора находится ближе к центру масс.
Напряжения изгиба от веса ротора и гироскопического момента
невелики.
Снижение массы ротора достигается за счет сварки, минимального
числа лопаток, применения лопаток с ножкой, применения новых
технологий. Blisk - лопатка с диском выполняется как одно целое.
Масса колеса уменьшается на 25% по сравнению с конструкцией с
замком.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

51.

52.

53.

54.

55.

56.

57.

58.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
4.5. Конструкция статора (КОРПУСА)
Требования к конструкции статора:
• жесткость изгибная и крутильная;
• герметичность;
• непробиваемость (требование ICAO - оборвавшаяся лопатка не
должна выйти за пределы корпуса);
• технологичность (возможность балансировки ротора в сборе);
• минимальная масса.
Статор может быть:
•неразъемным,
•с продольным разъемом,
•с поперечными разъемами,
•с двойной стенкой.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

59.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
-У неразъемного статора высокая жесткость и высокая
герметичность. При нагреве статор пропорционально
увеличивается. Есть проблемы с монтажом. Технологичность
также не высокая.
-У статора с продольным разъемом жесткость высокая.
Герметичность хуже. Технологичность выше. Можно смонтировать
полностью отбалансированный ротор. Масса малая, но больше.
- У статора с поперечными разъемами жесткость обеспечивается.
Герметичность плохая. Большая масса (много деталей).
Технологичный статор. Непробиваемость обеспечивается путем
размещения фланцев крепления секций над рабочими лопатками.
Можно использовать
разные
материалы (сталь
и титан).
Кафедра
КиПДЛА
Проф.
С.В.Фалалеев
СГАУ

60.

61.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
В статоре с двойной стенкой реализуется принцип разделения
функций. Наружная стенка включена в силовую схему двигателя и
передает (воспринимает) нагрузку от соседних узлов и от
компрессора и передает их на подвеску двигателя к самолету.
Внутренняя стенка нагружена газовыми силами, действующими на
направляющие аппараты.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

62.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
Внутренняя стенка деформируется незначительно. Это позволяет
на 25-30% уменьшить назначаемые радиальные зазоры по
сравнению с предыдущими схемами. Необходимо исключить
деформации внутренней стенки. Для этого в конструкции статора
предусмотрена свобода тепловых деформаций с помощью
телескопического соединения (V-2500 - щелевой перепуск).
Получившиеся перегородки от наружной стенки к направляющим
аппаратам используются как ресиверы для отбора воздуха. При
этом увеличивается изгибная и крутильная жесткости.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

63.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
Задний корпус компрессора образован внешней оболочкой,
соединенной лопатками направляющего аппарата последней
ступени компрессора с внутренней оболочкой.
Все корпуса соединяются между собой при помощи фланцевых
соединений, обеспечивающих центрирование, передачу осевых
сил, крутящих моментов и воспринимающих изгибающие моменты
от веса двигателя и инерционных сил. Центрирование делают
либо по цилиндрическим пояскам, либо с помощью призонных
болтов. Шаг размещения болтов равен 6...7 диаметрам болтов.
В современных ГТД широко используются неразъемные корпуса.
Они в сочетании с раъемными направляющими аппаратами
позволяют монтировать любой ротор (Д-36, Д-18Т).
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

64.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

65.

Конструктивные обеспечения непробиваемости корпуса вентилятора:
ТРДД CFM56-5C – защита из композиционного материала;
ТРДД CFM56-3 – оребрение корпуса

66.

Типы фланцевых соединений корпусов:
тип 1 – с центрированием болтами
(штифтами); тип 2 – с центрированием по
наружной
центрирующей
поверхности
(относительно
диаметра
окружности
расположения
болтов);
тип
3
–
с
центрированием по внутренней центрирующей
поверхности
Выбор размеров фланцев соединения третьего типа:
а) рекомендуемые размеры фланца типа 3; б) геометрия
фланца с облегчением

67.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
Между ротором и статором компрессора назначаются
минимальные радиальные и осевые зазоры, гарантирующие
отсутствие касаний ротора и статора на всех режимах работы
двигателя и полета. С этой точки зрения зазоры должны быть
относительно большими. Однако при этом снижается КПД
компрессора, что ведет к увеличению расхода топлива. Поэтому
зазоры назначают минимально возможными.
Чтобы предотвратить разрушение лопаток при задевании их о
корпус, поверхность корпуса над лопатками покрывают
специальным, легко срабатываемым слоем на основе графита,
талька, асбеста, алюминиевой пудры и т.д.
Алюмо-тальковое покрытие - 250...300 С,
алюмо-графитовое - 400 С,
Алюминий с нитридом бора - 700 С.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

68.

4. КОМПРЕССОРЫ
АД иперетекания
ЭУ
Для уменьшения
воздуха в осевом направлении в
промежутках рабочего колеса и направляющего аппарата
устанавливают лабиринтные уплотнения. Над лабиринтами часто
устанавливают сотовые вставки. Это позволяет уменьшить
холодный зазор на 30 %.
При назначении зазоров учитываются допуски на изготовление,
возможность перекоса, прогиба, несоосности, овализации корпуса, и
ротора, изменение размеров деталей от действия нагрузок в полете и при
нагреве, т.е. учитывается назначение и условия эксплуатации двигателя.
Следует отметить, что минимальные зазоры между направляющими и
Кафедра
КиПДЛА
Проф.
С.В.Фалалеев
СГАУ
рабочими
лопатками
могут вызвать
сильные вибрации
лопаток
дисков.

69.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
ВЫБОР И УПРАВЛЕНИЕ РАДИАЛЬНЫМИ ЗАЗОРАМИ
Решаются три проблемы: выбор величины радиальных зазоров,
стабилизация радиальных зазоров в течении ресурса, управление
радиальными зазорами по режимам работы двигателя.
Установлено, что величина зазора при относительном зазоре
(отношение зазора к длине лопатки) 0,5...1% практически не влияет
на к.п.д из-за вязкости воздуха. На первой ступени компрессора
обеспечивают 0,2...0,7%, а на последних ступенях из-за малой
высоты лопатки лишь 1,5...4%. При выборе величины монтажного
зазора учитывают, что на его величину влияют деформация
роторных деталей от центробежных сил, температурные
деформации ротора и статора, изгибные деформации ротора и
корпуса и погрешности изготовления и сборки.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

70.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
Динамика изменения радиальных зазоров по режимам.
При запуске детали ротора растягиваются и радиальный зазор
уменьшается. На переходных режимах работы двигателя (малый газ)
газ имеет повышенную температуру. Статор расширяется сильнее,
так как тоньше. Зазор резко увеличивается. На крейсерском режиме
зазор стабилизируется. При останове двигателя более тонкий статор
охлаждается сильней и зазор резко уменьшается. В этом случае
возможно касание.
Задевание за статор вызывает быстрое срабатывание защитного
слоя и разрушение компрессора (Например, титановый пожар). При
давлении 1Mpa и температуре 400 С Ti горит. При увеличении
давления температура обратно пропорционально уменьшается.
Поэтому на последних ступенях уходят от сочетания “Ti-Ti” на “Tiсталь” или “сталь-сталь”.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

71.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
Стабилизацию радиальных зазоров обеспечивают за счет
применения срабатываемых покрытий и за счет увеличения
жесткости ротора и статора.
Управление радиальными зазорами может быть активным и
пассивным.
Пассивное регулирование. Подбираются материалы с
соответствующими коэффициентами линейного расширения, чтобы
уменьшить рассогласование между деформациями статора и ротора.
Кроме того, используют статорные кольца большой толщины
(Пример - фирма Роллс-Ройс).
Активное регулирование. Может быть за счет охлаждения статора,
либо за счет нагревания ротора. Система охлаждения статора
управляемая. Монтажные радиальные зазоры увеличенные. При
останове двигателя система отключается, статор нагревается и
задевания ротора о статор не происходит. При нагреве ротора
модуль упругости материала уменьшается. При тех же напряжениях
относительные деформации будут расти. Радиальные размеры
рабочего колеса будут увеличиваться. Радиальный зазор
уменьшится.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

72.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
4.6. УПРАВЛЕНИЕ КОМПРЕССОРОМ
Переход на другой режим работы компрессора сопровождается
деформацией треугольников скоростей.
Следствие этого - неустойчивость как на отдельных решетках, так и
всего компрессора. Чем больше ступеней в компрессоре, тем выше
степень рассогласования между треугольниками скоростей первой и
последней группой ступеней.
Системы перепуска и поворотных лопаток - для уменьшения потерь,
вызываемых неблагоприятными углами атаки лопаток при
пониженных расходах воздуха и на нерасчетных режимах работы.
Для перепуска воздуха в корпусе средних ступеней выполняются
окна или щель, через которые воздух попадает в ресивер и
выпускается из компрессора во второй контур или в атмосферу при
открытии клапана, лент, дроссельных задвижек.
Обычно перепуск организуют с шагом в 4 ступени. Забирается воздух
над направляющим аппаратом, чтобы не возбудить колебания в
рабочем колесе.
Клапанов обычно 2.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

73.

74.

75.

76.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
Клапан - заслонка (НК-12, Д-20П).
Недостатки: плохая герметичность, большая масса, неравномерный
отбор воздуха
Преимущества: малая деформация корпуса, возможность
дальнейшего отвода воздуха.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

77.

78.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
Тарельчатый клапан (Д36, АИ24).
Преимущества и недостатки: то же самое, только улучшенная
герметичность
большая масса, неравномерный отбор воздуха, малая деформация корпуса,
возможность дальнейшего отвода воздуха.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

79.

Компрессор ВД ТРДД Д-36 с системой перепуска воздуха из средних ступеней: 1 –
система отверстий в наружном кольце НА; 2 – кольцевой ресивер;
3 – клапан перепуска воздуха (3 шт.); 4 – тарелка клапана перепуска

80.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
Лепестковый клапан (НК-8, НК-144).
Преимущества: простота изготовления, равномерный отбор воздуха
Недостатки: низкая герметичность, большие усилия на корпус при
открытии клапана
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

81.

82.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
Управление перепуском с помощью лент
Преимущества: Равномерный отбор воздуха, герметичность
Недостатки: большие усилия при закрытии.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

83.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
Правила проектирования перепуска воздуха
1. Площадь окон между лопатками направляющего аппарата
максимальная. Если она недостаточна, то переход на щелевой
перепуск.
2. Равномерный отбор по окружности - необходим ресивер.
3. Отбор подальше от лопаток рабочего колеса.
4. Самое узкое место в системе “клапан-ресивер-окна” должно быть в
окнах. Это повышает эффективность регулирования.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

84.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
Поворотные лопатки НА (несколько первых ступеней компрессора,
иногда и последние ступени).
Поводки укреплены на
цапфах лопаток,
синхронизирующее
кольцо кинематически
связывает все лопатки
между собой через
поводки и силовой
привод
синхронизирующего
кольца и
осуществляет
одновременный
поворот всех лопаток
на определенный угол.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

85.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
Проблемы:
• Возможны заедания (защемления) отдельных элементов в стыке
рычага с кольцом.
• Температурное согласование расширений кольца и корпуса.
• Износ осей лопаток и осей рычага.
• Трение в подшипниках осей лопаток и схватывание материала оси и
материала подшипника. Поэтому необходимо делать покрытия, ставить промежуточные
фторопластовые втулки. Неплохо показали себя втулки из материала МР с графитовым
наполнителем.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

86.

Компрессор ТРДДФ АЛ-21Ф с РНА на
первой и последней группе ступеней

87.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

88.

PГ
) на угол
;
б) управление валиком с разновысокими плечами
Схемы управления РНА:
а) управление рычагом, перемещаемым гидроцилиндром
б) управление валиком с разновысокими плечами

89.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
В одноконтурных двигателях иногда компрессор делают
двухкаскадным. Вращение валов с разной скоростью благоприятно
сказывается на работе компрессора. Такой компрессор обладает
хорошей газодинамической устойчивостью, специальных средств как
правило не требуется. Однако усложняется конструкция.
В ТРДД при использовании трехкаскадного компрессора требуется
применение наиболее простой системы регулирования.
Автоматическая работа системы перепуска и механизма поворота
лопаток обеспечивается специальным автоматом системы
регулирования двигателя.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

90.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
ВРАЩАЮЩИЙСЯ СРЫВ
При нарушении осесимметричного течения в компрессоре возникает
случай увеличения угла атаки. Межлопаточный канал запирается.
Газовый поток начинает его обтекать. Происходит запирание
следующего канала. Срыв начинает вращаться в направлении,
обратном вращению рабочего колеса примерно с 0,5 частоты
вращения ротора. Против вращающегося срыва корпус над рабочим
колесом перфорируют (примерно 50%)
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

91.

Схема перемещения
вращающегося срыва
Механизм воздействия
на вращающийся срыв ресивера
с перфорированной стенкой

92.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
Присоединенный объем
Возникают перетекания из зоны с более высоким давлением в зону с
низким давлением. Возникают дополнительные гидравлические
потери и снижается кпд. Вытекающий за направляющим аппаратом
воздух вносит возмущение в поток. Возможно вихреобразование.
Поэтому делают козырьки, препятствующие перетеканию.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

93.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
4.7. ПРИМЕНЯЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ.
Выбор материалов для деталей компрессора определяется их
тепловым состоянием и условиями работы (рабочая температура,
состав воздушной смеси, титановый пожар).
Статор. ВТ-9, сплав ЭП718ВД, композиционные материалы
(бороуглепластики).
Диски. При температурах: до 250 С можно применять алюминиевые
сплавы АК-2, АК4-1, ВД-17; до 450 С - титановый сплав ВТЗ-1; при
более высоких температурах. титановые сплавы ВТЖ до 500С), ВТЮ
(500-550 С), сплавы - СХИЗМ, ЗОХГСА, 18Х11ВА, 40ХНМЮА, ЭИ437,
ЭИ961, ЭП742ВД.
Лопатки. Алюминиевые сплавы АК4-1, ВД17, и др.(до 250 С),
титановые сплавы ВТ8, ВТ-9, ВТЮ (500 С), сплавы. ЗОХГСА, 40ХНМА,
Х17Н2, ЭИ961, ЭП718ВД.
Валы. Сплавы 18ХНЗА, 40ХНМА, ЗОХГСА, ЭП-517Ш, ЭП-693Ш и др.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

94.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
4.8. ОТКАЗЫ И ДЕФЕКТЫ КОМПРЕССОРА
1. Повреждение лопаток компрессоров посторонними предметами.
2. Пылевая эрозия.
3. Задевание лопаток и лабиринтов о корпус и их износ.
4. Потеря газодинамической устойчивости.
5. Разрушение лопаток и дисков из-за вибрации.
6. Разрушение подшипников и отказ систем смазки.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

95.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
4.9. КОНСТРУКТИВНЫЕ МЕРЫ БОРЬБЫ С ВИБРАЦИОННЫМИ
ДЕФЕКТАМИ ЛОПАТОК
Лопатки рабочего колеса и направляющего аппарата колеблются в
процессе работы с высокими частотами (до 10 кГц). При этом
возникают усталостные трещины после определенного количества
циклов нагружения. Основной источник возбуждения это
взаимодействие лопатки с потоком, выходящим из впереди
стоящего направляющего аппарата. Однако возбуждение может
вызвать и сзади стоящая решетка.
Коэффициент запаса прочности по пределу выносливости имеет
вид:
1 m
Kv
3.
v
1 - предел выносливости при симметричном цикле нагружения;
m - среднее напряжение цикла или напряжение от статического
нагружения;
- коэффициент влияния статических напряжений на предел
выносливости (0,3 - сталь; 0,4 - титан);
v - переменные напряжения в лопатке.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

96.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
Мероприятия для увеличения 1:
•подбор материала;
•шероховатость;
•форма (масштабный фактор);
•поверхностное пластическое упрочнение.
Основная задача – снизить v :
1. Воздействие на источник возбуждения
Уменьшение амплитуды возбуждающей силы. Это достигается
следующим:
•удаление лопатки от источника возбуждения (увеличение осевого
зазора, нагрузка уменьшается в 3 степени от величины зазора);
•исключение кратности числа лопаток направляющего аппарата и
рабочего колеса (100 и 101);
•разношагица;
•исключение неравномерного отбора воздуха при перепуске;
•точность изготовления и монтажа лопаток по шагу и углу, что
обеспечивает более равномерное поле давлений за решеткой.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

97.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
2. Частотная отстройка
Исключение резонанса. Достигается за счет изменения собственной
частоты лопатки. Например, лопатка с ножкой. Длина
увеличивается, а собственная частота уменьшается.
Мероприятия:
• изменение профиля
лопатки;
• переход на композитную
лопатку (отношение
модуля упругости
к плотности увеличивается
в 1,5 раза и частота,
соответственно,
примерно на 20%);
• шарнирная лопатка;
• антивибрационная полка
на 2/3 высоты;
горбатый профиль у корня.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

98.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
3. Демпфирование колебаний лопаток
Повышение декремента колебаний лопатки и снижение напряжения
на резонансе. Используют демпферы сухого трения. Демпферы
рассеивают энергию колебаний.
Демпферы устанавливают:
• в замке;
• в бандажной связи;
• в пере;
• в зоне удлиненных ножек.
Иногда ставят две лопатки в один замок. Эффективно применение
двух тросов в замке под хвостовиком. В этом случае хвостовик
нужно установить с большим натягом.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

99.

100.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
4.10. РЕГУЛИРОВАНИЕ РАДИАЛЬНЫХ ЗАЗОРОВ
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

101.

102.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
1. Проблема радиальных зазоров
При увеличении ресурса двигателя характеристики газогенератора
ухудшаются. Величина увеличения расхода топлива может
составить от 1,5 до 5 %. Это происходит из-за эрозии в
вентиляторе и компрессоре, из-за термических деформаций
деталей.
Значительная доля этого увеличения принадлежит изменению
радиальных зазоров под влиянием полетных нагрузок.
Например, износ корпуса вентилятора двигателя JT9D после 150
полетов на Боинг-747 составил 0,5...0,6 мм.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

103.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
Изменение радиального зазора между лопатками ротора и корпусом
статора двигателя JT9D
Изменение параметров основного потока (1), температур статора (2), диска (3). Радиального зазора
(5) и тяги двигателя (6) во время запуска и приемистости двигателя. 4 - момент максимального
рассогласования температур статора и ротора; 5 - максимальный радиальный зазор; 6 - недобор
тяги; 7 - запуск и выход на режим малого газа; 8 - выход на взлетный режим; 9 - взлетный режим.
Вначале происходит кратковременное уменьшение величины зазора в результате повышения частоты вращения ротора и радиальной
вытяжки его деталей под действием центробежных сил. Затем под влиянием нестационарных тепловых процессов происходит увеличение
зазоров (участок 5), что вызывает снижение к.п.д. турбокомпрессора и может привести к срывным явлениям (к неустойчивости) в нем.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

104.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
Цель: более благоприятное изменение температур деталей, и
следовательно перемещений статорных и роторных элементов.
Основное мероприятие - увеличение тепловой инерционности
статора и уменьшение этого фактора у ротора.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

105.

106.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
Простым подбором материала деталей статора при современных
методах конструирования пока не удается решить проблему
согласования перемещений ротора и статора. В этих случаях
прибегают к активному способу управления радиальными
зазорами.
Чтобы увеличить термоинерционность статора, можно просто
увеличить его массу. Однако это неприемлемо для авиационных
ГТД. Увеличению тепловой инерционности статора способствует
снижение интенсивности взаимодействия основного потока со
стенками корпуса. Это достигается введением различных
тепловых сопротивлений между силовым корпусом и
внутренними стенками статора, которые образуют воздушный
тракт.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

107.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
Увеличению тепловой
инерционности
статора способствует
дозированное
охлаждение
конструкции корпуса
холодным воздухом.
Весьма эффективно
применение статоров
с двойной стенкой.
Тепловую
инерционность
роторных деталей
можно уменьшить
вентиляцией
полостей между
дисками с помощью
небольшого
количества воздуха,
отбираемого от
основного потока.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

108. ТВД GE

108

109.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
2. Согласование радиальных расширений статора и ротора
1). Установившиеся режимы работы двигателя.
При изменении температуры воздуха на входе в двигатель, высоты и скорости полета самолета, частоты вращения
ротора турбокомпрессора не сохраняются постоянными геометрические размеры газодинамического тракта.
Уравнение неизменности радиальных зазоров в ГТД с
нерегулируемой геометрией на установившихся режимах:
D
T
C
C лопатки 2
1
0,5
1 лопатки лопатки288 диска
n288
Tстатор.288
h лопатки
диска Tдиска.288
h лопатки
диска Tдиска.288
T ротор.288
D
статор
0,5
1
hлопатки
диска
C - податливость (обратная величина жесткости).
Для сохранения “холодной” (монтажной) величины радиального
зазора в различных условиях полета необходимо в стандартных
атмосферных условиях обеспечить температуру статора близкой к
температуре, определяемой из данной зависимости.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

110.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
2). Переходные режимы работы двигателя
Условие неизменности радиальных зазоров реализуется
автоматически при равенстве тепловой инерционности деталей
статора и ротора.
Зависимость изменения температуры детали при нагревании
T T Te K ,
где T - температура на новом режиме работы двигателя; T разность температур на новом режиме работы и в начальный
момент переходного процесса; K - фактор тепловой
инерционности.
Управляемая термоинерционность обеспечивает оптимальные изменения зазоров в полетном
цикле и желаемую долговечность деталей ротора. Следует отметить, что конструирование
турбокомпрессора с управляемой термоинерционностью связано с необходимостью расчета
радиальных расширений статора и ротора на переходных и стационарных режимах.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

111.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
3). Расчет радиальных зазоров
При определении радиального зазора необходимо знать монтажный
зазор и изменение радиального зазора во время работы.
Изменение радиального зазора определяется как алгебраическая
сумма отдельных изменений зазора, которые связаны со
следующими эффектами:
• упругая деформация диска;
• тепловое расширение диска;
• упругая вытяжка (удлинение от центробежных сил) лопаток;
• тепловое удлинение лопаток;
• упругая вытяжка лопаток из замка лопаток;
• прогиб трактовых колец ротора от центробежных сил;
• прогиб ротора от действия его массы;
• радиальный зазор в подшипниках;
• радиальный зазор в демпферах опор;
• производственные отклонения (биения по рабочим лопаткам и
кольцам);
• упругое расширение статора от давления газа;
• тепловое расширение корпуса турбокомпрессора.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

112.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
3. Примеры регулирования радиальными зазорами
Статор турбины ВД фирмы RR (попытка реализации идеи саморегулирования
радиального зазора по концам рабочих лопаток). 1 - зазор; 2 - воздушная полость; 3 - элемент
большой массы; 4 - элемент малой массы; 5 - рабочая лопатка. Воздух наружного контура.
Воздух из-за компрессора высокого давления.). Отличительная особенность конструкции наличие массивного кольца 3, на котором выполнены бурты для центрирования трактового
тонкостенного кольца 4. К кольцу 4 прикреплены сегменты с изнашиваемым покрытием,
которые формируют проточную часть турбины.
При приемистости (нагревании) тонкостенное кольцо 4 быстро расширяется. Радиальный зазор увеличивается;
происходит компенсация радиального удлинения диска и лопаток под действием центробежных сил, а также
последующего их температурного расширения. При этом создаются условия для разогрева массивного кольца
3 воздухом, который поступает через зазор 1. Этот процесс завершается после того, как бурт массивного
кольца 3 перекроет зазор 1 по завершению разогрева этого кольца. При сбросе газа (при уменьшении оборотов
двигателя) тонкостенное кольцо 4 стремится отследить снижение температуры газа перед турбиной и
температуры воздуха за компрессором, который обеспечивает охлаждение этого кольца. Однако массивное
кольцо 3 препятствует радиальному перемещению трактового кольца и исключает возможность его касания за
концы рабочих лопаток. Это идея “насильственного” удержания трактового кольца при снижении режима
работы двигателя. Недостаток - не удается предотвратить недобор тяги непрогретого двигателя.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

113.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
Системы воздействия на статор. Большинство реализованных
конструкций для регулирования радиальных зазоров представляют
собой системы для регулирования температуры статорных деталей путем
управления количеством воздуха, который используется для их обдува.
Иногда меняется источник обдува. Наибольшие успехи достигнуты в
турбинах НД. Их статоры выполняются без локальных геометрических
особенностей, вызывающих коробление и потерю эксцентричности при
обдуве.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Схема системы обдува турбины
низкого давления двигателя CF6 (a)
и статора турбины высокого
давления двигателя JT9D-59/70 (b).
1 - клапан, 2 - трубопровод, 3 система струйного охлаждения, 4 выход воздуха после струйного
охлаждения, 5 - ограничитель
высоты включения, 6 ограничитель частоты вращения
ротора, 7 - интегратор, 8 усилитель, 9 - топливный
регулятор, 10 - рычаг ручного
управления двигателем, 11 - привод
клапана, 12 - забор воздуха из
наружного контура, 13 - корпус
статора, 14 - рабочие лопатки ТВД,
15 - газовый поток.
Проф. С.В.Фалалеев

114.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

115.

Управление радиальными зазорами в КВД ПС-90А

116.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
Продувка воздуха в статоре с двойной стенкой.
Схема системы регулирования радиального зазора в КВД двигателя
EEE (PW): a - охлаждение статора на крейсерском режиме; b - нагревание статора
на переходных режимах (приемистость и сброс оборотов); 1 - место отбора воздуха
на охлаждение; 2 - клапаны; 3 - трубопровод; 4 - коллектор; 5,7 - двойные стенки
корпусов компрессора и турбины; 6 - место отбора воздуха на нагрев.)
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

117.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
Системы воздействия на ротор.
Расчетный анализ конструкций компрессоров показал, что принудительный обдув
полотен дисков малым расходом воздуха (меньше 2% от общего расхода воздуха
через компрессор) позволяет существенно сблизить темпы прогрева ротора и
статора.
В компрессоре высокого давления двигателя PW-4000 на взлетном режиме в полость
ротора подается воздух от 5 ступени компрессора через пустотелые направляющие
аппараты 6 ступени. А на крейсерском режиме - от 11 ступени.
Особенности компрессоров с регулируемым воздействием на ротор:
полотна дисков тонкие или вовсе отсутствуют (первые ступени КВД CF680C2), что обеспечивает их ускоренный прогрев и охлаждение;
подбор масс ротора и статора сближает их тепловую инерционность;
регулирование радиальных зазоров осуществляется во всех ступенях
компрессора высокого давления;
силовые и трактовые кольца разделены, благодаря чему обеспечивается
максимальная концентричность;
в соответствии с программой регулирования перед переходным
процессом происходит смена номера ступени, от которой забирается
воздух на обдув.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев

118.

4. КОМПРЕССОРЫ АД и ЭУ
Обдув ротора КВД и ступицы диска ТВД одним и тем же воздухом.
Конструктивная схема компрессора CFM-56-5 с управлением
радиальными зазорами воздействием на температуру ротора.
1 - место отбора
воздуха; 2 подвод воздуха в
полость ротора
компрессора и
далее в полость
ротора турбины; 3
- клапан; 4 электронная
цифровая система
управления
двигателем.
Штриховые линии
- система обдува
статора турбины
воздухом от КВД и
вентилятора.
СГАУ Кафедра КиПДЛА
Проф. С.В.Фалалеев