Силовые схемы ГТД

1. Лекция №6

КОМПЬЮТЕРНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ УЗЛОВ И ДЕТАЛЕЙ
АВИАЦИОННЫХ СИЛОВЫХ УСТАНОВОК (СУ)
Лекция №6
Силовые схемы ГТД.

2.

Силовые схемы авиационных ГТД
При работе ГТД все детали и узлы испытывают воздействие
различных нагрузок:
- газовые;
- Центробежные;
- Инерционные;
- Вибрационные;
- Акустические;
- Температурные;
- Крутящие и изгибающие моменты;

3.

Силовые схемы авиационных ГТД
Усилия от нагрузок передаются от детали к детали.
Усилия суммируются и передаются на внешнюю подвеску двигателя
или взаимно компенсируются без передачи на наружные элементы
ГТД.
Узлы и детали, которые воспринимают основные внутренние
усилия и по которым осуществляется их дальнейшая передача,
называют силовыми.
Совокупность силовых деталей и узлов определяет силовую схему
двигателя.

4.

Основные группы нагрузок в ГТД:
- Газовые – обусловлены перепадом давления в газовом тракте
двигателя и изменением скорости и направлением потока;
- Массовые (т.н. силы инерции и инерционные моменты) –
возникают при вращении роторов двигателя, при эволюциях
самолета, при взлете и посадке, при наличии дисбалансов
роторов;
- Температурные – возникают из-за неравномерного нагрева
и/или охлаждения деталей, различного коэффициента линейного
расширения их материалов, а также при стеснении
температурных деформаций.

5.

Силы и моменты, действующие на узлы и детали в ГТД:
- Растягивающие или сжимающие силы – возникают вследствие
давления газов на детали двигателя и от действия ЦБС
вращающихся масс;
- Изгибающие моменты – возникают от газовых сил, масс узлов и
деталей , а также от инерционных сил;
- Крутящие моменты - возникают в роторах от действия воздуха и
газов на РЛ компрессоров и турбин, в корпусных деталях от
действия воздуха и газов на НА компрессоров и СА турбин.

6.

Осевые газовые силы:
Осевое усилие P0 , возникающее на элементах конструкции двигателя от
газовоздушных сил, определяется как сумма сил статических PС и динамических PД :
PО Р C Р Д
Статические силы возникают из-за изменения статического давления во входном и
выходном сечении элемента.
Газодинамические силы возникают из-за изменения импульса газа (воздуха) при
прохождении его через рассматриваемый элемент конструкции.
Усилие от статического давления определяется как:
Р C pF
Динамическое усилие от изменения импульса определяется как:
Р Д m(V2 V1 )

7.

Входное устройство:
Р C Р1F1 Р 2 F2
PО Р C Р Д
Р Д m(V2 V1 )
d12
F1
4
(d 22 d 32 )
F2
4
Р ВУ Р C Р Д Р В Р1F1 Р 2 F2 m(V2 V1 ) Р В

8.

Расчет осевых сил в ГТД и ГТУ:

9.

Роторная часть ГТД или ГТУ:

10.

Ротор низкого давления:

11.

Ротор компрессора низкого давления:
R
КНД
ос
z
R
i 1
z
R
i 1
проточн
ос _ i
проточн
ос _ i
z
R
i 1
'
ос _ i
z
R
i 1
z
'
ос _ i
R
i 1
p 2i F2i p1i F1i
скосов
ос _ i
G КНД
g
p1i F1'i p 2i 1 F2' i 1
z
R полостей
оc
i 1
(C 2a _ i C1a _ i )
F1'i
2
(D вт _ 1i 1 D 2лаб _ 1i 1 )
4
F2' i 1
p1i p 2i
R скосов
ос _ i
2
Fскосов _ i
2
(D вт _ 1i D 2лаб _ 2i 1 )
4
Fскосов _ i
2
2
(D периф _ 1i D периф
_ 2i )
4
R полостей
p2i F2i p1i F1i
оc

12.

Ротор турбины низкого давления:
R
ТНД
ос
z
R
i 1
проточн
ос
z
R полостей
R банд
оc
ос
i 1
R проточ
p 2 F2 p1 F1
ос
G РЛ _ ТНД
g
(C 2a C1a )
R полостей
p1i F1i p2i F2i
оc
R банд
ос
2
2
(Dбанд Dпериф
_ 1 ) p1периф
4

13.

Ротор высокого давления:

14.

Ротор компрессора высокого давления:
R
КВД
ос
z
R
i 1
проточн
ос _ i
z
R
i 1
z
'
ос _ i
R полостей
оc
i 1
R 'ос _ i
R проточ
ос _ i p 2i F2i p1i F1i
G КВД
g
(C 2a _ i C1a _ i )
2
2
(D вт _ 2i D вт
_ 1i )
4
R полостей
p2i F2i p1i F1i
оc

15.

Ротор турбины высокого давления:
R
ТВД
ос
z
R
i 1
проточн
ос
z
R полостей
оc
i 1
R проточ
p 2 F2 p1 F1
ос
G РЛ _ ТВД
g
(C 2a C1a )
R полостей
p1i F1i p2i F2i
оc

16.

Суммарная осевая сила на РВД и РНД:
R ос _ РНД R ос _ КНД R ос _ ТНД
РНД
ос привед
R
R ос _ РВД R ос _ КВД R ос _ ТВД
РВД
ос привед
R
Режимы
«ОР»
(Н=0; М=0)
«ОР»
(Н=0;
М=1.143)
«ОР»
(Н=11; М=2.25)
«Кр»
(Н=11; М=0.8)
РНД
1021
938
1659
145
РВД
5093
5980
3063
1731
RосРНД
Р01
RосРВД
Р6

17.

Препарирование подшипников при экспериментальном замере осевых сил:
Подшипник КНД
Сборка 4 Датчик KND 1-1, 1-2
Сборка 4 Датчик KND 2-1, 2-2
Сборка 5 Датчик К (А, Б)
Сборка 6,7,8 Датчик 0540(А, Б)
Сборка 5 Датчик С (А, Б)
Сборка 6,7,8 Датчик 0550(А, Б)
по полету
против полета
Подшипник КВД
Сборка 4 Датчик KVD 1-1, 1-2
Сборка 5 Датчик Н (А, Б)
Сборка 6,7,8 Датчик 0580(А, Б)
по полету
Сборка 4 Датчик KVD 2-1, 2-2
Сборка 5 Датчик П (А, Б)
Сборка 6,7,8 Датчик 0121(А, Б)
против полета

18.

Экспериментальные замеры осевых сил:

19.

Экспериментальные замеры осевых сил:

20.

Силовые схемы роторов:
Силовые схемы роторов отличаются следующим:
- Способом соединения дисков ступеней компрессора и турбины
между собой;
- Числом и расположением опор;
- Способом соединения роторов турбины и компрессора для
передачи крутящего момента и осевых сил;
- Способами фиксации осевого положения роторов,
исключающего их смещение и нарушение осевых и радиальных
зазоров между элементами ротора и корпуса двигателя.

21.

Примеры силовых схем роторов:

22.

Примеры силовых схем роторов: