Wysyłanie dobrej pracy do bazy wiedzy jest proste. Skorzystaj z poniższego formularza

Studenci, doktoranci, młodzi naukowcy korzystający z bazy wiedzy w swoich studiach i pracy będą Ci bardzo wdzięczni.

Wysłany dnia http://www.allbest.ru/

1. Opis projektu

moc silnika turbiny

1.1 AL-31F

AL-31F to dwuobwodowy dwuwałowy silnik turboodrzutowy z przepływami mieszającymi obwodów wewnętrznych i zewnętrznych za turbiną, dopalaczem wspólnym dla obu obwodów oraz regulowaną naddźwiękową dyszą strumieniową do wszystkich trybów. Niskociśnieniowa sprężarka osiowa 3-stopniowa z regulowaną łopatką kierującą wlotową (VNA), wysokociśnieniowa sprężarka osiowa 7-stopniowa z regulacją VNA i łopatkami kierującymi dwóch pierwszych stopni. Turbiny wysokiego i niskiego ciśnienia - osiowe jednostopniowe; łopatki turbin i urządzenia dyszowe są chłodzone. Główna komora spalania jest pierścieniowa. W konstrukcji silników szeroko stosowane są stopy tytanu (do 35% masy) oraz stale żaroodporne.

1.2 Turbina

Ogólna charakterystyka

Turbina silnika jest osiowa, strumieniowa, dwustopniowa, dwuwałowa. Pierwszy stopień to turbina wysokociśnieniowa. Drugi etap to niskie ciśnienie. Wszystkie łopatki i dyski turbiny są chłodzone.

Główne parametry (H=0, M=0, tryb „Maximum”) oraz materiały części turbiny podano w tabelach 1.1 i 1.2.

Tabela 1.1

Parametr
Stopień redukcji całkowitego ciśnienia gazu
Sprawność turbiny pod względem stałych parametrów przepływowych
Prędkość obwodowa na obwodzie łopatek, m/s
Prędkość wirnika, obr/min
Stosunek rękawa
Temperatura gazu na wlocie turbiny
Zużycie gazu, kg/s
Parametr obciążenia, m/s

Tabela 1.2

Konstrukcja turbiny wysokiego ciśnienia

Turbina wysokociśnieniowa przeznaczona jest do napędu sprężarki wysokociśnieniowej oraz zespołów napędowych i lotniczych zamontowanych na skrzyniach biegów. Turbina konstrukcyjnie składa się z wirnika i stojana.

Wirnik turbiny wysokiego ciśnienia

Wirnik turbiny składa się z łopatek wirnika, tarczy i czopa.

Ostrze robocze jest odlewane, wydrążone z półpętlowym przepływem powietrza chłodzącego.

We wnęce wewnętrznej, w celu uporządkowania przepływu powietrza chłodzącego, przewidziano żebra, przegrody i turbulatory.

W kolejnych seriach ostrze z układem chłodzenia półpętli zostało zastąpione ostrzem z układem chłodzenia cyklonowo-wirowego.

We wnęce wewnętrznej wzdłuż krawędzi natarcia wykonany jest kanał, w którym, podobnie jak w cyklonie, powstaje strumień powietrza z zawirowaniem. Zawirowanie powietrza następuje dzięki stycznemu dopływowi powietrza do kanału przez otwory przegrody.

Z kanału powietrze jest wyrzucane przez otwory (perforację) ścianki ostrza na tył ostrza. Powietrze to tworzy na powierzchni warstwę ochronną.

W centralnej części głowni na wewnętrznych powierzchniach znajdują się kanały, których osie przecinają się. W kanałach powstaje turbulentny przepływ powietrza. Turbulencje strumienia powietrza i zwiększenie powierzchni styku zapewniają wzrost wydajności wymiany ciepła.

W rejonie krawędzi spływu wykonywane są turbulatory (mosty) o różnych kształtach. Turbulatory te intensyfikują wymianę ciepła i zwiększają wytrzymałość ostrza.

Profilowa część głowni oddzielona jest od zamka półką i wydłużoną nogą. Półki ostrzy, dokujące, tworzą stożkową powłokę, która chroni blokującą część ostrza przed przegrzaniem.

Wydłużona noga, zapewniająca odległość przepływu gazu wysokotemperaturowego od zamka i tarczy, prowadzi do zmniejszenia ilości ciepła przekazywanego z części profilowej do zamka i tarczy. Dodatkowo wydłużony trzon, mający stosunkowo małą sztywność zginania, zmniejsza poziom naprężeń wibracyjnych w części profilowej łopatki.

Trójzębny zamek w jodełkę zapewnia przenoszenie obciążeń promieniowych z ostrzy na dysk.

Ząb wykonany w lewej części zamka unieruchamia ostrze przed poruszaniem się wzdłuż przepływu, a rowek wraz z elementami mocującymi zapewnia utrzymywanie ostrza przed poruszaniem się pod prąd.

Na obwodowej części łopatki, w celu ułatwienia docierania przy dotknięciu stojana i w konsekwencji, aby zapobiec zniszczeniu łopatki, wykonano próbkę na jej końcu

Aby zmniejszyć poziom naprężeń wibracyjnych w łopatkach roboczych, między nimi pod półkami umieszcza się amortyzatory o konstrukcji skrzynkowej. Gdy wirnik obraca się pod działaniem sił odśrodkowych, amortyzatory są dociskane do wewnętrznych powierzchni półek wibrujących łopatek. Dzięki tarciu w miejscach styku dwóch sąsiednich kołnierzy na jednym tłumiku energia drgań łopatek ulegnie rozproszeniu, co zapewnia zmniejszenie poziomu naprężeń wibracyjnych w łopatkach.

Tarcza turbiny jest tłoczona, a następnie obrabiana. W obwodowej części tarczy znajdują się rowki typu „jodełka” do mocowania 90 łopat wirnika, rowki pod blokady płyt do osiowego mocowania łopat oraz skośne otwory do doprowadzenia powietrza chłodzącego łopaty wirnika.

Powietrze pobierane jest z odbiornika utworzonego przez dwa kołnierze, lewą powierzchnię boczną tarczy oraz zawirowywacz. Ciężarki równoważące są umieszczone pod dolnym ramieniem. Na prawej płaszczyźnie środnika dysku znajduje się odsadzenie uszczelnienia labiryntowego oraz odsadzenie stosowane przy demontażu dysku. W części schodkowej tarczy wykonane są cylindryczne otwory do mocowania śrub łączących wał, tarczę i czop wirnika turbiny.

Osiowe mocowanie ostrza roboczego odbywa się za pomocą zęba z blokadą płytkową. W rowki ostrzy w trzech miejscach tarczy, gdzie wykonywane są wycięcia, w rowki ostrzy wsuwany jest zamek lamelkowy (jeden na dwa ostrza), który przyspiesza na całym obwodzie korony ostrza. Zamki lamelowe, montowane w miejscu wycięć w dysku, mają specjalny kształt. Zamki te montowane są w stanie odkształconym, a po wyprostowaniu wchodzą w rowki ostrzy. Podczas prostowania zamka płytkowego ostrza są podparte z przeciwnych końców.

Wirnik jest wyważony obciążnikami zamocowanymi w rowku kołnierza tarczy i zamocowanymi w zamku. Ogon zamka jest wygięty na ciężarku wyważającym. Miejsce zgięcia jest kontrolowane pod kątem braku pęknięć poprzez inspekcję przez szkło powiększające. Wirnik można wyważyć przesuwając łopaty, dozwolone jest przycinanie końców obciążników. Nierównowaga resztkowa nie przekracza 25 gcm.

Dysk z czopem i wałem HPC są połączone śrubami pasowanymi. Łby śrub są unieruchomione przed obrotem płytkami wygiętymi na nacięciach łbów. Śruby są powstrzymywane przed ruchem wzdłużnym przez wystające części łbów zawarte w pierścieniowym rowku wału.

Czop zapewnia podparcie wirnika na łożysku wałeczkowym (łożysko międzywirnikowe).

Kołnierz czopowy jest wyśrodkowany i połączony z tarczą turbiny. Na zewnętrznych rowkach cylindrycznych czopu osadzona jest tuleja uszczelnień labiryntowych. Umocowanie osiowe i obwodowe błędników odbywa się za pomocą kołków promieniowych. Aby zapobiec wypadaniu kołków pod wpływem sił odśrodkowych, po ich wciśnięciu otwory w tulejach są rozszerzane.

Na zewnętrznej części trzpienia, poniżej labiryntów, znajduje się uszczelka stykowa mocowana nakrętką koronową. Nakrętka jest zablokowana zamkiem płytkowym.

Wewnątrz czopu w pasach cylindrycznych tuleje uszczelnienia stykowego i labiryntowego są wycentrowane. Tuleje są utrzymywane przez nakrętkę koronową wkręconą w gwint czopa. Nakrętka jest blokowana poprzez zgięcie anten korony w końcowych szczelinach czopa.

W prawej części wnęki wewnętrznej czopu znajduje się pierścień zewnętrzny łożyska wałeczkowego, który jest przytrzymywany przez nakrętkę koronową wkręconą w gwint czopu, który jest blokowany w ten sam sposób.

Uszczelnienie stykowe to para stalowych tulei i pierścieni grafitowych. Sprężyny płaskie są umieszczone pomiędzy pierścieniami grafitowymi, aby zagwarantować kontakt par. Pomiędzy stalowymi tulejami umieszczona jest tuleja dystansowa, aby zapobiec ściśnięciu mechanicznego uszczelnienia stykowego.

Stojan turbiny wysokiego ciśnienia

Stojan turbiny wysokociśnieniowej składa się z pierścienia zewnętrznego, bloków łopatek dyszy, pierścienia wewnętrznego, urządzenia zawirowującego i uszczelnienia z wkładkami HPT.

Pierścień zewnętrzny to cylindryczna powłoka z kołnierzem. Pierścień znajduje się pomiędzy obudową komory spalania a obudową LPT.

W środkowej części pierścienia zewnętrznego wykonany jest rowek, wzdłuż którego wyśrodkowana jest ścianka działowa wymiennika ciepła.

W lewej części pierścienia zewnętrznego do śrub mocowany jest górny pierścień, który stanowi podporę płomienicy komory spalania i zapewnia dopływ powietrza chłodzącego do przedmuchu zewnętrznych półek łopatek aparatu dyszowego.

Po prawej stronie pierścienia zewnętrznego montowana jest uszczelka. Uszczelka składa się z pierścieniowej przekładki z ekranami, 36 wkładek sektorowych HPT oraz sektorów do mocowania wkładek HPT do przekładki.

Gwint pierścieniowy jest wykonywany na wewnętrznej średnicy wkładek HPT w celu zmniejszenia powierzchni, gdy łopaty wirnika HPT stykają się, aby zapobiec przegrzaniu części obwodowej łopat wirnika.

Uszczelka jest przymocowana do pierścienia zewnętrznego za pomocą wywierconych kołków. Poprzez te otwory do wkładów HPT dostarczane jest powietrze chłodzące.

Przez otwory we wkładkach powietrze chłodzące jest wyrzucane do promieniowej szczeliny między wkładkami a łopatami wirnika.

Pomiędzy wkładami montuje się płyty ograniczające przepływ gorącego gazu.

Podczas montażu uszczelki wkładki HPT są mocowane do przekładki w sektorach za pomocą kołków. To mocowanie umożliwia przesuwanie się wkładek HPT względem siebie i przekładek podczas podgrzewania podczas pracy.

Łopatki aparatu dyszowego są połączone w 14 trójłopatkowych bloków. Bloki ostrza są odlewane, z wpiętymi deflektorami i wlutowanymi w dwóch miejscach z przylutowaną pokrywą dolną z czopem. Odlewana konstrukcja bloków, posiadająca dużą sztywność, zapewnia stabilność kątów montażu łopatek, zmniejszenie przecieków powietrza, a co za tym idzie zwiększenie sprawności turbiny, dodatkowo taka konstrukcja jest bardziej zaawansowana technologicznie .

Wewnętrzna jama łopatki podzielona jest przegrodą na dwa przedziały. W każdej komorze znajdują się deflektory z otworami, które zapewniają napływ strumienia chłodzącego powietrza na wewnętrzne ścianki łopatki. Przednie krawędzie ostrzy są perforowane.

W górnej półce bloku znajduje się 6 gwintowanych otworów, w które wkręcane są śruby mocujące bloki urządzeń dyszowych do pierścienia zewnętrznego.

Dolna półka każdego bloku ostrzy ma czop, wzdłuż którego wewnętrzny pierścień jest centrowany przez tuleję.

Profil pióra wraz z przylegającymi powierzchniami półek jest pokryty glinokrzemianem. Grubość powłoki 0,02-0,08 mm.

Aby zmniejszyć przepływ gazu między blokami, ich połączenia są uszczelnione płytkami włożonymi w szczeliny na końcach bloków. Rowki na końcach bloków wykonane są metodą elektroerozyjną.

Pierścień wewnętrzny wykonany jest w postaci płaszcza z tulejami i kołnierzami, do których przyspawana jest stożkowa membrana.

Na lewym kołnierzu pierścienia wewnętrznego zamocowany jest za pomocą śrub pierścień, na którym spoczywa płomień i przez który jest doprowadzane powietrze, przedmuchujące wewnętrzne półki łopatek aparatu dyszowego.

W prawym kołnierzu urządzenie wirujące jest zamocowane za pomocą śrub, które jest spawaną konstrukcją płaszcza. Wirnik przeznaczony jest do dostarczania i schładzania powietrza trafiającego do łopatek wirnika w wyniku przyspieszania i wirowania w kierunku obrotów turbiny. Aby zwiększyć sztywność powłoki wewnętrznej, przyspawane są do niej trzy profile wzmacniające.

Przyspieszenie i zawirowanie powietrza chłodzącego ma miejsce w zbieżnej części urządzenia zawirującego.

Przyspieszenie powietrza zapewnia obniżenie temperatury powietrza używanego do chłodzenia łopat wirnika.

Zawirowanie powietrza zapewnia wyrównanie składowej obwodowej prędkości powietrza i obwodowej prędkości tarczy.

Konstrukcja turbiny niskiego ciśnienia

Turbina niskiego ciśnienia (LPT) jest przeznaczona do napędzania sprężarki niskiego ciśnienia (LPC). Strukturalnie składa się z wirnika LPT, stojana LPT i wspornika LPT.

Wirnik turbiny niskiego ciśnienia

Wirnik turbiny niskiego ciśnienia składa się z tarczy LPT z łopatkami roboczymi osadzonymi na tarczy, tarczy dociskowej, czopu i wału.

Ostrze robocze jest odlewane, chłodzone promieniowym strumieniem powietrza chłodzącego.

We wnęce wewnętrznej znajduje się 11 rzędów po 5 sztuk każdy cylindrycznych kołków - turbulatorów łączących grzbiet z korytem ostrza.

Płaszcz obwodowy zmniejsza luz promieniowy, co prowadzi do wzrostu sprawności turbiny.

W wyniku tarcia powierzchni styku półek bandaża sąsiednich łopat wirnika zmniejsza się poziom naprężeń wibracyjnych.

Część profilowa ostrza jest oddzielona od części blokującej półką, która stanowi granicę przepływu gazu i chroni tarczę przed przegrzaniem.

Ostrze posiada zamek typu jodełka.

Odlewanie łopatki odbywa się według modeli osłaniających z modyfikacją powierzchni glinianem kobaltu, który poprawia strukturę materiału poprzez rozdrabnianie ziaren dzięki tworzeniu się na powierzchni łopatki centrów krystalizacji.

W celu zwiększenia odporności na ciepło, zewnętrzne powierzchnie półek z pierza, osłony i zamka poddaje się glinokrzemowaniu poślizgowemu o grubości powłoki 0,02-0,04.

W celu osiowego unieruchomienia ostrzy przed poruszaniem się w kierunku przeciwnym do przepływu, wykonuje się na nim ząb, przylegający do obrzeża dysku.

W celu osiowego unieruchomienia ostrza przed poruszaniem się wzdłuż przepływu, w części blokującej ostrza w obszarze kołnierza wykonany jest rowek, w który wkładany jest rozcięty pierścień z blokadą, który jest utrzymywany przed ruchem osiowym przez dysk ramię. Podczas instalacji pierścień, ze względu na obecność wycięcia, jest zaciskany i wkładany w rowki ostrzy, a występ dysku wchodzi w rowek pierścienia.

Mocowanie rozciętego pierścienia w stanie roboczym odbywa się za pomocą zamka z zaciskami zagiętymi na zamek i przechodzącymi przez otwory w zamku i szczeliny w występie tarczy.

Tarcza turbiny - tłoczona, z późniejszą obróbką. W strefie obwodowej do umieszczenia łopatek znajdują się rowki typu „jodełka” oraz skośne otwory do doprowadzenia powietrza chłodzącego.

Kołnierze pierścieniowe wykonane są na środniku tarczy, na który nakładane są pokrywy labiryntowe oraz tarcza labiryntowa dociskowa. Mocowanie tych części odbywa się za pomocą szpilek. Aby zapobiec wypadaniu kołków, otwory są rozszerzone.

Do sprężania powietrza dostarczanego do chłodzenia łopatek turbiny potrzebna jest tarcza ciśnieniowa z łopatkami. W celu wyważenia wirnika obciążniki wyważające są mocowane na tarczy dociskowej za pomocą zacisków płytkowych.

Kołnierze pierścieniowe są również wykonane na piaście tarczy. Na lewym ramieniu montuje się osłony labiryntowe, na prawym ramieniu czop.

Czop został zaprojektowany do podparcia wirnika niskociśnieniowego na łożysku wałeczkowym i przeniesienia momentu obrotowego z tarczy na wał.

Aby połączyć dysk z czopem, na jego części obwodowej wykonuje się rozwidlony kołnierz, wzdłuż którego odbywa się centrowanie. Ponadto centrowanie i przenoszenie obciążeń odbywa się przez kołki promieniowe, których labirynt uniemożliwia wypadanie.

Na czopie LPT zamocowany jest również pierścień uszczelniający labirynt.

Na obwodowej cylindrycznej części czopu z prawej strony znajduje się mechaniczne uszczelnienie stykowe, a z lewej tuleja promieniowego uszczelnienia stykowego. Tuleja jest wyśrodkowana wzdłuż cylindrycznej części czopu i jest mocowana w kierunku osiowym przez wygięcie grzebienia.

W lewej części czopu na powierzchni cylindrycznej znajdują się tuleje doprowadzające olej do łożyska, pierścień wewnętrzny łożyska oraz elementy uszczelniające. Pakiet tych części skręcany jest nakrętką koronową, blokowaną zamkiem lamelkowym. Na wewnętrznej powierzchni czopu wykonane są wypusty zapewniające przeniesienie momentu obrotowego z czopu na wał. W korpusie czopu znajdują się otwory do doprowadzania oleju do łożysk.

W prawej części czopu, na zewnętrznym rowku, pierścień wewnętrzny łożyska wałeczkowego wspornika turbiny jest zamocowany nakrętką. Nakrętka koronowa jest zablokowana zamkiem płytkowym.

Wał turbiny niskiego ciśnienia składa się z 3 części połączonych ze sobą promieniowymi kołkami. Prawa część wału z wypustami wchodzi w odwrotne wypusty czopa, otrzymując od niego moment obrotowy.

Siły osiowe z kołka na wał przenoszone są przez nakrętkę nakręconą na gwintowany trzpień wału. Nakrętka jest zabezpieczona przed poluzowaniem za pomocą wielowypustowej tulei. Końcowe wypusty tulei pasują do końcowych rowków wału, a wypusty na cylindrycznej części tulei pasują do wzdłużnych wypustów nakrętki. W kierunku osiowym wielowypustowa tuleja jest mocowana za pomocą pierścieni regulacyjnych i dzielonych.

Na zewnętrznej powierzchni prawej strony wału labirynt jest zamocowany za pomocą kołków promieniowych. Na wewnętrznej powierzchni wału za pomocą kołków promieniowych zamocowana jest wielowypustowa tuleja napędu pompy pompującej olej z podpory turbiny.

Po lewej stronie wału wykonane są wypusty przenoszące moment obrotowy na sprężynę, a następnie na wirnik sprężarki niskociśnieniowej. Na wewnętrznej powierzchni lewej strony wału nacina się gwint, w który wkręca się nakrętkę, blokowaną osiowym kołkiem. W nakrętkę wkręcona jest śruba, która dokręca wirnik sprężarki niskociśnieniowej i wirnik turbiny niskociśnieniowej.

Na zewnętrznej powierzchni lewej strony wału znajduje się uszczelnienie styku promieniowego, tuleja dystansowa i łożysko wałeczkowe przekładni stożkowej. Wszystkie te części są dokręcone nakrętką koronową.

Kompozytowa konstrukcja trzonka pozwala na zwiększenie jego sztywności ze względu na zwiększoną średnicę części środkowej, a także zmniejszenie wagi - środkowa część trzonka wykonana jest ze stopu tytanu.

Stojan turbiny niskiego ciśnienia

Stojan składa się z obudowy zewnętrznej, bloków łopatek dyszy i obudowy wewnętrznej.

Obudowa zewnętrzna jest konstrukcją spawaną składającą się ze stożkowej osłony i kołnierzy, wzdłuż której obudowa jest połączona z obudową turbiny wysokociśnieniowej i obudową nośną. Na zewnątrz do korpusu przyspawany jest ekran tworzący kanał do doprowadzania powietrza chłodzącego. Wewnątrz znajdują się kołnierze, wzdłuż których wyśrodkowany jest aparat dyszowy.

W obszarze prawego kołnierza znajduje się zgrubienie, na którym osadzane są wkładki LPT z plastrami miodu i mocowane promieniowymi kołkami.

Łopatki aparatu dyszowego w celu zwiększenia sztywności w jedenastu trójłopatkowych blokach.

Każde ostrze jest odlewane, wydrążone, chłodzone wewnętrznymi deflektorami. Część przepływową tworzą półki z piór, zewnętrzne i wewnętrzne. Zewnętrzne półki ostrzy mają kołnierze, za pomocą których są centrowane wzdłuż rowków zewnętrznej obudowy.

Osiowe mocowanie bloków łopatek dysz odbywa się za pomocą dzielonego pierścienia. Obwodowe mocowanie ostrzy odbywa się za pomocą występów korpusu, które znajdują się w szczelinach wykonanych w zewnętrznych półkach.

Zewnętrzna powierzchnia półek oraz profilowana część ostrzy jest pokryta warstwą glinokrzemianu w celu zwiększenia odporności cieplnej. Grubość warstwy ochronnej wynosi 0,02-0,08 mm.

Aby zmniejszyć przepływ gazu między blokami łopatek, w szczelinach montuje się płyty uszczelniające.

Wewnętrzne półki ostrzy kończą się kulistymi kołkami, wzdłuż których jest wyśrodkowana wewnętrzna obudowa, stanowiąc konstrukcję spawaną.

W żebrach korpusu wewnętrznego wykonane są rowki, które wchodzą w ząbki wewnętrznych półek łopatek dyszy z luzem promieniowym. Ten luz promieniowy zapewnia swobodę rozszerzalności cieplnej ostrzy.

Wspornik turbiny ND

Wspornik turbiny składa się z obudowy wsporczej i obudowa łożyska.

Korpus nośny jest konstrukcją spawaną składającą się ze skorup połączonych słupkami. Regały i osłony są chronione przed przepływem gazu za pomocą nitowanych ekranów. Na kołnierzach wewnętrznej osłony podpory zamocowane są stożkowe membrany podtrzymujące obudowę łożyska. Na tych kołnierzach z lewej strony zamocowana jest tuleja uszczelnienia labiryntowego, a z prawej strony osłona chroniąca podporę przed przepływem gazu.

Na kołnierzach obudowy łożyska po lewej stronie zamocowana jest tuleja uszczelnienia stykowego. Po prawej stronie pokrywa komory olejowej i osłona termiczna mocowane są śrubami.

Łożysko wałeczkowe jest umieszczone w wewnętrznym otworze obudowy. Pomiędzy obudową a zewnętrznym pierścieniem łożyska znajduje się elastyczny pierścień i tuleje. W pierścieniu wykonane są promieniowe otwory, przez które pompowany jest olej podczas drgań wirników, do których odprowadzana jest energia.

Osiowe mocowanie pierścieni odbywa się za pomocą pokrywy, przyciąganej do wspornika łożyska za pomocą śrub. We wnęce pod osłoną termiczną znajduje się pompa do ekstrakcji oleju oraz dysze olejowe wraz z rurociągami. Obudowa łożyska posiada otwory doprowadzające olej do amortyzatora i dysz.

Chłodzenie turbiny

Układ chłodzenia turbiny - powietrzny, otwarty, regulowany dyskretnymi zmianami przepływu powietrza przez wymiennik ciepła powietrze-powietrze.

Krawędzie natarcia łopatek aparatu dyszowego turbiny wysokociśnieniowej mają konwekcyjne chłodzenie filmowe powietrzem wtórnym. Półki tego aparatu dyszowego są chłodzone powietrzem wtórnym.

Tylne listwy łopatek SA, łopatki tarczy i wirnika LPT, obudowy turbin, łopatki SA turbiny wentylatora i jej tarcza po lewej stronie są chłodzone powietrzem przechodzącym przez wymiennik ciepła powietrze-powietrze ( VHT).

Powietrze wtórne dostaje się do wymiennika ciepła przez otwory w obudowie komory spalania, gdzie jest schładzane o -150-220 K i przechodzi przez aparat zaworowy, aby schłodzić części turbiny.

Powietrze z obwodu wtórnego poprzez nogi podporowe i otwory doprowadzane jest do tarczy dociskowej, która poprzez zwiększenie ciśnienia zapewnia jego dopływ do łopatek roboczych LPT.

Obudowa turbiny jest chłodzona z zewnątrz powietrzem wtórnym, a od wewnątrz powietrzem z żeglugi śródlądowej.

Chłodzenie turbiny odbywa się we wszystkich trybach pracy silnika. Obwód chłodzenia turbiny pokazano na rysunku 1.1.

Moc przepływa w turbinie

Siły bezwładności od łopat wirnika poprzez zamki typu „Herringbone” przenoszone są na dysk i ładują go. Niezrównoważone siły bezwładności tarcz z łopatkami są przenoszone przez śruby pasowane na wirniku HPT oraz przez kołnierze centrujące i kołki promieniowe wirnika HPT na wał i kołki podtrzymywane przez łożyska. Obciążenia promieniowe przenoszone są z łożysk na części stojana.

Osiowe składowe sił gazowych powstających na łopatkach roboczych HPT są przenoszone na tarczę w wyniku sił tarcia na powierzchniach styku w zamku i „zębie” łopatki o tarczę. Na tarczy siły te sumują się z siłami osiowymi wynikającymi ze spadku ciśnienia na tarczy i są przenoszone na wał za pomocą ciasnych śrub. Dopasowane śruby od tej siły działają w napięciu. Siła osiowa wirnika turbiny jest dodawana do siły osiowej.

Kontur zewnętrzny

Obwód zewnętrzny jest zaprojektowany tak, aby omijać część strumienia powietrza sprężonego w LPC za LPC.

Strukturalnie kontur zewnętrzny składa się z dwóch (przednich i tylnych) profilowanych obudów, które stanowią zewnętrzną powłokę produktu i są również używane do mocowania komunikacji i jednostek. Skorupy zewnętrznej obudowy wykonane są ze stopu tytanu. Obudowa jest włączona w obwód zasilania produktu, odbiera moment obrotowy wirników i częściowo ciężar obwodu wewnętrznego, a także siły przeciążenia podczas ewolucji obiektu.

Przednia obudowa obwodu zewnętrznego posiada złącze poziome zapewniające dostęp do HPC, CS i turbiny.

Wyprofilowanie drogi przepływu obrysu zewnętrznego zapewnia zamontowanie w obudowie czołowej obrysu zewnętrznego przesiewacza wewnętrznego, połączonego z nim podłużnicami promieniowymi, które są jednocześnie żebrami usztywniającymi osłonę czołową.

Tylna obudowa konturu zewnętrznego jest cylindryczną skorupą ograniczoną przez przedni i tylny kołnierz. Na tylnej obudowie od zewnątrz znajdują się podłużnice usztywniające. Kołnierze znajdują się na obudowach obudowy zewnętrznej:

· Do pobierania powietrza z obiegu wewnętrznego produktu po 4 i 7 stopniach HPC, a także z kanału obiegu zewnętrznego na potrzeby obiektu;

· Do zapalarek KS;

· Okienka inspekcyjne łopatek HPC, okienka inspekcyjne CS i okienka inspekcyjne turbin;

· Do komunikacji dostarczania i odprowadzania oleju do wspornika turbiny, odpowietrzania wnęki powietrznej i olejowej wspornika tylnego;

· Upuszczanie powietrza do cylindrów pneumatycznych z dyszami strumieniowymi (RS);

· Do mocowania dźwigni sprzężenia zwrotnego układu sterowania ON HPC;

· W przypadku komunikacji dotyczącej dostarczania paliwa do CS, jak również komunikacji w celu upuszczania powietrza po HPC do układu paliwowego produktu.

Występy do mocowania są również zaprojektowane na korpusie konturu zewnętrznego:

· Dystrybutor paliw; wymienniki ciepła paliwowo-olejowe zbiornika oleju;

· Filtr paliwa;

· Reduktor automatyki KND;

· Zbiornik spustowy;

· Jednostka zapłonowa, komunikacja systemów rozruchu FC;

· Ramki z punktami mocowania dyszy i regulatora dopalacza (RSF).

W części przepływowej obwodu zewnętrznego zainstalowane są dwuprzegubowe elementy komunikacyjne systemu produktu, które kompensują rozszerzalność cieplną w kierunku osiowym korpusów obwodów zewnętrznych i wewnętrznych podczas pracy produktu. Ekspansja obudów w kierunku promieniowym jest kompensowana przez mieszanie elementów dwuzawiasowych, konstrukcyjnie wykonanych zgodnie ze schematem „tłok-cylinder”.

2. Obliczenie wytrzymałości tarczy wirnika turbiny

2.1 Schemat obliczeń i dane początkowe

Graficzne przedstawienie tarczy wirnika HPT oraz model obliczeniowy tarczy przedstawiono na rys. 2.1 Wymiary geometryczne przedstawiono w tabeli 2.1. Szczegółowa kalkulacja została przedstawiona w Załączniku 1.

Tabela 2.1

Sekcja i

n - liczba obrotów dysku w trybie projektowania wynosi 12430 obr./min. Dysk wykonany jest z materiału EP742-ID. Temperatura wzdłuż promienia dysku nie jest stała. - obciążenie ostrza (konturu), symulujące działanie sił odśrodkowych ostrzy i ich blokad (korzenie ostrza i występy dysku) na tarczę w trybie projektowania.

Charakterystyka materiału tarczy (gęstość, moduł sprężystości, współczynnik Poissona, współczynnik rozszerzalności liniowej, wytrzymałość długotrwała). Przy wprowadzaniu charakterystyk materiałów zaleca się korzystanie z gotowych danych z archiwum materiałów zawartych w programie.

Obciążenie konturu obliczane jest według wzoru:

Suma sił odśrodkowych piór ostrzy,

Suma sił odśrodkowych zamków (korzenie łopatek i występy tarcz),

Obszar obwodowej cylindrycznej powierzchni dysku, przez który siły odśrodkowe przenoszone są na dysk i:

Siły obliczone ze wzorów

z- liczba ostrzy,

Obszar nasady pióra ostrza,

Naprężenia w części nasady pióra ostrza, wywołane przez siły odśrodkowe. Obliczenia tego napięcia dokonano w rozdziale 2.

Masa pierścienia utworzona przez blokujące połączenia łopatek z tarczą,

Promień bezwładności pierścienia blokującego,

u - kątowa prędkość obrotowa tarczy w trybie projektowym, obliczona na podstawie obrotów w następujący sposób: ,

Masę pierścienia i promień oblicza się według wzorów:

Obszar obwodowej cylindrycznej powierzchni dysku oblicza się według wzoru 4.2.

Podstawiając dane początkowe do wzoru na powyższe parametry otrzymujemy:

Obliczenia wytrzymałości dysku dokonuje program DI.EXE, dostępny w klasie komputerowej 203 wydziału.

Należy pamiętać, że wymiary geometryczne dysku (promienie i grubości) są wprowadzane do programu DI.EXE w centymetrach, a obciążenie konturu - w (tłumaczenie).

2.2 Wyniki obliczeń

Wyniki obliczeń przedstawiono w tabeli 2.2.

Tabela 2.2

W pierwszych kolumnach Tabeli 2.2 przedstawiono wstępne dane dotyczące geometrii dysku i rozkładu temperatury wzdłuż promienia dysku. W kolumnach 5-9 przedstawiono wyniki obliczeń: naprężenia promieniowe (promieniowe) i obwodowe (obwodowe), rezerwy na naprężenia równoważne (np. ekwiwalentne) i obroty zrywające (cyl. sek.) oraz wydłużenie dysku pod wpływem działania sił odśrodkowych i rozszerzalności cieplnej na różnych promieniach.

Najmniejszy margines bezpieczeństwa pod względem naprężeń równoważnych uzyskano u podstawy dysku. Dopuszczalna wartość . Warunek wytrzymałości jest spełniony.

Najmniejszy margines bezpieczeństwa dla łamania obrotów uzyskano również u podstawy tarczy. Dozwolona wartość . Warunek wytrzymałości jest spełniony.

Ryż. 2.2 Rozkład naprężeń (promień i otoczenie) wzdłuż promienia dysku

Ryż. 2.3 Rozkład marginesu bezpieczeństwa (ekwiwalentne marginesy napięcia) wzdłuż promienia tarczy

Ryż. 2.4 Rozkład marginesu bezpieczeństwa na obroty hamowania

Ryż. 2.5 Rozkład temperatury, naprężeń (rad. i otoczenia) wzdłuż promienia dysku

Literatura

1. Khronin D.V., Vyunov S.A. itp. „Projektowanie i projektowanie lotniczych turbinowych silników spalinowych”. - M, Inżynieria Mechaniczna, 1989.

2. „Gazowe silniki turbinowe”, A.A. Inozemtsev, V.L. Sandratsky, OJSC Aviadvigatel, Perm, 2006

3. Lebiediew S.G. Projekt kursu z dyscypliny „Teoria i obliczenia maszyn łopatowych samolotów”, - M, MAI, 2009.

4. Perel L.Ya., Filatov A.A. Łożyska toczne. Informator. - M, Inżynieria Mechaniczna, 1992.

5. Program DISK-MAI, opracowany na wydziale 203 MAI, 1993.

6. Inozemtsev A.A., Nikhhamkin M.A., Sandratsky V.L. „Silniki z turbiną gazową. Dynamika i wytrzymałość silników i elektrowni lotniczych. - M, Inżynieria mechaniczna, 2007.

7. GOST 2.105 - 95.

Hostowane na Allbest.ru

...

Podobne dokumenty

Obliczenia termogazodynamiczne silnika, dobór i uzasadnienie parametrów. Koordynacja parametrów sprężarki i turbiny. Obliczenia gazodynamiczne turbiny i profilowanie łopatek turbiny pierwszego stopnia turbiny na komputerze. Obliczanie blokady łopatek turbiny pod kątem wytrzymałości.

praca dyplomowa, dodana 03.12.2012


Obliczenia termogazodynamiczne silnika. Koordynacja pracy sprężarki i turbiny. Obliczenia gazowo-dynamiczne turbiny osiowej na komputerze. Profilowanie łopatek turbin wysokociśnieniowych. Opis konstrukcji silnika, obliczenia wytrzymałości tarczy turbiny.

praca dyplomowa, dodana 22.01.2012


Obliczenia termogazowo-dynamiczne silnika, profilowanie łopatek wirników pierwszego stopnia turbiny. Obliczenia gazodynamiczne turbiny turbowentylatorowej i opracowanie jej konstrukcji. Opracowanie planu obróbki kół zębatych stożkowych. Analiza sprawności silnika.

praca dyplomowa, dodana 22.01.2012


Projektowanie toru przepływu lotniczego silnika turbogazowego. Obliczanie wytrzymałości łopatki roboczej, tarczy turbiny, punktu mocowania i komory spalania. Proces technologiczny wytwarzania kołnierzy, opis i obliczenia trybów przetwarzania dla operacji.

praca dyplomowa, dodana 22.01.2012


Opis konstrukcji silnika. Obliczenia termogazodynamiczne silnika turboodrzutowego z obejściem. Obliczenie wytrzymałości i stabilności tarczy sprężarki, obudów komory spalania oraz blokady łopatek pierwszego stopnia sprężarki wysokociśnieniowej.

praca semestralna, dodana 03.08.2011


Obliczenia długookresowej wytrzymałości statycznej elementów turboodrzutowego silnika lotniczego R-95Sh. Obliczanie roboczej łopatki i tarczy pierwszego stopnia sprężarki niskociśnieniowej pod kątem wytrzymałości. Uzasadnienie projektu na podstawie badania patentowego.

praca semestralna, dodana 08.07.2013


Projektowanie procesu roboczego silników turbogazowych i cechy obliczeń gazodynamicznych zespołów: sprężarka i turbina. Elementy obliczeń termogazodynamicznych dwuwałowego silnika termoodrzutowego. Sprężarki wysokiego i niskiego ciśnienia.

test, dodano 24.12.2010


Obliczanie wytrzymałości elementów pierwszego stopnia sprężarki wysokociśnieniowej silnika turboodrzutowego z przepływami mieszającymi dla myśliwca bojowego. Obliczanie naddatków obróbkowych dla zewnętrznych, wewnętrznych i czołowych powierzchni obrotowych.

praca dyplomowa, dodana 06.07.2012


Koordynacja parametrów sprężarki i turbiny oraz jej obliczenie gazodynamiczne na komputerze. Profilowanie łopatki wirnika i obliczanie jego wytrzymałości. Schemat procesu, wykonywanie operacji toczenia, frezowania i wiercenia, analiza sprawności silnika.

praca dyplomowa, dodana 03.08.2011


Wyznaczenie pracy rozprężania (dostępny spadek ciepła w turbinie). Obliczanie procesu w aparacie dyszowym, prędkość względna na wejściu do radaru. Obliczanie wytrzymałości trzpienia, gięcie zębów. Opis turbiny napędowej GTE, dobór materiału części.

Model użytkowy umożliwia zwiększenie sprawności silnika turboodrzutowego z obejściem (TEF) poprzez zagwarantowanie chłodzenia ostatniego stopnia turbiny w trybach maksymalnych (na przykład w trybie startu) i zwiększenie wydajności w trybach przelotowych. Układ chłodzenia ostatniego stopnia osiowej turbiny niskociśnieniowej silnika turbowentylatorowego zawiera wlot powietrza z obwodu zewnętrznego silnika oraz dodatkowy wlot powietrza za jednym z pośrednich stopni sprężarki. Układ chłodzenia wyposażony jest w urządzenie regulujące dopływ powietrza do wnęki sąsiadującej z tylną powierzchnią tarczy turbiny ostatniego stopnia. Urządzenie sterujące zawiera pierścień obrotowy z napędem. Pierścień obrotowy styka się ze ścianą końcową wspornika turbiny. W końcowej ścianie podpory wykonane są dwa otwory. Jeden otwór jest połączony z wnęką pierścieniową podpory turbiny ostatniego stopnia, a drugi jest połączony z wnęką kolektora powietrza znajdującego się we wnęce pierścieniowej podpory turbiny. Pierścień obrotowy urządzenia sterującego wyposażony jest w przelotowy otwór eliptyczny z możliwością naprzemiennego połączenia z jednym z dwóch otworów przelotowych ściany czołowej podpory turbiny.

Wzór użytkowy dotyczy układów chłodzenia elementów silnika lotniczego, a dokładniej układu chłodzenia turbiny niskiego ciśnienia (LPT) silnika turboodrzutowego z obejściem (TRDD).

Powietrze chłodzące służy do chłodzenia gorących elementów konstrukcyjnych silników turboodrzutowych.

Dobrze znany układ chłodzenia turbiny silnika turboodrzutowego z obejściem, w którym do chłodzenia łopatek turbiny wykorzystywane jest powietrze, pobierane z pośredniego lub ostatniego stopnia sprężarki wysokiego ciśnienia (HPC) (patrz np. „Projekt turbosprężarki TRDDF”, Wydawnictwo MAI, 1996, s. 27-28). Powietrze chłodzące pobierane z HPC ma odpowiednio wysokie ciśnienie (w stosunku do miejsca jego wypuszczenia na tor przepływu turbiny), co zapewnia jego gwarantowany dopływ do wszystkich powierzchni chłodzących. Pod tym względem wydajność takiego systemu chłodzenia jest bardzo wysoka.

Wadą stosowania takiego systemu chłodzenia jest zmniejszenie ciągu właściwego w trybach maksymalnych i wydajności w trybach przelotowych. Spadek ten wynika z faktu, że część mocy turbiny wysokiego ciśnienia, która jest wykorzystywana do sprężania powietrza chłodzącego LPT, jest tracona i nie jest wykorzystywana ani do obracania sprężarki wysokiego ciśnienia (HPC), ani do wytwarzania ciągu silnika. Na przykład, jeśli natężenie przepływu łopatek chłodzących HPP wynosi ~5% natężenia przepływu powietrza na wlocie HPC, a powietrze jest pobierane z ostatniego etapu, strata mocy może wynosić ~5%, co jest równoważne zmniejszeniu sprawność turbiny o taką samą wartość.

Najbliższy zgłaszanemu rozwiązaniu technicznemu jest układ chłodzenia turbiny bocznikowego silnika turboodrzutowego, w którym powietrze pobierane z kanału obiegu zewnętrznego służy do chłodzenia łopatek turbiny niskiego ciśnienia (patrz np. „Silnik z obejściem z dopalaczem AL -31F" Tutorial, wydawnictwo VVIA im. N.E. Żukowskiego, 1987, s. 128-130). Chłodzenie turbiny odbywa się we wszystkich trybach pracy silnika. Przy tym wariancie wyciągu powietrza chłodzącego nie jest zużywana dodatkowa moc turbiny na jej sprężanie w HPC, dzięki czemu większa ilość energii potencjalnej przepływu gazu za turbiną może zostać zamieniona w dyszy strumieniowej na energię kinetyczną strumienia spalin , co z kolei doprowadzi do wzrostu ciągu silnika i jego oszczędności.

Wadą stosowania takiego układu chłodzenia jest zmniejszenie wydajności chłodzenia z powodu niewystarczającego ciśnienia powietrza pobieranego z kanału zewnętrznego obiegu powietrza chłodzącego w trybach pracy silnika zbliżonych do maksymalnych (na przykład tryb startowy). W tych trybach pracy optymalnym stosunkiem sprawności silnika (maksymalnej wartości ciągu właściwego silnika) jest stosunek ciśnień w kanale obiegu zewnętrznego i na wylocie turbiny niskiego ciśnienia jest zbliżony do jednego. Taka różnica ciśnień, uwzględniająca straty w kanałach zasilających i dyszach, nie wystarcza do realizacji efektywnego chłodzenia łopatki roboczej silnika LPT w tych trybach.

Znane rozwiązania techniczne mają ograniczone możliwości, gdyż prowadzą do spadku sprawności silnika.

Model użytkowy opiera się na zadaniu zwiększenia wydajności silnika turbowentylatorowego poprzez zagwarantowanie chłodzenia ostatniego stopnia turbiny w trybach maksymalnych (na przykład start) oraz zwiększenie wydajności w trybach przelotowych.

Efektem technicznym jest wzrost sprawności silnika turbowentylatorowego.

Problem rozwiązuje fakt, że układ chłodzenia ostatniego stopnia osiowej turbiny niskociśnieniowej obejścia silnika turboodrzutowego zawiera wlot powietrza z obwodu zewnętrznego silnika. Wlot powietrza komunikuje się poprzez wnęki zębatek i wnękę pierścieniową podpory turbiny ostatniego stopnia, wyposażoną w przednią ścianę końcową, z wnęką sąsiadującą z tylną powierzchnią tarczy turbiny oraz poprzez tarczę dociskową z wnękami wewnętrznymi ostrzy. Ścianka czołowa podpory turbiny posiada otwory przelotowe, a powierzchnia zewnętrzna obudowy turbiny ostatniego stopnia wykonana jest w postaci fragmentu powierzchni wewnętrznej kanału obrysu zewnętrznego silnika.

Nowością we wzorze użytkowym jest to, że układ chłodzenia jest dodatkowo wyposażony na wlocie w wlot powietrza za jednym z pośrednich stopni sprężarki, połączony rurociągiem z wydrążonym kolektorem powietrza na wylocie. Układ chłodzenia wyposażony jest w urządzenie regulujące dopływ powietrza do wnęki przylegającej do tylnej powierzchni turbiny ostatniego stopnia. Urządzenie sterujące zawiera pierścień obrotowy z napędem. Pierścień obrotowy styka się ze ścianą końcową wspornika turbiny. W końcowej ścianie podpory wykonane są dwa otwory. Jeden otwór jest połączony z wnęką pierścieniową podpory turbiny ostatniego stopnia, a drugi jest połączony z wnęką kolektora powietrza znajdującego się we wnęce pierścieniowej podpory turbiny. Pierścień obrotowy urządzenia sterującego wyposażony jest w przelotowy otwór eliptyczny z możliwością naprzemiennego połączenia z jednym z dwóch otworów przelotowych ściany czołowej podpory turbiny.

Wykonanie układu chłodzenia ostatniego stopnia osiowej turbiny niskociśnieniowej obejścia silnika turboodrzutowego zgodnie z zastrzeżonym wzorem użytkowym zapewnia:

Dodatkowe zasilanie układu chłodzenia na wlocie wlotem powietrza za jednym ze stopni pośrednich sprężarki, połączony rurociągiem z wydrążonym kolektorem powietrza na wylocie, komunikującym się z wnęką tylnej powierzchni dysku ostatni stopień turbiny, zapewnia gwarantowane chłodzenie w trybach maksymalnych, w tym w trybie startu;

Zasilanie układu chłodzenia urządzeniem regulującym dopływ powietrza do wnęki sąsiadującej z tylną powierzchnią tarczy ostatniego stopnia turbiny z pośredniego stopnia sprężarki lub z obwodu zewnętrznego zapewnia wydajne chłodzenie łopaty wirnika LPT we wszystkich trybach pracy silnika. Urządzenie sterujące pozwala łączyć pozytywne cechy obu układów chłodzenia, to znaczy poprzez szeregowe łączenie różnych kanałów doprowadzania powietrza chłodzącego najbardziej racjonalne jest zapewnienie operacyjności i wydajności układu chłodzenia turbiny w całym zakresie pracy silnika tryby, a tym samym poprawiają właściwości trakcyjne, ekonomiczne i zasobowe silnika. Tym samym w trybie startowym urządzenie sterujące jest połączone w taki sposób, że powietrze chłodzące z pośredniego stopnia sprężarki ma ciśnienie wystarczające do skutecznego schłodzenia ostatniego stopnia turbiny. Umożliwia to wydłużenie żywotności turbiny i całego silnika przy stałym natężeniu przepływu powietrza chłodzącego lub zmniejszenie natężenia przepływu powietrza chłodzącego, a tym samym zwiększenie właściwości trakcyjnych silnika. Powietrze w kanale obwodu zewnętrznego nie ma nadciśnienia niezbędnego do wydajnego chłodzenia. W trybie przelotowym sterownik zapewnia dopływ powietrza chłodzącego z kanału obiegu zewnętrznego, natomiast kanał poboru powietrza ze sprężarki jest zablokowany (pozycja pierścienia jest przełączana sygnałem w zależności od prędkości dolnego -wał turbiny ciśnieniowej silnika nd i stagnacji temperatury powietrza na wlocie silnika T*N). Ze względu na to, że powietrze chłodzące nie ulega sprężaniu w sprężarce, wymagana moc HPC maleje, a energia swobodna płynu roboczego za turbiną wzrasta; prowadzi to do wzrostu ciągu silnika i jego wydajności. Ponadto powietrze z kanału obiegu zewnętrznego ma duży zasób chłodzenia, co albo wydłuży żywotność turbiny i całego silnika jako całości przy stałym natężeniu przepływu powietrza chłodzącego, albo zmniejszy zużycie powietrza chłodzącego a tym samym dodatkowo zwiększyć wydajność silnika.

Tym samym rozwiązany został problem postawiony w modelu użytkowym – zwiększenie sprawności silnika turbowentylatorowego poprzez zagwarantowanie chłodzenia ostatniego stopnia turbiny w trybach maksymalnych (np. start) oraz zwiększenie wydajności w trybach pracy przelotowej w porównaniu ze znanymi analogami.

Niniejszy wzór użytkowy został wyjaśniony poniższym szczegółowym opisem układu chłodzenia i jego działania w odniesieniu do rysunków przedstawionych na rysunkach 1-3, gdzie

figura 1 przedstawia schematycznie przekrój podłużny ostatniego stopnia osiowej turbiny niskociśnieniowej bocznikowego silnika turboodrzutowego i jego układu chłodzenia;

rysunek 2 - widok A na rysunku 1;

rysunek 3 - przekrój B-B na rysunku 2.

Układ chłodzenia ostatniego stopnia osiowej turbiny niskociśnieniowej obejścia silnika turboodrzutowego zawiera (patrz rysunek 1) wlot powietrza 1 z obwodu zewnętrznego 2 silnika. Wlot powietrza 1 łączy się z wnęką 3 sąsiadującą z tylną powierzchnią dysku 4 turbiny poprzez wnękę 5 zębatek 6 i pierścieniową wnękę 7 wspornika turbiny ostatniego stopnia, wyposażoną w przednią ścianę końcową 8 z otworami przelotowymi 9 (patrz rys.2, 3) turbiny i kanałami 10 w tarczy 4 z wewnętrznymi wnękami łopatek 11.

Układ chłodzenia ostatniego stopnia niskociśnieniowej turbiny osiowej obejścia silnika turboodrzutowego dodatkowo zawiera dolot powietrza za jednym z pośrednich stopni sprężarki na wlocie (dolot powietrza i pośrednie stopnie sprężarki nie są pokazane na rysunku 1). Ten wlot powietrza jest połączony rurociągiem 12 z wydrążonym kolektorem powietrza 13 na wylocie sąsiadującym ze ścianą końcową 8 podpory turbiny z otworami przelotowymi 14 (patrz Fig. 2, 3).

Ponadto układ chłodzenia wyposażony jest w urządzenie regulujące dopływ powietrza do wnęki 3 sąsiadującej z tylną powierzchnią tarczy 4 turbiny ostatniego stopnia. Urządzenie sterujące jest wykonane w postaci obrotowego pierścienia 15 (patrz Rys. 1-3) z napędem (napęd nie jest pokazany) w kontakcie ze ścianą końcową 8 wspornika turbiny, gdzie otwór 9 zapewnia wnękę komunikacyjną 3 z wnęką pierścieniową 7, a otwór 14 zapewnia połączenie wnęki 3 z wnęką 16 kolektora powietrza 13 umieszczonego we wnęce pierścieniowej 7 wspornika turbiny. Napęd pierścienia obrotowego 15 może być wykonany na przykład w postaci silnika pneumatycznego lub napędu podobnego typu. Obrotowy pierścień 15 urządzenia sterującego ma przelotowy eliptyczny otwór 17, który umożliwia naprzemienne połączenie z przelotowymi otworami 9, 14 w końcowej ściance 8 wspornika turbiny.

Proponowany układ chłodzenia zawiera wlot powietrza a (nie pokazany na rysunku 1) za jednym ze stopni pośrednich sprężarki, wlot powietrza 1b z kanału obiegu zewnętrznego 2. Działanie układu doprowadzenia powietrza chłodzącego jest Opisane poniżej.

Układ chłodzenia ostatniego stopnia osiowej turbiny niskociśnieniowej obejścia silnika turboodrzutowego działa w następujący sposób. Pierścień 15 może znajdować się w dwóch pozycjach. Gdy pierścień 15 jest obrócony do pozycji I (patrz rys. 2) (tryb startowy silnika), powietrze a przepływa przez rurę 12, pod działaniem różnicy ciśnień, przez kolektor powietrza 13, otwór 14 w ścianka 8 i otwór 17 w pierścieniu 15 do wnęki 3, przylegającej do tylnej powierzchni dysku 4. W tym przypadku przejście do wnęki 3 powietrza b jest zablokowane przez pierścień 15. Gdy pierścień 15 jest obrócony do pozycji II (nie pokazano) (tryb przelotowy), otwór 17 jest obrócony tak, że otwór 14 jest zablokowany przez pierścień 15, a powietrze b wchodzi do wnęki 3 przez otwór 9 i otwór 17 w pierścieniu 15. W tym przypadku powietrze a, pobrane po pośrednim stopniu sprężarki, nie wchodzi do wnęki 3.

Przełączenie pierścienia 15 w położenie I lub II odbywa się sygnałem w zależności od prędkości obrotowej n wału turbiny niskiego ciśnienia silnika oraz temperatury stagnacji powietrza na wlocie silnika T* N. Przy wysokich wartościach​ ​parametru (praca silnika przy starcie), pierścień 15 znajduje się w pozycji I, przy niskich wartościach parametru (tryb przelotowy) - w pozycji II.

Wykonanie układu chłodzenia zgodnie z zastrzeganym rozwiązaniem technicznym pozwala na zapewnienie niezbędnego chłodzenia ostatniego stopnia turbiny niskociśnieniowej we wszystkich trybach pracy silnika, przy jednoczesnym zwiększeniu sprawności i ekonomii jego pracy.

Układ chłodzenia ostatniego stopnia osiowej turbiny niskociśnieniowej obejściowego silnika turboodrzutowego, zawierający wlot powietrza z zewnętrznego obrysu silnika, komunikujący się poprzez wnęki zębatek i pierścieniową wnękę podpory turbiny ostatniego stopień, wyposażony w ścianę czołową czołową, z wnęką przylegającą do powierzchni tylnej tarczy turbiny, a poprzez docisk tarczę z wnękami wewnętrznymi łopatek, gdzie ściana czołowa wspornika turbiny posiada otwory przelotowe, charakteryzująca się tym, że układ chłodzenia jest dodatkowo wyposażony na wlocie w wlot powietrza za jednym ze stopni pośrednich sprężarki, połączony rurociągiem z wydrążonym kolektorem powietrza na wylocie oraz w urządzenie regulujące dopływ powietrza do wnęki, sąsiadującej z tylna powierzchnia turbiny ostatniego stopnia, gdzie urządzenie sterujące wykonane jest w postaci obrotowego pierścienia z napędem stykającym się ze ścianą końcową podpory turbiny, w ściance końcowej podpory wykonane są dwa otwory, gdzie jeden otwór jest połączony z pierścieniem z wnęką podpory turbiny ostatniego stopnia, a drugą z wnęką kolektora powietrza umieszczoną w pierścieniowej wnęce podpory turbiny, pierścień obrotowy urządzenia sterującego wyposażony jest w przelotowy otwór eliptyczny umieszczony z możliwością naprzemiennego komunikowania się z jednym z dwóch otworów przelotowych ściany końcowej wspornika turbiny.

Turbina

Turbina przeznaczona jest do napędu sprężarki i zespołów pomocniczych silnika. Turbina silnika - osiowa, strumieniowa, dwustopniowa, chłodzona, dwuwirnikowa.

Zespół turbiny zawiera kolejno rozmieszczone jednostopniowe turbiny osiowe wysokiego i niskiego ciśnienia, a także wspornik turbiny. Wsparcie - element obwodu mocy silnika.

turbina wysokociśnieniowa

SA HPT składa się z pierścienia zewnętrznego, pierścienia wewnętrznego, pokrywy, aparatu wirowego, bloków łopatek dyszy, uszczelnień labiryntowych, uszczelnień połączeń łopatek dyszy, przekładek z wkładkami o strukturze plastra miodu i łączników.

Pierścień zewnętrzny ma kołnierz do połączenia z kołnierzem obrzeża aparatu dyszy LPT i korpusem VVT. Pierścień jest teleskopowo połączony z korpusem VVT i ma wnękę do dostarczania powietrza wtórnego z OCS do chłodzenia zewnętrznych półek łopatek dyszy.

Pierścień wewnętrzny posiada kołnierz do połączenia z pokrywą i wewnętrznym korpusem OKS.

SA TVD ma czterdzieści pięć ostrzy, połączonych w piętnaście odlewanych bloków z trzema ostrzami. Blokowa konstrukcja łopatek SA umożliwia zmniejszenie liczby połączeń i przelewów gazu.

Ostrze dyszy - wydrążone, chłodzone dwukomorowe. Każda łopatka posiada łopatkę, kołnierze zewnętrzne i wewnętrzne, które wraz z łopatką i kołnierzami sąsiednich łopatek tworzą ścieżkę przepływu HPT SA.

Wirnik TVD jest przeznaczony do przetwarzania energii przepływu gazu na pracę mechaniczną na wale wirnika. Wirnik składa się z tarczy, kołków z labiryntem i pierścieni uszczelniających olej. Tarcza posiada dziewięćdziesiąt trzy szczeliny do mocowania łopat wirnika HPT w zamkach „choinkowych”, otwory na śruby pasowane dokręcające tarczę, czop i wał HPT oraz skośne otwory do doprowadzenia powietrza chłodzącego do łopat wirnika.

Ostrze robocze HPT - odlewane, wydrążone, chłodzone. W wewnętrznej wnęce łopatki, która organizuje proces chłodzenia, znajduje się podłużna przegroda, turbulentne kołki i żebra. Trzon głowni posiada wydłużoną nogę oraz zamek typu jodełka. W trzonie znajdują się kanały doprowadzające powietrze chłodzące do profilu łopaty, aw krawędzi spływu znajduje się szczelina na wylot powietrza.

Trzpień czopowy zawiera uszczelnienie olejowe i bieżnię promieniowego łożyska wałeczkowego tylnej podpory wirnika wysokociśnieniowego.

Turbina niskiego ciśnienia

SA LPT składa się z obręczy, bloków łopatek dyszy, pierścienia wewnętrznego, membrany i wkładek o strukturze plastra miodu.

Obręcz posiada kołnierz do połączenia z obudową VVT i pierścieniem zewnętrznym HPT, a także kołnierz do połączenia z obudową wspornika turbiny.

SA TND ma pięćdziesiąt jeden ostrzy przylutowanych do dwunastu bloków czteronożowych i jeden blok trzy-łopatkowy. Ostrze dyszy - odlewane, wydrążone, chłodzone. Półki z piór, zewnętrzne i wewnętrzne tworzą z piórem i półkami sąsiednich łopatek część przepływową SA.

Perforowany deflektor jest umieszczony w wewnętrznej części wnęki profilu łopaty. Na wewnętrznej powierzchni pisaka znajdują się poprzeczne żebra i kołki turbulencji.

Membrana jest przeznaczona do oddzielania wnęk pomiędzy wirnikami HPT i LPT.

Wirnik LPT składa się z tarczy z łopatkami roboczymi, czopu, wału i tarczy dociskowej.

Tarcza LPT ma pięćdziesiąt dziewięć rowków do mocowania ostrzy roboczych i nachylone otwory do dostarczania do nich powietrza chłodzącego.

Łopatka robocza TND - odlewana, pusta, chłodzona. Na części obwodowej łopatka posiada osłonę z grzebieniem labiryntowym, który uszczelnia szczelinę promieniową pomiędzy stojanem a wirnikiem.

Z ruchów osiowych w tarczy ostrza są unieruchamiane za pomocą dzielonego pierścienia z wkładką, która z kolei jest mocowana za pomocą kołka na obręczy tarczy.

Czop ma wewnętrzne wypusty w przedniej części do przenoszenia momentu obrotowego na wał LPT. Na zewnętrznej powierzchni przedniej części czopu znajduje się bieżnia wewnętrzna łożyska wałeczkowego tylnego wspornika HPT, labirynt oraz zestaw pierścieni uszczelniających, które wraz z pokrywą zamontowaną w czopie tworzą przednia uszczelka wnęki olejowej wspornika HPT.

Na cylindrycznym pasie w tylnej części zamontowany jest zestaw pierścieni uszczelniających, które wraz z pokrywą tworzą uszczelnienie komory olejowej wspornika LPT.

Wał TND składa się z trzech części. Połączenie części wału ze sobą jest rozwidlone. Moment obrotowy na przegubach jest przenoszony przez kołki promieniowe. W tylnej części wału znajduje się pompa olejowa podpory turbiny.

Z przodu LPT znajdują się wypusty, które poprzez sprężynę przenoszą moment obrotowy na wirnik sprężarki niskociśnieniowej.

Tarcza dociskowa ma na celu wytworzenie dodatkowego cofki i zapewnia wzrost ciśnienia powietrza chłodzącego na wlocie do łopatek roboczych LPT.

Wspornik turbiny zawiera obudowę wspornika i obudowę łożyska. Obudowa nośna składa się z obudowy zewnętrznej i pierścienia wewnętrznego, połączonych zębatkami zasilającymi i tworzących obwód mocy dla podpory turbiny. Konstrukcja podpory obejmuje również ekran z owiewkami, siatkę przeciwpieniącą oraz mocowania. Wewnątrz regałów znajdują się rurociągi doprowadzające i przepompowujące olej, odpowietrzające wnęki olejowe i spuszczające olej. Powietrze jest dostarczane przez wnęki stojaków w celu schłodzenia LPT, a powietrze jest usuwane z wnęki oleju wstępnego wspornika. Regały pokryte są owiewkami. Na obudowie łożyska zamontowana jest pompa miski olejowej i kolektor oleju. Pomiędzy bieżnią zewnętrzną łożyska wałeczkowego wirnika LPT a obudową łożyska znajduje się elastyczny amortyzator olejowy.

Na wsporniku turbiny zamocowana jest owiewka stożkowa, której profil zapewnia dopływ gazu do komory spalania dopalacza przy minimalnych stratach.

Po raz pierwszy samolot z silnikiem turboodrzutowym ( TRD) wzbił się w powietrze w 1939 roku. Od tego czasu poprawiono konstrukcję silników lotniczych, pojawiły się różne typy, ale zasada działania dla nich wszystkich jest w przybliżeniu taka sama. Aby zrozumieć, dlaczego samolot o tak dużej masie może tak łatwo wzbić się w powietrze, musisz zrozumieć, jak działa silnik samolotu. Silnik turboodrzutowy napędza samolot za pomocą napędu odrzutowego. Z kolei ciąg strumienia to siła odrzutu strumienia gazu, który wylatuje z dyszy. Czyli okazuje się, że instalacja turboodrzutowa popycha samolot i wszystkie osoby w kabinie za pomocą odrzutowca gazowego. Wylatujący z dyszy strumień odrzutowy jest odpychany z powietrza i tym samym wprawia samolot w ruch.

Urządzenie z silnikiem turbowentylatorowym

Projekt

Urządzenie silnika lotniczego jest dość skomplikowane. Temperatura pracy w takich instalacjach sięga 1000 stopni lub więcej. W związku z tym wszystkie części składające się na silnik są wykonane z materiałów odpornych na wysokie temperatury i ogień. Ze względu na złożoność urządzenia istnieje cała dziedzina nauki o silnikach turboodrzutowych.

TRD składa się z kilku głównych elementów:

• wentylator;
• kompresor;
• komora spalania;
• turbina;
• dysza.

Przed turbiną zamontowany jest wentylator. Za jego pomocą powietrze jest wciągane do urządzenia z zewnątrz. W takich instalacjach stosuje się wentylatory z dużą liczbą łopatek o określonym kształcie. Rozmiar i kształt łopatek zapewniają najbardziej wydajny i szybki dopływ powietrza do turbiny. Wykonane są z tytanu. Oprócz głównej funkcji (wciągania powietrza) wentylator rozwiązuje jeszcze jedno ważne zadanie: służy do pompowania powietrza pomiędzy elementami silnika turboodrzutowego a jego płaszczem. Dzięki temu pompowaniu system jest chłodzony i zapobiega się zniszczeniu komory spalania.

Sprężarka dużej mocy znajduje się w pobliżu wentylatora. Z jego pomocą powietrze dostaje się do komory spalania pod wysokim ciśnieniem. W komorze powietrze jest mieszane z paliwem. Powstała mieszanina jest zapalana. Po rozpaleniu mieszanina i wszystkie sąsiednie elementy instalacji są podgrzewane. Komora spalania najczęściej wykonana jest z ceramiki. Wynika to z faktu, że temperatura wewnątrz komory sięga 2000 stopni lub więcej. A ceramika charakteryzuje się odpornością na wysokie temperatury. Po zapłonie mieszanina wchodzi do turbiny.

Widok silnika samolotu z zewnątrz

Turbina to urządzenie składające się z dużej liczby łopatek. Przepływ mieszanki wywiera nacisk na łopatki, wprawiając w ruch turbinę. Turbina dzięki temu obrotowi powoduje obrót wału, na którym zamontowany jest wentylator. Okazuje się, że jest to układ zamknięty, który do działania silnika wymaga jedynie doprowadzenia powietrza i obecności paliwa.

Następnie mieszanina wchodzi do dyszy. To jest ostatni etap pierwszego cyklu silnika. Tutaj powstaje strumień strumieniowy. Tak działa silnik samolotu. Wentylator wtłacza zimne powietrze do dyszy zapobiegając jego zniszczeniu przez nadmiernie gorącą mieszankę. Przepływ zimnego powietrza zapobiega stopieniu kołnierza dyszy.

W silnikach lotniczych można instalować różne dysze. Najdoskonalsze są uważane za mobilne. Ruchoma dysza jest w stanie rozszerzać się i kurczyć, a także regulować kąt, ustawiając właściwy kierunek strumienia. Samoloty z takimi silnikami charakteryzują się doskonałą manewrowością.

Rodzaje silników

Silniki lotnicze są różnych typów:

• klasyczny;
• turbośmigłowy;
• turbowentylator;
• wprost.

Klasyczny instalacje działają zgodnie z opisaną powyżej zasadą. Takie silniki są instalowane w samolotach o różnych modyfikacjach. Samolot turbośmigłowy działają nieco inaczej. W nich turbina gazowa nie ma mechanicznego połączenia z przekładnią. Instalacje te tylko częściowo napędzają samolot za pomocą ciągu odrzutowego. Ten typ instalacji wykorzystuje główną część energii gorącej mieszanki do napędzania śmigła przez skrzynię biegów. W takiej instalacji zamiast jednej są 2 turbiny. Jeden z nich napędza sprężarkę, a drugi - śrubę. W przeciwieństwie do klasycznego turboodrzutowca instalacje śrubowe są bardziej ekonomiczne. Ale nie pozwalają samolotom rozwijać dużych prędkości. Są instalowane na samolotach o małej prędkości. TRD pozwalają na rozwinięcie znacznie większej prędkości podczas lotu.

Turbofany silniki to połączone jednostki, które łączą elementy silników turboodrzutowych i turbośmigłowych. Różnią się od klasycznych dużymi rozmiarami łopatek wentylatora. Zarówno wentylator, jak i śmigło działają z prędkością poddźwiękową. Prędkość ruchu powietrza jest zmniejszona dzięki obecności specjalnej owiewki, w której umieszczony jest wentylator. Takie silniki zużywają paliwo oszczędniej niż klasyczne. Ponadto charakteryzują się wyższą wydajnością. Najczęściej są instalowane na liniowcach i samolotach o dużej pojemności.

Wielkość silnika samolotu w stosunku do wzrostu człowieka

Przepływ bezpośredni instalacje powietrzne nie wymagają stosowania ruchomych elementów. Powietrze zasysane jest naturalnie dzięki owiewce zamontowanej na wlocie. Po wciągnięciu powietrza silnik pracuje podobnie jak klasyczny.

Niektóre samoloty latają na silnikach turbośmigłowych, które są znacznie prostsze niż silniki turboodrzutowe. Dlatego wiele osób ma pytanie: po co stosować bardziej skomplikowane instalacje, skoro można ograniczyć się do przykręcanej? Odpowiedź jest prosta: silniki turboodrzutowe mają większą moc niż silniki śrubowe. Są dziesięć razy silniejsze. W związku z tym silnik turboodrzutowy wytwarza znacznie większy ciąg. Umożliwia to podnoszenie dużych samolotów w powietrze i latanie z dużą prędkością.

W kontakcie z

Wynalazek dotyczy niskociśnieniowych turbin silników turbogazowych do zastosowań lotniczych. Turbina niskociśnieniowa silnika turbogazowego zawiera wirnik, stojan z tylnym wspornikiem, uszczelnienie labiryntowe z kołnierzami wewnętrznymi i zewnętrznymi na tylnym wsporniku stojana. Uszczelnienie labiryntowe turbiny wykonane jest na dwóch poziomach. Warstwę wewnętrzną tworzą dwa grzebienie uszczelnienia labiryntowego skierowane w stronę osi turbiny oraz powierzchnia robocza kołnierza wewnętrznego uszczelnienia labiryntowego skierowana w stronę toru przepływu turbiny. Warstwę zewnętrzną tworzą grzebienie uszczelniające labiryntu skierowane w stronę toru przepływu turbiny oraz powierzchnia robocza kołnierza zewnętrznego uszczelnienia labiryntowego skierowana w stronę osi turbiny. Grzebienie uszczelniające labiryntu warstwy wewnętrznej uszczelnienia labiryntowego wykonane są z równoległymi ściankami wewnętrznymi, pomiędzy którymi montowany jest pierścień tłumiący. Zewnętrzny kołnierz uszczelnienia labiryntowego jest wykonany z zewnętrzną zamkniętą pierścieniową wnęką powietrzną. Pomiędzy ścieżką przepływu turbiny a zewnętrznym kołnierzem uszczelnienia labiryntowego znajduje się pierścieniowa ściana przegrodowa zamontowana na tylnej podporze stojana. Powierzchnia robocza kołnierza wewnętrznego uszczelnienia labiryntowego jest usytuowana w taki sposób, aby stosunek średnicy wewnętrznej na wylocie toru przepływu turbiny do średnicy powierzchni roboczej kołnierza wewnętrznego uszczelnienia labiryntowego był 1,05 1,5. Wynalazek poprawia niezawodność turbiny niskociśnieniowej silnika turbogazowego. 3 chore.

Rysunki do patentu RF 2507401

Wynalazek dotyczy niskociśnieniowych turbin silników turbogazowych do zastosowań lotniczych.

Znana jest turbina niskociśnieniowa silnika turbogazowego z podporą tylną, w której uszczelnienie labiryntowe oddzielające tylną wnękę wylotową turbiny od toru przepływu na wylocie turbiny jest wykonane w postaci jednej warstwy. (S.A. Wiunow, „Projektowanie i projektowanie lotniczych turbinowych silników spalinowych”, Moskwa, „Inżynieria”, 1981, s. 209).

Wadą znanej konstrukcji jest niska stabilność ciśnieniowa w komorze odciążającej turbiny spowodowana niestabilną wartością szczelin promieniowych uszczelnienia labiryntowego, zwłaszcza w zmiennych trybach pracy silnika.

Najbliżej zastrzeganej konstrukcji jest turbina niskociśnieniowa silnika turbogazowego, zawierająca wirnik, stojan z tylnym wspornikiem, uszczelnienie labiryntowe z wewnętrznymi i zewnętrznymi kołnierzami labiryntowymi zamontowanymi na tylnym wsporniku stojana (patent USA nr 7905083, F02K 3/02, 15.03.2011).

Wadą znanej konstrukcji, przyjętej jako prototyp, jest zwiększona siła osiowa wirnika turbiny, co zmniejsza niezawodność turbiny i silnika jako całości ze względu na niską niezawodność łożyska skośnego, które odczuwa zwiększoną siła osiowa wirnika turbiny.

Rezultatem technicznym zastrzeganego wynalazku jest zwiększenie niezawodności turbiny niskociśnieniowej silnika turbogazowego poprzez zmniejszenie wielkości siły osiowej wirnika turbiny oraz zapewnienie stabilności siły osiowej podczas pracy w warunkach nieustalonych.

Podany wynik techniczny uzyskuje się dzięki temu, że w turbinie niskociśnieniowej silnika turbogazowego, w skład której wchodzi wirnik, stojan z podporą tylną, uszczelnienie labiryntowe wykonane z kołnierzami wewnętrznymi i zewnętrznymi montowanymi na tylnej podporze stojana , uszczelnienie labiryntowe turbiny wykonane jest w dwóch warstwach, natomiast warstwa wewnętrzna uszczelnienia labiryntowego utworzona przez dwa grzebienie uszczelniające labirynt skierowane do osi turbiny oraz powierzchnia robocza kołnierza wewnętrznego uszczelnienia labiryntowego skierowana do toru przepływu turbiny, a zewnętrzną warstwę uszczelnienia labiryntowego tworzą grzebienie uszczelniające labirynt skierowane do toru przepływu turbiny oraz powierzchnia robocza kołnierza zewnętrznego uszczelnienia labiryntowego skierowana do osi turbina i grzebienie uszczelniające labiryntu warstwy wewnętrznej uszczelnienia labiryntowego wykonane są z równoległymi ściankami wewnętrznymi, pomiędzy którymi montowany jest pierścień tłumiący oraz wykonany jest kołnierz zewnętrzny uszczelnienia labiryntowego z zewnętrzną zamkniętą pierścieniową wnęką powietrzną, natomiast pomiędzy ścieżką przepływu turbiny a zewnętrznym kołnierzem uszczelnienia labiryntowego na tylnej podporze stojana znajduje się pierścieniowa ściana przegrodowa, a powierzchnia robocza kołnierza wewnętrznego labiryntu plomba umieszczona jest w taki sposób, aby warunek był spełniony:

gdzie D jest średnicą wewnętrzną na wylocie ścieżki przepływu turbiny,

Uszczelnienie labiryntowe na wylocie turbiny niskociśnieniowej jest dwuwarstwowe, układając warstwy uszczelniające w taki sposób, że warstwę wewnętrzną tworzą dwa ząbki uszczelnienia labiryntowego skierowane w stronę osi turbiny i powierzchni roboczej uszczelnienia labiryntowego wewnętrznego kołnierz skierowany w stronę toru przepływu turbiny oraz utworzona warstwa zewnętrzna skierowana w stronę toru przepływu grzebienie uszczelniające turbinę labiryntu oraz powierzchnie robocze kołnierza zewnętrznego uszczelnienia skierowane w stronę osi turbiny, pozwalają zapewnić niezawodne działanie uszczelnienia labiryntowego w nieustalonych trybach pracy turbiny, co zapewnia stabilność siły osiowej działającej na wirnik turbiny i zwiększa jej niezawodność.

Wykonanie ząbków uszczelniających labiryntu wewnętrznej warstwy uszczelniającej z równoległymi ściankami wewnętrznymi, pomiędzy którymi zamontowany jest pierścień tłumiący, zmniejsza naprężenia wibracyjne w labiryncie oraz zmniejsza promieniowe szczeliny między ząbkami labiryntu a kołnierzami labiryntu foka.

Wykonanie kołnierza zewnętrznego uszczelnienia labiryntowego z zewnętrzną zamkniętą wnęką powietrzną, a także umieszczenie pierścieniowej ścianki przegrodowej montowanej na tylnej podporze stojana pomiędzy ścieżką przepływu turbiny a kołnierzem zewnętrznym uszczelnienia labiryntowego, może znacznie zmniejszają szybkość nagrzewania się i schładzania zewnętrznego kołnierza uszczelnienia labiryntowego w stanach przejściowych, zbliżając go tym samym do szybkości nagrzewania i schładzania zewnętrznej warstwy uszczelnienia labiryntowego, co zapewnia stabilność luzów promieniowych pomiędzy stojan i wirnik w uszczelnieniu oraz zwiększa niezawodność turbiny niskociśnieniowej poprzez utrzymywanie stabilnego ciśnienia we wnęce za turbiną odciążającą.

Wybór stosunku D/d=1,05 1,5 wynika z faktu, że przy D/d<1,05 снижается надежность работы лабиринтного уплотнения из-за воздействия на уплотнение высокотемпературного газа, выходящего из турбины низкого давления.

Gdy D/d>1,5 zmniejsza niezawodność silnika turbogazowego poprzez zmniejszenie osiowej siły odciążenia działającej na wirnik turbiny niskiego ciśnienia.

Rysunek 1 przedstawia przekrój podłużny turbiny niskociśnieniowej silnika turbogazowego.

Rysunek 2 - element I na rysunku 1 w powiększeniu.

Rysunek 3 - element II na rysunku 2 w powiększeniu.

Turbina niskociśnieniowa 1 silnika turbogazowego składa się z wirnika 2 i stojana 3 z tylną podporą 4. Aby zmniejszyć siły osiowe spowodowane siłami gazu działającymi na wirnik 2 na jego wylocie, wnękę rozładowczą 6 o zwiększonym ciśnieniu, który jest napompowany powietrzem ze względu na pośredni stopień sprężarki (nie pokazano) i jest oddzielony od toru przepływu 7 turbiny 1 dwuwarstwowym uszczelnieniem labiryntowym, a labirynt 8 uszczelnienia jest zamocowany połączeniem gwintowym 9 na tarczy ostatniego stopnia 5 wirnika 2, a wewnętrzny kołnierz 10 i zewnętrzny kołnierz 11 uszczelnienia labiryntowego są zamocowane na tylnym wsporniku 4 stojana 3. Wewnętrzna warstwa uszczelnienia labiryntowego jest utworzona przez powierzchnia robocza 12 kołnierza wewnętrznego 10, skierowana (skierowana) w stronę toru przepływu 7 turbiny 1, oraz dwa grzebienie uszczelniające 13, 14 labiryntu 8 skierowane w stronę osi 15 turbiny 1. Ściany wewnętrzne 16, 17 odpowiednio przegrzebków 13, 14 jest równoległych między sobą. Pomiędzy ścianami wewnętrznymi 16 i 17 jest zainstalowany pierścień tłumiący 18, który pomaga zmniejszyć naprężenia wibracyjne w labiryncie 8 i zmniejszyć promieniowe szczeliny odpowiednio 19 i 20 między labiryntem 8 wirnika 2 a kołnierzami 10, 11. Zewnętrzna warstwa uszczelnienia labiryntowego jest utworzona przez powierzchnię roboczą 21 kołnierza zewnętrznego 11, skierowaną (zwróconą w kierunku) w kierunku osi 15 turbiny 1, oraz ząbki uszczelniające 22 labiryntu 8 skierowane na ścieżkę przepływu 7 turbiny 1. Zewnętrzny kołnierz 11 uszczelnienia labiryntowego jest wykonany z zewnętrzną zamkniętą pierścieniową wnęką powietrzną 23 ograniczoną od zewnątrz ścianą 24 zewnętrznego kołnierza 11. Pomiędzy ścianą 24 zewnętrznego kołnierza 11 uszczelnienia labiryntowego a przepływem na ścieżce 7 turbiny 1 znajduje się pierścieniowa ściana barierowa 25 zamontowana na tylnym wsporniku 4 stojana 3 i chroniąca zewnętrzny kołnierz 11 przed strumieniem 26 gazu o wysokiej temperaturze płynącym w ścieżce przepływu 7 turbiny 1.

Powierzchnia robocza 12 kołnierza wewnętrznego 10 uszczelnienia labiryntowego jest usytuowana w taki sposób, że warunek jest spełniony:

gdzie D jest wewnętrzną średnicą części przepływowej 7 turbiny 1 (na wylocie części przepływowej 7);

d jest średnicą powierzchni roboczej 12 wewnętrznego kołnierza 10 uszczelnienia labiryntowego.

Urządzenie działa w następujący sposób.

Podczas pracy turbiny niskociśnieniowej 1 na stan temperaturowy kołnierza zewnętrznego 11 uszczelnienia labiryntowego może mieć wpływ zmiana temperatury przepływu gazu 26 na drodze przepływu 7 turbiny 1, która może ulec znacznej zmianie luz promieniowy 19 i siła osiowa działająca na wirnik 2 z powodu zmiany ciśnienia powietrza w komorze rozładowczej wnęka 6. Jednak tak się nie dzieje, ponieważ wewnętrzny kołnierz 10 wewnętrznej warstwy uszczelnienia labiryntowego jest niedostępny na wpływ przepływu gazu 26, który przyczynia się do stabilności luzu promieniowego 20 między kołnierzem wewnętrznym 10 a grzebieniami labiryntowymi 13, 14, a także stabilności ciśnienia we wnęce 6 i stabilności osiowej siła działająca na wirnik 2 turbiny 1.

PRAWO

Turbina niskociśnieniowa silnika turbogazowego zawierająca wirnik, stojan z podporą tylną, uszczelnienie labiryntowe z kołnierzami wewnętrznymi i zewnętrznymi zamontowane na podporze tylnej stojana, charakteryzująca się wykonaniem uszczelnienia labiryntowego turbiny w dwóch warstwach, przy czym warstwę wewnętrzną uszczelnienia labiryntowego tworzą dwa grzebienie uszczelnienia labiryntowego skierowane do osi turbiny oraz powierzchnia robocza kołnierza wewnętrznego uszczelnienia labiryntowego skierowana na tor przepływu turbiny, oraz zewnętrzną warstwę uszczelnienia labiryntowego tworzą grzebienie uszczelniające labirynt skierowane do toru przepływu turbiny oraz powierzchnia robocza kołnierza zewnętrznego uszczelnienia labiryntowego skierowana do osi turbiny oraz uszczelnienie labiryntu grzebienie warstwy wewnętrznej uszczelnienia labiryntowego wykonane są z równoległymi ściankami wewnętrznymi, pomiędzy którymi osadzony jest pierścień tłumiący, a kołnierz zewnętrzny uszczelnienia labiryntowego wykonany jest z zewnętrznej zamkniętej pierścieniowej listwy powietrznej tew, natomiast pomiędzy ścieżką przepływu turbiny a kołnierzem zewnętrznym uszczelnienia labiryntowego znajduje się pierścieniowa ścianka przegrodowa zamontowana na tylnym wsporniku stojana, a powierzchnia robocza kołnierza wewnętrznego uszczelnienia labiryntowego znajduje się w takiej sposób, w jaki spełniony jest następujący warunek:

D/d=1,05 1,5, gdzie

D jest średnicą wewnętrzną na wylocie ścieżki przepływu turbiny,

d jest średnicą powierzchni roboczej wewnętrznego kołnierza uszczelnienia labiryntowego.