Vuonna 2006 Permin konerakennuksen johto ja OAO:n alueellinen tuotantoyhtiö nro 9 (Permin sivuliike) allekirjoittivat sopimuksen GTE-16PA:han perustuvan GTES-16PA-kaasuturbiinivoimalaitoksen valmistuksesta ja toimittamisesta PS- 90EU-16A moottori.

Pyysimme Daniil SULIMOV, Aviadvigatel JSC:n apulaissuunnittelija-pääsuunnittelija, kertomaan tärkeimmistä eroista uuden moottorin ja nykyisen PS-90AGP-2:n välillä.

Suurin ero GTE-16PA-laitoksen ja nykyisen GTU-16PER:n välillä on voimaturbiinin käyttö, jonka pyörimisnopeus on 3000 rpm (5300 rpm:n sijaan). Pyörimisnopeuden pienentäminen mahdollistaa kalliista vaihteistosta luopumisen ja koko kaasuturbiinilaitoksen luotettavuuden lisäämisen.

GTU-16PER- ja GTE-16PA-moottoreiden tekniset tiedot (ISO-olosuhteissa)

Tehoturbiinin pääparametrien optimointi

Vapaan turbiinin (ST) perusparametrit: halkaisija, virtausreitti, vaiheiden lukumäärä, aerodynaaminen tehokkuus on optimoitu suorien käyttökustannusten minimoimiseksi.

Käyttökustannukset sisältävät ST:n hankintakustannukset sekä tietyn (asiakkaan kannalta takaisinmaksuajana hyväksyttävän) käyttöajan kustannukset. Asiakkaalle varsin näkyvä takaisinmaksuajan valinta (enintään 3 vuotta) mahdollisti taloudellisesti järkevän suunnittelun toteuttamisen.

Vapaan turbiinin optimaalisen muunnelman valinta tiettyyn sovellukseen osana GTE-16PA:ta tehtiin moottorijärjestelmässä kokonaisuudessaan kunkin muunnelman suorien käyttökustannusten vertailun perusteella.

ST:n yksiulotteista mallintamista käyttämällä ST:n aerodynaamisen tehokkuuden saavutettavissa oleva taso määritettiin keskimääräisen halkaisijan perusteella erillisellä määrällä vaiheita. Tälle vaihtoehdolle valittiin optimaalinen virtausosa. Terien lukumäärä, ottaen huomioon niiden merkittävä kustannusvaikutus, valittiin siitä ehdosta, että Zweifelin aerodynaaminen kuormituskerroin on yhtä suuri.

Valitun virtausreitin perusteella arvioitiin SP:n paino ja tuotantokustannukset. Moottorijärjestelmän turbiinivaihtoehtoja verrattiin sitten suorien käyttökustannusten suhteen.

ST:n vaihemäärää valittaessa otetaan huomioon tehokkuuden muutos, hankinta- ja käyttökustannukset (polttoainekustannukset).

Hankintakustannukset nousevat tasaisesti omakustannushinnan kasvaessa portaiden lukumäärän kasvaessa. Samalla tavalla myös toteutunut hyötysuhde kasvaa - lavan aerodynaamisen kuormituksen vähenemisen seurauksena. Käyttökustannukset (polttoainekomponentti) laskevat tehokkuuden kasvaessa. Kokonaiskustannuksilla on kuitenkin selkeä minimi voimaturbiinin neljässä vaiheessa.

Laskelmissa on otettu huomioon sekä omasta kehityksestämme että muiden yritysten kokemukset (toteutettuina erityissuunnitelmiin), mikä mahdollisti arvioiden objektiivisuuden varmistamisen.

Lopullisessa suunnittelussa nostamalla kuormaa vaihetta kohti ja alentamalla ST:n tehokkuutta suurimmasta saavutettavasta arvosta noin 1 %, pystyttiin alentamaan asiakkaan kokonaiskustannuksia lähes 20 %. Tämä saavutettiin alentamalla turbiinin kustannuksia ja hintaa 26 % verrattuna maksimaaliseen hyötysuhteeseen.

Aerodynaaminen muotoilu ST

Uuden ST:n korkea aerodynaaminen hyötysuhde riittävän suurella kuormituksella saavutettiin käyttämällä JSC Aviadvigatelin kokemusta matalapaineturbiinien ja tehoturbiinien kehittämisestä sekä monivaiheisten spatiaalisten aerodynaamisten mallien käytöllä Euler-yhtälöitä käyttäen. (ilman viskositeettia) ja Navier-Stokes (viskositeetti huomioon ottaen).

Tehoturbiinien GTE-16PA ja HPP Rolls-Roycen parametrien vertailu

ST GTE-16PA:n ja nykyaikaisimman Rolls-Royce TRD -perheen TRD:n (Smith diagram) parametrien vertailu osoittaa, että siipien virtauksen kiertokulman (noin 1050) suhteen uusi ST on Rolls-Roycen turbiinien tasoa. Lentokoneiden rakenteille ominaisen tiukan painorajan puuttuminen mahdollisti kuormituskertoimen dH/U2 pienentämisen lisäämällä halkaisijaa ja kehänopeutta. Lähtönopeuden arvo (tyypillinen maarakenteille) mahdollisti suhteellisen aksiaalinopeuden pienentämisen. Yleisesti ottaen suunnitellun ST:n potentiaali tehokkuuden toteuttamiseen on Trent-perheen vaiheille ominaisella tasolla.

Suunnitellun ST:n aerodynamiikan erikoisuutena on myös varmistaa turbiinin hyötysuhteen optimaalinen arvo osatehotiloissa, jotka ovat tyypillisiä peruskäytölle.

Pyörimisnopeus säilyy, ST:n kuormituksen muutos (väheneminen) johtaa iskunkulmien kasvuun (kaasun virtauksen suunnan poikkeama siipien sisääntulossa lasketusta arvosta) sisääntulossa. terän vanteet. Negatiiviset hyökkäyskulmat ilmestyvät, merkittävimmät turbiinin viimeisissä vaiheissa.

ST-terärivien suunnittelu, jolla on korkea iskunkulmien muutosten kestävyys, varmistetaan rivien erityisellä profiloinnilla ja aerodynaamisten häviöiden vakauden lisätarkastuksella (2D/3D Navier-Stokesin aerodynaamisten mallien mukaan) suurilla tulovirtauskulmilla.

Tämän seurauksena uuden ST:n analyyttiset ominaisuudet osoittivat merkittävää vastustuskykyä negatiivisia iskukulmia vastaan ​​sekä mahdollisuutta käyttää ST:tä generaattoreiden ohjaamiseen, jotka tuottavat virtaa 60 Hz:n taajuudella (pyörimisnopeudella 3600 rpm). eli mahdollisuus nostaa pyörimisnopeutta 20 % ilman havaittavaa tehon menetystä. Tässä tapauksessa tehokkuuden menetys on kuitenkin käytännössä väistämätön pienitehoisissa tiloissa (jolloin negatiiviset hyökkäyskulmat lisääntyvät).
ST-suunnittelun ominaisuudet
ST:n materiaalinkulutuksen ja painon vähentämiseksi turbiinien suunnittelussa käytettiin hyväksi todettuja ilmailumenetelmiä. Tämän seurauksena roottorin massa halkaisijan ja vaiheiden lukumäärän kasvusta huolimatta osoittautui yhtä suureksi kuin GTU-16PER-voimaturbiinin roottorin massa. Tämä varmisti voimansiirtojen merkittävän yhtenäistämisen, myös öljyjärjestelmä, kannattimien painejärjestelmä ja ST:n jäähdytysjärjestelmä yhtenäistettiin.
Voimansiirtolaakereiden paineistamiseen käytettävän ilman määrää ja laatua on lisätty, mukaan lukien sen puhdistus ja jäähdytys. Myös voimansiirtolaakereiden voitelun laatua on parannettu käyttämällä suodatinelementtejä, joiden suodatushienokkuus on jopa 6 mikronia.
Uuden GTE:n toiminnallisen houkuttelevuuden lisäämiseksi on otettu käyttöön erityisesti kehitetty ohjausjärjestelmä, jonka avulla asiakas voi käyttää turbopaisuntatyyppejä (ilma ja kaasu) ja hydraulisia laukaisutyyppejä.
Moottorin paino- ja kokoominaisuudet mahdollistavat GTES-16P-pakatun voimalaitoksen sarjamallien käyttämisen sen sijoittamiseen.
Melua ja lämpöä eristävä kotelo (sijoitettuna pääomatiloihin) varmistaa GTPP:n akustiset ominaisuudet saniteettistandardien edellyttämällä tasolla.
Ensimmäiselle moottorille tehdään parhaillaan sarja erikoistestejä. Moottorin kaasugeneraattori on jo läpäissyt ekvivalenttisyklisten testien ensimmäisen vaiheen ja on käynnistänyt toisen vaiheen teknisen kunnon tarkistuksen jälkeen, joka valmistuu keväällä 2007.

Tehoturbiini osana täysikokoista moottoria läpäisi ensimmäisen erikoistestin, jonka aikana otettiin 7 kaasuläpän ominaisuutta ja muuta kokeellista tietoa.
Testitulosten perusteella tehtiin johtopäätös ST:n toimivuudesta ja sen vaatimustenmukaisuudesta ilmoitettujen parametrien kanssa.
Lisäksi testaustulosten mukaan ST:n suunnitteluun tehtiin joitain muutoksia, mm. muutettiin runkojen jäähdytysjärjestelmää lämmön vapautumisen vähentämiseksi asemahuoneeseen ja paloturvallisuuden varmistamiseksi sekä radiaalin optimoimiseksi. välykset tehokkuuden lisäämiseksi, säädä aksiaalivoimaa.
Voimaturbiinin seuraava testi on suunniteltu kesällä 2007.

Kaasuturbiinilaitos GTE-16PA
erityisten testien aattona

Keksintö koskee kaasuturbiinimoottorien matalapaineturbiineja lentosovelluksiin. Kaasuturbiinimoottorin matalapaineturbiini sisältää roottorin, staattorin takatuella, labyrinttitiivisteen sisä- ja ulkolaipoineen staattorin takatuessa. Turbiinin labyrinttitiiviste on tehty kahdessa tasossa. Sisäkerros muodostuu kahdesta turbiinin akselia kohti suunnatusta sokkelotiivistekammasta ja turbiinin virtausreittiä kohti suunnatusta labyrintitiivisteen sisälaipan työpinnasta. Ulkokerroksen muodostavat turbiinin virtaustietä kohti suunnatut labyrintin tiivistyskammat ja turbiinin akselia kohti suunnatun labyrinttitiivisteen ulkolaipan työpinta. Labyrinttitiivisteen sisäkerroksen labyrintin tiivistyskammat on tehty yhdensuuntaisilla sisäseinillä, joiden väliin on asennettu vaimennusrengas. Labyrinttitiivisteen ulkolaippa on tehty ulkosuljetulla rengasmaisella ilmaontelolla. Turbiinin virtausreitin ja labyrinttitiivisteen ulkolaipan välissä on rengasmainen sulkuseinä, joka on asennettu staattorin takakannattimeen. Labyrinttitiivisteen sisälaipan työpinta on sijoitettu siten, että turbiinin virtausreitin ulostulon sisähalkaisijan suhde labyrinttitiivisteen sisälaipan työpinnan halkaisijaan on 1,05 1,5. Keksintö parantaa kaasuturbiinimoottorin matalapaineturbiinin luotettavuutta. 3 sairas.

Piirustukset RF-patentista 2507401

Keksintö koskee kaasuturbiinimoottorien matalapaineturbiineja lentosovelluksiin.

Tunnetaan takatuella varustettu kaasuturbiinimoottorin matalapaineturbiini, jossa turbiinin takapurkausontelon ja turbiinin ulostulon virtausreitistä erottava sokkelotiiviste on tehty yksitasoiseksi. (S.A. Vyunov, "Lentokoneiden kaasuturbiinimoottorien suunnittelu ja suunnittelu", Moskova, "Engineering", 1981, s. 209).

Tunnetun rakenteen haittana on turbiinin tyhjennysontelon paineen alhainen stabiilisuus labyrinttitiivisteen säteittäisten rakojen epävakauden vuoksi, erityisesti moottorin vaihtelevissa käyttötavoissa.

Lähimpänä väitettyä mallia on kaasuturbiinimoottorin matalapaineturbiini, joka sisältää roottorin, staattorin takatuella, labyrinttitiivisteen, jossa on sisä- ja ulompi labyrinttilaippa asennettuna staattorin takatukeen (US patentti nro. 7905083, F02K 3/02, 15/03/2011).

Prototyyppinä otetun tunnetun rakenteen haittana on turbiinin roottorin aksiaalivoiman kohonnut arvo, mikä heikentää turbiinin ja koko moottorin luotettavuutta johtuen kulmakosketuslaakerin heikosta luotettavuudesta. havaitsee turbiinin roottorin lisääntyneen aksiaalivoiman.

Vaatimuksen kohteena olevan keksinnön teknisenä tuloksena on kaasuturbiinimoottorin matalapaineturbiinin luotettavuuden lisääminen vähentämällä turbiinin roottorin aksiaalivoiman suuruutta ja varmistamalla aksiaalivoiman stabiilius käytettäessä transienttiolosuhteissa.

Määritetty tekninen tulos saavutetaan sillä, että kaasuturbiinimoottorin matalapaineturbiinissa, mukaan lukien roottori, staattori takatuella, labyrinttitiiviste, joka on tehty sisä- ja ulkolaipoista, jotka on asennettu staattorin takatukeen , turbiinin labyrinttitiiviste on tehty kahdessa kerroksessa, kun taas labyrinttitiivisteen sisäkerros muodostuu kahdesta turbiinin akseliin suunnatusta labyrintin tiivistekammasta ja labyrinttitiivisteen sisälaipan työpinta suunnattu turbiinin virtausreitille, ja labyrinttitiivisteen ulompi kerros muodostuu turbiinin virtausreitille suunnatuista labyrintin tiivistyskannoista ja labyrinttitiivisteen ulkolaipan työpinnasta, joka on suunnattu turbiinin akseliin. turbiini ja labyrinttitiivisteen sisäkerroksen labyrintin tiivistyskammat on tehty yhdensuuntaisilla sisäseinillä, joiden väliin asennetaan vaimennusrengas ja labyrinttitiivisteen ulkolaippa ulkoisella suljetulla rengasmaisella ilmaontelolla, kun taas turbiinin virtauspolun ja labyrinttitiivisteen ulkolaipan välissä on rengasmainen sulkuseinä, joka on asennettu staattorin takakannattimeen, ja labyrintin sisälaipan työpinta sinetti on sijoitettu siten, että seuraava ehto täyttyy:

jossa D on sisähalkaisija turbiinin virtausreitin ulostulossa,

Matalapaineturbiinin ulostulossa oleva labyrinttitiiviste on kaksitasoinen, ja se järjestää tiivistetasot siten, että sisäkerroksen muodostavat kaksi turbiinin akselia kohti suunnattua sokkelotiivistekammusta ja labyrinttitiivisteen sisäpuolen työpinta. laippa, joka on suunnattu turbiinin virtausreitille, ja ulompi kerros on muodostettu suunnattuna labyrintin virtausreitin turbiinin tiivistyskammioihin ja suunnattu labyrinttitiivisteen ulkolaipan turbiinin työpintojen akseliin, mahdollistaa sen, että voit varmistaa labyrinttitiivisteen luotettava toiminta turbiinin ohimenevissä toimintatavoissa, mikä varmistaa turbiinin roottoriin vaikuttavan aksiaalivoiman vakauden ja lisää sen luotettavuutta.

Sisätiivistekerroksen labyrintin tiivistyssimpukoiden toteutus yhdensuuntaisilla sisäseinillä, joiden väliin on asennettu vaimennusrengas, vähentää labyrintin tärinäjännitystä ja pienentää labyrintin kampasimpukoiden ja labyrintin laippojen välisiä säteittäisiä rakoja. tiiviste.

Labyrinttitiivisteen ulkolaipan toteuttaminen ulkoisella suljetulla ilmaontelolla sekä staattorin takakannattimeen asennetun rengasmaisen sulkuseinän sijoittaminen turbiinin virtauspolun ja labyrinttitiivisteen ulkolaipan väliin vähentää merkittävästi labyrinttitiivisteen ulkolaipan kuumenemis- ja jäähtymisnopeutta transienttitiloissa, jolloin se lähentyy labyrinttitiivisteen ulomman kerroksen kuumenemis- ja jäähdytysnopeutta, mikä varmistaa tiivisteen välisten säteittäisten välysten vakauden. staattori ja roottori tiivisteessä ja lisää matalapaineturbiinin luotettavuutta ylläpitämällä vakaata painetta purkuturbiinin jälkeisessä ontelossa.

Suhteen D/d = 1,05 1,5 valinta johtuu siitä, että kohdassa D/d<1,05 снижается надежность работы лабиринтного уплотнения из-за воздействия на уплотнение высокотемпературного газа, выходящего из турбины низкого давления.

Kun D/d>1,5 heikentää kaasuturbiinimoottorin luotettavuutta vähentämällä matalapaineturbiinin roottoriin vaikuttavaa aksiaalista purkausvoimaa.

Kuvassa 1 on pituusleikkaus kaasuturbiinimoottorin matalapaineturbiinista.

Kuva 2 - elementti I kuviossa 1 suurennettuna.

Kuva 3 - elementti II kuviossa 2 suurennettuna.

Kaasuturbiinimoottorin matalapaineturbiini 1 koostuu roottorista 2 ja staattorista 3, jossa on takatuki 4. Roottoriin 2 sen ulostulossa vaikuttavien kaasuvoimien aksiaalisten voimien vähentämiseksi on lisätty paineistettu tyhjennysontelo 6. , joka on täytetty ilmalla kompressorin välivaiheen vuoksi (ei kuvassa) ja on erotettu turbiinin 1 virtausreitistä 7 kaksikerroksisella labyrinttitiivisteellä ja tiivisteen labyrintti 8 on kiinnitetty kierteellä. liitäntä 9 roottorin 2 viimeisen vaiheen 5 levyssä ja labyrinttitiivisteen sisälaippa 10 ja ulkolaippa 11 on kiinnitetty staattorin 3 takatukeen 4. Labyrinttitiivisteen sisäkerros muodostetaan sisälaipan 10 työpinnalla 12, joka on suunnattu (suuntaan) kohti turbiinin 1 virtausreittiä 7, ja kahdella labyrintin 8 tiivistyskammalla 13, 14, jotka on suunnattu turbiinin 1 akseliin 15. Sisäseinät 16 Kampasimpukoista 13, 14 ovat samansuuntaiset keskenään. Sisäseinien 16 ja 17 väliin on asennettu vaimennusrengas 18, joka auttaa vähentämään värähtelyjännityksiä labyrintissa 8 ja pienentämään roottorin 2 labyrintin 8 ja laippojen 10, 11 välisiä radiaalirakoja 19 ja 20. Labyrinttitiivisteen ulomman kerroksen muodostavat ulkolaipan 11 työpinta 21, joka on suunnattu (suuntautunut) turbiinin 1 akseliin 15, ja labyrintin 8 tiivistyssimpukat 22, jotka on suunnattu kohti turbiinin 1 virtausreittiä 7. turbiini 1. Labyrinttitiivisteen ulkolaippa 11 on tehty ulkopuolelta suljetulla rengasmaisella ilmaontelolla 23, jota rajaa ulkopuolelta ulkolaipan 11 seinämä 24. Labyrinttitiivisteen ulkolaipan 11 seinän 24 ja tiivisteen välissä. turbiinin 1 virtausreitillä 7 on rengasmainen sulkuseinä 25, joka on asennettu staattorin 3 takakannattimeen 4 ja suojaa ulkolaippaa 11 turbiinin 1 virtausreitillä 7 virtaavalta korkean lämpötilan kaasuvirralta 26.

Labyrinttitiivisteen sisälaipan 10 työpinta 12 on sijoitettu siten, että ehto täyttyy:

jossa D on turbiinin 1 virtausosan 7 sisähalkaisija (virtausosan 7 ulostulossa);

d on labyrinttitiivisteen sisälaipan 10 työpinnan 12 halkaisija.

Laite toimii seuraavasti.

Matalapaineturbiinin 1 käytön aikana labyrinttitiivisteen ulkolaipan 11 lämpötilatilaan voi vaikuttaa turbiinin 1 virtausreitin 7 kaasuvirran 26 lämpötilan muutos, joka voi muuttua merkittävästi. säteittäinen välys 19 ja roottoriin 2 vaikuttava aksiaalinen voima, joka johtuu ilmanpaineen muutoksesta purkuontelossa 6. Näin ei kuitenkaan tapahdu, koska labyrinttitiivisteen sisemmän kerroksen sisälaippa 10 on ulottumattomissa. kaasuvirtauksen 26 vaikutus, joka edistää sisälaipan 10 ja labyrinttikampojen 13, 14 välisen säteittäisen välyksen 20 vakautta sekä ontelon 6 paineen stabiilisuutta ja aksiaalisen voiman vakautta. turbiinin 1 roottorissa 2.

VAATIMUS

Kaasuturbiinimoottorin matalapaineturbiini, johon kuuluu roottori, staattori takatuella, labyrinttitiiviste sisä- ja ulkolaipoineen asennettuna staattorin takakannattimeen, tunnettu siitä, että turbiinin labyrinttitiiviste on tehty kahdessa kerroksessa, kun taas labyrinttitiivisteen sisempi kerros muodostuu kahdesta turbiinin akseliin suunnatusta sokkelotiivistekammasta ja turbiinin virtausreitille suunnatusta labyrinttitiivisteen sisälaipan työpinnasta, ja labyrinttitiivisteen ulomman kerroksen muodostavat turbiinin virtausreitille suunnatut labyrintin tiivistyskammat ja turbiinin akseliin suunnatun labyrinttitiivisteen ulkolaipan työpinta sekä kampasimpukoiden tiivistys labyrinttitiivisteen sisäkerroksen labyrintissa on yhdensuuntaiset sisäseinät, joiden väliin on asennettu vaimennusrengas ja labyrinttitiivisteen ulkolaippa on tehty ulommalla suljetulla rengasmaisella ilmanauhalla tew, kun taas turbiinin virtausreitin ja labyrinttitiivisteen ulkolaipan välissä on rengasmainen esteseinä, joka on asennettu staattorin takakannattimeen, ja labyrinttitiivisteen sisälaipan työpinta sijaitsee sellaisessa siten, että seuraava ehto täyttyy:

D/d = 1,05 1,5, missä

D on sisähalkaisija turbiinin virtausreitin ulostulossa,

d on labyrinttitiivisteen sisälaipan työpinnan halkaisija.

Vastaanottaja lentokoneiden moottoreita sisältää kaiken tyyppiset lämpömoottorit, joita käytetään ilma-alusten työntövoimana, eli laitteet, jotka käyttävät aerodynaamista laatua liikkumiseen, ohjaamiseen jne. ilmakehässä (lentokoneet, helikopterit, luokkien "B-B", "V-3" risteilyohjukset) , "3-V", "3-3", ilmailujärjestelmät jne.). Tämä tarkoittaa laajaa valikoimaa käytettyjä moottoreita - männästä rakettiin.

Lentokoneiden moottorit (kuva 1) on jaettu kolmeen laajaan luokkaan:

• mäntä (PD);
• ilmasuihku (WFD mukaan lukien GTD);
• ohjus (RD tai RKD).

Kaksi viimeistä luokkaa ovat tarkemman luokituksen alaisia, erityisesti luokka WFD.

Tekijä: ilman puristuksen periaate WRD:t jaetaan:

• kompressori ts. sisältäen kompressorin ilman mekaanista puristamista varten;
• kompressoriton :
  • kerran läpi WFD ( SPVRD) ilman puristuksella vain nopeuspaineesta;
  • sykkivä WFD ( PUVRD) lisäpaineella erityisissä ajoittaisissa kaasudynaamisissa laitteissa.

Rakettimoottoriluokka LRE Termi viittaa myös lämpömoottorien kompressorityyppiin, koska näissä moottoreissa käyttöneste (polttoaine) puristetaan nestemäisessä tilassa turbopumppuyksiköissä.

Kiinteän polttoaineen rakettimoottori (RDTT) ei sisällä erityistä laitetta käyttönesteen puristamiseen. Se suoritetaan polttoaineen palamisen alussa polttokammion puolisuljetussa tilassa, jossa polttoainepanos sijaitsee.

Tekijä: toimintaperiaate siellä on jako: PD ja PUVRD työskennellä syklissä kausijulkaisu toimet, kun WFD, GTD ja RKD sykli suoritetaan jatkuva Toiminnot. Tämä antaa niille etuja suhteellisen tehon, työntövoiman, painon jne. suhteen, mikä määritti erityisesti niiden käytön tarkoituksenmukaisuuden ilmailussa.

Tekijä: suihkun työntövoiman periaate WRD:t jaetaan:

• suorareaktiomoottorit;
• epäsuoran reaktion moottorit.

Ensimmäisen tyypin moottorit luovat vetovoiman (työntövoiman P) suoraan - siinä kaikki rakettimoottorit (RKD), turboreettinen ilman jälkipoltinta ja jälkipoltinkammioilla ( TRD ja TRDF), turboreetin ohitus (turbotuuletin ja TRDDF), kerran läpi yliääninen ja yliääninen ( SPVRD ja scramjet), sykkivä (PUVRD) ja lukuisia yhdistetyt moottorit.

Epäsuoran reaktion kaasuturbiinimoottorit (GTD) siirtävät niiden tuottaman tehon erityiseen potkuriin (potkuri, propfan, helikopterin pääroottori jne.), joka luo vetovoiman samalla ilmasuihkuperiaatteella ( potkuriturbiinikone , turbopropefan , turboakseli moottorit - TVD, TVVD, TVGTD). Tässä mielessä luokka WFD yhdistää kaikki moottorit, jotka luovat työntövoiman ilmasuihkuperiaatteen mukaisesti.

Yksinkertaisten piirien moottoreiden harkittujen tyyppien perusteella useita yhdistetyt moottorit , joka yhdistää erityyppisten moottoreiden ominaisuudet ja edut, esimerkiksi luokat:

• turbo-suihkumoottorit - TRDP (TRD tai turbotuuletin + SPVRD);
• raketti-ramjet - RPD (LRE tai RDTT + SPVRD tai scramjet);
• raketti-turbiini - RTD (TRD + LRE);

ja monia muita monimutkaisempien järjestelmien moottoreiden yhdistelmiä.

Mäntämoottorit (PD)

Kaksirivinen radiaalinen 14-sylinterinen ilmajäähdytteinen mäntämoottori. Yleinen muoto.

mäntämoottori (Englanti) mäntämoottori ) -

Mäntämoottoreiden luokitus. Lentokoneiden mäntämoottorit voidaan luokitella useiden kriteerien mukaan:

• Riippuen käytetystä polttoaineesta- kevyen tai raskaan polttoaineen moottoreille.
• Sekoitusmenetelmän mukaan- moottoreissa, joissa on ulkoinen seoksen muodostus (kaasutin) ja moottoreissa, joissa on sisäinen seos (suora polttoaineen ruiskutus sylintereihin).
• Riippuen seoksen sytytysmenetelmästä- otto- ja puristussytytysmoottoreille.
• Riippuen iskujen määrästä- kaksitahtisille ja nelitahtimoottoreille.
• Jäähdytystavasta riippuen- neste- ja ilmajäähdytteisille moottoreille.
• Sylinterien lukumäärän mukaan- nelisylinterisille, viisisylinterisille, 12-sylinterisille moottoreille jne.
• Riippuen sylinterien sijainnista- linjassa (jossa sylinterit on järjestetty riviin) ja tähden muotoinen (sylintereillä ympyrän muotoisina).

Rivimoottorit puolestaan ​​jaetaan yksiriviin, kaksiriviin V-muotoisiin, kolmiriviin W-muotoisiin, neliriviin H- tai X-muotoisiin moottoreihin. Aksiaalimoottorit jaetaan myös yksiriviin, kaksiriviin ja moniriviin.

• Tehon muutoksen luonteen mukaan korkeuden muutoksesta riippuen- korkealle, ts. moottorit, jotka säilyttävät tehonsa lentokoneen noustessa korkeuteen, ja matalalla sijaitsevat moottorit, joiden teho pienenee lentokorkeuden kasvaessa.
• Potkurin käyttömenetelmä- moottoreille, joissa on suora siirto potkuri- ja vaihdemoottoreille.

Nykyaikaiset lentokoneiden mäntämoottorit ovat nelitahtisia radiaalimoottoreita, jotka toimivat bensiinillä. Mäntämoottorien sylinterit jäähdytetään yleensä ilmalla. Aikaisemmin ilmailussa käytettiin myös vesijäähdytteisillä sylintereillä varustettuja mäntämoottoreita.

Polttoaineen palaminen mäntämoottorissa tapahtuu sylintereissä, kun taas lämpöenergia muunnetaan mekaaniseksi energiaksi, koska tuloksena olevien kaasujen paineen alaisena mäntä liikkuu eteenpäin. Männän translaatioliike puolestaan ​​muunnetaan moottorin kampiakselin pyöriväksi liikkeeksi kiertokangen kautta, joka on yhdyslinkki sylinterin männän ja kampiakselin välillä.

Kaasuturbiinimoottorit (GTE)

Kaasuturbiinimoottori - lämpömoottori, joka on suunniteltu muuttamaan polttoaineen palamisenergia suihkuvirran kineettiseksi energiaksi ja (tai) moottorin akselin mekaaniseksi työksi, jonka pääelementit ovat kompressori, polttokammio ja kaasuturbiini.

Yksiakseliset ja moniakseliset moottorit

Yksinkertaisimmassa kaasuturbiinimoottorissa on vain yksi turbiini, joka käyttää kompressoria ja on samalla hyödyllisen tehon lähde. Tämä rajoittaa moottorin toimintatiloja.

Joskus moottori on moniakselinen. Tässä tapauksessa sarjassa on useita turbiineja, joista jokainen käyttää omaa akseliaan. Korkeapaineturbiini (ensimmäinen polttokammion jälkeen) käyttää aina moottorin kompressoria, ja seuraavat voivat käyttää sekä ulkoista kuormaa (helikopterin tai laivan potkurit, tehokkaat sähkögeneraattorit jne.) että itse moottorin lisäkompressoreita, sijaitsee päärakennuksen edessä.

Moniakselisen moottorin etuna on, että jokainen turbiini toimii optimaalisella nopeudella ja kuormituksella. Yksiakselisen moottorin akselilta ohjattavalla kuormalla moottorin kaasuvaste, eli kyky nopeasti pyöriä ylöspäin, olisi erittäin huono, koska turbiinin on syötettävä tehoa sekä antaakseen moottorille tehon. suuri määrä ilmaa (tehoa rajoittaa ilman määrä) ja nopeuttaa kuormaa. Kaksiakselisella järjestelmällä kevyt korkeapaineroottori siirtyy nopeasti järjestelmään, joka tarjoaa moottorille ilmaa ja matalapaineturbiinille suuren määrän kaasuja kiihdytystä varten. Kiihdytyksessä voidaan käyttää myös vähemmän tehokasta käynnistintä, kun käynnistetään vain korkeapaineroottori.

Suihkuturbiinimoottori (TRD)

Turboreettinen moottori (Englanti) turboreettinen moottori ) - lämpömoottori, joka käyttää kaasuturbiinia ja suihkun työntövoima muodostuu, kun palamistuotteet virtaavat ulos suihkusuuttimesta. Osa turbiinin työstä kuluu ilman puristamiseen ja lämmittämiseen (kompressorissa).

Suihkuturbiinimoottorin kaavio:
1. syöttölaite;
2. aksiaalikompressori;
3. polttokammio;
4. turbiinien lavat;
5. suutin.

Suihkuturbimoottoreissa työnesteen puristuminen polttokammion sisääntulossa ja moottorin läpi kulkevan ilmavirran suuri arvo saavutetaan vastaantulevan ilmavirran ja TRD-kanavassa sijaitsevan kompressorin yhteisvaikutuksesta välittömästi sen jälkeen. tulolaite, polttokammion edessä. Kompressoria käyttää turbiini, joka on asennettu sen kanssa samalle akselille ja pyörii samalla työnesteellä, lämmitettynä polttokammiossa, josta muodostuu suihkuvirta. Tulolaitteessa staattinen ilmanpaine kasvaa ilmavirran hidastumisesta johtuen. Kompressorissa ilman kokonaispaine kasvaa kompressorin suorittaman mekaanisen työn seurauksena.

Painesuhde Kompressorissa on yksi turboreutimoottorin tärkeimmistä parametreista, koska moottorin tehokas hyötysuhde riippuu siitä. Jos turbimoottoreiden ensimmäisissä näytteissä tämä indikaattori oli 3, niin nykyaikaisissa se saavuttaa 40. Kompressorien kaasudynaamisen vakauden lisäämiseksi ne valmistetaan kahdessa vaiheessa. Jokainen kaskadeista toimii omalla nopeudellaan ja sitä käyttää oma turbiini. Tässä tapauksessa viimeisen (pienimmän nopeuden) turbiinin pyörittämä kompressorin 1. vaiheen akseli (alhainen paine) kulkee toisen vaiheen (korkeapaine) kompressorin onton akselin sisällä. Moottorin vaiheita kutsutaan myös matala- ja korkeapaineroottoreiksi.

Useimpien suihkuturbiinimoottorien polttokammio on muodoltaan rengasmainen ja turbiinikompressorin akseli kulkee kammiorenkaan sisällä. Palamiskammioon tullessaan ilma jaetaan kolmeen virtaan:

• ensisijainen ilma- tulee sisään polttokammion etuaukkojen kautta, hidastaa ruiskutussuuttimien edessä ja ottaa suoraan osaa polttoaine-ilma-seoksen muodostukseen. Osallistuu suoraan polttoaineen palamiseen. Veden puitedirektiivin polttoaineen palamisvyöhykkeellä oleva polttoaine-ilmaseos on koostumukseltaan lähellä stoikiometristä.
• toissijainen ilma- tulee sisään polttokammion seinien keskiosan sivuaukkojen kautta ja jäähdyttää niitä luomalla ilmavirran, jonka lämpötila on paljon alhaisempi kuin paloalueella.
• tertiäärinen ilma- tulee polttokammion seinien ulostuloosassa olevien erityisten ilmakanavien kautta ja tasaa turbiinin edessä olevan työnesteen lämpötilakentän.

Kaasu-ilmaseos laajenee ja osa sen energiasta muuttuu turbiinissa roottorin siipien kautta pääakselin pyörimisen mekaaniseksi energiaksi. Tämä energia kuluu ensisijaisesti kompressorin toimintaan, ja sitä käytetään myös moottoriyksiköiden (polttoainepumput, öljypumput jne.) ohjaamiseen ja sähkögeneraattoreiden ohjaamiseen, jotka tuottavat energiaa erilaisiin laivan järjestelmiin.

Suurin osa laajenevan kaasu-ilma-seoksen energiasta käytetään nopeuttamaan kaasuvirtausta suuttimessa, joka virtaa siitä ulos, jolloin syntyy suihkun työntövoima.

Mitä korkeampi palamislämpötila, sitä suurempi on moottorin hyötysuhde. Moottorin osien tuhoutumisen estämiseksi käytetään lämmönkestäviä metalliseoksia, jotka on varustettu jäähdytysjärjestelmillä ja lämpösulkupinnoitteilla.

Turbosuihkumoottori jälkipolttimella (TRDF)

Turbosuihkumoottori jälkipolttimella - turbojet-moottorin muunnos, jota käytetään pääasiassa yliäänilentokoneissa. Se eroaa turbiinimoottorista turbiinin ja suihkusuuttimen välissä olevalla jälkipolttimella. Lisämäärä polttoainetta syötetään tähän kammioon erityisten suuttimien kautta, joka poltetaan. Palamisprosessia organisoidaan ja stabiloidaan etupään avulla, joka sekoittuu haihdutettuun polttoaineeseen ja päävirtaukseen. Jälkipolttimen lämmön syöttöön liittyvä lämpötilan nousu lisää palamistuotteiden käytettävissä olevaa energiaa ja siten suihkusuuttimesta tulevan pakokaasun nopeutta. Vastaavasti myös suihkun työntövoima (jälkipoltin) kasvaa jopa 50 %, mutta polttoaineenkulutus kasvaa jyrkästi. Jälkipolttomoottoreita ei yleensä käytetä kaupallisessa ilmailussa niiden alhaisen polttoainetalouden vuoksi.

Kaksipiirinen suihkuturbiinimoottori (TRDD)

Ensimmäisenä kotimaisessa lentokoneteollisuudessa turbopuhallinmoottorin konseptia ehdotti A. M. Lyulka (Vuodesta 1937 lähtien tehdyn tutkimuksen perusteella A. M. Lyulka jätti hakemuksen ohivirtaussuihkumoottorin keksimisestä. Tekijänoikeustodistus myönnettiin 22.4. 1941.)

Voidaan sanoa, että 1960-luvulta tähän päivään lentokoneiden moottoriteollisuudessa on turbopuhallinmoottorien aikakausi. Erityyppiset turbofaanimoottorit ovat yleisin ilma-aluksissa käytetty turbofaanimoottoriluokka nopeista hävittäjähävittäjistä matalan ohituksen turbotuulettimilla suuriin kaupallisiin ja sotilaallisiin liikennelentokoneisiin, joissa on korkea ohitusturbiinipuhaltimet.

Turboruihkumoottorin kaavio:
1. matalapainekompressori;
2. sisämuoto;
3. sisäisen piirin lähtövirta;
4. ulkopiirin lähtövirta.

Perusta ohittaa suihkuturbiinimoottorit perustettiin periaate kiinnittää ylimääräinen ilmamassa turboreettiseen moottoriin, joka kulkee moottorin ulkoisen piirin kautta, mikä mahdollistaa moottoreiden, joiden lentotehokkuus on korkeampi kuin perinteisissä turbimoottoreissa.

Kulkiessaan tuloaukon läpi ilma tulee matalapainekompressoriin, jota kutsutaan tuulettimeksi. Tuulettimen jälkeen ilma jaetaan kahteen virtaan. Osa ilmasta tulee ulkopiiriin ja muodostaa polttokammion ohittaen suihkuvirran suuttimeen. Toinen osa ilmasta kulkee sisäisen piirin läpi, joka on täysin identtinen edellä mainitun turbopuhallinmoottorin kanssa sillä erolla, että turbiinin viimeiset vaiheet ovat tuulettimen käyttö.

Yksi turbopuhallinmoottorin tärkeimmistä parametreista on ohitussuhde (m), eli ulkoisen piirin läpi kulkevan ilmavirran suhde sisäisen piirin läpi kulkevaan ilmavirtaan. (m \u003d G 2 / G 1, missä G 1 ja G 2 ovat vastaavasti ilmavirtaus sisäisen ja ulkoisen piirin läpi.)

Kun ohitussuhde on alle 4 (m<4) потоки контуров на выходе, как правило, смешиваются и выбрасываются через общее сопло, если m>4 - virrat poistetaan erikseen, koska sekoittuminen on vaikeaa huomattavan paine- ja nopeuseron vuoksi.

Turbopuhallinmoottori perustuu periaatteeseen lisätä moottorin lentotehokkuutta vähentämällä suuttimesta tulevan käyttönesteen uloshengityksen nopeuden ja lentonopeuden välistä eroa. Työntövoiman pieneneminen, joka aiheuttaa tämän nopeuksien välisen eron pienenemisen, kompensoituu ilmavirran lisääntymisellä moottorin läpi. Seurauksena ilmavirran lisääntymisestä moottorin läpi on moottorin imuaukon etuosan alueen kasvu, mikä johtaa moottorin imuaukon halkaisijan kasvuun, mikä johtaa sen vastuksen ja vastuksen lisääntymiseen. massa. Toisin sanoen mitä korkeampi ohitussuhde, sitä suurempi on moottorin halkaisija, kun kaikki muut asiat ovat samat.

Kaikki turbiinimoottorit voidaan jakaa kahteen ryhmään:

• turbiinin takana olevilla sekoitusvirroilla;
• ilman sekoittamista.

Turbopuhallinmoottorissa, jossa on sekoitus virtauksia ( TRDDsm) ilmavirtaukset ulkoisista ja sisäisistä piireistä tulevat yhteen sekoituskammioon. Sekoituskammiossa nämä virtaukset sekoittuvat ja poistuvat moottorista yhden suuttimen kautta, jolla on yksi lämpötila. TRDSM ovat tehokkaampia, mutta sekoituskammion läsnäolo johtaa moottorin mittojen ja painon kasvuun

Turbopuhallinmoottorit, kuten turbopuhallinmoottorit, voidaan varustaa säädettävillä suuttimilla ja jälkipolttimilla. Yleensä nämä ovat turbimoottoreita, joilla on alhainen ohitussuhde yliäänilentokoneille.

Sotilaallinen turbotuuletin EJ200 (m = 0,4)

Ohitusturbiinimoottori jälkipolttimella (TRDDF)

Kaksipiirinen suihkuturbiinimoottori jälkipolttimella - turbopuhaltimen moottorin muutos. Poikkeaa jälkipolttokammion läsnäolosta. On löytänyt laajan sovelluksen.

Turbiinista lähtevät palamistuotteet sekoitetaan ulkopiiristä tulevaan ilmaan ja sitten lämpö johdetaan yleisvirtaukseen jälkipolttimessa, joka toimii samalla periaatteella kuin TRDF. Tämän moottorin palamistuotteet virtaavat yhdestä yhteisestä suihkusuuttimesta. Tällaista moottoria kutsutaan kaksipiirinen moottori yhteisellä jälkipolttimella.

TRDDF, jossa on taipuva työntövoimavektori (OVT).

Työntövoimavektorin ohjaus (VCT) / Työntövoimavektorin poikkeama (VVT)

Erityiset pyörivät suuttimet joissakin turbopuhallinmoottoreissa (F) mahdollistavat suuttimesta virtaavan työnesteen virtauksen kääntämisen suhteessa moottorin akseliin. OVT johtaa ylimääräisiin moottorin työntövoiman menetyksiin johtuen lisätyöstä virtauksen kääntämiseen ja vaikeuttaa lentokoneen hallintaa. Mutta nämä puutteet kompensoidaan täysin ohjattavuuden merkittävällä parantumisella ja lentokoneen lentoonlähtö- ja laskukiidon vähenemisellä pystysuoraan nousuun ja laskuun asti. OVT:tä käytetään yksinomaan sotilasilmailussa.

Korkean ohituksen turbofan / turbofan moottori

Tuulettimen turbomoottorin kaavio:
1. tuuletin;
2. suojavaippa;
3. turboahdin;
4. sisäisen piirin lähtövirta;
5. ulkopiirin lähtövirta.

turbiinimoottori (Englanti) turbiinimoottori ) on turbopuhallinmoottori, jolla on korkea ohitussuhde (m>2). Tässä matalapainekompressori muunnetaan tuulettimeksi, joka eroaa kompressorista pienemmällä porrasmäärällä ja suuremmalla halkaisijalla, ja kuuma suihku ei käytännössä sekoitu kylmään.

Tämän tyyppisissä moottoreissa käytetään yksivaiheista, halkaisijaltaan suurta tuuletinta, joka tarjoaa suuren ilmavirran moottorin läpi kaikilla lentonopeuksilla, mukaan lukien alhainen nousu- ja laskunopeus. Tuulettimen suuren halkaisijan vuoksi tällaisten turbopuhallinmoottoreiden ulkomuodon suuttimesta tulee melko raskas ja sitä lyhennetään usein suoristimilla (kiinteät siivet, jotka kääntävät ilmavirran aksiaalisuunnassa). Näin ollen useimmat turbopuhallinmoottorit, joilla on korkea ohitussuhde - ei sekoitusta.

Laite sisäinen ääriviiva tällaiset moottorit ovat samanlaisia ​​kuin suihkuturbiinimoottori, jonka turbiinin viimeiset vaiheet ovat tuulettimen käyttö.

Ulompi silmukka Tällainen turbopuhallinmoottori on pääsääntöisesti yksivaiheinen halkaisijaltaan suuri tuuletin, jonka takana on kiinteistä siipistä valmistettu ohjaussiipi, joka kiihdyttää tuulettimen takana olevaa ilmavirtaa ja kääntää sitä, mikä johtaa aksiaaliseen suuntaan, ulompi ääriviiva päättyy suuttimella.

Koska tällaisten moottoreiden tuulettimella on yleensä suuri halkaisija ja tuulettimen ilmanpaineen nousu ei ole korkea, tällaisten moottoreiden ulkoisen piirin suutin on melko lyhyt. Etäisyys moottorin tuloaukosta ulomman muotosuuttimen ulostuloon voi olla paljon pienempi kuin etäisyys moottorin imuaukosta sisemmän muotosuuttimen ulostuloon. Tästä syystä varsin usein ulomman ääriviivan suutin erehtyy tuulettimen vaippaan.

Turbopuhallinmoottoreissa, joissa on korkea ohitussuhde, on kaksi- tai kolmiakselinen rakenne.

Hyödyt ja haitat.

Tällaisten moottoreiden tärkein etu on niiden korkea hyötysuhde.

Haitat - suuri paino ja mitat. Erityisesti - tuulettimen suuri halkaisija, mikä johtaa merkittävään ilmanvastukseen lennon aikana.

Tällaisten moottoreiden soveltamisala on pitkän ja keskipitkän matkan kaupalliset lentokoneet, sotilaslentokoneet.

Turbopropefan moottori (TVVD)

Turbopropefan moottori (Englanti) turbo propfan moottori ) -

Lähetä hyvä työsi tietokanta on yksinkertainen. Käytä alla olevaa lomaketta

Opiskelijat, jatko-opiskelijat, nuoret tutkijat, jotka käyttävät tietopohjaa opinnoissaan ja työssään, ovat sinulle erittäin kiitollisia.

Lähetetty http://www.allbest.ru/

1. Suunnittelun kuvaus

turbiinimoottorin vahvuus

1.1 AL-31F

AL-31F on kaksipiirinen kaksiakselinen turbiinimoottori, jossa turbiinin takana olevat sisäiset ja ulkoiset piirit sekoittuvat, molemmille piireille yhteinen jälkipoltin ja säädettävä yliääninen all-mode-suihkusuutin. Matalapaineinen aksiaalinen 3-portainen kompressori säädettävällä sisääntulon ohjaussiipillä (VNA), korkeapaineinen aksiaalinen 7-vaiheinen kompressori säädettävällä VNA:lla ja kahden ensimmäisen vaiheen ohjaussiivet. Korkean ja matalan paineen turbiinit - aksiaaliset yksivaiheiset; turbiinien siivet ja suutinlaitteet jäähdytetään. Pääpolttokammio on rengasmainen. Titaaniseoksia (jopa 35 % massasta) ja lämmönkestäviä teräksiä käytetään laajasti moottorin suunnittelussa.

1.2 Turbiini

Yleispiirteet, yleiset piirteet

Moottorin turbiini on aksiaalinen, suihku, kaksivaiheinen, kaksiakselinen. Ensimmäinen vaihe on korkeapaineturbiini. Toinen vaihe on matalapaine. Kaikki turbiinien siivet ja levyt ovat jäähdytettyjä.

Turbiinin osien pääparametrit (H=0, M=0, "Maksimi") ja materiaalit on esitetty taulukoissa 1.1 ja 1.2.

Taulukko 1.1

Parametri
Kaasun kokonaispaineen alenemisaste
Turbiinin hyötysuhde pysähtyneiden virtausparametrien suhteen
Kehänopeus terien kehällä, m/s
Roottorin nopeus, rpm
Hihan suhde
Kaasun lämpötila turbiinin sisääntulossa
Kaasunkulutus, kg/s
Kuormaparametri, m/s

Taulukko 1.2

Korkeapaineturbiinin rakenne

Korkeapaineturbiini on suunniteltu käyttämään korkeapainekompressoria sekä vaihteistoihin asennettuja propulsio- ja lentokoneyksiköitä. Turbiini koostuu rakenteellisesti roottorista ja staattorista.

Korkeapaineturbiinin roottori

Turbiinin roottori koostuu roottorin siipistä, kiekosta ja akselista.

Työterä on valettu, ontto, jossa on puolisilmukkavirtaus jäähdytysilmaa.

Sisäonteloon on järjestetty jäähdytysilmavirran järjestämiseksi rivat, väliseinät ja turbulaattorit.

Seuraavissa sarjoissa puolisilmukkajäähdytysjärjestelmällä varustettu terä korvataan sykloni-pyörrejäähdytysmenetelmällä varustetulla terällä.

Sisäonteloon tehdään etureunaa pitkin kanava, johon syklonin tapaan muodostuu pyörteinen ilmavirtaus. Ilman pyörteily johtuu sen tangentiaalisesta syötöstä kanavaan ohjauslevyn aukkojen kautta.

Kanavasta ilma poistuu terän seinämän reikien (rei'ityksen) kautta terän takaosaan. Tämä ilma muodostaa suojakalvon pintaan.

Terän keskiosassa sisäpinnoilla on kanavia, joiden akselit leikkaavat. Kanaviin muodostuu pyörteinen ilmavirta. Ilmasuihkun turbulenssi ja kosketuspinnan kasvu lisäävät lämmönsiirtotehokkuutta.

Erimuotoisia turbulaattoreita (siltoja) tehdään takareunan alueelle. Nämä turbulaattorit tehostavat lämmönsiirtoa ja lisäävät terän lujuutta.

Terän profiiliosa on erotettu lukosta hyllyllä ja pitkänomaisella jalalla. Terien telakointihyllyt muodostavat kartiomaisen kuoren, joka suojaa terän lukitusosaa ylikuumenemiselta.

Pitkänomainen jalka, joka varmistaa korkean lämpötilan kaasuvirran etäisyyden lukosta ja kiekosta, vähentää profiiliosasta lukkoon ja kiekkoon siirtyvän lämmön määrää. Lisäksi pitkänomainen varsi, jolla on suhteellisen pieni taivutusjäykkyys, vähentää tärinäjännitysten tasoa terän profiiliosassa.

Kolmipiikkinen kalanruotolukko varmistaa säteittäisen kuormituksen siirtymisen teristä levylle.

Lukon vasempaan osaan tehty hammas kiinnittää terän liikuttamasta sitä virtausta pitkin, ja ura yhdessä kiinnityselementtien kanssa varmistaa, että terä ei pääse liikkumaan virtausta vastaan.

Terän reunaosaan tehtiin näyte sen päähän sisäänajon helpottamiseksi staattoriin kosketettaessa ja siten terän tuhoutumisen estämiseksi.

Työsiipien tärinäjännityksen vähentämiseksi niiden väliin hyllyjen alle on sijoitettu laatikon muotoiset vaimentimet. Kun roottori pyörii keskipakoisvoimien vaikutuksesta, vaimentimet painetaan tärisevien siipien hyllyjen sisäpintoja vasten. Yhden vaimentimen kahden vierekkäisen laipan kosketuspisteissä tapahtuvasta kitkasta johtuen siipien tärinän energia haihtuu, mikä varmistaa siipien tärinäjännitysten tason alenemisen.

Turbiinilevy meistetään, jonka jälkeen koneistus. Levyn reunaosassa on "Herringbone"-tyyppisiä uria 90 roottorin siiven kiinnittämiseen, urat levylukkoihin terien aksiaalista kiinnitystä varten ja kaltevareiät ilman syöttämiseksi, joka jäähdyttää roottorin siipiä.

Ilma otetaan kahden laipan, kiekon vasemman sivupinnan ja pyörteen muodostamasta vastaanottimesta. Tasapainotuspainot asetetaan alemman olkapään alle. Levyradan oikealla tasolla on sokkelotiivisteen olake ja levyä purettaessa käytetty olake. Levyjen porrastettuun osaan on tehty sylinterimäiset reiät akselin, kiekon ja turbiinin roottorin tapin yhdistävien pulttien kiinnittämiseksi.

Työterän aksiaalinen kiinnitys suoritetaan hampaalla, jossa on lamellilukitus. Lamellarukko (yksi kahdelle terälle) työnnetään terien uriin levyn kolmeen kohtaan, joihin tehdään leikkauksia, ja se kiihtyy terän kruunun koko kehän ympäri. Levyssä olevien aukkojen kohdalle asennetuilla lamellilukoilla on erityinen muoto. Nämä lukot on asennettu epämuodostuneeseen tilaan, ja suoristuksen jälkeen ne menevät terien uriin. Lamellilukkoa suoristaessa terät tuetaan vastakkaisista päistä.

Roottori tasapainotetaan painoilla, jotka on kiinnitetty levyn olakkeen uraan ja kiinnitetty lukkoon. Lukon häntä on taivutettu tasapainotuspainolla. Taivutuksen paikkaa valvotaan suurennuslasin läpi tarkastelemalla halkeamien puuttuminen. Roottoria voidaan tasapainottaa teriä liikuttamalla, painojen päiden trimmaus on sallittu. Jäljellä oleva epätasapaino on enintään 25 gcm.

Levy, jossa on tappi ja HPC-akseli, on yhdistetty kiinnityspulteilla. Pulttien päät on kiinnitetty pyörimistä vastaan ​​päiden leikkauksiin taivutetuilla levyillä. Akselin rengasurassa olevat päiden ulkonevat osat estävät pultit pitkittäisliikkeestä.

Tappi tukee roottoria rullalaakerissa (roottorin välinen laakeri).

Vaipan laippa on keskitetty ja yhdistetty turbiinilevyyn. Tapin ulompiin sylinterimäisiin uriin sijoitetaan labyrinttitiivisteiden holkki. Labyrintien aksiaalinen ja kehäkiinnitys suoritetaan radiaalisilla tapeilla. Jotta tapit eivät putoaisi keskipakoisvoimien vaikutuksesta, holkkien reiät levennetään niiden sisään painamisen jälkeen.

Tapin varren ulkoosassa, sokkeloiden alapuolella, on kierremutterilla kiinnitetty kontaktitiiviste. Mutteri on lukittu levylukolla.

Sylinterimäisten hihnojen nivelen sisällä kosketin- ja labyrinttitiivisteiden holkit on keskitetty. Holkkeja pitää kiinni nivelmutteri, joka on ruuvattu nivelkierteisiin. Mutteri lukitaan taivuttamalla kruunun antennit akselin päätyuraan.

Talteen sisäontelon oikealla puolella sijaitsee rullalaakerin ulkorengas, jota pitää nivelen kierteeseen ruuvattu, samalla tavalla lukittu vahamutteri.

Kosketintiiviste on pari teräsholkkia ja grafiittirengasta. Grafiittirenkaiden väliin on sijoitettu litteät jouset parien kosketuksen takaamiseksi. Teräsholkkien väliin on sijoitettu väliholkki estämään mekaanisen kosketustiivisteen puristuminen.

Korkeapaineturbiinin staattori

Korkeapaineturbiinin staattori koostuu ulkorenkaasta, suutinsiipien lohkoista, sisärenkaasta, pyörteisestä ja tiivisteestä HPT-sisäkkeillä.

Ulkorengas on sylinterimäinen vaippa, jossa on laippa. Rengas sijaitsee palotilan kotelon ja LPT-kotelon välissä.

Ulkorenkaan keskiosaan on tehty ura, jota pitkin lämmönvaihtimen väliseinä on keskitetty.

Ulkorenkaan vasemmassa osassa ylärengas on kiinnitetty ruuveihin, joka on polttokammion liekkiputken tuki ja tarjoaa jäähdytysilman puhaltaakseen suutinlaitteen siipien ulkohyllyt.

Ulkorenkaan oikealle puolelle on asennettu tiiviste. Tiiviste koostuu rengasmaisesta välikappaleesta, jossa on seulat, 36 HPT-sektorin sisäosaa ja sektoreita HPT-osien kiinnittämiseksi välikappaleeseen.

HPT-osien sisähalkaisijaan tehdään rengasmainen kierre, joka pienentää pinta-alaa, kun HPT-roottorin siivet koskettavat roottorin siipien kehäosan ylikuumenemisen estämiseksi.

Tiiviste on kiinnitetty ulkorenkaaseen poratuilla tapeilla. Näiden porausten kautta jäähdytysilmaa syötetään HPT-teroihin.

Sisäosien reikien kautta jäähdytysilma poistuu sisäosien ja roottorin siipien väliseen säteittäiseen rakoon.

Sisäosien väliin asennetaan levyt vähentämään kuuman kaasun virtausta.

Tiivistettä koottaessa HPT-sisäkkeet kiinnitetään välikappaleeseen sektoreittain tapeilla. Tämä kiinnitys mahdollistaa HPT-osien liikkumisen suhteessa toisiinsa ja välikappaleisiin kuumennettaessa käytön aikana.

Suutinlaitteiston terät on yhdistetty 14 kolmiteräiseksi lohkoksi. Terälohkot on valettu, ohjaimet on kytketty ja juotettu kahdesta kohdasta juotetulla pohjasuojuksella, jossa on tapilla. Lohkojen valettu rakenne, jolla on korkea jäykkyys, varmistaa siipien asennuskulmien vakauden, ilmavuotojen vähentämisen ja siten turbiinin tehokkuuden lisäämisen, lisäksi tällainen muotoilu on teknisesti edistyneempi .

Lapan sisäontelo on jaettu väliseinällä kahteen osastoon. Jokaisessa osastossa on ohjaimet, joissa on reiät, jotka tarjoavat jäähdytysilman suihkuvirtauksen terän sisäseinille. Terien etureunat on rei'itetty.

Lohkon ylähyllyssä on 6 kierrereikää, joihin on ruuvattu ruuvit suutinlaitteiden lohkojen kiinnittämiseksi ulkorenkaaseen.

Jokaisen terälohkon alahyllyssä on nivel, jota pitkin sisärengas on keskitetty holkin läpi.

Kynän profiili hyllyjen vierekkäisten pintojen kanssa on alumiinisilikoitua. Pinnoitteen paksuus 0,02-0,08 mm.

Kaasun virtauksen vähentämiseksi lohkojen välillä niiden liitokset tiivistetään levyillä, jotka on työnnetty lohkojen päiden rakoihin. Lohkojen päissä olevat urat on tehty sähköeroosiomenetelmällä.

Sisärengas on tehty kuoren muodossa, jossa on holkit ja laipat, joihin on hitsattu kartiomainen kalvo.

Sisärenkaan vasempaan laippaan on kiinnitetty ruuveilla rengas, jonka päällä liekkiputki lepää ja jonka läpi syötetään ilmaa puhaltaen suutinlaitteen siipien sisähyllyjä.

Oikeassa laipassa pyörrelaite on kiinnitetty ruuveilla, joka on hitsattu vaipparakenne. Pyörityslaite on suunniteltu syöttämään ja jäähdyttämään ilmaa, joka menee roottorin siipille kiihtyvyyden ja turbiinin pyörimissuunnassa pyörimisen vuoksi. Sisäkuoren jäykkyyden lisäämiseksi siihen hitsataan kolme vahvistusprofiilia.

Jäähdytysilman kiihtyvyys ja pyörre tapahtuvat pyörrelaitteiston suppenevassa osassa.

Ilman kiihdytys laskee roottorin siipien jäähdyttämiseen käytettävän ilman lämpötilaa.

Ilman pyörre varmistaa ilman nopeuden kehäkomponentin ja kiekon kehänopeuden kohdistuksen.

Matalapaineturbiinirakenne

Matalapaineturbiini (LPT) on suunniteltu käyttämään matalapainekompressoria (LPC). Rakenteellisesti se koostuu LPT-roottorista, LPT-staattorista ja LPT-tuesta.

Matalapaineturbiinin roottori

Matalapaineturbiinin roottori koostuu LPT-levystä, jossa on levyyn kiinnitetyt työsiivet, painelevystä, akselista ja akselista.

Työterä on valettu, jäähdytetään säteittäisellä jäähdytysilmavirralla.

Sisäontelossa on 11 riviä, joissa kussakin on 5 kappaletta sylinterimäisiä tappeja - turbulaattoreita, jotka yhdistävät terän takaosan ja kourun.

Kehäsuojus pienentää radiaalista välystä, mikä johtaa turbiinin hyötysuhteen kasvuun.

Vierekkäisten roottorin siipien suojushyllyjen kosketuspintojen kitkan vuoksi tärinäjännitysten taso laskee.

Terän profiiliosa on erotettu lukitusosasta hyllyllä, joka muodostaa kaasuvirran rajan ja suojaa kiekkoa ylikuumenemiselta.

Terässä on kalanruototyyppinen lukko.

Terän valu suoritetaan sijoitusmallien mukaan pintamodifikaatiolla kobolttialuminaatilla, mikä parantaa materiaalin rakennetta hiomalla rakeita johtuen terän pintaan muodostuvien kiteytyskeskittymien muodostumisesta.

Lämmönkestävyyden lisäämiseksi höyhenen, suojuksen ja lukkohyllyjen ulkopinnat altistetaan liukualumiinisilaatiolle pinnoitteen paksuudella 0,02-0,04.

Terien aksiaalista kiinnitystä varten, jotta ne eivät liikkuisi virtausta vastaan, niihin tehdään hammas, joka koskettaa levyn reunaa.

Terän aksiaalista kiinnitystä varten virtausta pitkin liikkumasta terän lukitusosaan laipan alueelle tehdään ura, johon työnnetään lukolla varustettu halkaistu rengas, jota kiekko estää aksiaalista liikettä. olkapää. Asennuksen aikana rengas puristetaan leikkauksen vuoksi ja työnnetään terien uriin, ja levyn olake tulee renkaan uraan.

Toimintakuntoisen halkaistun renkaan kiinnitys tehdään lukolla, jossa on lukkoon taivutetut puristimet, jotka kulkevat lukossa olevien reikien ja levyn olakkeen kolojen läpi.

Turbiinilevy - leimattu, myöhemmällä työstyksellä. Terien sijoittamista varten olevalla kehävyöhykkeellä on "Herringbone"-tyyppiset urat ja kaltevat reiät jäähdytysilman syöttämiseksi.

Levyrainaan tehdään rengaslaipat, joille asetetaan labyrinttikannet ja puristuslabyrinttikiekko. Näiden osien kiinnitys suoritetaan tapeilla. Jotta tapit eivät putoa, reiät on laajennettu.

Siivilöityä painelevyä tarvitaan syötettävän ilman puristamiseen turbiinin siipien jäähdyttämiseksi. Roottorin tasapainottamiseksi tasapainotuspainot kiinnitetään painelevyyn lamellipuristimilla.

Rengasmaiset kaulukset on tehty myös kiekon navaan. Labyrinttisuojukset asennetaan vasemmalle olkapäälle, nivel oikealle olkapäälle.

Tappi on suunniteltu tukemaan matalapaineroottoria rullalaakerissa ja siirtämään vääntömomenttia levyltä akselille.

Levyn liittämiseksi tappiin sen reunaosaan tehdään haarukkalaippa, jota pitkin keskitys suoritetaan. Lisäksi kuormien keskitys ja siirto tapahtuu säteittäisten tappien kautta, joita labyrintti estää putoamasta.

LPT-kannattimeen on myös kiinnitetty labyrinttitiivisterengas.

Tapin kehäsylinterimäisessä osassa oikealle sijoitetaan mekaaninen kosketustiiviste ja vasemmalle säteittäispintaisen kosketustiivisteen holkki. Holkki on keskitetty akselin sylinterimäistä osaa pitkin ja se on kiinnitetty aksiaalisuunnassa kamman taivutuksella.

Sylinterimäisen pinnan akselin vasemmassa osassa on holkit öljyn syöttämiseksi laakeriin, laakerin sisärengas ja tiivisteosat. Näiden osien pakkaus on kiristetty kierremutterilla, lukittu lamellilukolla. Karan sisäpinnalle on tehty urit, jotka varmistavat vääntömomentin siirtymisen akselilta akselille. Vaipan rungossa on reiät öljyn syöttämiseksi laakereihin.

Tuen oikealla puolella ulkourassa turbiinituen rullalaakerin sisärengas on kiinnitetty mutterilla. Kierremutteri on lukittu levylukolla.

Matalapaineturbiinin akseli koostuu 3 osasta, jotka on yhdistetty toisiinsa radiaalisilla tapeilla. Akselin oikea osa urineen menee akselin vastakkaisiin rihoihin vastaanottaen vääntömomentin siitä.

Aksiaaliset voimat tapista akselille välitetään mutterilla, joka on ruuvattu kierreakselin varteen. Mutteri on varmistettu löystymistä vastaan ​​uritetulla holkilla. Holkin päätyurit sopivat akselin päätyuriin ja holkin sylinterimäisen osan rihlat sopivat mutterin pitkittäisuriin. Aksiaalisuunnassa uritettu holkki kiinnitetään säätö- ja halkaisurenkailla.

Akselin oikean puolen ulkopinnalle on kiinnitetty labyrintti radiaalisilla tapeilla. Akselin sisäpinnalle turbiinin tuesta tulevan öljynpumppupumpun käytön uritettu holkki on kiinnitetty radiaalisilla tapeilla.

Akselin vasemmalle puolelle on tehty rihlat, jotka välittävät vääntömomentin jouseen ja sitten matalapainekompressorin roottoriin. Akselin vasemman puolen sisäpinnalle leikataan kierre, johon ruuvataan mutteri, joka on lukittu aksiaalisella tapilla. Mutteriin ruuvataan pultti, joka kiristää matalapainekompressorin roottoria ja matalapaineturbiinin roottoria.

Akselin vasemman puolen ulkopinnalla on säteittäinen kontaktitiiviste, väliholkki ja kartiohammaspyörän rullalaakeri. Kaikki nämä osat on kiristetty kierremutterilla.

Akselin komposiittirakenne mahdollistaa sen jäykkyyden lisäämisen keskiosan suuremman halkaisijan vuoksi sekä painon vähentämisen - akselin keskiosa on valmistettu titaaniseoksesta.

Matalapaineturbiinin staattori

Staattori koostuu ulkokotelosta, suutinterien lohkoista ja sisäkotelosta.

Ulkokotelo on hitsattu rakenne, joka koostuu kartiomaisesta vaipasta ja laipoista, joita pitkin kotelo liitetään korkeapaineturbiinin koteloon ja tukikoteloon. Ulkopuolella runkoon on hitsattu seula, joka muodostaa kanavan jäähdytysilman syöttämiseksi. Sisällä on laipat, joita pitkin suutinlaite on keskitetty.

Oikean laipan alueella on helmi, johon on asennettu kennoilla varustetut LPT-sisäkkeet ja kiinnitetty radiaalisilla tapeilla.

Suutinlaitteen terät jäykkyyden lisäämiseksi 11 kolmiteräisessä lohkossa.

Jokainen terä on valettu, ontto, jäähdytetty sisäisillä ohjaimilla. Höyhenet, ulko- ja sisähyllyt muodostavat virtausosan. Terien ulkohyllyissä on laipat, joilla ne on keskitetty ulkovaipan uria pitkin.

Suuttimen terien lohkojen aksiaalinen kiinnitys suoritetaan jaetun renkaan avulla. Terien kehäkiinnitys suoritetaan rungon ulkonemilla, jotka sisältyvät ulkohyllyihin tehtyihin rakoihin.

Hyllyjen ulkopinta ja terien profiiliosa on alumiinisiiloitu lämmönkestävyyden lisäämiseksi. Suojakerroksen paksuus on 0,02-0,08 mm.

Terälohkojen välisen kaasun virtauksen vähentämiseksi rakoihin asennetaan tiivistelevyt.

Terien sisähyllyt päättyvät pallomaisiin tappeihin, joita pitkin sisäkotelo on keskitetty ja edustaa hitsattua rakennetta.

Sisärungon ripoihin on tehty urat, jotka menevät suuttimen terien sisähyllyjen kampasimpukoihin säteittäisellä välyksellä. Tämä säteittäinen välys tarjoaa vapauden terien lämpölaajenemiseen.

Turbiinituki ND

Turbiinituki koostuu tukikotelosta ja laakeripesä.

Tukirunko on hitsattu rakenne, joka koostuu pylväillä yhdistetyistä kuorista. Telineet ja kuoret on suojattu kaasuvirralta niitatuilla seuloilla. Tuen sisäkuoren laippoihin on kiinnitetty kartiomaiset kalvot, jotka tukevat laakeripesää. Näissä laippoissa vasemmalle on kiinnitetty labyrinttitiivisteholkki ja oikealle tukia kaasuvirralta suojaava verkko.

Laakeripesän laippoihin on kiinnitetty kontaktitiivisteen holkki vasemmalle. Oikealla öljyontelon kansi ja lämpösuoja on kiinnitetty ruuveilla.

Rullalaakeri on sijoitettu kotelon sisäreikään. Kotelon ja laakerin ulkorenkaan välissä on joustava rengas ja holkit. Renkaaseen tehdään säteittäisiä reikiä, joiden läpi roottoreiden värähtelyjen aikana pumpataan öljyä, johon energiaa haihdutetaan.

Renkaiden aksiaalinen kiinnitys suoritetaan kannella, joka on kiinnitetty laakerin tukeen ruuveilla. Lämpökilven alla olevassa ontelossa on öljynpoistopumppu ja öljysuuttimet putkistoineen. Laakeripesässä on reiät, jotka syöttävät öljyä peltiin ja suuttimiin.

Turbiinin jäähdytys

Turbiinin jäähdytysjärjestelmä - ilma, avoin, säädellään erillisillä muutoksilla ilma-ilma-lämmönvaihtimen kautta.

Korkeapaineturbiinin suutinlaitteiston siipien etureunoissa on konvektiivinen kalvojäähdytys toisioilmalla. Tämän suutinlaitteen hyllyt jäähdytetään toisioilmalla.

SA-siipien takalistat, LPT:n levy- ja roottorinsiivet, turbiinikotelot, puhallinturbiinin SA-siivet ja sen vasemmalla puolella oleva kiekko jäähdytetään ilma-ilma-lämmönvaihtimen läpi kulkevalla ilmalla ( VHT).

Toisioilma tulee polttokammion kotelon reikien kautta lämmönvaihtimeen, jossa se jäähtyy -150-220 K ja menee venttiililaitteen läpi turbiinin osien jäähdyttämiseksi.

Toisiopiirin ilma tukijalkojen ja reikien kautta syötetään painelevylle, joka lisää painetta lisäämällä varmistaa sen syöttämisen LPT:n työteriin.

Turbiinin kotelo jäähdytetään ulkopuolelta toisioilmalla ja sisältä sisävesilaitoksen ilmalla.

Turbiinin jäähdytys suoritetaan kaikissa moottorin toimintatiloissa. Turbiinin jäähdytyspiiri on esitetty kuvassa 1.1.

Teho virtaa turbiinissa

Roottorin lapojen inertiavoimat"Herringbone"-tyyppiset lukot siirretään levylle ja ladataan. Terälevyjen epätasapainoiset inertiavoimat välittyvät HPT-roottorin sovituspulttien ja HPT-roottorin keskityskaulusten ja säteittäisten tappien kautta akselille ja laakereiden tukemiin tappeihin. Säteittäiset kuormat siirtyvät laakereista staattorin osiin.

HPT:n työteriin syntyvien kaasuvoimien aksiaaliset komponentit siirtyvät levylle johtuen lukossa olevien kosketuspintojen kitkavoimista ja terän "hampaasta" kiekkoa vasten. Levyllä nämä voimat summataan sen yli painehäviöstä aiheutuviin aksiaalisiin voimiin ja siirretään akselille tiukkojen pulttien kautta. Tästä voimasta asennetut pultit toimivat jännityksessä. Turbiinin roottorin aksiaalinen voima lisätään aksiaalivoimaan.

Ulkomuoto

Ulompi piiri on suunniteltu ohittamaan osa LPC:ssä LPC:n takana puristetusta ilmavirrasta.

Rakenteellisesti ulkoääriviiva koostuu kahdesta (etu- ja taka) profiloidusta kotelosta, jotka ovat tuotteen ulkokuori ja joita käytetään myös yhteyksien ja yksiköiden kiinnittämiseen. Ulkokuoren kuoret on valmistettu titaaniseoksesta. Kotelo sisältyy tuotteen virtapiiriin, havaitsee roottoreiden vääntömomentin ja osittain sisäisen piirin painon sekä ylikuormitusvoimat esineen kehittymisen aikana.

Ulkopiirin etukotelossa on vaakasuora liitin, joka mahdollistaa pääsyn HPC:hen, CS:ään ja turbiiniin.

Ulkoääriviivan virtausreitin profilointi varmistetaan asentamalla sisäseinän ulkomuodon etukoteloon, joka on yhdistetty siihen säteittäisillä naruilla, jotka ovat myös etuvaipan jäykistäviä ripoja.

Ulkomuodon takakotelo on sylinterimäinen kuori, jota rajoittavat etu- ja takalaipat. Takakotelossa on ulkopuolelta jäykistävät narut. Laipat sijaitsevat ulkokotelon koteloissa:

· Ottaa ilmaa tuotteen sisäisestä piiristä 4 ja 7 HPC-vaiheen jälkeen sekä ulkoisen piirin kanavasta laitoksen tarpeisiin;

· Sytyttimille KS;

· HPC-terien tarkastusikkunoihin, CS-tarkastusikkunoihin ja turbiinien tarkastusikkunoihin;

· Öljyn syöttämiseen ja poistamiseen turbiinin tukeen, selkätuen ilma- ja öljyontelon ilmaus;

· Ilman vuotaminen suihkusuuttimen (RS) pneumaattisiin sylintereihin;

· Ohjausjärjestelmän takaisinkytkentävivun kiinnittämiseen ON HPC;

· Tiedonsiirtoon polttoaineen syöttämiseksi CS:ään sekä tiedonsiirtoon ilmanpoistoon HPC:n jälkeen tuotteen polttoainejärjestelmään.

Kiinnitysrungot on suunniteltu myös ulkomuodon runkoon:

· Polttoaineen jakelija; öljysäiliön polttoöljylämmönvaihtimet;

· Polttoaineensuodatin;

· KND-automaation vähennysventtiili;

· Tyhjennyssäiliö;

· Sytytysyksikkö, FC:n käynnistysjärjestelmien tiedonsiirto;

· Kehykset, joissa on kiinnityspisteet suuttimelle ja jälkipolttosäätimelle (RSF).

Ulkopiirin virtausosaan asennetaan tuotejärjestelmän kaksisaranaiset viestintäelementit, jotka kompensoivat ulko- ja sisäpiirin rungon aksiaalisuunnassa tapahtuvaa lämpölaajenemista tuotteen toiminnan aikana. Koteloiden laajeneminen säteen suunnassa kompensoidaan sekoittamalla kaksisaranaelementtejä, jotka on rakenteellisesti valmistettu "mäntä-sylinteri" -kaavion mukaisesti.

2. Turbiinin juoksupyörän levyn lujuuden laskenta

2.1 Laskentakaavio ja lähtötiedot

HPT-siipipyörälevyn graafinen esitys ja kiekon laskentamalli on esitetty kuvassa 2.1. Geometriset mitat on esitetty taulukossa 2.1. Yksityiskohtainen laskelma on esitetty liitteessä 1.

Taulukko 2.1

Osa i

n - levyn kierrosten lukumäärä suunnittelutilassa on 12430 rpm. Levy on valmistettu EP742-ID materiaalista. Lämpötila levyn säteellä ei ole vakio. - terän (ääriviiva) kuormitus, joka simuloi terien keskipakovoimien ja niiden lukitusten (terän juuret ja levyn ulkonemat) vaikutusta levyyn suunnittelutilassa.

Kiekon materiaalin ominaisuudet (tiheys, kimmokerroin, Poissonin suhde, lineaarilaajenemiskerroin, pitkäkestoinen lujuus). Materiaalien ominaisuuksia syötettäessä on suositeltavaa käyttää valmiita tietoja ohjelmaan sisältyvien materiaalien arkistosta.

Ääriviivakuorma lasketaan kaavan mukaan:

Terien höyhenten keskipakovoimien summa,

Lukituksen keskipakovoimien summa (terän juuret ja levyn ulkonemat),

Levyn reunan sylinterimäisen pinnan alue, jonka kautta keskipakovoimat välittyvät levylle ja:

Kaavoilla lasketut voimat

z - terien lukumäärä,

Terän höyhenen juuriosan alue,

Keskipakovoimien aiheuttama jännitys terän höyhenen juuriosassa. Tämä jännite on laskettu kohdassa 2.

Terien ja kiekon lukitusliitäntöjen muodostaman renkaan massa,

lukitusrenkaan hitaussäde,

u - levyn pyörimiskulmanopeus suunnittelutilassa, laskettuna kierrosten avulla seuraavasti: ,

Renkaan massa ja säde lasketaan kaavoilla:

Levyn kehäsylinteripinnan pinta-ala lasketaan kaavalla 4.2.

Korvaamalla alkutiedot yllä olevien parametrien kaavaan, saamme:

Levyn vahvuus lasketaan laitoksen tietokoneluokassa 203 saatavilla olevalla DI.EXE-ohjelmalla.

On pidettävä mielessä, että levyn geometriset mitat (säteet ja paksuudet) syötetään DI.EXE-ohjelmaan senttimetreinä ja ääriviivakuorma - sisään (käännös).

2.2 Laskentatulokset

Laskentatulokset on esitetty taulukossa 2.2.

Taulukko 2.2

Taulukon 2.2 ensimmäiset sarakkeet esittävät alkutiedot levyn geometriasta ja lämpötilan jakautumisesta levyn säteellä. Sarakkeissa 5-9 on esitetty laskennan tulokset: säteittäiset (säteittäiset) ja kehän (kehän) jännitykset, reservit ekvivalenttiselle jännitykselle (esim. ekv.) ja murtokierroksille (syl.s.) sekä kiekon venymä vaikutuksen alaisena keskipakovoimat ja lämpölaajeneminen eri säteillä.

Pienin turvamarginaali ekvivalenttijännityksen suhteen saavutettiin kiekon pohjassa. Sallittu arvo. Vahvuusehto täyttyy.

Pienin turvamarginaali kierrosten katkaisulle saatiin myös levyn pohjalle. Sallittu arvo. Vahvuusehto täyttyy.

Riisi. 2.2 Jännitysjakauma (säde ja ympäristö) levyn säteen mukaan

Riisi. 2.3 Turvamarginaalin (vastaavat jännitemarginaalit) jakautuminen levyn säteellä

Riisi. 2.4 Turvamarginaalin jakautuminen murtokierrosten mukaan

Riisi. 2.5 Lämpötilan, jännityksen (rad. ja ympäristön) jakautuminen levyn säteellä

Kirjallisuus

1. Khronin D.V., Vyunov S.A. jne. "Lentokoneiden kaasuturbiinimoottorien suunnittelu ja suunnittelu". - M, koneenrakennus, 1989.

2. "Kaasuturbiinimoottorit", A.A. Inozemtsev, V.L. Sandratsky, OJSC Aviadvigatel, Perm, 2006

3. Lebedev S.G. Kurssiprojekti tieteenalalla "Lentokoneiden teoria ja laskenta", - M, MAI, 2009.

4. Perel L.Ya., Filatov A.A. Vierintälaakerit. Hakemisto. - M, koneenrakennus, 1992.

5. Ohjelma DISK-MAI, kehitetty osastolla 203 MAI, 1993.

6. Inozemtsev A.A., Nikhhamkin M.A., Sandratsky V.L. "Kaasuturbiinimoottorit. Lentokoneiden moottoreiden ja voimalaitosten dynamiikka ja vahvuus. - M, koneenrakennus, 2007.

7. GOST 2.105 - 95.

Isännöi Allbest.ru:ssa

...

Samanlaisia ​​asiakirjoja

Moottorin termokaasudynaaminen laskenta, parametrien valinta ja perustelut. Kompressorin ja turbiinin parametrien koordinointi. Turbiinin kaasudynaaminen laskenta ja turbiinin ensimmäisen vaiheen turbiinin siipien profilointi tietokoneella. Turbiinin siiven lukon lujuuden laskenta.

opinnäytetyö, lisätty 12.3.2012


Moottorin termokaasudynaaminen laskenta. Kompressorin ja turbiinin toiminnan koordinointi. Aksiaalisen turbiinin kaasudynaaminen laskenta tietokoneella. Korkeapaineturbiinien siipien profilointi. Moottorin rakenteen kuvaus, turbiinilevyn lujuuden laskenta.

opinnäytetyö, lisätty 22.1.2012


Moottorin termokaasudynaaminen laskenta, turbiinin ensimmäisen vaiheen juoksupyörien siipien profilointi. Turbiiniturbiinin kaasudynaaminen laskenta ja sen suunnittelun kehittäminen. Kartiohammaspyörän käsittelysuunnitelman kehittäminen. Moottorin tehokkuusanalyysi.

opinnäytetyö, lisätty 22.1.2012


Lentokoneen kaasuturbiinimoottorin virtauspolun suunnittelu. Työsiiven, turbiinilevyn, kiinnityskohdan ja palotilan lujuuden laskenta. Laipan valmistuksen teknologinen prosessi, toimintojen käsittelytapojen kuvaus ja laskenta.

opinnäytetyö, lisätty 22.1.2012


Kuvaus moottorin rakenteesta. Suihkuturbiinimoottorin termokaasudynaaminen laskenta. Kompressorilevyn, polttokammion koteloiden ja korkeapainekompressorin ensimmäisen vaiheen siivilukon lujuuden ja stabiilisuuden laskenta.

lukukausityö, lisätty 8.3.2011


Laskelma R-95Sh-lentokoneen suihkuturbiinimoottorin elementtien pitkäaikaisesta staattisesta lujuudesta. Matalapainekompressorin ensimmäisen vaiheen työterän ja kiekon laskenta lujuudelle. Suunnittelun perustelu patenttitutkimuksen perusteella.

lukukausityö, lisätty 7.8.2013


Kaasuturbiinimoottorien työprosessin suunnittelu ja yksiköiden kaasudynaamisen laskennan ominaisuudet: kompressori ja turbiini. Kaksiakselisen termosuihkumoottorin termokaasudynaamisen laskennan elementit. Korkea- ja matalapainekompressorit.

testi, lisätty 24.12.2010


Turboreetin ohitusmoottorin korkeapainekompressorin ensimmäisen vaiheen elementtien lujuuden laskeminen sekoitusvirroilla taisteluhävittäjälle. Työstövaran laskenta ulko-, sisä- ja päätypinnoille.

opinnäytetyö, lisätty 7.6.2012


Kompressorin ja turbiinin parametrien koordinointi ja sen kaasudynaaminen laskenta tietokoneella. Juoksupyörän siiven profilointi ja lujuuden laskeminen. Prosessin kaavio, sorvaus-, jyrsintä- ja porausoperaatioiden suorittaminen, moottorin hyötysuhteen analyysi.

opinnäytetyö, lisätty 8.3.2011


Laajentumistyön (turbiinissa käytettävissä olevan lämpöhäviön) määrittäminen. Prosessin laskenta suutinlaitteistossa, suhteellinen nopeus tutkan sisäänkäynnissä. Varren lujuuslaskenta, hampaiden taivutus. GTE-käyttöturbiinin kuvaus, osien materiaalivalikoima.

"Turbiini"-teema on yhtä monimutkainen kuin laaja. Siksi ei tietenkään ole tarpeen puhua sen täydellisestä paljastamisesta. Käsittelemme, kuten aina, "yleistä tuttavuutta" ja "erillisiä mielenkiintoisia hetkiä" ...

Samaan aikaan lentoturbiinin historia on hyvin lyhyt verrattuna turbiinin historiaan yleensä. Tämä tarkoittaa, että ei tule toimeen ilman teoreettista ja historiallista poikkeamaa, jonka sisältö ei pääosin koske ilmailua, mutta on pohjana tarinalle kaasuturbiinin käytöstä lentokoneiden moottoreissa.

Siitä huminasta ja jylinästä...

Aloitetaan hieman epätavallisesti ja muistetaan "". Tämä on melko yleinen lause, jota tavallisesti kokemattomat kirjoittajat käyttävät tiedotusvälineissä kuvaillessaan tehokkaiden lentokoneiden toimintaa. Täällä voit myös lisätä "roar, whistle" ja muita kovaäänisiä määritelmiä kaikille samoille "lentokoneiden turbiineille".

Aika tuttuja sanoja monelle. Ihmiset, jotka ymmärtävät, tietävät kuitenkin hyvin, että itse asiassa kaikki nämä "äänelliset" epiteetit kuvaavat useimmiten suihkumoottoreiden toimintaa kokonaisuutena tai sen osina, joilla on hyvin vähän yhteyttä turbiineihin sinänsä (lukuun ottamatta tietysti keskinäinen vaikutus yhteisen työnsä aikana).

Lisäksi turbiinimoottorissa (tällaiset ovat ylistäviä arvosteluja) suorareaktiomoottorina, joka luo työntövoimaa käyttämällä kaasusuihkun reaktiota, turbiini on vain osa sitä ja liittyy melko epäsuorasti " karjuva karjunta”.

Ja niissä moottoreissa, joissa sillä, kuten solmulla, on jollakin tavalla hallitseva rooli (nämä ovat epäsuoran reaktion moottoreita, ja niitä kutsutaan ns. kaasuturbiini), ei ole enää niin vaikuttavaa ääntä tai sen synnyttävät täysin erilaiset lentokoneen voimalaitoksen osat, esimerkiksi potkuri.

Eli ei jyrinä eikä karjunta sellaisenaan lentoturbiiniälä todellakaan sovella. Tällaisesta äänen tehottomuudesta huolimatta se on kuitenkin monimutkainen ja erittäin tärkeä nykyaikaisen suihkuturbiinimoottorin (GTE) yksikkö, joka usein määrittää sen tärkeimmät toimintaominaisuudet. Yksikään kaasuturbiinimoottori ei yksinkertaisesti määritelmän mukaan tule toimeen ilman turbiinia.

Siksi keskustelussa ei tietenkään ole kyse vaikuttavista äänistä ja venäjän kielen määritelmien virheellisestä käytöstä, vaan mielenkiintoisesta yksiköstä ja sen suhteesta ilmailuun, vaikka tämä ei ole kaukana ainoasta kielen alueesta. sovellus. Teknisenä laitteena turbiini ilmestyi kauan ennen kuin "lentokoneen" (tai lentokoneen) käsite syntyi, ja vielä enemmän sen kaasuturbiinimoottori.

Historia + teoriaa...

Ja jopa hyvin pitkään. Siitä lähtien, kun keksittiin mekanismeja, jotka muuttavat luonnonvoimien energian hyödylliseksi toiminnaksi. Yksinkertaisimmat tässä suhteessa ja siksi ensimmäisiä ilmestyneitä olivat ns pyörivät moottorit.

Tämä määritelmä itsessään ilmestyi tietysti vasta meidän päivinämme. Sen merkitys kuitenkin vain määrää moottorin yksinkertaisuuden. Luonnonenergia suoraan, ilman välilaitteita, muunnetaan tällaisen moottorin päävoimaelementin - akselin - pyörimisliikkeen mekaaniseksi voimaksi.

Turbiini- pyörivän moottorin tyypillinen edustaja. Tulevaisuudessa voidaan sanoa, että esimerkiksi mäntäpolttomoottorissa (ICE) pääelementti on mäntä. Se suorittaa edestakaisen liikkeen, ja ulostuloakselin pyörimisen saavuttamiseksi tarvitaan ylimääräinen kampimekanismi, mikä luonnollisesti monimutkaistaa ja tekee rakenteesta raskaamman. Turbiini on tässä suhteessa paljon kannattavampi.

Pyörivälle polttomoottorille, lämpömoottorina, joka muuten on turboreettinen moottori, käytetään yleensä nimeä "pyörivä".

Vesimyllyn turbiinipyörä

Yksi tunnetuimmista ja vanhimmista turbiinin käyttötavoista ovat suuret mekaaniset myllyt, joita ihminen on käyttänyt ikimuistoisista ajoista lähtien erilaisiin kotitalouksien tarpeisiin (ei vain viljan jauhamiseen). Niitä kohdellaan kuin vettä, ja tuulimyllyt mekanismeja.

Pitkän muinaisen historian (ensimmäinen maininta on noin 200-luvulta eKr.) ja keskiajan historian aikana nämä olivat itse asiassa ainoat mekanismit, joita ihminen käytti käytännön tarkoituksiin. Niiden käyttömahdollisuus teknisten olosuhteiden primitiivisyydestä huolimatta koostui käytetyn työnesteen (vesi, ilma) energian muuntamisen yksinkertaisuudesta.

Tuulimylly on esimerkki turbiinipyörästä.

Näissä itse asiassa oikeissa pyörivissä moottoreissa veden tai ilman virtauksen energia muunnetaan akselivoimaksi ja lopulta hyödylliseksi työksi. Tämä tapahtuu, kun virtaus on vuorovaikutuksessa työpintojen kanssa, jotka ovat vesipyörän terät tai tuulimyllyn siivet. Molemmat ovat itse asiassa modernin terien prototyyppiä teräkoneet, jotka ovat tällä hetkellä käytössä olevia turbiineja (ja muuten myös kompressoreja).

Tunnetaan toinenkin turbiinityyppi, jonka ensimmäisenä dokumentoi (ilmeisesti keksi) antiikin kreikkalainen tiedemies, mekaanikko, matemaatikko ja luonnontieteilijä Aleksandrian Heron ( Heron ho Alexandreus,1 -luvulla jKr.) tutkielmassaan Pneumatics. Hänen kuvailemansa keksintö oli ns aeolipil , joka kreikaksi tarkoittaa "Eol-palloa" (tuulen jumala, Αἴολος - Eol (kreikaksi), pila- pallo (lat.)).

Aeolipil Heron.

Siinä pallo oli varustettu kahdella vastakkain suunnatulla putkella-suuttimella. Suuttimista tuli ulos höyryä, joka tuli palloon putkien kautta alla olevasta kattilasta ja pakotti siten pallon pyörimään. Toiminta käy selvästi ilmi kuvasta. Se oli niin kutsuttu käänteinen turbiini, joka pyöri höyryn ulostuloa vastakkaiseen suuntaan. Turbiinit tämän tyyppisillä on erityinen nimi - reaktiivinen (lisätietoja - alla).

On mielenkiintoista, että Heron itse tuskin kuvitteli, mikä oli hänen autonsa toimiva runko. Tuolloin höyry tunnistettiin ilmaan, jo nimikin todistaa tästä, koska Eol käskee tuulta eli ilmaa.

Eolipil oli yleisesti ottaen täysimittainen lämpökone, joka muutti palaneen polttoaineen energian mekaaniseksi pyörimisenergiaksi akselilla. Ehkä se oli yksi ensimmäisistä lämpömoottoreista historiassa. Totta, sen käyttökelpoisuus ei ollut vieläkään täydellinen, koska keksintö ei tehnyt hyödyllistä työtä.

Eolipil, muiden tuolloin tunnettujen mekanismien ohella, oli osa niin kutsuttua "automaattiteatteria", joka oli erittäin suosittu myöhempinä vuosisatoina ja oli itse asiassa vain mielenkiintoinen lelu, jolla oli käsittämätön tulevaisuus.

Sen luomishetkestä ja yleensä ajalta, jolloin ihmiset käyttivät ensimmäisissä mekanismeissaan vain "selkeästi ilmentyviä" luonnonvoimia (tuulen voimaa tai putoavan veden painovoimaa) polttoaineen lämpöenergian varman käytön alkamiseen asti. äskettäin luoduista lämpömoottoreista on kulunut yli sata vuotta.

Ensimmäiset tällaiset yksiköt olivat höyrykoneita. Todellisia toimivia esimerkkejä keksittiin ja rakennettiin Englannissa vasta 1600-luvun lopulla, ja niitä käytettiin veden pumppaamiseen hiilikaivoksista. Myöhemmin ilmestyi mäntämekanismilla varustetut höyrykoneet.

Tulevaisuudessa teknisen tietämyksen kehittyessä eri mallien mäntäpolttomoottorit, edistyneemmät ja tehokkaammat mekanismit "astuivat lavalle". He käyttivät jo kaasua (palamistuotteita) työskentelynesteenä eivätkä vaatineet isoja höyrykattiloita sen lämmittämiseen.

Turbiinit Lämpömoottoreiden pääkomponentteina kävivät myös läpi samanlaisen polun kehityksessään. Ja vaikka joistakin historian tapauksista mainitaan erikseen, mutta huomion ansaitsevat ja lisäksi dokumentoidut, mukaan lukien patentoidut yksiköt ilmestyivät vasta 1800-luvun jälkipuoliskolla.

Kaikki alkoi parista...

Juuri tätä käyttönestettä käytettäessä lähes kaikki turbiinin (myöhemmin kaasuturbiinin) suunnittelun perusperiaatteet työstettiin tärkeäksi osaksi lämpökonetta.

Lavalin patentoima suihkuturbiini.

Varsin ominaista tässä suhteessa oli lahjakkaan ruotsalaisen insinöörin ja keksijän kehitys Gustave de Laval(Karl Gustaf Patrik de Laval). Hänen tuolloin tekemänsä tutkimuksensa liittyi ajatukseen kehittää uusi maidonerotin, jossa on suurempi ajonopeus, mikä mahdollisti tuottavuuden merkittävän lisäämisen.

Suurempaa pyörimisnopeutta (kierroksia) ei voitu saavuttaa käyttämällä jo perinteistä (mutta ainoaa olemassa olevaa) mäntähöyrykonetta tärkeimmän elementin - männän - suuren inertian vuoksi. Tajuttuaan tämän Laval päätti yrittää luopua männän käytöstä.

Sanotaan, että itse ajatus tuli hänelle hiekkapuhallustyötä tarkkaillessa. Vuonna 1883 hän sai ensimmäisen patenttinsa (englanninkielinen patentti nro 1622) tällä alalla. Patentoitu laite oli nimeltään " Höyryllä ja vedellä toimiva turbiini».

Se oli S-muotoinen putki, jonka päihin tehtiin kapenevia suuttimia. Putki asennettiin onttoon akseliin, jonka kautta höyryä syötettiin suuttimiin. Periaatteessa kaikki tämä ei eronnut millään tavalla Aleksandrian Heronin eolipilistä.

Valmistettu laite toimi melko luotettavasti korkeilla kierroksilla tuon ajan tekniikalle - 42 000 rpm. Pyörimisnopeus saavutti 200 m/s. Mutta niin hyvillä parametreilla turbiini oli erittäin alhainen hyötysuhde. Ja yritykset lisätä sitä nykyisellä tekniikan tasolla eivät johtaneet mihinkään. Miksi se tapahtui?

——————-

Hieman teoriaa ... Hieman lisää ominaisuuksista ....

Mainittu hyötysuhde (nykyaikaisissa lentokoneiden turbiineissa tämä on ns. teho tai tehollinen hyötysuhde) luonnehtii tehokkuutta, jolla turbiinin akseliin käytetään kulutettua (käytettävissä olevaa) energiaa. Eli mikä osa tästä energiasta käytettiin hyödyllisesti akselin pyörittämiseen ja mitä " meni putkeen alas».

Se vain lähti. Kuvatulle turbiinityypille, jota kutsutaan reaktiiviseksi, tämä lauseke on juuri oikea. Tällainen laite vastaanottaa pyörivän liikkeen akselilla lähtevän kaasusuihkun (tai tässä tapauksessa höyryn) reaktiovoiman vaikutuksesta.

Turbiini dynaamisena paisuntakoneena, toisin kuin tilavuuskoneet (mäntäkoneet), vaatii toimiakseen paitsi työnesteen (kaasu, höyry) puristamisen ja kuumentamisen, myös sen kiihdytyksen. Tässä tapahtuu laajenemista (ominaistilavuuden kasvua) ja paineen laskua kiihtyvyyden vuoksi, erityisesti suuttimessa. Mäntämoottorissa tämä johtuu sylinterikammion tilavuuden kasvusta.

Tämän seurauksena työnesteen suuri potentiaalienergia, joka muodostui poltetun polttoaineen lämpöenergian syöttämisen seurauksena, muuttuu liike-energiaksi (miinus tietysti erilaiset häviöt). Ja kineettinen (suihkuturbiinissa) reaktiovoimien kautta - akselin mekaaniseen työhön.

Ja se on sitä, kuinka täysin kineettinen energia menee mekaaniseksi tässä tilanteessa ja kertoo meille tehokkuuden. Mitä korkeampi se on, sitä vähemmän kineettistä energiaa suuttimesta ympäristöön lähtevällä virtauksella on. Tätä jäljellä olevaa energiaa kutsutaan " menetys lähtönopeudella”, ja se on suoraan verrannollinen lähtevän virran nopeuden neliöön (kaikki varmaan muistavat mС 2 /2).

Suihkuturbiinin toimintaperiaate.

Tässä puhutaan niin sanotusta absoluuttisesta nopeudesta C. Loppujen lopuksi lähtevä virtaus, tarkemmin sanottuna jokainen sen hiukkanen, osallistuu monimutkaiseen liikkeeseen: suoraviivaiseen plus pyörimiseen. Siten absoluuttinen nopeus C (suhteessa kiinteään koordinaattijärjestelmään) on yhtä suuri kuin turbiinin pyörimisnopeuden U ja suhteellisen virtausnopeuden W (nopeus suhteessa suuttimeen) summa. Summa on tietysti vektori, joka näkyy kuvassa.

Segner pyörä.

Minimihäviöt (ja maksimihyötysuhde) vastaavat miniminopeutta C, mieluiten sen tulisi olla nolla. Ja tämä on mahdollista vain, jos W ja U ovat yhtä suuret (se näkyy kuvasta). Kehänopeutta (U) tässä tapauksessa kutsutaan optimaalinen.

Tällainen tasa-arvo olisi helppo varmistaa hydrauliturbiineissa (esim segner pyörä), koska nesteen ulosvirtausnopeus niiden suuttimista (samanlainen kuin nopeus W) on suhteellisen alhainen.

Mutta sama nopeus W kaasulle tai höyrylle on paljon suurempi johtuen suuresta nesteen ja kaasun tiheyserosta. Joten suhteellisen alhaisella, vain 5 atm:n paineella. hydrauliturbiini voi antaa pakokaasun nopeuden vain 31 m/s ja höyryturbiini 455 m/s. Eli käy ilmi, että jopa riittävän alhaisilla paineilla (vain 5 atm.) Lavalin suihkuturbiinin kehänopeuden tulisi olla korkean hyötysuhteen vuoksi yli 450 m/s.

Tekniikan silloiselle kehitystasolle tämä oli yksinkertaisesti mahdotonta. Tällaisilla parametreilla oli mahdotonta tehdä luotettavaa suunnittelua. Optimaalisen kehänopeuden pienentäminen suhteellista (W) pienentämällä ei myöskään ollut järkevää, koska tämä voidaan tehdä vain alentamalla lämpötilaa ja painetta ja siten kokonaistehokkuutta.

Laval aktiivinen turbiini...

Lavalin suihkuturbiini ei antanut periksi parannukselle. Yrityksistä huolimatta asiat pysähtyivät. Sitten insinööri valitsi toisen tien. Vuonna 1889 hän patentoi erityyppisen turbiinin, joka sai myöhemmin nimen Active. Ulkomailla (englanniksi) se kantaa nyt nimeä impulssiturbiini eli impulsiivista.

Patentissa vaadittu laite koostui yhdestä tai useammasta kiinteästä suuttimesta, jotka syöttivät höyryä kauhan muotoisiin siipiin, jotka oli asennettu liikkuvan työturbiinin pyörän (tai kiekon) reunaan.

Lavalin patentoima aktiivinen yksivaiheinen höyryturbiini.

Työprosessi tällaisessa turbiinissa on seuraava. Höyry kiihtyy suuttimissa kineettisen energian kasvaessa ja paineen laskussa ja putoaa roottorin siipille, niiden koveralle osalle. Juoksupyörän lapoihin kohdistuvan iskun seurauksena se alkaa pyöriä. Tai muuten voidaan sanoa, että pyöriminen tapahtuu suihkun impulsiivisen toiminnan seurauksena. Siitä englanninkielinen nimi impulssiturbiini.

Samaan aikaan terienvälisissä kanavissa, joiden poikkileikkaus on käytännössä vakio, virtaus ei muuta nopeuttaan (W) ja painetta, vaan muuttaa suuntaa, eli se kääntyy suurissa kulmissa (jopa 180°). Toisin sanoen meillä on suuttimen ulostulossa ja terien välisen kanavan sisäänkäynnissä: absoluuttinen nopeus C 1 , suhteellinen W 1 , kehänopeus U.

Lähdössä vastaavasti C 2, W 2 ja sama U. Tässä tapauksessa W 1 \u003d W 2, C 2< С 1 – из-за того, что часть кинетической энергии входящего потока превращается в механическую на валу турбины (импульсное воздействие) и абсолютная скорость падает.

Periaatteessa tämä prosessi on esitetty yksinkertaistetussa kuvassa. Myös prosessin selityksen yksinkertaistamiseksi tässä oletetaan, että absoluuttinen ja kehänopeusvektori ovat käytännössä yhdensuuntaiset, virtaus muuttaa suuntaa juoksupyörässä 180°.

Höyryn (kaasun) virtaus aktiivisen turbiinin vaiheessa.

Jos tarkastelemme nopeuksia absoluuttisesti, niin voidaan nähdä, että W 1 \u003d C 1 - U ja C 2 \u003d W 2 - U. Siten edellisen perusteella optimaaliselle moodille, kun hyötysuhde kestää maksimiarvot ja häviöt lähtönopeudesta pyrkivät minimiin (eli C 2 =0) meillä on C 1 =2U tai U=C 1 /2.

Saamme sen aktiiviselle turbiinille optimaalinen kehänopeus puolet suuttimesta ulosvirtauksen nopeudesta, eli tällainen turbiini on puolet niin kuormitettu kuin suihkuturbiini, ja korkeamman hyötysuhteen saavuttaminen helpottuu.

Siksi Laval jatkoi tulevaisuudessa juuri tämäntyyppisten turbiinien kehittämistä. Vaaditun kehänopeuden pienenemisestä huolimatta se pysyi kuitenkin riittävän suurena, mikä aiheutti yhtä suuria keskipako- ja tärinäkuormia.

Aktiiviturbiinin toimintaperiaate.

Tämä johti rakenteellisiin ja lujuusongelmiin sekä epätasapainon poistamiseen liittyviin ongelmiin, jotka usein ratkaistiin vaikein. Lisäksi tuolloisissa olosuhteissa oli muita ratkaisemattomia ja ratkaisemattomia tekijöitä, jotka lopulta laskivat tämän turbiinin hyötysuhdetta.

Näitä olivat esimerkiksi siipien aerodynamiikan epätäydellisyys, mikä aiheutti lisääntynyttä hydrauliset häviöt, sekä yksittäisten höyrysuihkujen sykkivä vaikutus. Itse asiassa vain muutama tai jopa yksi terä voisi olla aktiivisia teriä, jotka havaitsevat näiden suihkujen (tai suihkujen) toiminnan samanaikaisesti. Loput liikkuivat samaan aikaan tyhjäkäynnillä, mikä loi lisävastusta (höyryilmakehässä).

Sellainen turbiinit tehoa ei voitu lisätä lämpötilan ja höyrynpaineen nousun vuoksi, koska tämä johtaisi kehänopeuden kasvuun, mikä oli täysin mahdotonta hyväksyä kaikkien samojen suunnitteluongelmien vuoksi.

Lisäksi tehon lisäys (jossa oheisnopeus kasvaa) oli sopimaton toisesta syystä. Turbiinin energiankuluttajat olivat siihen verrattuna hitaita laitteita (tätä varten suunniteltiin sähkögeneraattoreita). Siksi Lavalin oli kehitettävä erityisiä vaihteistoja turbiinin akselin kinemaattiseen liittämiseen kuluttajaakseliin.

Aktiivisen Laval-turbiinin ja vaihteiston massojen ja mittojen suhde siihen.

Näiden akselien suuresta nopeuserosta johtuen vaihteistot olivat erittäin tilaa vieviä ja usein ylittivät huomattavasti itse turbiinin kooltaan ja painoltaan. Sen tehon lisääminen merkitsisi tällaisten laitteiden koon vieläkin suurempaa kasvua.

Lopulta Laval aktiivinen turbiini Se oli suhteellisen pienitehoinen yksikkö (työnäytteitä jopa 350 hv), lisäksi kallis (suuren parannussarjan vuoksi) ja vaihteiston kanssa se oli myös melko iso. Kaikki tämä teki siitä kilpailukyvyttömän ja sulki pois massasovelluksen.

Mielenkiintoinen tosiasia on, että Lavalin aktiivisen turbiinin rakentavaa periaatetta hän ei itse asiassa keksinyt. Jo 250 vuotta ennen hänen tutkimuksensa ilmestymistä Roomaan vuonna 1629, italialaisen insinöörin ja arkkitehdin Giovanni Brancan kirja julkaistiin nimellä "Le Machine" ("Koneet").

Siihen sijoitettiin muiden mekanismien ohella kuvaus "höyrypyörästä", joka sisälsi kaikki Lavalin rakentamat pääkomponentit: höyrykattilan, höyrynsyöttöputken (suuttimen), aktiivisen turbiinin juoksupyörän ja jopa vaihteiston. Niinpä kauan ennen Lavalia kaikki nämä elementit olivat jo tiedossa, ja hänen ansionsa oli siinä, että hän sai ne kaikki todella toimimaan yhdessä ja käsitteli äärimmäisen monimutkaisia ​​​​kysymyksiä mekanismin parantamiseksi kokonaisuutena.

Aktiivinen höyryturbiini Giovanni Branca.

Mielenkiintoista on, että yksi hänen turbiininsa tunnetuimmista ominaisuuksista oli suuttimen rakenne (se mainittiin erikseen samassa patentissa), joka toimittaa höyryä roottorin siipille. Tässä tuli tavallisen kapeneva suutin, kuten se oli suihkuturbiinissa kaventava-laajeneva. Myöhemmin tämäntyyppisiä suuttimia kutsuttiin Laval-suuttimiksi. Ne mahdollistavat kaasun (höyryn) virtauksen nopeuttamisen yliäänenopeuteen riittävän pienin häviöin. Heistä .

Näin ollen suurin ongelma, jonka kanssa Laval kamppaili kehittäessään turbiinejaan ja jota hän ei pystynyt selviytymään, oli suuri reunanopeus. Kuitenkin varsin tehokas ratkaisu tähän ongelmaan on jo ehdotettu ja jopa, kummallista kyllä, Laval itse.

Monivaiheinen….

Samana vuonna (1889), kun edellä kuvattu aktiivinen turbiini patentoitiin, insinööri kehitti aktiivisen turbiinin, jossa oli kaksi yhdensuuntaista roottorin siipiriviä, jotka oli asennettu yhdelle juoksupyörälle (levylle). Tämä oli ns kaksivaiheinen turbiini.

Höyryä syötettiin työteriin, kuten yksivaiheisessa, suuttimen kautta. Kahden roottorin siipirivin väliin asennettiin rivi kiinteitä siipiä, jotka ohjasivat ensimmäisen vaiheen siipistä lähtevän virtauksen toisen roottorin siipille.

Jos käytämme yllä ehdotettua yksinkertaistettua periaatetta yksivaiheisen suihkuturbiinin (Laval) kehänopeuden määrittämiseen, niin käy ilmi, että kaksivaiheisen turbiinin pyörimisnopeus on pienempi kuin suuttimesta ulosvirtauksen nopeus. ei kahdella, vaan neljällä kerralla.

Curtis-pyörän periaate ja parametrien muuttaminen siinä.

Tämä on tehokkain ratkaisu alhaisen optimaalisen kehänopeuden ongelmaan, jota Laval ehdotti, mutta jota ei käyttänyt ja jota käytetään aktiivisesti nykyaikaisissa sekä höyry- että kaasuturbiineissa. Monivaiheinen…

Se tarkoittaa, että koko turbiinin suuri käytettävissä oleva energia voidaan jollain tavalla jakaa osiin portaiden lukumäärän mukaan ja jokainen tällainen osa työstetään omassa vaiheessa. Mitä pienempi tämä energia, sitä pienempi on työnesteen (höyry, kaasu) nopeus, joka tulee roottorin siipille, ja näin ollen sitä pienempi on optimaalinen kehänopeus.

Eli muuttamalla turbiinin vaiheiden lukumäärää voit muuttaa sen akselin pyörimistaajuutta ja vastaavasti muuttaa sen kuormitusta. Lisäksi monivaiheinen antaa sinun työskennellä turbiinin suurilla energiaeroilla, eli lisätä sen tehoa ja samalla ylläpitää korkeaa hyötysuhdetta.

Laval ei patentoinut kaksivaiheista turbiiniaan, vaikka prototyyppi tehtiin, joten se kantaa amerikkalaisen insinöörin C. Curtisin (pyörä (tai kiekko) Curtis) nimeä, joka vuonna 1896 sai patentin vastaavalle laitteelle.

Kuitenkin paljon aikaisemmin, vuonna 1884, englantilainen insinööri Charles Algernon Parsons kehitti ja patentoi ensimmäisen todellisen monivaiheinen höyryturbiini. Useat eri tutkijat ja insinöörit väittivät käytettävissä olevan energian jakamisen hyödyllisyydestä ennen häntä, mutta hän oli ensimmäinen, joka käänsi idean "raudaksi".

Parsons monivaiheinen aktiivisuihkuturbiini (purettu).

Samaan aikaan hänen turbiini oli ominaisuus, joka toi sen lähemmäs nykyaikaisia ​​laitteita. Siinä höyry laajeni ja kiihtyi paitsi kiinteiden siipien muodostamissa suuttimissa, myös osittain erityisesti muotoiltujen roottorin siipien muodostamissa kanavissa.

Tämän tyyppistä turbiinia on tapana kutsua reaktiiviseksi, vaikka nimi on melko mielivaltainen. Itse asiassa se on väliasemassa puhtaasti reaktiivisen Heron-Laval-turbiinin ja puhtaasti aktiivisen Laval-Brancan välillä. Roottorin siivet yhdistävät suunnittelunsa ansiosta aktiiviset ja reaktiiviset periaatteet kokonaisprosessissa. Siksi olisi oikeampaa kutsua tällaista turbiinia aktiivinen-reaktiivinen mitä usein tehdään.

Kaavio monivaiheisesta Parsons-turbiinista.

Parsons työskenteli erityyppisissä monivaiheisissa turbiineissa. Hänen suunnitelmiensa joukossa ei ollut vain edellä kuvattu aksiaalinen (työneste liikkuu pyörimisakselia pitkin), vaan myös radiaalinen (höyry liikkuu säteittäisessä suunnassa). Varsin tunnettu on hänen kolmivaiheinen puhtaasti aktiivinen turbiini "Heron", jossa käytetään niin sanottuja Heronin pyöriä (olemus on sama kuin aeolipilillä).

Suihkuturbiini "Heron".

Myöhemmin, 1900-luvun alusta lähtien, höyryturbiinien rakentaminen sai nopeasti vauhtia ja Parsons oli sen eturintamassa. Sen monivaiheiset turbiinit varustettiin merialuksilla, ensin kokeellisilla (laiva "Turbinia", 1896, uppouma 44 tonnia, nopeus 60 km / h - ennennäkemätön tuohon aikaan), sitten sotilaallisilla (esimerkiksi taistelulaiva "Dreadnought", 18 000 tonnia, nopeus 40 km / h). h, turbiiniteho 24 700 hv) ja matkustaja (esimerkki - sama tyyppi "Mauritania" ja "Lusitania", 40 000 tonnia, nopeus 48 km / h, turbiinin teho 70 000 hv). Samaan aikaan kiinteiden turbiinien rakentaminen aloitettiin esimerkiksi asentamalla turbiineja käyttövoimalaitoksiin (Edison Company Chicagossa).

Tietoja kaasuturbiineista...

Palataan kuitenkin pääaiheeseemme - ilmailuun ja huomioidaan yksi varsin ilmeinen asia: näin selkeästi näkyvällä menestyksellä höyryturbiinien toiminnassa saattoi olla vain rakentava ja perustavanlaatuinen merkitys ilmailulle, joka kehittyi samaan aikaan nopeasti. .

Höyryturbiinin käyttö lentokoneen voimalaitoksena oli ilmeisistä syistä erittäin kyseenalaista. Lentoturbiini vain pohjimmiltaan samanlainen, mutta paljon kannattavampi kaasuturbiini voisi tulla. Se ei kuitenkaan ollut niin helppoa...

Lev Gumilevskyn, suositun kirjan "The Engine Makers" kirjoittajan 60-luvulla mukaan kerran, vuonna 1902, höyryturbiinien rakentamisen nopean kehityksen alussa, Charles Parsons, itse asiassa yksi tämän silloisista pääideologeista. yritys, kysyttiin yleisesti vitsaileva kysymys: Onko mahdollista "parsonoida" kaasumoottori?”(oletettu turbiini).

Vastaus ilmaistiin ehdottoman ratkaisevassa muodossa: " Luulen, että kaasuturbiinia ei koskaan luoda. Ei kahta tapaa asiaan." Insinööristä ei tullut profeetta, mutta hänellä oli varmasti syytä sanoa niin.

Kaasuturbiinin käyttö, varsinkin jos tarkoitamme sen käyttöä ilmailussa höyryn sijaan, oli tietysti houkutteleva, sillä sen positiiviset puolet ovat ilmeisiä. Kaikilla tehoominaisuuksillaan se ei tarvitse valtavia, tilaa vieviä laitteita höyryn tuottamiseen - kattiloita eikä myöskään yhtä suuria laitteita ja järjestelmiä sen jäähdytykseen - lauhduttimia, jäähdytystorneja, jäähdytyslammikoita jne.

Kaasuturbiinimoottorin lämmitin on pieni, kompakti, sijaitsee moottorin sisällä ja polttaa polttoainetta suoraan ilmavirrassa. Hänellä ei ole edes jääkaappia. Tai pikemminkin se on olemassa, mutta on olemassa ikään kuin virtuaalisesti, koska pakokaasut poistetaan ilmakehään, joka on jääkaappi. Eli siellä on kaikki mitä tarvitset lämpömoottorille, mutta samalla kaikki on kompaktia ja yksinkertaista.

Totta, höyryturbiinilaitos pärjää myös ilman "oikeaa jääkaappia" (ilman lauhdutinta) ja päästää höyryä suoraan ilmakehään, mutta silloin voit unohtaa tehokkuuden. Esimerkki tästä on höyryveturi - todellinen hyötysuhde on noin 6 %, sen energiasta 90 % lentää putkeen.

Mutta tällaisilla konkreettisilla plussilla on myös merkittäviä haittoja, joista yleensä tuli Parsonsin kategorisen vastauksen perusta.

Työnesteen puristus työjakson myöhempää toteuttamista varten, sis. ja turbiinissa...

Höyryturbiinilaitoksen toimintajaksossa (Rankine-sykli) veden puristustyö on pientä ja vaatimukset tätä tehtävää suorittavalle pumpulle ja sen hyötysuhteelle ovat siksi myös pienet. GTE-syklissä, jossa ilmaa puristetaan, tämä työ on päinvastoin erittäin vaikuttava, ja suurin osa turbiinin käytettävissä olevasta energiasta käytetään siihen.

Tämä vähentää hyödyllisen työn määrää, johon turbiinia voidaan käyttää. Siksi paineilmayksikölle asetetut vaatimukset sen tehokkuuden ja taloudellisuuden suhteen ovat erittäin korkeat. Nykyaikaisten lentokoneiden kaasuturbiinimoottoreiden (pääasiassa aksiaalisten) sekä kiinteiden yksiköiden kompressorit turbiinien ohella ovat monimutkaisia ​​ja kalliita laitteita. Heistä .

Lämpötila…

Tämä on kaasuturbiinien, myös lentoliikenteen, suurin ongelma. Tosiasia on, että jos höyryturbiinilaitoksessa käyttönesteen lämpötila paisuntaprosessin jälkeen on lähellä jäähdytysveden lämpötilaa, niin kaasuturbiinissa se saavuttaa useiden satojen asteiden arvon.

Tämä tarkoittaa, että suuri määrä energiaa vapautuu ilmakehään (kuten jääkaappi), mikä tietysti vaikuttaa haitallisesti koko toimintajakson tehokkuuteen, jolle on ominaista lämpötehokkuus: η t \u003d Q 1 - Q 2 / Q1. Tässä Q 2 on sama ilmakehään purettu energia. Q 1 - prosessiin syötetty energia lämmittimestä (polttokammiossa).

Tämän tehokkuuden lisäämiseksi on tarpeen lisätä Q 1:tä, mikä vastaa lämpötilan nostamista turbiinin edessä (eli polttokammiossa). Mutta tosiasia on, että tätä lämpötilaa ei ole läheskään aina mahdollista nostaa. Sen maksimiarvoa rajoittaa itse turbiini ja lujuudesta tulee pääehto tässä. Turbiini toimii erittäin vaikeissa olosuhteissa, kun korkeat lämpötilat yhdistetään suuriin keskipakokuormiin.

Juuri tämä tekijä on aina rajoittanut kaasuturbiinimoottorien tehoa ja työntövoimaa (riippuen pitkälti lämpötilasta) ja siitä on usein tullut syy turbiinien monimutkaisuuteen ja kustannuksiin. Tämä tilanne on jatkunut meidän aikanamme.

Ja Parsonsin aikana metallurginen teollisuus tai aerodynamiikkatiede eivät vielä pystyneet tarjoamaan ratkaisua tehokkaan ja taloudellisen kompressorin ja korkean lämpötilan turbiinin luomisen ongelmiin. Ei ollut sopivaa teoriaa eikä tarvittavia lämmönkestäviä ja lämmönkestäviä materiaaleja.

Ja silti yrityksiä on ollut...

Siitä huolimatta, kuten yleensä tapahtuu, oli ihmisiä, jotka eivät pelkää (tai eivät ehkä ymmärrä :-)) mahdollisia vaikeuksia. Yritykset luoda kaasuturbiini eivät pysähtyneet.

Lisäksi on mielenkiintoista, että Parsons itse "turbiinitoimintansa" kynnyksellä, ensimmäisessä patentissaan monivaiheiselle turbiinille, totesi sen mahdollisuuden käyttää höyryn lisäksi myös polttoaineen palamistuotteita. Siellä tarkasteltiin myös mahdollista muunnelmaa nestemäisellä polttoaineella toimivasta kaasuturbiinimoottorista, jossa on kompressori, polttokammio ja turbiini.

Savun sylke.

Esimerkkejä kaasuturbiinien käytöstä ilman mitään teoriaa on tunnettu jo pitkään. Ilmeisesti jopa Heron "automaattien teatterissa" käytti ilmasuihkuturbiinin periaatetta. Niin kutsutut "savuvartaat" tunnetaan laajalti.

Ja jo mainitussa italialaisen (insinööri, arkkitehti, Giovanni Branca, Le Machine) Giovanni Brancan kirjassa on piirustus " palopyörä". Siinä turbiinin pyörää pyörittävät tulen (tai tulisijan) palamistuotteet. Mielenkiintoista on, että Branca itse ei rakentanut suurinta osaa koneistaan, vaan ilmaisi vain ajatuksia niiden luomisesta.

Giovanni Brancan Fire Wheel.

Kaikissa näissä "savu- ja palopyörissä" ei ollut ilman (kaasun) puristusvaihetta eikä kompressoria sinänsä. Potentiaalienergian eli polttoaineen palamisen tuotetun lämpöenergian muuntaminen kineettiseksi (kiihtyvyydeksi) kaasuturbiinin pyörimistä varten tapahtui vain painovoiman vaikutuksesta lämpimien massojen noustessa. Eli konvektioilmiötä käytettiin.

Tietenkään tällaisia ​​"yksiköitä" oikeille koneille ei voitu käyttää esimerkiksi ajoneuvojen ajamiseen. Kuitenkin vuonna 1791 englantilainen John Barber patentoi "hevosttoman kuljetuskoneen", jonka yksi tärkeimmistä komponenteista oli kaasuturbiini. Se oli historian ensimmäinen virallisesti rekisteröity kaasuturbiinipatentti.

John Barber kaasuturbiinimoottori.

Koneessa käytettiin puusta, hiilestä tai öljystä saatua kaasua, joka oli kuumennettu erityisissä kaasugeneraattoreissa (retorteissa), joka jäähdytyksen jälkeen meni mäntäkompressoriin, jossa se puristettiin yhdessä ilman kanssa. Seuraavaksi seos syötettiin polttokammioon ja sen jälkeen palamistuotteet pyöritettiin turbiini. Polttokammioiden jäähdyttämiseen käytettiin vettä ja syntyvä höyry johdettiin myös turbiiniin.

Tuolloisten teknologioiden kehitystaso ei sallinut idean toteuttamista. Kaasuturbiinilla varustetun Barber-koneen toimivan mallin rakensi vasta vuonna 1972 Kraftwerk-Union AG Hannoverin teollisuusnäyttelyä varten.

Koko 1800-luvun kaasuturbiinikonseptin kehitys oli yllä kuvatuista syistä erittäin hidasta. Huomionarvoisia näytteitä oli vähän. Kompressori ja lämpö jäivät ylitsepääsemättömäksi kompastuskiveksi. On yritetty käyttää tuuletinta ilman puristamiseen sekä veden ja ilman käyttöä rakenneosien jäähdyttämiseen.

Moottori F. Stolze. 1 - aksiaalikompressori, 2 - aksiaaliturbiini, 3 - lämmönvaihdin.

Tunnetaan esimerkki saksalaisen insinöörin Franz Stolzen kaasuturbiinimoottorista, joka on patentoitu vuonna 1872 ja joka on rakenteeltaan hyvin samanlainen kuin nykyaikaiset kaasuturbiinimoottorit. Siinä monivaiheinen aksiaalikompressori ja monivaiheinen aksiaaliturbiini sijaitsivat samalla akselilla.

Regeneratiivisen lämmönvaihtimen läpi kulkenut ilma jaettiin kahteen osaan. Yksi tuli polttokammioon, toinen sekoitettiin palamistuotteiden kanssa ennen kuin ne tulivat turbiiniin, mikä alensi niiden lämpötilaa. Tämä ns toissijainen ilma, ja sen käyttö on tekniikka, jota käytetään laajalti nykyaikaisissa kaasuturbiinimoottoreissa.

Stolze-moottoria testattiin vuosina 1900-1904, mutta se osoittautui erittäin tehottomaksi kompressorin heikon laadun ja turbiinin matalan lämpötilan vuoksi.

Suurimman osan 1900-luvun ensimmäisestä puoliskosta kaasuturbiini ei kyennyt kilpailemaan aktiivisesti höyryturbiinin kanssa tai tulla osaksi kaasuturbiinimoottoria, joka voisi korvata riittävästi mäntäpolttomoottoria. Sen käyttö moottoreissa oli pääasiassa apukäyttöä. Esimerkiksi as paineistusyksiköt mäntämoottoreissa, myös lentokoneissa.

Mutta 1940-luvun alusta tilanne alkoi muuttua nopeasti. Lopuksi luotiin uusia lämmönkestäviä seoksia, jotka mahdollistivat kaasun lämpötilan radikaalin nostamisen turbiinin edessä (jopa 800 ° C ja korkeampi), ja ilmestyi melko taloudellisia, joilla oli korkea hyötysuhde.

Tämä ei ainoastaan ​​mahdollistanut tehokkaiden kaasuturbiinimoottoreiden rakentamista, vaan niiden tehon ja suhteellisen keveyden ja kompaktin yhdistelmän ansiosta myös niiden käytön lentokoneissa. Suihkukoneiden ja lentokoneiden kaasuturbiinimoottorien aikakausi alkoi.

Turbiinit lentokoneiden kaasuturbiinimoottoreissa ...

Joten ... Turbiinien pääasiallinen käyttöalue ilmailussa on kaasuturbiinimoottorit. Täällä oleva turbiini tekee kovan työn - se pyörittää kompressoria. Samaan aikaan kaasuturbiinimoottorissa, kuten missä tahansa lämpömoottorissa, laajennustyö on suurempi kuin puristustyö.

Ja turbiini on vain paisuntakone, ja se kuluttaa vain osan kompressorin kaasuvirran käytettävissä olevasta energiasta. Loput (jota joskus kutsutaan ilmaista energiaa) voidaan käyttää hyödyllisiin tarkoituksiin moottorin tyypistä ja rakenteesta riippuen.

Kaavio TVAD Makila 1a1 vapaalla turbiinilla.

Turboakselimoottori AMAKILA 1A1.

Epäsuoran reaktion moottoreissa, kuten (helikopteri GTE), se käytetään potkurin pyörimiseen. Tässä tapauksessa turbiini on useimmiten jaettu kahteen osaan. Ensimmäinen on kompressori turbiini. Toinen, joka pyörittää ruuvia, on ns vapaa turbiini. Se pyörii itsenäisesti ja on vain kaasudynaamisesti kytketty kompressoriturbiiniin.

Suorareaktiomoottoreissa (suihkumoottorit tai VRE:t) turbiinia käytetään vain kompressorin ohjaamiseen. Jäljelle jäävä vapaa energia, joka pyörittää vapaata turbiinia TVAD:ssa, käytetään loppuun suuttimessa ja muuttuu kineettiseksi energiaksi suihkun työntövoiman saamiseksi.

Näiden ääripäiden välissä sijaitsevat. Osa niiden vapaasta energiasta käytetään potkurin käyttämiseen ja osa muodostaa suihkun työntövoimaa ulostulolaitteessa (suuttimessa). Totta, sen osuus moottorin kokonaistyöntövoimasta on pieni.

Kaavio yksiakselisesta teatterista DART RDa6. Turbiini moottorin yhteisellä akselilla.

Yksiakselinen potkuriturbiinimoottori Rolls-Royce DART RDa6.

Suunnittelultaan HPT:t voivat olla yksiakselisia, joissa vapaata turbiinia ei ole rakenteellisesti allokoitu ja yhtenä yksikkönä se käyttää sekä kompressoria että potkuria kerralla. Esimerkki Rolls-Royce DART RDa6 TVD:stä sekä tunnetusta AI-20 TVD:stä.

Voi olla myös TVD, jossa on erillinen vapaa turbiini, joka käyttää potkuria ja jota ei ole mekaanisesti kytketty muihin moottorin osiin (kaasudynaaminen liitäntä). Esimerkkinä on PW127-moottori eri muunnelmilla (lentokone) tai Pratt & Whitney Canada PT6A -teatteri.

Pratt & Whitney Canadan PT6A-teatterin kaava, jossa on ilmainen turbiini.

Pratt & Whitney Canada PT6A moottori.

Kaavio PW127 TVD:stä vapaalla turbiinilla.

Tietysti kaikentyyppisissä kaasuturbiinimoottoreissa hyötykuormaan kuuluu myös yksiköitä, jotka varmistavat moottorin ja lentokonejärjestelmien toiminnan. Nämä ovat yleensä pumppuja, polttoaine- ja vesi-, sähkögeneraattoreita jne. Kaikkia näitä laitteita käytetään useimmiten turboahtimen akselilta.

Turbiinien tyypeistä.

Tyyppejä on itse asiassa aika monta. Vain esimerkiksi joitain nimiä: aksiaalinen, säteittäinen, diagonaalinen, säteittäinen-aksiaalinen, pyörivä lapa jne. Ilmailussa käytetään vain kahta ensimmäistä, ja radiaali on melko harvinaista. Molemmat turbiinit nimettiin niissä olevan kaasuvirran liikkeen luonteen mukaan.

Säteittäinen.

Säteittäisesti se virtaa sädettä pitkin. Lisäksi säteittäisessä lentoturbiini käytetään keskipakovirtaussuuntaa, joka tarjoaa paremman hyötysuhteen (ei-ilmailukäytännössä on myös keskipakoinen).

Radiaaliturbiinin vaihe koostuu juoksupyörästä ja kiinteistä siiveistä, jotka muodostavat virtauksen sen sisääntulossa. Terät on profiloitu siten, että terien väliset kanavat ovat kapenevia, eli ne ovat suuttimia. Kaikkia näitä teriä yhdessä runko-osien kanssa, joihin ne on asennettu, kutsutaan suutinlaitteet.

Säteittäisen sentripetaaliturbiinin kaavio (selitykset).

Juoksupyörä on siipipyörä, jossa on erityisesti profiloidut siivet. Juoksupyörän pyöriminen tapahtuu, kun kaasu kulkee siipien välisten kapenevien kanavien läpi ja vaikuttaa lapoihin.

Säteittäisen keskipetaaliturbiinin juoksupyörä.

Radiaaliset turbiinit ovat melko yksinkertaisia, niiden juoksupyörissä on pieni määrä siipiä. Radiaaliturbiinin mahdolliset kehänopeudet samoilla jännityksillä siipipyörässä ovat suurempia kuin aksiaaliturbiinin, joten siihen voi syntyä suurempia määriä energiaa (lämpöpisaroita).

Näillä turbiineilla on kuitenkin pieni virtausala, eivätkä ne tarjoa riittävää kaasuvirtausta samalle koolle verrattuna aksiaaliturbiineihin. Toisin sanoen niillä on liian suuret suhteelliset halkaisijamitat, mikä vaikeuttaa niiden järjestelyä yhteen moottoriin.

Lisäksi on vaikeaa luoda monivaiheisia radiaaliturbiineja suurten hydraulihäviöiden vuoksi, mikä rajoittaa kaasun laajenemisastetta niissä. Tällaisten turbiinien jäähdyttäminen on myös vaikeaa, mikä alentaa mahdollisia kaasun maksimilämpötiloja.

Siksi säteittäisten turbiinien käyttö ilmailussa on rajoitettua. Niitä käytetään pääasiassa pienitehoisissa yksiköissä, joissa on alhainen kaasunkulutus, useimmiten apumekanismeissa ja -järjestelmissä tai lentokoneiden ja pienten miehittämättömien lentokoneiden moottoreissa.

Ensimmäinen Heinkel He 178 -suihkukone.

TRD Heinkel HeS3 radiaaliturbiinilla.

Yksi harvoista esimerkeistä radiaaliturbiinin käytöstä pääilmasuihkumoottorina on ensimmäisen oikean suihkukoneen, Heinkel He 178 -suihkuturbiinin Heinkel HeS 3:n moottori. Kuvassa näkyy selvästi tällaisen turbiinin vaiheen elementit. Tämän moottorin parametrit olivat melko yhdenmukaisia ​​sen käyttömahdollisuuden kanssa.

Aksiaalinen lentoturbiini.

Tämä on ainoa turbiinityyppi, jota käytetään tällä hetkellä sustainer-lentokoneiden kaasuturbiinimoottoreissa. Pääasiallinen mekaanisen työn lähde akselille, joka saadaan tällaisesta turbiinista moottorissa, ovat juoksupyörät tai tarkemmin sanottuna roottorin lavat (RL), jotka on asennettu näihin pyöriin ja jotka ovat vuorovaikutuksessa energisesti varautuneen kaasuvirran kanssa (puristettu ja lämmitetty).

Työntekijöiden eteen asennettujen kiinteiden terien vanteet järjestävät virtauksen oikean suunnan ja osallistuvat kaasun potentiaalisen energian muuntamiseen kineettiseksi energiaksi, eli ne kiihdyttävät sitä laajenemisprosessissa paineen laskulla. .

Näitä teriä ja runko-osia, joihin ne on asennettu, kutsutaan suutinlaitteet(SA). Suutinlaite työterien kanssa on turbiinivaihe.

Prosessin ydin ... Yleistys sanotuista ...

Yllä olevassa vuorovaikutuksessa roottorin siipien kanssa virtauksen liike-energia muuttuu mekaaniseksi energiaksi, joka pyörittää moottorin akselia.Tällainen muutos aksiaaliturbiinissa voi tapahtua kahdella tavalla:

Esimerkki yksivaiheisesta aktiivisesta turbiinista. Parametrien muutos polun varrella näytetään.

1. Muuttamatta painetta ja siten suhteellisen virtausnopeuden suuruutta (vain sen suunta muuttuu huomattavasti - virtauksen käännös) turbiinivaiheessa; 2. Paine putoaa, suhteellinen virtausnopeus kasvaa ja sen suunta muuttuu jonkin verran vaiheessa.

Ensimmäisen menetelmän mukaan toimivia turbiineja kutsutaan aktiivisiksi. Kaasuvirtaus vaikuttaa aktiivisesti (impulsiivisesti) teriin johtuen suunnanmuutoksesta niiden ympärillä virtaamalla. Toisella tavalla - suihkuturbiinit. Tässä impulssitoiminnan lisäksi virtaus vaikuttaa roottorin lapoihin myös epäsuorasti (yksinkertaisesti sanottuna) reaktiivisen voiman avulla, mikä lisää turbiinin tehoa. Lisäreaktiivinen toiminta saavutetaan roottorin siipien erityisen profiloinnin ansiosta.

Aktiivisuuden ja reaktiivisuuden käsitteet yleisesti kaikille (ei vain lentoturbiineille) mainittiin edellä. Nykyaikaiset lentokoneiden kaasuturbiinimoottorit käyttävät kuitenkin vain aksiaalisuihkuturbiineja.

Parametrien muutos aksiaalikaasuturbiinin vaiheessa.

Koska voiman vaikutus tutkaan on kaksinkertainen, tällaisia ​​aksiaaliturbiineja kutsutaan myös aktiivinen-reaktiivinen mikä on ehkä oikeampi. Tämäntyyppinen turbiini on aerodynamiikan kannalta edullisempi.

Tällaisen turbiinin vaiheeseen sisältyvän suutinlaitteen kiinteillä siivillä on suuri kaarevuus, minkä vuoksi siipien välisen kanavan poikkileikkaus pienenee tuloaukosta ulostuloon, eli osa f 1 on pienempi kuin osa f 0 . Osoittautuu suippenevan suihkusuuttimen profiili.

Niitä seuraavilla työterillä on myös suuri kaarevuus. Lisäksi suhteessa tulevaan virtaukseen (vektori W 1) ne on sijoitettu siten, että vältetään sen pysähtyminen ja varmistetaan oikea virtaus terän ympärillä. Tietyillä säteillä RL muodostavat myös kapenevia lapaluiden välisiä kanavia.

Askeltyö lentoturbiini.

Kaasu lähestyy suutinlaitetta liikesuunnalla, joka on lähellä aksiaalista ja nopeudella C 0 (aliääni). Paine virtauksessa Р 0, lämpötila Т 0. Terien välisen kanavan ohittaessa virtaus kiihtyy nopeuteen C 1 kääntymällä kulmaan α 1 = 20°-30°. Tässä tapauksessa paine ja lämpötila putoavat arvoihin P 1 ja T 1, vastaavasti. Osa virtauksen potentiaalienergiasta muunnetaan liike-energiaksi.

Kaasun virtauksen liikkeen kuvio aksiaaliturbiinin vaiheessa.

Koska työsiivet liikkuvat kehänopeudella U, virtaus tulee RL:n terien väliseen kanavaan jo suhteellisella nopeudella W 1, joka määräytyy C 1:n ja U:n (vektori) välisen eron perusteella. Kanavan läpi kulkeva virtaus on vuorovaikutuksessa siipien kanssa luoden niihin aerodynaamisia voimia P, joiden kehäkomponentti P u saa turbiinin pyörimään.

Terien välisen kanavan kaventumisesta johtuen virtaus kiihtyy nopeuteen W 2 (reaktiivinen periaate), samalla kun se kääntyy (aktiivinen periaate). Absoluuttinen virtausnopeus C 1 pienenee arvoon C 2 - virtauksen kineettinen energia muuttuu turbiinin akselilla mekaaniseksi energiaksi. Paine ja lämpötila putoavat arvoihin P 2 ja T 2 , vastaavasti.

Absoluuttinen virtausnopeus portaan kulun aikana kasvaa hieman arvosta C 0 nopeuden C 2 aksiaaliseen projektioon. Nykyaikaisissa turbiineissa tämän projektion arvo on 200-360 m/s vaiheessa.

Porras on profiloitu siten, että kulma α 2 on lähellä 90°. Ero on yleensä 5-10°. Tämä tehdään niin, että C2:n arvo on minimaalinen. Tämä on erityisen tärkeää turbiinin viimeiselle vaiheelle (ensimmäisessä tai keskivaiheessa poikkeama suorasta kulmasta enintään 25 ° on sallittu). Syy siihen on menetys lähtönopeudella, jotka riippuvat vain nopeuden C 2 suuruudesta.

Nämä ovat samat häviöt, jotka eivät kerralla antaneet Lavalille mahdollisuutta lisätä ensimmäisen turbiininsa tehokkuutta. Jos moottori on reaktiivinen, jäljellä oleva energia voidaan tuottaa suuttimessa. Mutta esimerkiksi helikopterimoottorille, joka ei käytä suihkuvoimaa, on tärkeää, että virtausnopeus turbiinin viimeisen vaiheen takana on mahdollisimman pieni.

Siten aktiivisuihkuturbiinin vaiheessa kaasun laajeneminen (paineen ja lämpötilan lasku), energian muunnos ja toiminta (lämpöpudotus) tapahtuvat paitsi SA:ssa myös juoksupyörässä. Näiden funktioiden jakautuminen RC:n ja SA:n välillä luonnehtii moottoriteorian parametria, ns reaktiivisuusaste ρ.

Se on yhtä suuri kuin juoksupyörän lämpöhäviön suhde koko vaiheen lämpöhäviöön. Jos ρ = 0, niin porras (tai koko turbiini) on aktiivinen. Jos ρ > 0, niin porras on reaktiivinen tai tarkemmin meidän tapauksessamme aktiivinen-reaktiivinen. Koska roottorin siipien profiili vaihtelee säteen mukaan, tämä parametri (samoin kuin jotkut muut) lasketaan keskimääräisen säteen mukaan (kohta В-В vaiheessa muuttuvien parametrien kuvassa).

Aktiivisuihkuturbiinin työsiiven kynän kokoonpano.

Paineen muutos aktiivisen suihkuturbiinin tutkakynän pituudella.

Nykyaikaisissa kaasuturbiinimoottoreissa turbiinien reaktiivisuusaste on välillä 0,3-0,4. Tämä tarkoittaa, että vain 30-40 % vaiheen (tai turbiinin) kokonaislämpöhäviöstä kuluu juoksupyörässä. 60-70 % työstetään suutinlaitteessa.

Jotain tappioista.

Kuten jo mainittiin, mikä tahansa turbiini (tai sen vaihe) muuntaa siihen syötetyn virtausenergian mekaaniseksi työksi. Todellisessa yksikössä tällä prosessilla voi kuitenkin olla erilainen tehokkuus. Osa käytettävissä olevasta energiasta menee väistämättä hukkaan, eli se muuttuu häviöiksi, jotka on otettava huomioon ja ryhdyttävä toimenpiteisiin niiden minimoimiseksi turbiinin tehokkuuden lisäämiseksi, eli sen hyötysuhteen lisäämiseksi.

Tappiot koostuvat hydraulisista ja menetys lähtönopeudella. Hydrauliset häviöt sisältävät profiili- ja loppuhäviöt. Profiili on itse asiassa kitkahäviö, koska kaasu, jolla on tietty viskositeetti, on vuorovaikutuksessa turbiinin pintojen kanssa.

Tyypillisesti tällaiset häviöt juoksupyörässä ovat noin 2-3%, ja suutinlaitteessa - 3-4%. Toimenpiteitä häviöiden vähentämiseksi on virtausreitin "jalostaminen" laskennalla ja kokeilulla sekä nopeuskolmioiden oikea laskeminen turbiinivaiheen virtaukselle, tarkemmin sanottuna edullisimman kehänopeuden U valinta tietyllä nopeus C 1 . Näitä toimintoja luonnehditaan yleensä parametrilla U/C 1 . Suihkuturbiinimoottorin kehänopeus keskimääräisellä säteellä on 270 - 370 m/s.

Turbiinivaiheen virtausosan hydraulinen täydellisyys ottaa huomioon sellaisen parametrin kuin adiabaattinen tehokkuus. Joskus sitä kutsutaan myös bladediksi, koska se ottaa huomioon kitkahäviöt lavasiivissä (SA ja RL). Turbiinilla on toinen hyötysuhde, joka luonnehtii sitä juuri tehontuotantoyksiköksi, eli käytettävissä olevan energian käyttöasteeksi työn luomiseksi akselille.

Tämä ns teho (tai tehokas) hyötysuhde. Se on yhtä suuri kuin akselin työn suhde käytettävissä olevaan lämpöhäviöön. Tämä hyötysuhde ottaa huomioon häviöt lähtönopeudella. Ne muodostavat tavallisesti noin 10-12 % suihkuturbimoottoreissa (nykyaikaisissa suihkuturbimoottoreissa C 0 = 100-180 m/s, C 1 = 500-600 m/s, C 2 = 200-360 m/s).

Nykyaikaisten kaasuturbiinimoottorien turbiineilla adiabaattisen hyötysuhteen arvo on noin 0,9 - 0,92 jäähdyttämättömillä turbiineilla. Jos turbiinia jäähdytetään, tämä hyötysuhde voi olla pienempi 3-4%. Tehon hyötysuhde on yleensä 0,78 - 0,83. Se on pienempi kuin adiabaattinen lähtönopeuden häviöjen määrällä.

Mitä tulee lopputappioihin, nämä ovat ns. vuotohäviöt". Virtausosaa ei voida täysin eristää muusta moottorista, koska siinä on pyöriviä kokoonpanoja yhdessä kiinteiden kanssa (kotelot + roottori). Siksi kaasulla korkeapaineisilta alueilta on taipumus virrata matalapaineisiin alueisiin. Erityisesti esimerkiksi työsiiven edessä olevalta alueelta sen takana olevalle alueelle lavan kantopinnan ja turbiinin vaipan välisen säteittäisen raon kautta.

Tällainen kaasu ei osallistu prosessiin, jossa virtausenergia muunnetaan mekaaniseksi energiaksi, koska se ei ole vuorovaikutuksessa siipien kanssa tässä suhteessa, eli siinä on loppuhäviöitä (tai säteittäisen välyksen menetys). Ne muodostavat noin 2-3% ja vaikuttavat negatiivisesti sekä adiabaattiseen että tehotehokkuuteen, vähentävät kaasuturbiinimoottorin hyötysuhdetta ja varsin huomattavasti.

Tiedetään esimerkiksi, että säteittäisen välyksen lisäys 1 mm:stä 5 mm:iin halkaisijaltaan 1 m:n turbiinissa voi johtaa moottorin ominaispolttoaineenkulutuksen kasvuun yli 10 %.

On selvää, että on mahdotonta päästä kokonaan eroon säteittäisestä välyksestä, mutta he yrittävät minimoida sen. Se on tarpeeksi vaikeaa, koska lentoturbiini- yksikkö on raskaasti kuormitettu. Kaikkien raon kokoon vaikuttavien tekijöiden tarkka huomioon ottaminen on melko vaikeaa.

Moottorin toimintatilat muuttuvat usein, mikä tarkoittaa, että roottorin siipien, levyjen, joihin ne on kiinnitetty, ja turbiinikoteloiden muodonmuutokset muuttuvat lämpötilan, paineen ja keskipakovoimien muutosten seurauksena.

labyrintti sinetti.

Tässä on otettava huomioon jäännösmuodonmuutoksen arvo moottorin pitkäaikaisen käytön aikana. Lisäksi lentokoneen suorittamat muutokset vaikuttavat roottorin muodonmuutokseen, mikä muuttaa myös rakojen kokoa.

Välys arvioidaan yleensä lämpimän moottorin sammuttamisen jälkeen. Tässä tapauksessa ohut ulkovaippa jäähtyy nopeammin kuin massiiviset levyt ja akseli ja halkaisijaltaan pienentyessään koskettaa teriä. Joskus säteittäisen välyksen arvo valitaan yksinkertaisesti alueella 1,5-3% terän kantopinnan pituudesta.

Hunajakennotiivistyksen periaate.

Jotta siivet eivät vaurioidu, jos ne koskettavat turbiinin koteloa, siihen sijoitetaan usein erityisiä sisäosia materiaalista, joka on pehmeämpää kuin siipien materiaali (esim. kermetti). Lisäksi käytetään kontaktittomia tiivisteitä. Nämä ovat yleensä labyrinttimäisiä tai hunajakenno labyrinttitiivisteet.

Tässä tapauksessa työterät on suojattu kantosiiven päissä ja tiivisteet tai kiilat (kennoille) on jo asetettu suojahyllyille. Kennotiivisteissä kennon ohuista seinistä johtuen kosketuspinta on hyvin pieni (10 kertaa pienempi kuin tavallinen labyrintti), joten kokoonpanon kokoaminen tapahtuu ilman rakoa. Sisäänajon jälkeen rako on noin 0,2 mm.

Hunajakennotiivisteen käyttö. Häviöiden vertailu käytettäessä hunajakennoja (1) ja sileää rengasta (2).

Samanlaisia ​​rakojen tiivistysmenetelmiä käytetään vähentämään kaasun vuotoa virtausreitistä (esimerkiksi levyjen väliseen tilaan).

SAURZ…

Nämä ovat ns passiivisia menetelmiä säteittäinen välyksen säätö. Lisäksi monissa kaasuturbiinimoottoreissa, jotka on kehitetty (ja kehitteillä) 80-luvun lopulta lähtien, ns. järjestelmät säteittäisten välysten aktiiviseen säätelyyn» (SAURZ - aktiivinen menetelmä). Nämä ovat automaattisia järjestelmiä, ja niiden työn ydin on ohjata lentokoneen turbiinin kotelon (staattorin) lämpöinertiaa.

Turbiinin roottori ja staattori (ulkovaippa) eroavat toisistaan ​​materiaaliltaan ja "massiivisuudeltaan". Siksi ohimenevissä järjestelmissä ne laajenevat eri tavoin. Esimerkiksi kun moottori vaihdetaan alennetusta käyttötilasta korotettuun, korkean lämpötilan ohutseinäinen kotelo lämpenee ja laajenee nopeammin (kuin massiivinen roottori levyillä), mikä lisää säteittäistä välystä itsensä ja siipien välillä. . Lisäksi paineen muutokset kanavassa ja lentokoneen kehitys.

Tämän välttämiseksi automaattinen järjestelmä (yleensä FADEC-tyypin pääsäädin) järjestää jäähdytysilman syöttämisen turbiinikoteloon vaadituissa määrin. Kotelon lämpeneminen on siten vakiintunut vaadituissa rajoissa, mikä tarkoittaa, että sen lineaarilaajenemisen arvo ja vastaavasti säteittäisten välysten arvo muuttuu.

Kaikki tämä mahdollistaa polttoaineen säästämisen, mikä on erittäin tärkeää nykyaikaiselle siviili-ilmailulle. SAURZ-järjestelmiä käytetään tehokkaimmin matalapaineturbiineissa GE90-, Trent 900- ja joidenkin muiden tyyppisten suihkuturbiinien moottoreissa.

Paljon harvemmin, mutta melko tehokkaasti, käytetään turbiinilevyjen (eikä kotelon) pakotettua puhallusta roottorin ja staattorin kuumenemisnopeuksien synkronointiin. Tällaisia ​​järjestelmiä käytetään CF6-80- ja PW4000-moottoreissa.

———————-

Turbiinissa säädellään myös aksiaalivälyksiä. Esimerkiksi SA:n lähtöreunojen ja tulon RL välillä on tavallisesti rako 0,1-0,4 etäisyydellä RL-jänteestä siipien keskimääräisellä säteellä. Mitä pienempi tämä rako, sitä pienempi virtausenergiahäviö SA:n takana (kitkalle ja SA:n takana olevan nopeuskentän tasaamiseksi). Mutta samaan aikaan RL:n värähtely lisääntyy johtuen vaihtoehtoisesta osumasta SA-terien rungon takana olevilta alueilta terien välisille alueille.

Vähän suunnittelusta...

Aksiaalinen lentoturbiinit nykyaikaiset kaasuturbiinimoottorit rakentavassa suunnitelmassa voivat olla erilaisia virtauspolun muoto.

Dav = (Din+Dn) /2

1. Muoto, jonka rungon halkaisija on vakio (Dn). Täällä reitin sisä- ja keskihalkaisijat pienenevät.

Vakio ulkohalkaisija.

Tällainen järjestelmä sopii hyvin moottorin (ja lentokoneen rungon) mittoihin. Siinä on hyvä työnjako vaiheittain, erityisesti kaksiakselisille suihkuturbimoottoreille.

Tässä järjestelmässä niin kutsuttu kellokulma on kuitenkin suuri, mikä on täynnä virtauksen erottumista kotelon sisäseinistä ja siten hydraulihäviöitä.

Vakio sisähalkaisija.

Suunnittelussa he yrittävät olla sallimatta pistorasian kulmaa yli 20 °.

2. Muoto, jolla on vakio sisähalkaisija (Dv).

Keskimääräinen halkaisija ja rungon halkaisija kasvavat polun varrella. Tällainen järjestelmä ei sovi hyvin moottorin mittoihin. Suihkuturbiinimoottorissa sisäkotelosta tulevan virtauksen "kiihtymisen" vuoksi se on kytkettävä päälle SA, mikä aiheuttaa hydraulisia häviöitä.

Vakio keskihalkaisija.

Järjestelmä soveltuu paremmin käytettäväksi turbimoottoreissa.

3. Muoto, jolla on vakio keskihalkaisija (Dav). Rungon halkaisija kasvaa, sisähalkaisija pienenee.

Järjestelmässä on kahden edellisen haitat. Mutta samaan aikaan tällaisen turbiinin laskenta on melko yksinkertainen.

Nykyaikaiset lentokoneiden turbiinit ovat useimmiten monivaiheisia. Pääsyy tähän (kuten edellä mainittiin) on turbiinin suuri käytettävissä oleva energia kokonaisuutena. Kehänopeuden U ja nopeuden C 1 (U / C 1 - optimaalinen) optimaalisen yhdistelmän ja siten korkean kokonaishyötysuhteen ja hyvän taloudellisuuden varmistamiseksi on välttämätöntä jakaa kaikki käytettävissä oleva energia portaittain.

Esimerkki kolmivaiheisesta suihkuturbiinista.

Samalla hän kuitenkin turbiini rakenteellisesti monimutkaisempi ja raskaampi. Johtuen pienestä lämpötilaerosta kussakin vaiheessa (hajallaan kaikkiin vaiheisiin), useimmat ensimmäiset vaiheet altistuvat korkeille lämpötiloille ja vaativat usein lisäjäähdytys.

Nelivaiheinen aksiaaliturbiini TVD.

Vaiheiden lukumäärä voi vaihdella moottorin tyypistä riippuen. Suihkuturbimoottoreille, yleensä enintään kolme, ohitusmoottoreille 5-8 askelta. Yleensä, jos moottori on moniakselinen, turbiinissa on useita (akselien lukumäärän mukaan) kaskadeja, joista jokainen käyttää omaa yksikköään ja voi itse olla monivaiheinen (riippuen ohitusasteesta).

Kaksiakselinen aksiaalinen lentokoneturbiini.

Esimerkiksi Rolls-Royce Trent 900 kolmiakselisessa moottorissa turbiinissa on kolme vaihetta: yksi vaihe korkeapainekompressorille, yksi välikompressorin käyttö ja viisi puhaltimen käyttöä. Kaskadien yhteinen toiminta ja tarvittavan porrasmäärän määrittäminen kaskadeissa on kuvattu erikseen "moottoriteoriassa".

Oma itsensä lentoturbiini yksinkertaisesti sanottuna on rakenne, joka koostuu roottorista, staattorista ja erilaisista apurakenneosista. Staattori koostuu ulkokotelosta, koteloista suutinlaitteet ja roottorin laakeripesät. Roottori on yleensä levyrakenne, jossa levyt on liitetty roottoriin ja toisiinsa erilaisilla lisäelementeillä ja kiinnitysmenetelmillä.

Esimerkki yksivaiheisesta suihkuturbiinista. 1 - akseli, 2 - SA siivet, 3 - juoksupyörän levy, 4 - roottorin siivet.

Jokaisella levyllä, juoksupyörän pohjana, on työsiivet. Teriä suunniteltaessa ne yrittävät esiintyä pienemmällä jänteellä johtuen levyn vanteen pienemmästä leveydestä, johon ne asennetaan, mikä vähentää sen massaa. Mutta samaan aikaan turbiinin parametrien säilyttämiseksi on tarpeen lisätä höyhenen pituutta, mikä voi edellyttää siipien peittämistä lujuuden lisäämiseksi.

Mahdollisia lukkotyyppejä työsiipien kiinnittämiseen turbiinilevyyn.

Terä on kiinnitetty levyyn lukita yhteys. Tällainen liitäntä on yksi kaasuturbiinimoottorin kuormitetuimmista rakenneosista. Kaikki terän havaitsemat kuormat siirtyvät levylle lukon kautta ja saavuttavat erittäin suuria arvoja, varsinkin kun materiaalieroista johtuen levyllä ja teriillä on erilaiset lineaariset laajenemiskertoimet, ja lisäksi levyn epätasaisuudesta johtuen. lämpötilakenttä, ne lämpenevät eri tavalla.

Jotta voitaisiin arvioida mahdollisuutta vähentää lukituksen kuormitusta ja siten lisätä turbiinin luotettavuutta ja käyttöikää, tehdään tutkimustyötä, johon kuuluu mm. bimetalliset terät tai käyttö blisk-siipipyöräturbiineissa.

Bimetalliteriä käytettäessä niiden levyn kiinnityksen lukkojen kuormitukset vähenevät, koska terän lukitusosa on valmistettu materiaalista, joka on samanlainen kuin levyn materiaali (tai lähellä parametreja). Terän höyhen on valmistettu toisesta metallista, minkä jälkeen ne yhdistetään erityistekniikoilla (saataan bimetalli).

Bliskit eli siipipyörät, joissa siivet on tehty yhtenä kappaleena kiekon kanssa, sulkevat yleensä pois lukkoliitoksen olemassaolon ja siten tarpeettomat jännitykset siipipyörän materiaalissa. Tämän tyyppisiä yksiköitä käytetään jo nykyaikaisissa turbopuhallinkompressoreissa. Heille korjauskysymys on kuitenkin paljon monimutkaisempi ja korkean lämpötilan käytön ja jäähdytyksen mahdollisuudet lentoturbiini.

Esimerkki työterien kiinnittämisestä levyyn kalanruotolukkoilla.

Yleisin tapa kiinnittää siivet raskaasti kuormitettuihin turbiinilevyihin on ns. kalanruoto. Jos kuormat ovat kohtalaisia, voidaan käyttää muun tyyppisiä lukkoja, jotka ovat rakenteellisesti yksinkertaisempia, esimerkiksi sylinterimäisiä tai T-muotoisia.

Hallitse…

Työoloista lähtien lentoturbiiniäärimmäisen raskas, ja luotettavuus on lentokoneen tärkeimpänä yksikkönä ensiarvoisen tärkeä, silloin rakenneosien tilan valvontaongelma on ensisijaisesti maatoiminnassa. Tämä koskee erityisesti turbiinin sisäisten onteloiden ohjausta, joissa eniten kuormitetut elementit sijaitsevat.

Näiden onteloiden tarkastaminen on tietysti mahdotonta ilman nykyaikaisten laitteiden käyttöä. visuaalinen kaukohallinta. Lentokoneiden kaasuturbiinimoottoreissa erityyppiset endoskoopit (boreskoopit) toimivat tässä ominaisuudessa. Tämän tyyppiset nykyaikaiset laitteet ovat melko täydellisiä ja niillä on erinomaiset ominaisuudet.

Suihkuturbiinimoottorin kaasu-ilmakanavan tarkastus Vucam XO -endoskoopilla.

Elävä esimerkki on saksalaisen ViZaar AG:n kannettava mittausvideoendoskooppi Vucam XO. Pienestä koostaan ​​ja painostaan ​​(alle 1,5 kg) huolimatta tämä laite on erittäin toimiva ja sillä on vaikuttavat ominaisuudet sekä vastaanotettujen tietojen tarkasteluun että käsittelyyn.

Vucam XO on täysin mobiili. Koko setti on pakattu pieneen muovikoteloon. Videosondissa, jossa on suuri määrä helposti vaihdettavia optisia sovittimia, on täysi 360° nivel, halkaisija 6,0 mm ja se voi olla eri pituisia (2,2 m; 3,3 m; 6,6 m).

Helikopterin moottorin boreskooppinen tarkastus Vucam XO -endoskoopilla.

Boreskooppiset tarkastukset tällaisilla endoskoopeilla on säädetty kaikille nykyaikaisille lentokonemoottoreille. Turbiineissa virtausreitti yleensä tarkastetaan. Endoskoopin anturi tunkeutuu sisäisiin onteloihin lentoturbiini erikoisen kautta ohjausportit.

Boreskooppiset ohjausportit CFM56-turbiiniturbiinin kotelossa.

Ne ovat turbiinin kotelossa olevia reikiä, jotka on suljettu suljetuilla tulpilla (yleensä kierteitetyillä, joskus jousikuormitetuilla). Endoskoopin ominaisuuksista (anturin pituudesta) riippuen saattaa olla tarpeen kiertää moottorin akselia. Turbiinin ensimmäisen vaiheen siivet (SA ja RL) näkyvät palotilan kotelon ikkunoista ja viimeisen vaiheen siivet moottorin suuttimen läpi.

Se nostaa lämpötilaa...

Yksi yleisistä suunnasta kaikkien järjestelmien kaasuturbiinimoottorien kehittämiseen on nostaa kaasun lämpötilaa turbiinin edessä. Tämä mahdollistaa työntövoiman merkittävän lisäyksen ilman, että ilmankulutus lisääntyy, mikä voi johtaa moottorin etuosan pienenemiseen ja ominaistyöntövoiman lisääntymiseen.

Nykyaikaisissa moottoreissa kaasun lämpötila (polttimen jälkeen) polttokammion ulostulossa voi saavuttaa 1650 °C (taipumus nousta), joten turbiinin normaalia toimintaa varten niin korkeilla lämpökuormilla on tarpeen ryhtyä erityisiin, usein suojatoimenpiteisiin.

Ensimmäinen (ja yksinkertaisin tässä tilanteessa)-käyttö lämmönkestävät ja lämmönkestävät materiaalit, sekä metalliseoksia että (tulevaisuudessa) erikoiskomposiitti- ja keraamisia materiaaleja, joista valmistetaan eniten kuormitettuja turbiiniosia - suuttimen ja roottorin siivet sekä levyt. Kaikkein kuormitetuimpia niistä ovat ehkä työterät.

Metalliseokset ovat pääasiassa nikkelipohjaisia ​​seoksia (sulamispiste - 1455 °C), joissa on erilaisia ​​seostuslisäaineita. Nykyaikaisiin lämmönkestäviin ja lämmönkestäviin seoksiin lisätään jopa 16 erilaista seosainetyyppiä maksimaalisten korkeiden lämpötilojen ominaisuuksien saavuttamiseksi.

Kemiallinen eksoottinen...

Niistä esimerkiksi kromi, mangaani, koboltti, volframi, alumiini, titaani, tantaali, vismutti ja jopa renium tai ruteenin sijasta ja muut. Erityisen lupaava tässä suhteessa on renium (Re - renium, käytetään Venäjällä), jota käytetään nykyään karbidien sijasta, mutta se on erittäin kallista ja sen varat ovat pienet. Myös niobiumsilisidin käyttöä pidetään lupaavana.

Lisäksi terän pinta on usein päällystetty erityisellä tekniikalla levitetyllä pinnoitteella. lämpöä suojaava kerros(antiterminen pinnoite - lämpösuojapinnoite tai TVS) , joka vähentää merkittävästi lämmön virtauksen määrää terän runkoon (lämpösulkutoiminnot) ja suojaa sitä kaasukorroosiolta (lämmönkestävät toiminnot).

Esimerkki lämpösuojapinnoitteesta. Lämpötilan muutoksen luonne terän poikkileikkauksessa esitetään.

Kuvassa (mikrokuva) näkyy lämpösuojakerros nykyaikaisen turbiinimoottorin korkeapaineturbiinin lavalla. Tässä TGO (Thermally Grown Oxide) on termisesti kasvava oksidi; Substraatti - terän päämateriaali; Bond coat - siirtymäkerros. Polttoainenippujen koostumus sisältää nyt nikkeliä, kromia, alumiinia, yttriumia jne. Kokeilutyötä tehdään myös zirkoniumoksidilla stabiloituun zirkoniumoksidiin perustuvien keraamisten pinnoitteiden käytöstä (kehittäjä VIAM).

Esimerkiksi…

Varsin laajalti tunnetut moottorinrakennuksessa sodan jälkeisestä ajasta lähtien ja tällä hetkellä käytössä ovat Special Metals Corporation - USA:n lämmönkestävät nikkeliseokset, jotka sisältävät vähintään 50 % nikkeliä ja 20 % kromia sekä titaania, alumiinia ja monia muita. komponentteja lisätty pieninä määrinä.

Profiilin tarkoituksesta (RL, SA, turbiinilevyt, virtausreitin elementit, suuttimet, kompressorit jne. sekä ei-ilmailusovellukset), koostumuksesta ja ominaisuuksista riippuen ne yhdistetään ryhmiin, joista jokainen sisältää erityyppisiä seoksia.

Rolls-Royce Nene turbiinin lavat on valmistettu Nimonic 80A -seoksesta.

Jotkut näistä ryhmistä ovat Nimonic, Inconel, Incoloy, Udimet/Udimar, Monel ja muut. Esimerkiksi Nimonic 90 -seos, joka kehitettiin vuonna 1945 ja jota käytettiin elementtien valmistukseen lentokoneiden turbiinit(pääasiassa terät), suuttimet ja lentokoneiden osat, sen koostumus: nikkeli - vähintään 54%, kromi - 18-21%, koboltti - 15-21%, titaani - 2-3%, alumiini - 1-2%, mangaani - 1%, zirkonium -0,15% ja muut seosaineet (pieninä määrinä). Tätä seosta valmistetaan tähän päivään asti.

Venäjällä (Neuvostoliitto) VIAM (All-Russian Research Institute of Aviation Materials) on kehittänyt ja kehittää menestyksekkäästi tämäntyyppisiä metalliseoksia ja muita tärkeitä materiaaleja kaasuturbiinimoottoreille. Sodan jälkeisenä aikana instituutti kehitti muotoutuvia metalliseoksia (tyyppi EI437B), 60-luvun alusta lähtien se on luonut koko sarjan korkealaatuisia valuseoksia (lisätietoja alla).

Kuitenkin lähes kaikki lämmönkestävät metallimateriaalit kestävät jopa noin ≈ 1050°C lämpötiloja ilman jäähdytystä.

Siksi:

Toinen laajalti käytetty mitta Tämä hakemus erilaisia ​​jäähdytysjärjestelmiä terät ja muut rakenneosat lentokoneiden turbiinit. Nykyaikaisissa kaasuturbiinimoottoreissa on edelleen mahdotonta tehdä ilman jäähdytystä huolimatta uusien korkeita lämpötiloja kestävien metalliseosten ja elementtien valmistusmenetelmien käytöstä.

Jäähdytysjärjestelmien joukossa on kaksi aluetta: järjestelmät avata ja suljettu. Suljetuissa järjestelmissä voidaan käyttää lämmönsiirtonesteen pakotettua kiertoa siipi-patterijärjestelmässä tai "termosifoniefekti" -periaatetta.

Jälkimmäisessä menetelmässä jäähdytysnesteen liike tapahtuu gravitaatiovoimien vaikutuksesta, kun lämpimät kerrokset syrjäyttävät kylmempiä. Tässä voidaan käyttää lämmönsiirtoaineena esimerkiksi natriumia tai natriumin ja kaliumin seosta.

Suljettuja järjestelmiä ei kuitenkaan käytetä lentotoiminnassa, koska on paljon vaikeasti ratkaistavia ja kokeellisen tutkimuksen vaiheessa olevia ongelmia.

Likimääräinen jäähdytyskaavio monivaiheiselle suihkuturbiinille. SA:n ja roottorin väliset tiivisteet on esitetty. A - profiilien ristikko ilman pyörteilemiseksi sen esijäähdyttämiseksi.

Mutta laajassa käytännön sovelluksessa ovat avoimet jäähdytysjärjestelmät. Kylmäaine on tässä ilmaa, jota syötetään yleensä eri paineilla turbiinin siipien sisällä olevan kompressorin eri vaiheiden vuoksi. Riippuen kaasun enimmäislämpötilasta, jossa näitä järjestelmiä on suositeltavaa käyttää, ne voidaan jakaa kolmeen tyyppiin: konvektiiviset, konvektiivinen kalvo(tai padon) ja huokoinen.

Konvektiivisella jäähdytyksellä ilma syötetään terän sisälle erityisten kanavien kautta ja pesee sen sisällä kuumimmat alueet ulos virtaan alueilla, joilla on alhaisempi paine. Tässä tapauksessa voidaan käyttää erilaisia ​​​​järjestelmiä ilmavirran järjestämiseksi terien kanavien muodosta riippuen: pituussuuntainen, poikittais tai silmukan muotoinen (sekoitettu tai monimutkainen).

Jäähdytystyypit: 1 - konvektiivinen deflektorilla, 2 - konvektiivinen kalvo, 3 - huokoinen. Terä 4 - lämpösuojapinnoite.

Yksinkertaisin malli pitkittäisillä kanavilla höyheniä pitkin. Tässä ilmanpoistoaukko on yleensä järjestetty terän yläosaan suojushyllyn läpi. Tällaisessa järjestelmässä on melko suuri lämpötilan epätasaisuus terän kantosiipiä pitkin - jopa 150-250˚, mikä vaikuttaa haitallisesti terän lujuusominaisuuksiin. Kaavaa käytetään moottoreissa, joiden kaasun lämpötila on enintään ≈ 1130 ºС.

Toinen tapa konvektiivinen jäähdytys(1) tarkoittaa erityisen deflektorin läsnäoloa höyhenen sisällä (ohutseinämäinen kuori on asetettu höyhenen sisään), mikä myötävaikuttaa jäähdytysilman syöttämiseen ensin kuumimmille alueille. Deflektori muodostaa eräänlaisen suuttimen, joka puhaltaa ilmaa terän etuosaan. Kävi ilmi kuumimman osan suihkujäähdytys. Lisäksi ilma, joka pesee muun pinnan, poistuu kynän pitkittäisten kapeiden reikien kautta.

CFM56-moottorin turbiinilapa.

Tällaisessa järjestelmässä lämpötilan epätasaisuus on paljon pienempi, lisäksi itse deflektori, joka on työnnetty terään jännityksen alaisena useiden keskittävien poikittaisten hihnojen kautta, toimii joustavuutensa ansiosta vaimennuksena ja vaimentaa siipien tärinää. Tätä menetelmää käytetään kaasun maksimilämpötilassa ≈ 1230 °C.

Ns. puolisilmukkamalli mahdollistaa suhteellisen tasaisen lämpötilakentän saavuttamisen terässä. Tämä saavutetaan kokeellisella valinnalla erilaisten ripojen ja tappien sijainnista, jotka ohjaavat ilmavirtauksia terän rungon sisällä. Tämä piiri sallii kaasun maksimilämpötilan jopa 1330°C.

Suuttimen terät jäähdytetään konvektiivisesti samalla tavalla kuin työntekijät. Ne on yleensä tehty kaksoisonteloiksi lisäripoineen ja tappeineen jäähdytysprosessin tehostamiseksi. Etuonteloon johdetaan korkeamman paineen ilmaa etureunasta kuin takaonteloon (kompressorin eri vaiheista johtuen) ja se vapautetaan kanavan eri vyöhykkeille välttämättömän pienimmän paine-eron ylläpitämiseksi vaaditun ilmannopeuden varmistamiseksi. jäähdytyskanavat.

Esimerkkejä mahdollisista roottorin siipien jäähdytysmenetelmistä. 1 - konvektiivinen, 2 - konvektiivinen kalvo, 3 - konvektiivinen kalvo, jossa on monimutkaiset silmukkakanavat terässä.

Konvektiokalvojäähdytystä (2) käytetään vielä korkeammassa kaasun lämpötilassa - jopa 1380 °C. Tällä menetelmällä osa jäähdytysilmasta vapautuu terän erityisten reikien kautta sen ulkopinnalle, jolloin syntyy eräänlainen estekalvo, joka suojaa terää kosketukselta kuuman kaasuvirran kanssa. Tätä menetelmää käytetään sekä työ- että suuttimien terien kanssa.

Kolmas tapa on huokoinen jäähdytys (3). Tässä tapauksessa pituussuuntaisilla kanavilla varustetun terän voimatanko on päällystetty erityisellä huokoisella materiaalilla, joka mahdollistaa jäähdytysnesteen tasaisen ja annostelun vapautumisen koko terän pinnalle, joka pestä kaasuvirtauksella.

Tämä on edelleen lupaava menetelmä, jota ei käytetä kaasuturbiinimoottorien massakäytännössä huokoisen materiaalin valinnan vaikeuksien ja huokosten melko nopean tukkeutumisen todennäköisyyden vuoksi. Jos nämä ongelmat kuitenkin ratkaistaan, oletettavasti mahdollinen kaasun lämpötila tällä jäähdytyksellä voi nousta 1650 °C:seen.

Myös turbiinilevyjä ja CA-koteloita jäähdytetään ilmalla kompressorin eri vaiheiden johdosta sen kulkiessa moottorin sisäisten onteloiden läpi jäähdytettyjen osien pesun ja sen jälkeen virtausreitille vapautumisen myötä.

Nykyaikaisten moottoreiden kompressorien melko korkeasta painesuhteesta johtuen itse jäähdytysilma voi olla melko korkea lämpötila. Siksi jäähdytystehokkuuden parantamiseksi ryhdytään toimenpiteisiin tämän lämpötilan alentamiseksi etukäteen.

Tätä varten ilma voidaan ennen kuin se syötetään turbiiniin siipillä ja kiekoilla, ohjata SA-turbiinin kaltaisten erityisten profiiliritilöiden läpi, joissa ilmaa kierretään juoksupyörän pyörimissuuntaan, laajenee ja jäähtyy. samaan aikaan. Jäähdytysmäärä voi olla 90-160°.

Samaan jäähdytykseen voidaan käyttää toisioilmalla jäähdytettyjä ilma-ilmapattereita. AL-31F-moottorissa tällainen jäähdytin laskee lämpötilan 220 asteeseen lennon aikana ja 150 asteeseen maassa.

jäähdytystarpeisiin lentoturbiini Kompressorista otetaan riittävän suuri määrä ilmaa. Eri moottoreissa - jopa 15-20%. Tämä lisää merkittävästi häviöitä, jotka otetaan huomioon moottorin termokaasudynaamisessa laskennassa. Joissakin moottoreissa on järjestelmiä, jotka vähentävät jäähdytysilman syöttöä (tai sulkevat sen kokonaan) alhaisissa moottorin käyttöolosuhteissa, millä on positiivinen vaikutus hyötysuhteeseen.

Turbopuhallinmoottorin NK-56 ensimmäisen vaiheen jäähdytyskaavio. Näytössä on myös hunajakennotiivisteet ja jäähdytyksen katkaisunauha moottorin alennetuissa käyttötiloissa.

Jäähdytysjärjestelmän tehokkuutta arvioitaessa otetaan yleensä huomioon siipien lisähydrauliset häviöt, jotka johtuvat niiden muodon muutoksesta jäähdytysilman vapautuessa. Oikean jäähdytetyn turbiinin hyötysuhde on noin 3-4 % pienempi kuin jäähdyttämättömän.

Jotain terän valmistuksesta...

Ensimmäisen sukupolven suihkumoottoreissa valmistettiin pääasiassa turbiinien siipiä leimausmenetelmä jota seuraa pitkä käsittely. Kuitenkin 1950-luvulla VIAM-asiantuntijat osoittivat vakuuttavasti, että valetut metalliseokset eivätkä muokatut metalliseokset avasivat mahdollisuuden lisätä terien lämmönkestävyyttä. Vähitellen siirryttiin tähän uuteen suuntaan (myös lännessä).

Tällä hetkellä tuotannossa käytetään tarkkuusjätteetön valutekniikkaa, joka mahdollistaa jäähdytysjärjestelmän toimintaan käytettävien erityisesti profiloiduilla sisäonteloilla varustettujen terien valmistamisen (ns. sijoitusvalu).

Tämä on itse asiassa ainoa tapa saada jäähdytetyt terät. Se myös parani ajan myötä. Alkuvaiheessa valmistettiin ruiskuvalutekniikalla erikokoisia teriä. kiteytysrakeita, jotka lukittuivat epäluotettavasti toisiinsa, mikä vähensi merkittävästi tuotteen lujuutta ja käyttöikää.

Myöhemmin, käyttämällä erityisiä modifioijia, he alkoivat valmistaa valettuja jäähdytettyjä teriä, joissa oli tasaiset, tasaakseliset, hienot rakenteelliset rakeet. Tätä tarkoitusta varten VIAM kehitti 1960-luvulla ensimmäiset kotimaiset lämmönkestävät seokset ZhS6, ZhS6K, ZhS6U, VZhL12U valua varten.

Niiden käyttölämpötila oli 200° korkeampi kuin muotoutuvan (taonta) lejeeringin EI437A/B (KhN77TYu/YuR), joka oli silloin yleinen. Näistä materiaaleista valmistetut terät ovat toimineet vähintään 500 tuntia ilman visuaalisesti näkyviä vian merkkejä. Tämän tyyppistä valmistustekniikkaa käytetään edelleen. Siitä huolimatta raeraajat ovat edelleen terärakenteen heikko kohta, ja juuri niitä pitkin alkaa sen tuhoutuminen.

Siksi nykyaikaisen työn kuormitusominaisuuksien kasvaessa lentokoneiden turbiinit(paine, lämpötila, keskipakokuormat), tuli tarpeelliseksi kehittää uusia teknologioita terien valmistukseen, koska moniraerakenne ei enää tyydytä raskaita käyttöolosuhteita monelta osin.

Esimerkkejä roottorin siipien lämmönkestävän materiaalin rakenteesta. 1 - tasaakselinen raekoko, 2 - suunnattu kiteytyminen, 3 - yksikide.

Näin ilmestyi" suunnattu kiteytysmenetelmä". Tällä menetelmällä terän karkaisevassa valussa ei muodostu yksittäisiä tasaakselisia metallirakeita, vaan pitkiä pylväsmäisiä kiteitä, jotka ovat pitkiä tiukasti terän akselia pitkin. Tällainen rakenne lisää merkittävästi terän murtumiskestävyyttä. Se on kuin luuta, jota on erittäin vaikea murtaa, vaikka jokainen sen oksa katkeaa ilman ongelmia.

Tämä tekniikka kehitettiin myöhemmin vielä edistyneemmäksi " yksikidevalumenetelmä”, kun yksi terä on käytännössä yksi kokonainen kristalli. Tämäntyyppinen terä on nyt asennettu myös nykyaikaisiin lentoturbiinit. Niiden valmistukseen käytetään erikoisseoksia, mukaan lukien ns. reniumpitoiset seokset.

70- ja 80-luvuilla VIAM kehitti lejeerinkejä turbiinien siipien valuun suunnatulla kiteytyksellä: ZhS26, ZhS30, ZhS32, ZhS36, ZhS40, VKLS-20, VKLS-20R; ja 90-luvulla - korroosionkestävät seokset, joilla on pitkä käyttöikä: ZhSKS1 ja ZhSKS2.

Lisäksi VIAM on työskennellyt tähän suuntaan vuoden 2000 alusta tähän päivään saakka, ja se on luonut korkeareniumisia lämmönkestäviä kolmannen sukupolven metalliseoksia: VZhM1 (9,3 % Re), VZhM2 (12 % Re), ZhS55 (9 % Re) ja VZhM5 (4 % Re ). Ominaisuuksien parantamiseksi edelleen viimeisten 10 vuoden aikana on suoritettu kokeellisia tutkimuksia, joiden tuloksena saatiin neljännen - VZhM4 ja viidennen sukupolven VZhM6 renium-ruteenipitoisia seoksia.

Avustajana...

Kuten aiemmin mainittiin, kaasuturbiinimoottoreissa käytetään vain reaktiivisia (tai aktiivi-reaktiivisia) turbiineja. Yhteenvetona on kuitenkin syytä muistaa, että käytettyjen joukossa lentokoneiden turbiinit aktiivisiakin löytyy. He suorittavat pääasiassa sivutehtäviä eivätkä osallistu pääkoneiden toimintaan.

Silti heidän roolinsa on usein erittäin tärkeä. Tässä tapauksessa kyse on noin ilmakäynnistimet tapana juosta. Kaasuturbiinimoottorien roottorien pyörittämiseen käytetään erilaisia ​​käynnistyslaitteita. Ilmakäynnistin on kenties merkittävin paikka niistä.

Ilmakäynnistimen turbotuuletin.

Tämä yksikkö on itse asiassa toimintojen tärkeydestä huolimatta pohjimmiltaan melko yksinkertainen. Pääyksikkö tässä on yksi- tai kaksivaiheinen aktiivinen turbiini, joka pyörittää moottorin roottoria vaihteiston ja vetolaatikon kautta (yleensä matalapaineroottori turbopuhallinmoottorissa).

Ilmakäynnistimen ja sen työlinjan sijainti turbopuhaltimen moottorissa,

Itse turbiinia pyörittää ilmavirta, joka tulee maalähteestä, lentokoneessa olevasta APU:sta tai toisesta, jo käynnissä olevasta lentokoneen moottorista. Tietyssä käynnistysjakson vaiheessa käynnistin kytkeytyy automaattisesti pois päältä.

Tällaisissa yksiköissä voidaan myös käyttää vaadituista lähtöparametreista riippuen radiaaliset turbiinit. Niitä voidaan käyttää myös lentokoneen hyttien ilmastointijärjestelmissä turbojäähdyttimen elementtinä, jossa turbiiniin kohdistuvan ilman lämpötilan laajenemisen ja laskun vaikutusta käytetään jäähdyttämään matkustamoon tulevaa ilmaa.

Lisäksi sekä aktiivisia aksiaali- että radiaaliturbiineja käytetään mäntälentokoneiden moottoreiden turboahtojärjestelmissä. Tämä käytäntö alkoi jo ennen kuin turbiinista tuli tärkein GTE-yksikkö ja jatkuu tähän päivään asti.

Esimerkki radiaali- ja aksiaaliturbiinien käytöstä apulaitteissa.

Samanlaisia ​​turboahtimia käyttäviä järjestelmiä käytetään autoissa ja yleensä erilaisissa paineilman syöttöjärjestelmissä.

Näin ollen lentoturbiini palvelee ihmisiä hyvin aputarkoituksessa.

———————————

No, siinä varmaan kaikki tältä päivältä. Itse asiassa on vielä paljon kirjoitettavaa sekä lisätietojen että jo sanotun täydellisemmän kuvauksen suhteen. Aihe on hyvin laaja. Tosin ääretöntä on mahdotonta käsittää :-). Yleiselle tuttavalle se ehkä riittää. Kiitos, että luit loppuun asti.

Kunnes jälleen tapaamme…

Kuvan lopussa "poissa paikasta" tekstissä.

Esimerkki yksivaiheisesta suihkuturbiinista.

Heronin aeolipilimalli Kalugan kosmonautiikkamuseossa.

Vucam XO -endoskoopin videoanturin nivel.

Vucam XO -monitoimiendoskoopin näyttö.

Endoskooppi Vucam XO.

Esimerkki GP7200-moottorin CA-terien lämpösuojapinnoitteesta.

Tiivisteissä käytetyt kennolevyt.

Mahdolliset versiot labyrinttitiivisteelementeistä.

Labyrinttikennotiiviste.