Иноземцев А.А., Сандрацкий В.Л. Газотурбинные двигатели

Подождите немного. Документ загружается.

Ãëàâà 5 - Êîìïðåññîðû ÃÒÄ

240

Ðèñóíîê 5.3_2 - Äâóõêàñêàäíûé êîìïðåññîð ÒÐÄ äâèãàòåëÿ Rolls-Royce Tyne (Ïå÷àòàåòñÿ ñ ðàçðåøåíèÿ

Rolls-Royce plc)

1 - ÊÍÄ; 2 – ÊÂÄ; 3 - ðàçäåëèòåëüíûé êîðïóñ

Ðèñóíîê 5.3_1 – Îäíîêàñêàäíûé êîìïðåññîð äâèãàòåëÿ Rolls-Royce (Ïå÷àòàåòñÿ ñ ðàçðåøåíèÿ Rolls-Royce plc)

1 - ðîòîð êîìïðåññîðà; 2 - ñòàòîð; 3 - âõîäíîé êîðïóñ ñ ïåðåäíåé îïîðîé è íåïîäâèæíûì

îáòåêàòåëåì; 4 - ñïðÿìëÿþùèé àïïàðàò êîìïðåññîðà

Ãëàâà 5 - Êîìïðåññîðû ÃÒÄ

241

íüþ ñæàòèÿ, èìåþùèå, ñîîòâåòñòâåííî, áîëüøîå

÷èñëî ñòóïåíåé, äëÿ îáåñïå÷åíèÿ ãàçîäèíàìè÷åñêîé

óñòîé÷èâîñòè íà âñåõ ðåæèìàõ ðàáîòû äâèãàòåëÿ

òðåáóþò ñëîæíûõ ñèñòåì ðåãóëèðîâàíèÿ. Íàïðèìåð,

èñïîëüçîâàíèÿ ïîâîðîòíûõ íàïðàâëÿþùèõ ëîïàòîê,

ñèñòåì ïåðåïóñêà âîçäóõà, ÷òî â ñâîþ î÷åðåäü ñíè-

æàåò íàäåæíîñòü è ýêîíîìè÷íîñòü ðàáîòû êîìïðåñ-

ñîðà. Áîëåå ïîäðîáíî âîïðîñû ðåãóëèðîâàíèÿ êîì-

ïðåññîðà áóäóò ðàññìîòðåíû â ðàçäåëå 5.6.

Â íàñòîÿùåå âðåìÿ áîëüøåå ðàñïðîñòðàíåíèå

ïîëó÷èëè äâóõ- è òðåõêàñêàäíûå ñõåìû êîìïðåññî-

ðîâ. Äâóõêàñêàäíûé êîìïðåññîð ñîñòîèò èç äâóõ

îñåâûõ êîìïðåññîðîâ 1 è 2 ñîîòâåòñòâåííî íèçêî-

ãî äàâëåíèÿ , ðàñïîëîæåííîãî âïåðåäè, è âûñîêîãî

äàâëåíèÿ, ðàñïîëîæåííîãî çà íèì (ñì. Ðèñ. 5.3_2).

Äâóõêàñêàäíûé êîìïðåññîð íå èìååò æåñòêîé ñâÿ-

çè ìåæäó äâóìÿ ðîòîðàìè, ÷òî ïîçâîëÿåò êàæäîìó

èç ðîòîðîâ âðàùàòüñÿ ñ îïòèìàëüíîé äëÿ íèõ ÷àñ-

òîòîé. Ýòî îêàçûâàåò ïîëîæèòåëüíîå âëèÿíèå íà âå-

ëè÷èíó çàïàñîâ ãàçîäèíàìè÷åñêîé óñòîé÷èâîñòè

êîìïðåññîðà.

Â òî æå âðåìÿ êîíñòðóêòèâíî êîìïðåññîð ñòà-

íîâèòñÿ ñëîæíåå. Òàê äëèííûé âàë êàñêàäà íèçêî-

ãî äàâëåíèÿ çà÷àñòóþ íóæäàåòñÿ â äîïîëíèòåëü-

íîé, ìåæâàëüíîé, îïîðå. Îáåñïå÷åíèå íîðìàëüíîé

ðàáîòû ïîäøèïíèêà â òàêîé îïîðå ñòàíîâèòñÿ

ñëîæíîé èíæåíåðíîé çàäà÷åé.

Â äâóõêàñêàäíûõ

êîìïðåññîðàõ ñîâðåìåííûõ äâèãàòåëåé, ñïðîåêòè-

ðîâàííûõ ñ ïðèìåíåíèåì íîâåéøèõ ìåòîäîâ àýðî-

äèíàìè÷åñêèõ è ïðî÷íîñòíûõ òðåõìåðíûõ ðàñ÷å-

òîâ, ñòàëî âîçìîæíûì óìåíüøèòü ÷èñëî ñòóïåíåé

çà ñ÷åò óâåëè÷åíèÿ ðàáîòû íà êàæäóþ ñòóïåíü. Ýòî

ïîçâîëèëî óìåíüøèòü îáùóþ äëèíó êîìïðåññîðà

è èçáåæàòü ýòîé ïðîáëåìû.

Äëÿ óâåëè÷åíèÿ çàïàñîâ ãàçîäèíàìè÷åñêîé

óñòîé÷èâîñòè ÂÍÀ, à òàêæå ÍÀ (îáû÷íî ñ ïåðâîé

Ðèñóíîê 5.3_3 - Äâóõêàñêàäíûé êîìïðåññîð ÒÐÄÄ ñ áîëüøîé ñòåïåíüþ äâóõêîíòóðíîñòè (äâèãàòåëü ÏÑ-90À)

1 – âåíòèëÿòîð; 2 - ïîäïîðíûå ñòóïåíè; 3 – ÊÂÄ; 4 - âðàùàþùèéñÿ îáòåêàòåëü;

5 - ðàçäåëèòåëüíûé êîðïóñ; 6 - ñïðÿìëÿþùèé àïïàðàò ÊÂÄ

Ãëàâà 5 - Êîìïðåññîðû ÃÒÄ

242

Ðèñóíîê 5.3_4 - Òðåõêàñêàäíûé êîìïðåññîð ÒÐÄÄ ñ áîëüøîé ñòåïåíüþ äâóõêîíòóðíîñòè äâèãàòåëÿ

Rolls-Royce RB211 (Ïå÷àòàåòñÿ ñ ðàçðåøåíèÿ Rolls-Royce plc)

1 - âåíòèëÿòîð; 2 - êîìïðåññîð ñðåäíåãî äàâëåíèÿ; 3 - êîìïðåññîð âûñîêîãî äàâëåíèÿ; 4 - ñè-

ëîâûå ñòîéêè ðàçäåëèòåëüíîãî êîðïóñà, ñîâìåùåííûå ñ ëîïàòêàìè ñïðÿìëÿþùåãî àïïàðà-

òà âåíòèëÿòîðà; 5 - âàë ðîòîðà íèçêîãî äàâëåíèÿ; 6 - âàë ðîòîðà ñðåäíåãî äàâëåíèÿ; 7 - âàë

ðîòîðà âûñîêîãî äàâëåíèÿ; 8 - îïîðà âåíòèëÿòîðà (ìåæâàëüíàÿ); 9 - îïîðà êîìïðåññîðà

ñðåäíåãî äàâëåíèÿ; 10 - îïîðà êîìïðåññîðà âûñîêîãî äàâëåíèÿ

ïî ÷åòâåðòóþ ñòóïåíè) ÊÂÄ äåëàþò ñ ïîâîðîòíû-

ìè ÍÀ. Â äâèãàòåëÿõ, ðàáîòàþùèõ â øèðîêîì äè-

àïàçîíå ñêîðîñòåé íà âõîäå, ìîæåò ïðèìåíÿòüñÿ ïî-

âîðîòíûé ÂÍÀ ÊÍÄ (ñì. Ðèñ. 5.5.1.1_1).

Â äâóõêàñêàäíûõ êîìïðåññîðàõ ÒÐÄ

(

ñì.

Ðèñ. 5.3_2

) è ÒÐÄÄ ñ ìàëîé ñòåïåíüþ äâóõêîíòóð-

íîñòè (m = 0,2…2) ÊÍÄ îáû÷íî ñîñòîèò èç òðåõ -

ïÿòè ñòóïåíåé. Ïåðåäà÷à óñèëèé îò ïåðåäíåé îïî-

ðû ÷àùå âñåãî ïðîèñõîäèò, êàê ó îäíîêàñêàäíûõ

êîìïðåññîðîâ - ÷åðåç ðàäèàëüíûå ñòîéêè âõîäíîãî

êîðïóñà. Èíîãäà äëÿ óìåíüøåíèÿ ãàáàðèòîâ è ìàñ-

ñû ýòó ôóíêöèþ ìîãóò âûïîëíÿòü ëîïàòêè íåïîä-

âèæíîãî ÂÍÀ èëè íåïîäâèæíîé ÷àñòè ïîâîðîòíî-

ãî ÂÍÀ. Ïåðåäà÷à óñèëèé îò çàäíåé îïîðû

îñóùåñòâëÿåòñÿ ïî êîðïóñó ïðîìåæóòî÷íîìó (ðàç-

äåëèòåëüíîìó) 3 ÷åðåç ïðîôèëèðîâàííûå ñèëîâûå

ñòîéêè.

Ãëàâà 5 - Êîìïðåññîðû ÃÒÄ

243

Ðèñóíîê 5.4_1 - Ðîòîð êîìïðåññîðà äâèãàòåëÿ

Honeywell TFE731-60 (Ìàòåðèàë ëþ-

áåç

íî ïðåäîñòàâëåí êîìïàíèåé

Honeywell)

1 - ðàáî÷àÿ ëîïàòêà; 2 - äèñê êîìï-

ðåññîðà; 3 - öàïôà ïåðåäíåé îïîðû;

4 - öàïôà çàäíåé îïîðû; 5 - øàðèêî-

ïîäøèïíèê; 6 – ðîëèêîïîäøèïíèê;

7 - òîðöåâûå òðåóãîëüíûå øëèöû;

8 - öåíòðàëüíûé ñòÿæíîé áîëò;

9 - ãàéêà ñòÿæíîãî áîëòà

Ðàçäåëèòåëüíûé êîðïóñ ÒÐÄÄ ÿâëÿåòñÿ ñèëî-

âûì ýëåìåíòîì äâèãàòåëÿ, êîòîðûé ðàçäåëÿåò ïî-

òîêè íàðóæíîãî è âíóòðåííåãî êîíòóðîâ. Êðîìå

òîãî, íà íåì ðàñïîëàãàþò óçëû êðåïëåíèÿ äâèãàòå-

ëÿ ê ñàìîëåòó.

Â äâóõêàñêàäíûõ êîìïðåññîðàõ ÒÐÄÄ ñ áîëü-

øîé ñòåïåíüþ äâóõêîíòóðíîñòè (m > 4) (ñì.

Ðèñ. 5.3_3) ÊÍÄ ñîñòîèò èç îäíîé âåíòèëÿòîðíîé

ñòóïåíè 1. Â ÊÍÄ ìîãóò áûòü âêëþ÷åíû îò îäíîé

äî ÷åòûðåõ (ðåäêî – äî ñåìè) òàê íàçûâàåìûõ ïîä-

ïîðíûõ ñòóïåíåé 2 äëÿ ïîâûøåíèÿ ñóììàðíîé ñòå-

ïåíè ñæàòèÿ âíóòðåííåãî êîíòóðà êîìïðåññîðà.

Ïîñêîëüêó îò ÂÍÀ â äàííîì ñëó÷àå îòêàçû-

âàþòñÿ èç-çà åãî ãðîìîçäêîñòè, óñèëèÿ îò îáåèõ

îïîð ïåðåäàþòñÿ ïî êîðïóñó ðàçäåëèòåëüíîìó ÷å-

ðåç ïðîôèëèðîâàííûå ñèëîâûå ñòîéêè. Â íåêîòî-

ðûõ ñëó÷àÿõ öåëåñîîáðàçíî ñèëîâûå ñòîéêè ðàç-

äåëèòåëüíîãî êîðïóñà ñîâìåñòèòü ñ ëîïàòêàìè

ñïðÿìëÿþùåãî àïïàðàòà âåíòèëÿòîðà. Îáû÷íî ýòó

ñõåìó ïðèìåíÿþò â äâèãàòåëÿõ ñ êîðîòêèì íàðóæ-

íûì êîíòóðîì èëè â òðåõêàñêàäíûõ äâèãàòåëÿõ

(ñì. Ðèñ. 5.3_4).

Â ñâÿçè ñ òåì, ÷òî ÂÍÀ îòñóòñòâóåò, îáòåêàòåëü

4 êðåïÿò íåïîñðåäñòâåííî ê äèñêó âåíòèëÿòîðà.

ÊÂÄ

3 (ñì. Ðèñ. 5.3_3) ñîñòîèò îáû÷íî èç ïÿòè…äåñÿòè

ñòóïåíåé. Â ðåäêèõ ñëó÷àÿõ èõ ÷èñëî äîñòèãàåò

äâåíàäöàòü…÷åòûðíàäöàòü. Óñèëèÿ îò ïåðåäíåé

îïîðû ïåðåäàþòñÿ ÷åðåç ïðîôèëèðîâàííûå ñòîé-

êè ðàçäåëèòåëüíîãî êîðïóñà 5, à îò çàäíåé – ïî êîð-

ïóñó ÊÑ ÷åðåç ñïðÿìëÿþùèé àïïàðàò 6 ïîñëåäíåé

ñòóïåíè êîìïðåññîðà èëè ñòîéêè ÊÑ.

Êîíñòðóêòèâíî òðåõêàñêàäíûé êîìïðåññîð

ÒÐÄÄ ïðåäñòàâëåíà íà Ðèñ. 5.3_4. Îíà ïðåäñòàâ-

ëÿåò ñîáîé òðè îòäåëüíûõ êîìïðåññîðà ðàáîòàþ-

ùèõ ñ ñîáñòâåííûìè ÷àñòîòàìè âðàùåíèÿ è íàõî-

äÿùèõñÿ íà îòäåëüíûõ âàëàõ è îïîðàõ:

- âåíòèëÿòîð 1 (ÊÍÄ äëÿ ÒÐÄÄ ñ ìàëîé ñòåïå-

íüþ äâóõêîíòóðíîñòè);

-ÊÑÄ 2;

-ÊÂÄ 3.

Òàêàÿ êîíñòðóêöèÿ ïîçâîëÿåò ïîâûñèòü çàïà-

ñû óñòîé÷èâîé ðàáîòû êîìïðåññîðà. Êîëè÷åñòâî

ñòóïåíåé âåíòèëÿòîðà – îäíà, ÊÍÄ – òðè…ïÿòü,

ÊÑÄ – ÷åòûðå…øåñòü, ÊÂÄ – ÷åòûðå…âîñåìü.

Êîíñòðóêòèâíî òðåõêàñêàäíûé êîìïðåññîð

åùå ñëîæíåå, ÷åì äâóõêàñêàäíûé. Äëÿ äîïîëíè-

òåëüíîãî óâåëè÷åíèÿ çàïàñîâ ãàçîäèíàìè÷åñêîé óñ-

òîé÷èâîñòè ÂÍÀ ÊÑÄ, ÂÍÀ ÊÂÄ, à òàêæå ÍÀ ïåð-

âîé…òðåòüåé (îáû÷íî) ñòóïåíåé ÊÂÄ äåëàþò

ïîâîðîòíûìè.

5.4 – Ðîòîðû îñåâûõ êîìïðåññîðîâ

Îñíîâíûìè äåòàëÿìè ðîòîðà ÿâëÿþòñÿ ðàáî-

÷èå ë

îïàòêè 1 (ñì. Ðèñ. 5.4_1), äèñêè (èëè áàðà-

áàí) 2, öàïôû (èëè âàë) 3 è 4 è ïîäøèïíèêè 5 è 6.

Ðîòîð îñåâîãî êîìïðåññîðà ÿâëÿåòñÿ ïîäâèæíûì

óçëîì, ñîâåðøàþùèì âðàùàòåëüíîå äâèæåíèå.

×àñòîòà âðàùåíèÿ ðîòîðîâ ñîâðåìåííûõ îñåâûõ

êîìïðåññîðîâ ìîæåò äîñòèãàòü 15000 îá/ìèí,

à îêðóæíûå ñêîðîñòè íà íàðóæíîì äèàìåòðå -

400 ì/ñ. Íà òàêèõ îáîðîòàõ ðîòîð èñïûòûâàåò

âûñîêèå íàãðóçêè, êîòîðûå è îïðåäåëÿþò òèï åãî

êîíñòðóêöèè.

5.4.1 – Òèïû ðîòîðîâ îñåâûõ êîìï-

ðåññîðîâ

Ïî êîíñòðóêòèâíîìó èñïîëíåíèþ ðîòîðû îñå-

âûõ êîìïðåññîðîâ ìîãóò áûòü ñëåäóþùèõ òèïîâ:

- áàðàáàííîãî;

- äèñêîâîãî;

- ñìåøàííîãî.

Ãëàâà 5 - Êîìïðåññîðû ÃÒÄ

244

Ñõåìà ðîòîðà áàðàáàííîãî òèïà ïîêàçàíà íà

Ðèñ. 5.4.1_1à. Íåñêîëüêî ðÿäîâ ðàáî÷èõ ëîïàòîê 1

çàêðåïëÿþòñÿ íà öèëèíäðè÷åñêîì èëè êîíè÷åñêîì

áàðàáàíå 2, ïðåäñòàâëÿþùåì ñîáîé ìåõàíè÷åñêè

îáðàáîòàííóþ ïîêîâêó èç àëþìèíèåâîãî ñïëàâà,

òèòàíà èëè ñòàëè. Äâå êðûøêè 3 çàêðûâàþò áàðà-

áàí ñ òîðöåâ è èìåþò öàïôû, êîòîðûìè ðîòîð îïè-

ðàåòñÿ íà ïîäøèïíèêè 4. Êðóòÿùèé ìîìåíò ê êàæ-

äîé ñòóïåíè ïåðåäàåòñÿ ÷åðåç ñòåíêó áàðàáàíà.

Ðèñóíîê 5.4.1_1 – Òèïû ðîòîðîâ îñåâûõ êîìïðåññî-

ðîâ:

à) áàðàáàííûé; á) äèñêîâûé;

â) ñìåøàííûé

1 - ðàáî÷àÿ ëîïàòêà; 2 - áàðàáàí

êîìïðåññîðà; 3 - êðûøêè áàðàáà-

íà ñ öàïôàìè îïîð; 4 – ïîäøèï-

íèêè; 5 - äèñê êîìïðåññîðà;

6 - âàë êîìïðåññîðà; 7 - áàðàáàí-

íûå ñåêöèè

Äîñòîèíñòâàìè ðîòîðà áàðàáàííîãî òèïà ÿâ-

ëÿþòñÿ:

- ïðîñòîòà êîíñòðóêöèè;

- íèçêàÿ óäåëüíàÿ ìàññà;

- áîëüøàÿ èçãèáíàÿ æåñòêîñòü;

- âûñîêàÿ êðèòè÷åñêàÿ ÷àñòîòà âðàùåíèÿ;

- âûñîêàÿ âèáðàöèîííàÿ ñòîéêîñòü.

Ïðèìå÷àíèå: Êðèòè÷åñêîé ÷àñòîòîé âðàùå-

íèÿ íàçûâàþò ÷àñòîòó âðàùåíèÿ, ïðè êîòîðîé

ïðîãèáû ðîòîðà ñòàíîâÿòñÿ áåñêîíå÷íî áîëüøè-

ìè, î ÷åì ñâèäåòåëüñòâóåò ðåçêèé ðîñò âèáðàöèè

â îïîðàõ ðîòîðà.:

ωω

ÊÐ

= k / m

ãäå

ωω

ÊÐ

– êðèòè÷åñêàÿ ÷àñòîòà âðàùåíèÿ;

k – èçãèáíàÿ æåñòêîñòü âàëà;

, – ìàññà äèñêà.

Îñòàòî÷íûé äèñáàëàíñ, íåèçáåæíûé äàæå ïîñ-

ëå òùàòåëüíîé áàëàíñèðîâêè, íåðàâíîìåðíûé ïðî-

ãðåâ è âûòÿæêà äèñêîâ è ëîïàòîê, à òàêæå íåêîòî-

ðûå äðóãèå ïðè÷èíû âûçûâàþò ñìåùåíèå öåíòðà

ìàññû ðàáî÷åãî êîëåñà (êîëåñ) îòíîñèòåëüíî ãåî-

ìåòðè÷åñêîé îñè âî âðåìÿ ðàáîòû äâèãàòåëÿ. Ðîòî-

ðû áàðàáàííîãî òèïà ïîëó÷àþò ñâàðêîé îòäåëüíûõ

ñåêöèé, èëè ìåõàíè÷åñêîé îáðàáîòêîé èç öåëüíîé

çàãîòîâêè.

Ê íåäîñòàòêàì ðîòîðà áàðàáàííîãî òèïà ñëå-

äóåò îòíåñòè:

- ñðàâíèòåëüíî íåâûñîêóþ íåñóùóþ ñïîñîá-

íîñòü áàðàáàíà;

- íèçêóþ ðàáî÷óþ îêðóæíóþ ñêîðîñòü – íå áî-

ëåå 200 ì/ñ.

Ðîòîðû áàðàáàííîãî òèïà äëÿ àâèàöèîííûõ

äâèãàòåëåé áûëè çàèìñòâîâàíû èç êîíñòðóêöèé

êîìïðåññîðîâ äëÿ ïàðîâûõ òóðáèí.

Ðîòîð äèñêîâîãî òèïà (ñì. Ðèñ. 5.4.1_1á) èìå-

åò ñîåäèíåííûå ñ âàëîì 6 äèñêè 5, íà ïåðèôåðèè

êîòîðûõ êðåïÿòñÿ ðàáî÷èå ëîïàòêè 1. Äèñêè ñòÿ-

íóòû â åäèíûé ïàêåò ãàéêàìè, êîòîðûå íàêðó÷åíû

íà âàë. Äîñòîèíñòâàìè ðîòîðà äèñêîâîãî òèïà ÿâ-

ëÿþòñÿ:

- áîëüøàÿ íåñóùàÿ ñïîñîáíîñòü äèñêîâ;

- âûñîêàÿ ðàáî÷àÿ îêðóæíàÿ ñêîðîñòü - äî

400 ì/ñ.

Ñòóïåíè êîìïðåññîðà ñ äèñêîâûìè ðîòîðàìè

ÿâëÿþòñÿ âûñîêîíàïîðíûìè è ïðèìåíÿþòñÿ â ÃÒÄ

ñ áîëüøèìè ñòåïåíÿìè ïîâûøåíèÿ äàâëåíèÿ âîç-

äóõà. Êðóòÿùèé ìîìåíò ê êàæäîé ñòóïåíè ïåðåäà-

åòñÿ ÷åðåç âàë. Íåäîñòàòêàìè ðîòîðà äèñêîâîãî

òèïà ÿâëÿþòñÿ:

- ñðàâíèòåëüíî íåáîëüøàÿ èçãèáíàÿ æåñò-

êîñòü;

Ãëàâà 5 - Êîìïðåññîðû ÃÒÄ

245

Ðèñóíîê 5.4.2_1 - Ðîòîð áàðàáàííî-äèñêîâîãî òèïà ñî øëèöåâûì âàëîì äâèãàòåëÿ ÏÑ-90À

1 - âàë êîìïðåññîðà; 2 - ðàáî÷åå êîëåñî; 3 - ïðîìåæóòî÷íîå êîëüöî; 4 - ãàéêà ðîòîðà êîìï-

ðåññîðà

- íåâûñîêàÿ êðèòè÷åñêàÿ ÷àñòîòà âðàùåíèÿ;

- âûñîêàÿ óäåëüíàÿ ìàññà;

- ñëîæíîñòü êîíñòðóêöèè.

Ñíèæåíèå èçãèáíîé æåñòêîñòè ðîòîðà äèñêî-

âîãî òèïà â ñðàâíåíèè ñ ðîòîðîì áàðàáàííîãî òèïà

ïðèâîäèò ê ñíèæåíèþ êðèòè÷åñêîé ÷àñòîòû. Äëÿ

ïîâûøåíèÿ êðèòè÷åñêîãî ÷èñëà îáîðîòîâ óâåëè÷è-

âàþò ïîòðåáíîå ñå÷åíèå âàëà ðîòîðà, íî ïðè ýòîì

óâåëè÷èâàåòñÿ è ìàññà êîìïðåññîðà.

Êîíñòðóêöèåé, ñî÷åòàþùåé â ñåáå äîñòîèíñòâà

ðîòîðîâ áàðàáàííîãî è äèñêîâîãî òèïà, ÿâëÿåòñÿ

ðîòîð ñìåøàííîãî òèïà (ñì. Ðèñ. 5.4.1_1â è 5.4.1_2).

Â äàííîì ñëó÷àå îòäåëüíûå ñåêöèè, èìåþùèå äèñ-

êè 5 è áàðàáàííûå ñåêöèè 7, ñîåäèíÿþòñÿ ìåæäó

ñîáîé. Ïðè÷åì ñîåäèíåíèå äåëàåòñÿ íà òàêîì ðàäè-

óñå, ãäå îêðóæíàÿ ñêîðîñòü íåâåëèêà è äîïóñêàåòñÿ

ïî óñëîâèÿì ïðî÷íîñòè áàðàáàíà.

Äîñòîèíñòâàìè ðîòîðà áàðàáàííî-äèñêîâîãî

òèïà ÿâëÿþòñÿ:

- ñðàâíèòåëüíî áîëüøàÿ æåñòêîñòü;

- âûñîêàÿ êðèòè÷åñêàÿ ÷àñòîòà âðàùåíèÿ;

- áîëüøàÿ íåñóùàÿ ñïîñîáíîñòü äèñêîâ;

- âûñîêàÿ ðàáî÷àÿ îêðóæíàÿ ñêîðîñòü - äî

400 ì/ñ.

Äèàïàçîíû ðàáî÷èõ ÷àñòîò âðàùåíèÿ ðîòîðîâ

âñåõ òèïîâ ìîãóò ëåæàòü íèæå êðèòè÷åñêîé ÷àñòî-

òû - òàêîé ðîòîð íàçûâàåòñÿ «æåñòêèì». Åñëè æå

ðàáî÷èå ÷àñòîòû áîëüøå êðèòè÷åñêîãî çíà÷åíèÿ -

òàêîé ðîòîð íàçûâàþò «ãèáêèì». Ïðåäñòàâëåííûå

òèïû ðîòîðîâ áûâàþò êàê æåñòêèå, òàê è ãèáêèå.

5.4.2 – Êîíñòðóêöèÿ ðîòîðîâ îñåâûõ

êîìïðåññîðîâ

Êîíñòðóêöèÿ ðîòîðà äîëæíà îáåñïå÷èòü âû-

ïîëíåíèå òðåõ îñíîâíûõ ôóíêöèé:

- ïåðåäà÷ó êðóòÿùåãî ìîìåíòà;

- ïåðåäà÷ó îñåâûõ óñèëèé;

- âçàèìíîå öåíòðèðîâàíèå ýëåìåíòîâ êîíñò-

ðóêöèè ðîòîðà.

Â çàâèñèìîñòè îò òèïà êîíñòðóêöèè ðîòîðà

âûïîëíåíèå ýòèõ ôóíêöèé ìîæåò îñóùåñòâëÿòüñÿ

ðàçëè÷íûìè ñïîñîáàìè. Ðàññìîòðèì òèïîâûå ðå-

øåíèÿ, ïðèìåíÿåìûå â êîíñòðóêöèÿõ ðîòîðîâ ìíî-

ãîñòóïåí÷àòûõ îñåâûõ êîìïðåññîðîâ.

Íà Ðèñ. 5.4.2_1 ïîêàçàí ðîòîð áàðàáàííî-äèñ-

êîâîãî òèïà, ñîñòîÿùèé èç âàëà 1 è ðàñïîëîæåí-

íûõ íà íåì òðèíàäöàòè ðàáî÷èõ êîëåñ 2. Ìåæäó

ðàáî÷èìè êîëåñàìè óñòàíîâëåíû ïðîìåæóòî÷íûå

Ðèñóíîê 5.4.1_2 – Ðîòîð îñåâîãî êîìïðåññîðà ñìå-

øàííîãî (áàðàáàííî-äèñêîâîãî)

òèïà äâèãàòåëÿ Rolls-Royce

RB162-86 (Ïå÷àòàåòñÿ ñ ðàçðåøå-

íèÿ Rolls-Royce plc)

Ãëàâà 5 - Êîìïðåññîðû ÃÒÄ

246

êîëüöà 3, îáðàçóþùèå áàðàáàí, ñòÿíóòûé ãàéêîé

4. Ïåðåäà÷à êðóòÿùåãî ìîìåíòà îò âàëà ê äèñêàì

è öåíòðèðîâàíèå äèñêîâ îñóùåñòâëÿåòñÿ øëèöà-

ìè. Äëÿ ýòîãî, â îñíîâíîì, èñïîëüçóþòñÿ øëèöû

äâóõ òèïîâ:

- ýâîëüâåíòíûå;

- òðàïåöèåâèäíûå.

Ïðèìåíåíèå ýâîëüâåíòíûõ øëèöåâ ìåíåå ðàñ-

ïðîñòðàíåíî, ò. ê. ëó÷øåå öåíòðèðîâàíèå îáåñïå-

÷èâàþò ïðÿìîóãîëüíûå øëèöû (ñì. Ðèñ. 5.4.2_3),

ãäå öåíòðèðîâàíèå îñóùåñòâëÿåòñÿ ïî ðàäèàëüíûì

(áîêîâûì) ïîâåðõíîñòÿì. Â òàêèõ øëèöàõ öåíòðîâ-

êà áóäåò ñîõðàíÿòüñÿ íåçàâèñèìî îò òåïëîâûõ è ñè-

ëîâûõ äåôîðìàöèé ñòóïèöû.

Øëèöû ÿâëÿþòñÿ êîíöåíòðàòîðàìè íàïðÿæå-

íèé. Äëÿ âûâåäåíèÿ èç çîíû äåéñòâèÿ ðàñòÿãèâàþ-

ùèõ óñèëèé îò öåíòðîáåæíûõ ñèë, øëèöåâîå ñî-

åäèíåíèå âàëà ñ äèñêîì âûíîñÿò íà íåêîòîðîå

ðàññòîÿíèå îò ñòóïèöû äèñêà. Òàêèå êîíñòðóêöèè

ïîëó÷èëè íàçâàíèå - êîíñòðóêöèè íà âûíîñíûõ

ýëåìåíòàõ (ñì. Ðèñ. 5.4.2_2).

Ïàêåò äèñêîâ ñòÿíóò íà øëèöåâîì ó÷àñòêå âàëà

ñ äâóõ ñòîðîí ãàéêàìè 4 (ñì. Ðèñ. 5.4.2_1). Ïðè ýòîì

ìîíòàæíîå óñèëèå ñòÿæêè ïàêåòà äèñêîâ âûáèðàåò-

ñÿ òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû ïðè íàãðåâå ðîòîðà â ðàáî-

÷èõ óñëîâèÿõ íå ïðîèñõîäèëî ñíèæåíèå óñèëèÿ çà-

òÿæêè äî íóëåâîãî çíà÷åíèÿ (íå ïðîèñõîäèëî

«ðàñêðûòèå» ðîòîðà).

Äëÿ äîïîëíèòåëüíîãî äåìïôèðîâàíèÿ äèñêîâ

è îðãàíèçàöèè ïðîòî÷íîé ÷àñòè ìåæäó îáîäàìè

äèñêîâ óñòàíàâëèâàþò ïðîìåæóòî÷íûå êîëüöà. Ýòî

ñóùåñòâåííî ïîâûøàåò èçãèáíóþ æåñòêîñòü ðîòî-

ðà. Êîíñòðóêöèÿ ïðîìåæóòî÷íûõ êîëåö èëè èíûõ

ïðîñòàâíûõ ýëåìåíòîâ îáîäíîé ÷àñòè ðîòîðà çàâè-

Ðèñóíîê 5.4.2_2 - Äèñêè ñî øëèöàìè íà âûíîñíûõ

ýëåìåíòàõ

Ðèñóíîê 5.4.2_3 - Ñîåäèíåíèå äèñêîâ ñ âàëîì ïðÿìî-

óãîëüíûìè øëèöàìè

ñèò îò ïðèíÿòîé ïðè ïðîåêòèðîâàíèè ôîðìû ïðî-

òî÷íîé ÷àñòè.

Ïðîòî÷íàÿ ÷àñòü ïî òèïó îáðàçóþùèõ åå ïî-

âåðõíîñòåé ìîæåò áûòü äâóõ âèäîâ:

- «ãëàäêîé»;

- «íåãëàäêîé».

Ïðîòî÷íàÿ ÷àñòü íàçûâàåòñÿ «ãëàäêîé», åñëè

íàðóæíûå ïîâåðõíîñòè ïðîìåæóòî÷íûõ êîëåö

è äèñêîâ îáðàçóþò â ìåðèäèîíàëüíîì ñå÷åíèè

ïëàâíûå ëèíèè áåç óñòóïîâ (ñì. Ðèñ. 5.4.2_1). Ïðî-

òî÷íàÿ ÷àñòü íàçûâàåòñÿ «íåãëàäêîé» åñëè íà íà-

ðóæíîé ïîâåðõíîñòè ïðîìåæóòî÷íûõ êîëåö èìå-

þòñÿ âûñòóïàþùèå èëè óòîïàþùèõ ýëåìåíòû

âîçäóøíûõ óïëîòíåíèé (ñì. Ðèñ. 5.4.2_4).

Âîçìîæíû âàðèàíòû êîíñòðóêöèè ðîòîðà áåç

öåíòðàëüíîãî øëèöåâîãî âàëà. Íà Ðèñ. 5.4.2_4 ïî-

êàçàí ðîòîð òîãî æå, ÷òî è íà Ðèñ. 5.4.2_1 êîìïðåñ-

ñîðà, íî äðóãîãî òèïà - áåç âíóòðåííåãî øëèöåâî-

ãî âàëà. Ïåðåäíèå äåñÿòü äèñêîâ èç òèòàíîâîãî

ñïëàâà îáúåäèíåíû â ñâàðíóþ ñåêöèþ. Öåíòðèðî-

âàíèå äèñêîâ 1 ïðè ñáîðêå îáåñïå÷èâàåòñÿ ñ ïîìî-

ùüþ öèëèíäðè÷åñêèõ ïîñàäî÷íûõ ó÷àñòêîâ 2, êî-

òîðûå ïîñëå ñâàðêè ñðåçàþòñÿ. Ñâàðíîé øîâ 3

äîëæåí êîíòðîëèðîâàòüñÿ, à âñÿ ñâàðíàÿ ñåêöèÿ

äèñêîâ äîëæíà áûòü òåðìîîáðàáîòàíà äëÿ ñíÿòèÿ

âíóòðåííèõ íàïðÿæåíèé.

Ê ñâàðíîé òèòàíîâîé ñåêöèè 4 ïðèçîííûìè

áîëòàìè 7 êðåïÿòñÿ ñòàëüíûå äèñêè ïîñëåäíèõ ñòó-

ïåíåé 5 ñ öàïôàìè 6. Òàêîé ðîòîð èìååò ìåíüøóþ

ìàññó è áîëüøóþ ïîïåðå÷íóþ æåñòêîñòü, ÷åì ðîòîð

íà Ðèñ. 5.4.2_1. Íà ïðàêòèêå ïðèìåíÿþòñÿ è äðóãèå

êîíñòðóêöèè ðîòîðîâ êîìïðåññîðîâ:

- Ðèñ. 5.4_1 - ïåðåäà÷à êðóòÿùåãî ìîìåíòà

è öåíòðèðîâàíèå äèñêîâ ñ ïîìîùüþ òîðöîâûõ òðå-

Ãëàâà 5 - Êîìïðåññîðû ÃÒÄ

247

óãîëüíûõ øëèöåâ 7, ñòÿæêà ñåêöèé ðîòîðà öåíò-

ðàëüíûì ñòÿæíûì áîëòîì 8;

Ðèñ. 5.4.2_5 - ïåðåäà÷à êðóòÿùåãî ìîìåíòà

äëèííûìè ñòÿæíûìè áîëòàìè 2, ñêðåïëÿþùèìè ïà-

êåò äèñêîâ ðîòîðà 1; öåíòðèðîâàíèå äèñêîâ è ïðîñ-

òàâîê 3 îñóùåñòâëÿåòñÿ ñ ïîìîùüþ öèëèíäðè÷åñêèõ

ïðèçîííûõ ó÷àñòêîâ íà áîëòàõ è îòâåðñòèé, âûïîë-

íåííûõ â äèñêàõ è ïðîñòàâêàõ, ðàçâåðíóòûõ ñîâìå-

ñòíî. Îäíîâðåìåííîå ïðèæàòèå ïî ñòûêàì îñóùåñòâ-

ëÿåòñÿ ñ ïîìîùüþ ðàñïîðíûõ âòóëîê 4, íàäåòûõ íà

áîëòû.

Îäíîé èç ãëàâíûõ çàäà÷ ïðè ïðîåêòèðîâàíèè

ðîòîðîâ ÿâëÿåòñÿ ñî÷åòàíèå ìèíèìàëüíîé ìàññû

êîíñòðóêöèè ñ ìàêñèìàëüíûì ðåñóðñîì è íàäåæ-

íîñòüþ. Òðàäèöèîííûå êîíñòðóêöèè ðîòîðîâ íà

ñîâðåìåííîì ýòàïå ïðàêòè÷åñêè èñ÷åðïàëè ñâîé

ðåñóðñ â îáëàñòè ñíèæåíèÿ ìàññû. Åäèíñòâåííûì

ïóòåì îñòàåòñÿ èñïîëüçîâàíèå íîâûõ ëåãêèõ ìàòå-

ðèàëîâ, âêëþ÷àÿ èíòåðìåòàëëèäû.

Â òî æå âðåìÿ ñîâðåìåííîå ðàçâèòèå òåõíîëî-

ãèé ðåçàíèÿ, äèôôóçèîííîé ñâàðêè è ò.ï. îòêðûëî

Ðèñóíîê 5.4.2_4 - Ðîòîð áàðàáàííî-äèñêîâîãî òèïà ñî ñâàðíîé òèòàíîâîé ñåêöèåé

1 - òèòàíîâûé äèñê êîìïðåññîðà; 2 - öèëèíäðè÷åñêèé ïîñàäî÷íûé ó÷àñòîê; 3 - ñâàðíîé

øîâ; 4 - ñâàðíàÿ òèòàíîâàÿ ñåêöèÿ; 5 - ñòàëüíîé äèñê êîìïðåññîðà; 6 – öàïôà âàëà;

7 - ïðèçîííûå áîëòû

íîâûå ïóòè â ðåøåíèè ýòîé íåïðîñòîé çàäà÷è. Òàê,

íàïðèìåð, èñïîëüçîâàíèå â ðîòîðå ëþáîãî òèïà

ìîíîêîëåñ (áëèñêîâ) (ñì. Ðèñ. 5.4.2_6) ïîçâîëÿåò

äîáèòüñÿ ñíèæåíèÿ ìàññû êîíñòðóêöèè äî 25% îò

èñõîäíîãî è ïîâûñèòü êðèòè÷åñêîå ÷èñëî îáîðîòîâ.

Ìîíîêîëåñî - ýòî ðàáî÷åå êîëåñî, â êîòîðîì ëîïàò-

êè âûïîëíåíû ñ äèñêîì çà îäíî öåëîå.

Äàëüíåéøèì ðàçâèòèåì ýòîé èäåè ÿâëÿþòñÿ

ðîòîðû, èçãîòîâëåííûå ñ ïðèìåíåíèåì òåõíîëî-

ãèè «áëèíã». «Áëèíã» -

ýòî ðàáî÷åå êîëüöî, â êî-

òîðîì ëîïàòêè âûïîëíåíû ñ äèñêîì çà îäíî öåëîå

(ñì. Ðèñ. 5.4.2_7).

Ïî âíóòðåííåé ïîâåðõíîñòè òà-

êîå êîëüöî àðìèðîâàíî ìåòàëëîêîìïîçèòíîé ìàò-

ðèöåé, êîòîðàÿ ïîâûøàåò åãî íåñóùóþ ñïîñîáíîñòü.

Àðìèðîâàíèå ïðîèçâîäèòñÿ ìåòîäîì

äèôôóçèîííîé

ñâàðêè. Ïîäîáíàÿ ñõåìà èçãîòîâëåíèÿ ðàáî÷èõ êîëåñ

ïîçâîëèò íà íîâîì ýòàïå ðàçâèòèÿ âåðíóòüñÿ ê êîí-

ñòðóêöèè ðîòîðà áàðàáàííîãî òèïà, èçáåæàâ ïðè ýòîì

òàêèõ åãî íåäîñòàòêîâ, êàê íèçêàÿ äîïóñòèìàÿ ðàáî-

÷àÿ îêðóæíàÿ ñêîðîñòü è ñðàâíèòåëüíî íåâûñîêàÿ

íåñóùàÿ ñïîñîáíîñòü áàðàáàíà.

Ãëàâà 5 - Êîìïðåññîðû ÃÒÄ

248

Îòäåëüíî ñëåäóåò îñòàíîâèòüñÿ íà îòëè÷èÿõ,

ïðèñóùèõ ðîòîðàì ÊÍÄ ÒÐÄÄ ñ áîëüøîé ñòåïåíüþ

äâóõêîíòóðíîñòè èëè, êàê èõ åù¸ íàçûâàþò, ðîòî-

ðàì ïîäïîðíûõ ñòóïåíåé (ñì. Ðèñ. 5.4.2_8).

Òàêèå ðîòîðû ïðåèìóùåñòâåííî áàðàáàííîãî

òèïà. Îòäåëüíûå äèñêè ñîåäèíÿþò ìåæäó ñîáîé

áîëòàìè (ñì. Ðèñ. 5.4.2_8a). Áîëòîâîå ñîåäèíåíèå

äèñêîâ ìåæäó ñîáîé èñïîëüçóåòñÿ îáû÷íî ïðè

äâóõñòóïåí÷àòîé êîíñòðóêöèè. Ïðè óâåëè÷åíèè

êîëè÷åñòâà ñòóïåíåé ðîòîð âûïîëíÿþò ñâàðíûì

(ñì. Ðèñ. 5.4.2_8á) èëè èç öåëüíîé êîëüöåâîé çàãî-

òîâêè (ñì. Ðèñ. 5.4.2_8â). Â ïîñëåäíåì ñëó÷àå äëÿ

óñòàíîâêè ðàáî÷èõ ëîïàòîê ÷àùå âñåãî ïðèìåíÿ-

þò êîëüöåâîé çàìîê, ïîñêîëüêó âûïîëíåíèå ëîïà-

òî÷íûõ ïàçîâ äðóãèõ òèïîâ ñâÿçàíî ñ òåõíîëîãè-

÷åñêèìè ñëîæíîñòÿìè.

Êðóòÿùèé ìîìåíò íà ðîòîð ïîäïîðíûõ ñòó-

ïåíåé ïåðåäàþò êàê íåïîñðåäñòâåííî ñ âàëà ÍÄ

(ñì. Ðèñ. 5.4.2_9a), òàê è ÷åðåç ðàáî÷åå êîëåñî âåí-

òèëÿòîðà (ñì. Ðèñ. 5.4.2_9á). Â ïîñëåäíåì ñëó÷àå

ðàáî÷èå ëîïàòêè âåíòèëÿòîðà íåîáõîäèìî ìîíòè-

ðîâàòü â êîëåñî ïîñëå óñòàíîâêè ðîòîðà ÊÍÄ, ÷òî

ñîçäàåò îïðåäåëåííûå íåóäîáñòâà ïðè ñáîðêå âåí-

òèëÿòîðà è ïðè çàìåíå ìîäóëÿ ÊÍÄ â ýêñïëóà-

òàöèè â ñëó÷àå íåîáõîäèìîñòè.

Ðèñóíîê 5.4.2_5 - Ïåðåäà÷à êðóòÿùåãî ìîìåíòà â ðîòîðå äëèííûìè ñòÿæíûìè áîëòàìè

1 - äèñê êîìïðåññîðà; 2 - ñòÿæíîé áîëò; 3 - êîëüöåâûå ïðîñòàâêè; 4 - ðàñïîðíàÿ âòóëêà

Ðèñóíîê 5.4.2_6 – Ìîíîêîëåñî (áëèñê) îñåâîãî

êîìïðåññîðà

Ãëàâà 5 - Êîìïðåññîðû ÃÒÄ

249

5.4.3 – Ðàáî÷èå ëîïàòêè êîìïðåññîðà

Ðàáî÷èå ëîïàòêè - îäíè èç ñàìûõ îòâåòñòâåí-

íûõ è ìàññîâûõ äåòàëåé äâèãàòåëÿ, ðàáîòàþùèå

â ñëîæíûõ óñëîâèÿõ. Â ïðîöåññå ðàáîòû íà íèõ

äåéñòâóþò èíåðöèîííûå è àýðîäèíàìè÷åñêèå

ñèëû, âûçûâàþùèå íàïðÿæåíèÿ ðàñòÿæåíèÿ, èçãè-

áà è êðó÷åíèÿ ïðè âûñîêîé òåìïåðàòóðå (äëÿ êîì-

ïðåññîðà 300…800°Ñ). Êðîìå òîãî, ëîïàòêè èñïû-

òûâàþò ïåðåìåííûå íàïðÿæåíèÿ îò âèáðàöèîííûõ

íàãðóçîê, àìïëèòóäà è ÷àñòîòà êîòîðûõ èçìåíÿåò-

ñÿ â øèðîêèõ ïðåäåëàõ.

Ðèñóíîê 5.4.2_ 7 – Ñíèæåíèå ìàññû ðàáî÷èõ êîëåñ îïòèìèçàöèåé èõ êîíñòðóêöèè (Ìàòåðèàë ëþáåçíî

ïðåäîñòàâëåí êîìïàíèåé Snecma Moteurs)

Ðèñóíîê 5.4.2_8 - Âàðèàíòû èçãîòîâëåíèÿ ðîòîðîâ ïîäïîðíûõ ñòóïåíåé

à) ñ áîëòîâûì ñîåäèíåíèåì; á) ñâàðíîé; â) èç öåëüíîé çàãîòîâêè

Ëîïàòêè ïîäâåðæåíû çíà÷èòåëüíîìó èçíîñó

â ïðîöåññå ýêñïëóàòàöèè - ïî òîðöó ïåðà îò çàäå-

âàíèÿ î ïðèðàáàòûâàåìîå ïîêðûòèå ðàáî÷èõ êîëåö,

ïî êðîìêàì - âñëåäñòâèå ïîïàäàíèÿ ïîñòîðîííèõ

ïðåäìåòîâ. Ïîëîìêà ëîïàòîê ïðèâîäèò ê îòêàçó

äâèãàòåëÿ â öåëîì, ïîýòîìó â ïðîöåññå ýêñïëóàòà-

öèè èõ ïåðèîäè÷åñêèì îñìàòðèâàþò.

Íàäåæíîñòü ëîïàòîê çàâèñèò íå òîëüêî îò èõ

êîíñòðóêòèâíîé ïðî÷íîñòè, íî è îò ïðèìåíÿåìîé

òåõíîëîãèè èõ èçãîòîâëåíèÿ, êîòîðàÿ âëèÿåò íà

êà÷åñòâî ïîâåðõíîñòíîãî ñëîÿ.