Учебное пособие. — Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та,
2011. — 202 с. — ISBN 978-5-7883-0804-3
Учебное пособие представляет собой конспект лекций по конструкции
авиационных
газотурбинных двигателей (ГТД) и конвертированных газотурбинных приводов энергетических установок. Его автор, доцент кафедры «Конструкция и проектирование двигателей летательных аппаратов» (КиПДЛА), знакомит с данными материалами студентов Института энергетики и транспорта (ИЭТ СГАУ), обучающихся по специальности 160301 «Авиационные двигатели и энергетические установки». В данном пособии рассмотрены схемно-конструктивные особенности наиболее распространенных типов авиационных ГТД, приведены основные технические требования к ним, рассмотрены вопросы конструирования их основных узлов и систем, показаны различные варианты реализованных конструкций основных элементов этих узлов. Особое внимание уделено вопросам охлаждения наиболее нагретых элементов турбин и тепловой защиты их масляных полостей, так как данные вопросы для вновь создаваемых двигателей являются одними из первостепенно важных. Применительно к конвертированным (авиапроизводным) ГТД, используемым в качестве наземных приводов нагнетателей газоперекачивающих агрегатов или электрогенераторов, в пособии cодержится информация не только об их конструктивных отличиях от базовых авиационных прототипов, но также приведены сведения о вспомогательных станционных системах и устройствах, предназначенных для обеспечения возможности непрерывной длительной работы таких двигателей в условиях эксплуатации. Содержание
Предисловие
Введение
Общие сведения об авиационных газотурбинных двигателях
Типы применяемых авиационных ГТД
Основные данные газотурбинного двигателя
Технические требования к двигателю
Требования к тяге двигателя
Требования к массе двигателя
Требование к габаритным размерам двигателя
Требование к удельному расходу топлива
Требования к удельной массе двигателя
Требование к производственной технологичности двигателя
Требование к надѐжности ГТД
Требования к эксплуатационной технологичности
Требования живучести
Экологические требования
О безопасности эксплуатации двигателя на летательном аппарате
Стадии создания ГТД
Конструктивно-силовые схемы ГТД
Силовые схемы роторов
Силовые схемы статоров
Крепление двигателя на самолете
Основные конструктивные узлы ГТД
Входные устройства двигателей
Назначение входных устройств
Дозвуковые входные устройства
Сверхзвуковые входные устройства
Элементы защиты входных устройств
Компрессоры
Назначение и основные требования к компрессорам
Типы компрессоров, применяемых в ГТД
Основные параметры осевых компрессоров
Классификация осевых компрессоров
Конструктивные схемы осевых компрессоров
Некоторые особенности компрессоров ТРДД с большой степенью двухконтурности
Конструкция роторов осевого компрессора
Роторы барабанного типа
Роторы дискового типа
Роторы смешанного или барабанно- дискового типа
Рабочие лопатки компрессора
Основные требования, предъявляемые к рабочим лопаткам
Соединение лопаток с дисками
О конструкциях роторов, изготавливаемых по технологии Blisk и Bling
Корпусы осевых компрессоров
Передний корпус
Разделительные корпусы между каскадами компрессора
Наружные корпусы отдельных каскадов компрессора
Обеспечение непробиваемости корпуса
Направляющие и спрямляющие аппараты
Зазоры в проточной части компрессора
Радиальные зазоры
Осевые зазоры
Элементы регулирования компрессора
Клапаны перепуска воздуха
Регулируемые направляющие аппараты
Воздушные уплотнения
О разгрузке осевых сил, действующих на ротор компрессора
Отборы воздуха от компрессора
Основные технические требования, содержащиеся в чертежах дисков и лопаток компрессора
Материалы, используемые в конструкции компрессора
Камеры сгорания
Общие сведения
Требования, предъявляемые к камерам сгорания
Конструктивная схема камеры сгорания
Жаровая труба
Топливные форсунки
Система розжига камеры сгорания
Корпусы камеры сгорания
Входные диффузоры камеры сгорания
Определение основных размеров камеры сгорания
О дефектах, связанных с работой камеры сгорания
Материалы, используемые в элементах камеры сгорания
Двухзонные камеры сгорания
О ресурсе камеры сгорания
Газовые турбины
Общие сведения
Основные требования, предъявляемые к турбине
Классификация турбин
Некоторые виды конструктивно-силовых схем турбин
Основные показатели, характеризующие степень совершенства турбины
Роторы турбин
Рабочие лопатки
Диски
Соединение лопаток с дисками
Осевая фиксация лопаток
Соединения дисков и валов
Статоры турбин
Корпус турбины
Сопловые аппараты
Зазоры между ротором турбины и статором
Радиальные зазоры
Осевые зазоры
Охлаждение элементов турбины
Основные требования к системе охлаждения
Охлаждение лопаток турбины
Охлаждение дисков
Охлаждение корпуса турбины
Способы уменьшения потребного расхода охлаждающего воздуха
Теплозащитные покрытия
Тепловая защита масляной полости турбины
Схема отборов воздуха для охлаждения элементов турбины
Дефекты, проявляемые в работе турбин авиационных ГТД
Материалы, используемые в конструкции турбин авиационных ГТД
Технические требования в основных чертежах турбины
Соединение валов компрессора и турбины
Охлаждение и смазка узлов трения опор
Подшипники ротора двигателя
Контактные уплотнения масляных полостей опор ротора
Редукторы
Назначение редукторов
Основные требования к редуктору
Классификация редукторов
Кинематические схемы редукторов
Простые редукторы
Планетарные редукторы
Дифференциальные редукторы
Обеспечение согласованной работы элементов редуктора
Форсажная камера
Назначение составных элементов форсажной камеры и принцип ее работы
О вибрационном горении в форсажной камере
Основные требования к форсажной камере
Выходные устройства ГТД
Выходные устройства дозвуковых ТРДД
Регулируемые реактивные сопла
Двухрядные створчатые сопла
Сопло эжекторного типа
Реверсивные устройства
Назначение реверсивных устройств
Классификация реверсивных устройств
Реверсирование тяги у ТРДД со смешением потоков
Реверсирование тяги у ТРДД с большой степенью двухконтурности
Основные требования, предъявляемые к реверсивным устройствам ГТД
Некоторые особенности использования реверсивных устройств
Шумоглушение в авиационных ГТД
Единицы измерения уровня шума
Источники шума в ТРДД
Конструктивные методы снижения шума
Уменьшение шума от реактивной струи
Снижение шума от вентилятора
Cистемы авиационного двигателя
Система запуска
Наиболее распространенные типы пусковых устройств
О системе запуска двигателя НК-86
Система противообледенения
Топливная система двигателя
Система контроля
Система защит двигателя
Масляная система
Назначение масляной системы авиационного ГТД
Состав агрегатов масляных систем
Принципиальные схемы масляных систем
Классическая схема масляной системы
Циркуляционная схема масляной системы с "горячим" маслобаком
Короткозамкнутая схема масляной системы
Используемые формы изображения схем масляных систем
Система суфлирования масляных полостей ГТД
Основные требования, предъявляемые к системе суфлирования
Конструкции суфлѐров, применяемых в двигателях
Разновидности геометрических форм рабочих колѐс суфлеров
Принципиальные схемы систем суфлирования, реализованные в отечественных и зарубежных ГТД
Объединенная система суфлирования масляных полостей двигателя
Раздельное суфлирование масляных полостей опор роторов
Комбинированная схема суфлирования масляных полостей двигателя
Энергетические установки, использующие конвертированные авиационные ГТД
Использование ГТД в качестве приводов нагнетателей газоперекачивающих агрегатов
Требования, предъявляемые к приводу
Общие требования к показателям привода
Требования к основным узлам и системам газотурбинной установки
Требования к системам подготовки воздуха, топливного газа, масла
Основные принципы конвертирования авиационных ГТД
Принципиальная схема использования привода в составе ГПА
Конструктивные особенности конвертированных приводов
Привод с одновальным газогенератором
Приводы с двухвальными газогенераторами
Привод с трехвальным газогенератором
Об основных технических данных газотурбинных приводов ГПА
О некоторых особенностях эксплуатации газотурбинных приводов ГПА
Использование авиапроизводных ГТД в качестве приводов электрогенераторов
Конструктивные особенности двигателя НК-37
О необходимости использования гидроаккумулятора
Некоторые особенности создания ЭГТУ
Система маслообеспечения двигателя
Назначение системы маслообеспечения двигателя
Состав агрегатов системы маслообеспечения
О системе контроля параметров привода
О контроле состояния масла в масляной системе привода
Список литературы
газотурбинных двигателей (ГТД) и конвертированных газотурбинных приводов энергетических установок. Его автор, доцент кафедры «Конструкция и проектирование двигателей летательных аппаратов» (КиПДЛА), знакомит с данными материалами студентов Института энергетики и транспорта (ИЭТ СГАУ), обучающихся по специальности 160301 «Авиационные двигатели и энергетические установки». В данном пособии рассмотрены схемно-конструктивные особенности наиболее распространенных типов авиационных ГТД, приведены основные технические требования к ним, рассмотрены вопросы конструирования их основных узлов и систем, показаны различные варианты реализованных конструкций основных элементов этих узлов. Особое внимание уделено вопросам охлаждения наиболее нагретых элементов турбин и тепловой защиты их масляных полостей, так как данные вопросы для вновь создаваемых двигателей являются одними из первостепенно важных. Применительно к конвертированным (авиапроизводным) ГТД, используемым в качестве наземных приводов нагнетателей газоперекачивающих агрегатов или электрогенераторов, в пособии cодержится информация не только об их конструктивных отличиях от базовых авиационных прототипов, но также приведены сведения о вспомогательных станционных системах и устройствах, предназначенных для обеспечения возможности непрерывной длительной работы таких двигателей в условиях эксплуатации. Содержание
Предисловие
Введение
Общие сведения об авиационных газотурбинных двигателях
Типы применяемых авиационных ГТД
Основные данные газотурбинного двигателя
Технические требования к двигателю
Требования к тяге двигателя
Требования к массе двигателя
Требование к габаритным размерам двигателя
Требование к удельному расходу топлива
Требования к удельной массе двигателя
Требование к производственной технологичности двигателя
Требование к надѐжности ГТД
Требования к эксплуатационной технологичности
Требования живучести
Экологические требования
О безопасности эксплуатации двигателя на летательном аппарате
Стадии создания ГТД
Конструктивно-силовые схемы ГТД
Силовые схемы роторов
Силовые схемы статоров
Крепление двигателя на самолете
Основные конструктивные узлы ГТД
Входные устройства двигателей
Назначение входных устройств
Дозвуковые входные устройства
Сверхзвуковые входные устройства
Элементы защиты входных устройств
Компрессоры
Назначение и основные требования к компрессорам
Типы компрессоров, применяемых в ГТД
Основные параметры осевых компрессоров
Классификация осевых компрессоров
Конструктивные схемы осевых компрессоров
Некоторые особенности компрессоров ТРДД с большой степенью двухконтурности
Конструкция роторов осевого компрессора
Роторы барабанного типа
Роторы дискового типа
Роторы смешанного или барабанно- дискового типа
Рабочие лопатки компрессора
Основные требования, предъявляемые к рабочим лопаткам
Соединение лопаток с дисками
О конструкциях роторов, изготавливаемых по технологии Blisk и Bling
Корпусы осевых компрессоров
Передний корпус
Разделительные корпусы между каскадами компрессора
Наружные корпусы отдельных каскадов компрессора
Обеспечение непробиваемости корпуса
Направляющие и спрямляющие аппараты
Зазоры в проточной части компрессора
Радиальные зазоры
Осевые зазоры
Элементы регулирования компрессора
Клапаны перепуска воздуха
Регулируемые направляющие аппараты
Воздушные уплотнения
О разгрузке осевых сил, действующих на ротор компрессора
Отборы воздуха от компрессора
Основные технические требования, содержащиеся в чертежах дисков и лопаток компрессора
Материалы, используемые в конструкции компрессора
Камеры сгорания
Общие сведения
Требования, предъявляемые к камерам сгорания
Конструктивная схема камеры сгорания
Жаровая труба
Топливные форсунки
Система розжига камеры сгорания
Корпусы камеры сгорания
Входные диффузоры камеры сгорания
Определение основных размеров камеры сгорания
О дефектах, связанных с работой камеры сгорания
Материалы, используемые в элементах камеры сгорания
Двухзонные камеры сгорания
О ресурсе камеры сгорания
Газовые турбины
Общие сведения
Основные требования, предъявляемые к турбине
Классификация турбин
Некоторые виды конструктивно-силовых схем турбин
Основные показатели, характеризующие степень совершенства турбины
Роторы турбин
Рабочие лопатки
Диски
Соединение лопаток с дисками
Осевая фиксация лопаток
Соединения дисков и валов
Статоры турбин
Корпус турбины
Сопловые аппараты
Зазоры между ротором турбины и статором
Радиальные зазоры
Осевые зазоры
Охлаждение элементов турбины
Основные требования к системе охлаждения
Охлаждение лопаток турбины
Охлаждение дисков
Охлаждение корпуса турбины
Способы уменьшения потребного расхода охлаждающего воздуха
Теплозащитные покрытия
Тепловая защита масляной полости турбины
Схема отборов воздуха для охлаждения элементов турбины
Дефекты, проявляемые в работе турбин авиационных ГТД
Материалы, используемые в конструкции турбин авиационных ГТД
Технические требования в основных чертежах турбины
Соединение валов компрессора и турбины
Охлаждение и смазка узлов трения опор
Подшипники ротора двигателя
Контактные уплотнения масляных полостей опор ротора
Редукторы
Назначение редукторов
Основные требования к редуктору
Классификация редукторов
Кинематические схемы редукторов
Простые редукторы
Планетарные редукторы
Дифференциальные редукторы
Обеспечение согласованной работы элементов редуктора
Форсажная камера
Назначение составных элементов форсажной камеры и принцип ее работы
О вибрационном горении в форсажной камере
Основные требования к форсажной камере
Выходные устройства ГТД
Выходные устройства дозвуковых ТРДД
Регулируемые реактивные сопла
Двухрядные створчатые сопла
Сопло эжекторного типа
Реверсивные устройства
Назначение реверсивных устройств
Классификация реверсивных устройств
Реверсирование тяги у ТРДД со смешением потоков
Реверсирование тяги у ТРДД с большой степенью двухконтурности
Основные требования, предъявляемые к реверсивным устройствам ГТД
Некоторые особенности использования реверсивных устройств
Шумоглушение в авиационных ГТД
Единицы измерения уровня шума
Источники шума в ТРДД
Конструктивные методы снижения шума
Уменьшение шума от реактивной струи
Снижение шума от вентилятора
Cистемы авиационного двигателя
Система запуска
Наиболее распространенные типы пусковых устройств
О системе запуска двигателя НК-86
Система противообледенения
Топливная система двигателя
Система контроля
Система защит двигателя
Масляная система
Назначение масляной системы авиационного ГТД
Состав агрегатов масляных систем
Принципиальные схемы масляных систем
Классическая схема масляной системы
Циркуляционная схема масляной системы с "горячим" маслобаком
Короткозамкнутая схема масляной системы
Используемые формы изображения схем масляных систем
Система суфлирования масляных полостей ГТД
Основные требования, предъявляемые к системе суфлирования
Конструкции суфлѐров, применяемых в двигателях
Разновидности геометрических форм рабочих колѐс суфлеров
Принципиальные схемы систем суфлирования, реализованные в отечественных и зарубежных ГТД
Объединенная система суфлирования масляных полостей двигателя
Раздельное суфлирование масляных полостей опор роторов
Комбинированная схема суфлирования масляных полостей двигателя
Энергетические установки, использующие конвертированные авиационные ГТД
Использование ГТД в качестве приводов нагнетателей газоперекачивающих агрегатов
Требования, предъявляемые к приводу
Общие требования к показателям привода
Требования к основным узлам и системам газотурбинной установки
Требования к системам подготовки воздуха, топливного газа, масла
Основные принципы конвертирования авиационных ГТД
Принципиальная схема использования привода в составе ГПА
Конструктивные особенности конвертированных приводов
Привод с одновальным газогенератором
Приводы с двухвальными газогенераторами
Привод с трехвальным газогенератором
Об основных технических данных газотурбинных приводов ГПА
О некоторых особенностях эксплуатации газотурбинных приводов ГПА
Использование авиапроизводных ГТД в качестве приводов электрогенераторов
Конструктивные особенности двигателя НК-37
О необходимости использования гидроаккумулятора
Некоторые особенности создания ЭГТУ
Система маслообеспечения двигателя
Назначение системы маслообеспечения двигателя
Состав агрегатов системы маслообеспечения
О системе контроля параметров привода
О контроле состояния масла в масляной системе привода
Список литературы