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

Подождите немного. Документ загружается.

Ãëàâà 8 - Òóðáèíû ÃÒÄ

480

Ðèñóíîê 8.4.3_6 - Òîðåö ðàáî÷åé ëîïàòêè ÒÂÄ èç

«ïðèðàáàòûâàåìîé ïàðû»

1 – àáðàçèâíûå ÷àñòèöû; 2 – îò-

âåðñòèÿ ïëåíî÷íîãî îõëàæäåíèÿ.

Ðèñóíîê 8.4.3_7 – Ñõåìà îõëàæäåíèÿ è êîíñòðóêöèÿ ðàáî÷åé ëîïàòêè ÒÂÄ Trent 800 (Rolls-Royce)

1 – îñíîâíîé âåðòèêàëüíûé êàíàë; 2 – äîïîëíèòåëüíûé âåðòèêàëüíûé êàíàë; 3 – ïîëîñòü

âõîäíîé êðîìêè; 4 – îòâåðñòèå äëÿ âîçäóõà èç ïîëîñòè âõîäíîé êðîìêè; 5 – âíóòðåííèé êà-

íàë ïîëêè; 6, 7, 8 – ðàäèàëüíûå êàíàëû; 9 – ëèòûå îòâåðñòèÿ âûõîäíîé êðîìêè;

10, 11 – ðÿäû îòâåðñòèé ïëåíî÷íîãî îõëàæäåíèÿ; 12 – îòâåðñòèå äëÿ âûõîäà âîçäóõà èç äî-

ïîëíèòåëüíîãî êàíàëà; 13 – ïîïåðå÷íûé êàíàë â ïîëêå; 14, 15 – ðàçäàòî÷íûå êàíàëû;

16 – ïðèñòåíî÷íûå òóðáóëèçèðóþùèå ðåáðà

Îòâåðñòèÿ ïëåíî÷íîãî îõëàæäåíèÿ

Îòâåðñòèÿ ïëåíî÷íîãî îõëàæäåíèÿ èìåþò óñ-

ëîæíåííóþ ïðîñòðàíñòâåííóþ ôîðìó ñ ðàñøèðå-

íèåì íà âûõîäå – äëÿ ñíèæåíèÿ ñêîðîñòè âîçäóõà

íà âûõîäå èç îòâåðñòèé. Îòâåðñòèÿ ïëåíî÷íîãî

îõëàæäåíèÿ îáû÷íî äåëàþò ñ íàêëîíîì ê ïîâåð-

õíîñòè â íàïðàâëåíèè äâèæåíèÿ ãàçîâîãî ïîòîêà

(â èäåàëå óãîë íå áîëåå 30 ãðàäóñîâ). Ýòî óëó÷-

øàåò ïðèëåãàíèå ñòðóè ê ïîâåðõíîñòè è óâåëè÷è-

âàåò âíóòðåííþþ ïîâåðõíîñòü êàíàëà îõëàæäåíèÿ

ñòåíêå ëîïàòêè çà ñ÷åò óâåëè÷åíèÿ åãî äëèíû.

Òåõíîëîãèÿ âûïîëíåíèå îòâåðñòèé ïëåíî÷íîãî îõ-

ëàæäåíèÿ äëÿ ðàáî÷èõ ëîïàòîê ÒÂÄ èìååò ñâîè îñî-

áåííîñòè (ñì. Ðèñ. 8.4.3_7). Â îáëàñòè âõîäíîé

êðîìêè èç-çà íåäîñòàòêà ìåñòà îòâåðñòèÿ ïëåíî÷-

íîãî îõëàæäåíèÿ ìîãóò èìåòü íàêëîí òîëüêî â âåð-

òèêàëüíîì íàïðàâëåíèè è îáåñïå÷èâàþò ïðèëåãà-

íèå ñòðóè ñ ïîìîùüþ öåíòðîáåæíûõ ñèë.

Ãëàâà 8 - Òóðáèíû ÃÒÄ

481

Ðèñóíîê 8.4.3_8 - Ðàáî÷àÿ ëîïàòêà ÒÂÄ

1 – âåðòèêàëüíûé êàíàë âõîäíîé

êðîìêè; 2 – îòâåðñòèÿ íà âõîäíîé

êðîìêå; 3 – îòâåðñòèÿ íà ñïèíêó;

4 – âåðòèêàëüíûé êàíàë; 5 – îò-

âåðñòèÿ ñ ðàñøèðåíèåì íà ñïèíêó;

6 – îòâåðñòèÿ ñ ðàñøèðåíèåì íà

êîðûòî; 7, 8 – îòâåðñòèÿ ñ ðàñøè-

ðåíèåì íà êîðûòî; 9 – îòâåðñòèÿ

íà êîðûòî; 10 – âåðòèêàëüíûé êà-

íàë âûõîäíîé êðîìêè

Ðèñóíîê 8.4.3_9 – Ñõåìà îõëàæäåíèÿ ðàáî÷åé ëîïàòêè âòîðîé ñòóïåíè ÒÂÄ Å

[8.4.3]

1 – âåðòèêàëüíûé êàíàë âõîäíîé êðîìêè; 2 – âåðòèêàëüíûé êàíàë âûõîäíîé êðîìêè;

3, 4, 5, 6 – âåðòèêàëüíûå êàíàëû äëÿ âîçäóõà; 7, 8 – ïðèñòåíî÷íûå ðåáðà

Ãëàâà 8 - Òóðáèíû ÃÒÄ

482

Ó ëîïàòîê ñ ïåòëåâîé ìíîãîõîäîâîé ñõåìîé

äâèæåíèÿ âîçäóõà (ñì. Ðèñ. 8.4.3_1) èç óçêèõ âíóò-

ðåííèõ ïîëîñòåé 8 îòâåðñòèÿ ïëåíî÷íîãî îõëàæ-

äåíèÿ òîæå ìîãóò áûòü âûïîëíåíû ñ íåîáõîäèìûì

ìàëûì óãëîì íàêëîíà òîëüêî â ðàäèàëüíîì íàïðàâ-

ëåíèè. Îòâåðñòèÿ â ýòèõ ëîïàòêàõ îáû÷íî íàêëî-

íåíû ê ïîâåðõíîñòè ïðîôèëÿ ïîä óãëîì 30…45

ãðàäóñîâ â âåðòèêàëüíîé ïëîñêîñòè. Äëÿ íàêëîíà

ê ïîâåðõíîñòè â ãîðèçîíòàëüíîé ïëîñêîñòè (â íà-

ïðàâëåíèè äâèæåíèÿ ïîòîêà) íåäîñòàòî÷íî ìåñòà

äëÿ ðàçìåùåíèÿ èíñòðóìåíòà ñíàðóæè è ñóùåñòâó-

åò îïàñíîñòü ïîâðåæäåíèÿ âíóòðåííèõ ñòåíîê.

Íàêëîí â âåðòèêàëüíîé ïëîñêîñòè äàåò âîçìîæ-

íîñòü óëó÷øèòü ïðèëåãàíèå ïëåíêè è óâåëè÷èòü

ïîâåðõíîñòü îõëàæäåíèÿ äàæå â óñëîâèÿõ êðàéíå

îãðàíè÷åííîãî ïðîñòðàíñòâà â ïëîñêîñòè ñå÷åíèÿ

ëîïàòêè.

Åùå îäíèì ñïîñîáîì óëó÷øåíèÿ ýôôåêòèâíî-

ñòè ñèñòåìû ïëåíî÷íîãî îõëàæäåíèÿ ëîïàòêè ÿâ-

ëÿåòñÿ âûïîëíåíèå êîíóñîîáðàçíîãî ðàñøèðåíèÿ

íà âûõîäå èç îòâåðñòèé. Îáû÷íî ýòî äåëàåòñÿ äëÿ

òåõ ìåñò âûïóñêà, â êîòîðûõ äîñòàòî÷íî âåëèêî

îòíîøåíèå äàâëåíèé âîçäóõà è ãàçà. Ýòîò ïðèåì

ïîçâîëÿåò ñóùåñòâåííî ïîâûñèòü ýôôåêòèâíîñòü

ïëåíêè çà ñ÷åò óìåíüøåíèÿ ñêîðîñòè âîçäóõà íà

âûõîäå èç îòâåðñòèé è óâåëè÷åíèÿ ïëîùàäè ïðè-

êðûâàåìîé ñòðóåé ïîâåðõíîñòè. Òåõíîëîãèÿ âûïîë-

íåíèÿ îòâåðñòèé ðàñøèðÿþùåéñÿ ôîðìû äîñòàòî÷-

íî ñëîæíàÿ è äîðîãîñòîÿùàÿ.

Íà Ðèñ. 8.4.3_8 ïîêàçàíî ñå÷åíèå ðàáî÷åé ëî-

ïàòêè ïåðâîé ñòóïåíè ÒÂÄ ñ ïëåíî÷íûì îõëàæäå-

íèåì. Íà âõîäíîé êðîìêå ëîïàòêè (â ìåñòå ìèíè-

ìàëüíîãî îòíîøåíèÿ äàâëåíèé) èç ðàäèàëüíîãî

êàíàëà 1 òðè ðÿäà îòâåðñòèé 2 íà âõîäíîé êðîìêå

è îäèí ðÿä 3 íà ñïèíêó âûïîëíåíû â âèäå îáû÷-

íûõ êðóãëûõ îòâåðñòèé. Èç âåðòèêàëüíîãî êàíàëà

4 â îáëàñòè áîëåå íèçêîãî äàâëåíèÿ âîçäóõ âûõî-

äèò óæå ÷åðåç ðÿäû îòâåðñòèé 5 è 6 ñ ðàñøèðåíè-

åì. Äàëåå ðÿäû îòâåðñòèé 7 è 8 òîæå âûïîëíåíû

ñ ðàñøèðåíèåì. Îäíàêî îòâåðñòèÿ 9 èç êàíàëà 10

ïåðåä âûõîäíîé êðîìêîé – îáû÷íûå êðóãëûå, òàê

êàê äàâëåíèå âîçäóõà â êàíàëå 10 óæå çíà÷èòåëüíî

ïîíèæåíî äëÿ êîíòðîëèðóåìîãî âûïóñêà â âûõîä-

íóþ êðîìêó.

Êîíñòðóêöèÿ ðàáî÷èõ ëîïàòîê âòîðîé ñòó-

ïåíè ÒÂÄ

Ñèñòåìà îõëàæäåíèÿ ðàáî÷èõ ëîïàòîê âòîðîé

ñòóïåíè ÒÂÄ äîñòàòî÷íî ïîëíî ïðåäñòàâëåíà ëî-

ïàòêîé ÒÂÄ äâèãàòåëÿ E

GE [8.4.4.3] íà

Ðèñ. 8.4.3_9.

Âîçäóõ ïîñòóïàåò â ëîïàòêó ÷åðåç äâà áîëüøèõ

ðàäèàëüíûõ êàíàëà 1 (â ðàéîíå âõîäíîé êðîìêè) è 2

(â ðàéîíå âûõîäíîé êðîìêè). Òàêèì îáðàçîì, íàè-

áîëåå õîëîäíûé âîçäóõ îõëàæäàåò íàèáîëåå íàãðå-

òûå îáëàñòè (êðîìêè) ëîïàòêè. Âîçäóõ èç êàíàëà 1

çàòåì äâèæåòñÿ âíèç è ââåðõ ñîîòâåòñòâåííî ïî ðà-

äèàëüíûì êàíàëàì 3 è 4, âûõîäÿ

â ïðîòî÷íóþ ÷àñòü

÷åðåç ïåðåäíèé ïàç â âåðõíåé ÷àñòè êîðûòà. Âîç-

äóõ èç ðàäèàëüíîãî êàíàëà 2 ñîâåðøàåò àíàëîãè÷-

íûå ïåðåäâèæåíèÿ âíèç è ââåðõ ïî êàíàëàì 5 è 6,

âûõîäÿ â ïðîòî÷íóþ ÷àñòü ÷åðåç çàäíèé ïàç íà êî-

ðûòå. Øåñòü ðàäèàëüíûõ êàíàëîâ îáåñïå÷èâàþò

çíà÷èòåëüíóþ ïîâåðõíîñòü òåïëîîáìåíà è óâåëè-

÷åííóþ ñêîðîñòü âîçäóõà, íåîáõîäèìóþ äëÿ ýôôåê-

òèâíîé òåïëîîòäà÷è íà âíóòðåííåé ïîâåðõíîñòè

ëîïàòêè.

Ðèñóíîê 8.4.3_10 – Ðàáî÷àÿ ëîïàòêà âòîðîé ñòóïå-

íè ÒÂÄ PW2000 (Pratt&Whitney)

1 – ïàçû íà êîðûòå âûõîäíîé

êðîìêè; 2 – íîæêà; 3 – íèæíÿÿ

ïîëêà; 4 – âûñòóïû; 5 – äåìïôåð

Ãëàâà 8 - Òóðáèíû ÃÒÄ

483

Äëÿ èíòåíñèôèêàöèè òåïëîîáìåíà ïðèìåíå-

íû ïðèñòåíî÷íûå ðåáðà 7 (íà âíóòðåííåé ïîâåðõ-

íîñòè íàðóæíûõ ñòåíîê) è 8 (íà ìåæïîëîñòíûõ

ñòåíêàõ-ðåáðàõ).

Êîëè÷åñòâî ðàäèàëüíûõ êàíàëîâ â ðàáî÷åé

ëîïàòêå ìîæåò ñîñòàâëÿòü îò 3 äî 7 ñ ðàñõîäîì îõ-

ëàæäàþùåãî âîçäóõà îò 0.7 äî 3%. Äëÿ âûñîêîòåì-

ïåðàòóðíûõ òóðáèí ìîæåò áûòü âûïîëíåí äîïîë-

íèòåëüíûé ðàäèàëüíûé êàíàë íà âõîäíîé êðîìêå,

èç êîòîðîãî îáåñïå÷èâàåòñÿ ïëåíî÷íîå îõëàæäåíèå

âõîäíîé êðîìêè.

Â îòëè÷èå îò âûøåïðèâåäåííîé êîíñòðóêöèè,

íà âíóòðåííèõ ñòåíêàõ-ðåáðàõ èíòåíñèôèêàòîðû

òåïëîîáìåíà ÷àñòî íå âûïîëíÿþò, òàê êàê îíè è òàê

ÿâëÿþòñÿ îòíîñèòåëüíî õîëîäíûìè è äîïîëíèòåëü-

íûé îòâîä òåïëà îò íèõ ê âîçäóõó óâåëè÷èâàåò òåì-

ïåðàòóðíûå íàïðÿæåíèÿ â ïîïåðå÷íîì ñå÷åíèè

ëîïàòêè.

Òèïè÷íàÿ êîíñòðóêöèÿ ðàáî÷åé ëîïàòêè âòî-

ðîé ñòóïåíè ÒÂÄ ïðèâåäåíà íà Ðèñ. 8.4.3_10.

Âûïóñê îõëàæäàþùåãî âîçäóõà ïðîèçâîäèò-

ñÿ íà êîðûòî â ïàçû 1 ïåðåä âûõîäíîé êðîìêîé.

Íîæêà ëîïàòêè 2 â îñíîâíîì ïîâòîðÿåò ôîðìó ïðî-

ôèëÿ êîðíåâîãî ñå÷åíèÿ ëîïàòêè, ÷òî ïîçâîëÿåò

ìèíèìèçèðîâàòü ìàññó. Ïîä íèæíåé ïîëêîé 3 âû-

ïîëíåíû äâà ëèòåéíûõ âûñòóïà 4, íà êîòîðûå óñ-

òàíîâëåí äåìïôåð 5.

Íåîáõîäèìîé ÷àñòüþ ïðîöåññà ðàçðàáîòêè

äåòàëüíîé êîíñòðóêöèè îõëàæäàåìûõ ðàáî÷èõ ëî-

ïàòîê ÒÂÄ ÿâëÿåòñÿ îïòèìèçàöèÿ ýëåìåíòîâ êîí-

ñòðóêöèè ìåòîäîì êîíå÷íûõ ýëåìåíòîâ íà 3D-ìî-

äåëè â èíæåíåðíûõ ïàêåòàõ âûñîêîãî óðîâíÿ

(ANSYS, NASTRAN, PATRAN). Öåëÿìè îïòèìè-

çàöèè ÿâëÿþòñÿ ìèíèìèçàöèÿ ìàññû, îòñòðîéêà îò

ôîðì è ÷àñòîò ïîòåíöèàëüíûõ âûñîêî÷àñòîòíûõ

êîëåáàíèé; îáåñïå÷åíèå çàïàñà ïî ìàëîöèêëîâîé

óñòàëîñòè (öèêëè÷åñêîé äîëãîâå÷íîñòè). Îãðàíè-

÷åíèÿìè ïðè ýòîì ÿâëÿþòñÿ:

- óðîâåíü ìåõàíè÷åñêèõ íàïðÿæåíèé â ýëåìåí-

òàõ ëîïàòêè è çàïàñû ïðî÷íîñòè (êîòîðûå äîëæíû

áûòü îáåñïå÷åíû â ïðåäåëàõ, óñòàíîâëåííûõ ïðàê-

òèêîé ïðîåêòèðîâàíèÿ è îïûòîì ýêñïëóàòàöèè);

- òåõíîëîãè÷åñêèå âîçìîæíîñòè ïðîèçâîäñòâà;

- ñåáåñòîèìîñòü.

Òàêàÿ îïòèìèçàöèÿ íå ÿâëÿåòñÿ ïîëíîé ãàðàí-

òèåé îòñóòñòâèÿ äåôåêòîâ â êîíñòðóêöèè, òàê êàê

òî÷íîñòü îïðåäåëåíèÿ ãðàíè÷íûõ óñëîâèé ïî òåï-

ëîâîé, àýðîäèíàìè÷åñêîé è äèíàìè÷åñêîé íàãðóç-

êå, à òàêæå òî÷íîñòü ïðèìåíÿåìûõ êîíå÷íî-ýëåìåí-

òíûõ ìîäåëåé íèêîãäà íå áûâàåò äëÿ ýòîãî

äîñòàòî÷íîé. Îäíàêî òîëüêî ïîñëå òàêîé îïòèìè-

çàöèè ìîæåò áûòü ðàäèêàëüíî ñíèæåí ðèñê ðàçðà-

áîòêè.

8.4.4 - Ïåðå÷åíü èñïîëüçîâàííîé

ëèòåðàòóðû

8.4.4.1 RB211 engine improvements boost Boeing 747

performance. The Rolls-Royce Magazine, Number 25,

June 1985.

8.4.4.2 Dailey, G.M. Design and Calculation Issues.

Aero-Thermal Performance of Internal Cooling

Systems in Turbomachines. Lecture Series 2000-03.

Von Karman Institute for Fluid Dynamics, 2000.

8.4.4.3 Halila, E.E., Lenahan, D.T., Thomas, T.T.

Energy Efficient Engine. High Pressure Turbine Test

Hardware Detailed Design Report, NASA CR-167955,

1982.

Ãëàâà 8 - Òóðáèíû ÃÒÄ

484

8.5 - Ñòàòîðû òóðáèí

Ñòàòîð òóðáèíû – ÷àñòü ñòàòîðà âñåãî äâèãà-

òåëÿ. Ñòàòîð òóðáèíû âêëþ÷àåò êîðïóñû (îäèí èëè

íåñêîëüêî íà òóðáèíó) è ñîïëîâûå àïïàðàòû – êîí-

ñòðóêöèè, óäåðæèâàþùèå íåïîäâèæíûå (ñîïëî-

âûå) ëîïàòêè, ôîðìèðóþùèå ïðîòî÷íóþ ÷àñòü òóð-

áèíû.

Êðîìå òîãî, ñòàòîð òóðáèíû âêëþ÷àåò äåòàëè:

- ôîðìèðóþùèå ïðîòî÷íóþ ÷àñòü òóðáèíû

(êîëüöà, óïëîòíåíèÿ, ëàáèðèíòû);

- îáåñïå÷èâàþùèå êðåïëåíèå è êîíöåíòðè÷-

íîñòü ñòàòîðà è âàëà;

- ôîðìèðóþùèå ïðîòî÷íóþ ÷àñòü äëÿ ïîòîêîâ

îõëàæäàþùåãî âîçäóõà;

- êðåïÿùèå ñòàòîð òóðáèíû ê äðóãèì ñòàòîðàì

äâèãàòåëÿ, ñàìîëåòó èëè ôóíäàìåíòó.

8.5.1 - Êîðïóñû òóðáèí

Êîðïóñû òóðáèíû ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé îáîëî÷-

êè öèëèíäðè÷åñêîãî, êîíè÷åñêîãî èëè ñòóïåí÷àòîãî

ïðîôèëÿ, âõîäÿùèå â îáùóþ ñèëîâóþ ñõåìó äâèãà-

òåëÿ. Ñïåðåäè ê êîðïóñó

óðáèíû ïðèñîåäèíÿåòñÿ

(ñ ïîìîùüþ ôëàíöåâîãî êðåïëåíèÿ) êîðïóñ êàìå-

ðû ñãîðàíèÿ, ñçàäè – âûõîäíîå óñòðîéñòâî.

Êîðïóñû òóðáèí äîëæíû îáåñïå÷èâàòü:

- íåîáõîäèìóþ ïðî÷íîñòü - äëÿ ïåðåäà÷è óñè-

ëèé â ñòàòîðå, è æåñòêîñòü – äëÿ ìèíèìèçàöèè äå-

ôîðìàöèé è èñêàæåíèÿ ðàäèàëüíûõ çàçîðîâ;

- ïîñòîÿíñòâî (êðóãëîé) ôîðìû, òî åñòü ïîñòî-

ÿíñòâî ðàäèàëüíûõ çàçîðîâ ìåæäó ðîòîðîì è ñòà-

òîðîì â ýêñïëóàòàöèè;

- ñîõðàíåíèå ãåðìåòè÷íîñòè ôëàíöåâûõ ñîåäè-

íåíèé ìåæäó îòäåëüíûìè êîðïóñàìè

- òàê íàçûâàåìóþ «íåïðîáèâàåìîñòü» - èñêëþ-

÷åíèå ñêâîçíîãî ðàçðóøåíèÿ ñ âûëåòîì îñêîëêîâ

çà ïðåäåëû êîðïóñà â ñëó÷àå îáðûâà ëþáîé ëîïàò-

êè ðîòîðà âáëèçè íèæíåé ïîëêè;

- ïðîñòîòó ïðîöåññà ñáîðêè è ðàçáîðêè ñ ìè-

íèìóìîì íåîáõîäèìîé îñíàñòêè;

- «ïàññèâíîå» ðåãóëèðîâàíèå ðàäèàëüíûõ çà-

çîðîâ – òî åñòü ñîîòâåòñòâèå òåìïîâ òåïëîâîãî ðàñ-

øèðåíèÿ ðîòîðà è ñòàòîðà.

Îñîáåííîñòè êîíñòðóêöèè êîðïóñîâ

òóðáèí

Â ñîâðåìåííûõ òóðáèíàõ ïðèìåíÿåòñÿ òàê

íàçûâàåìàÿ «äâîéíàÿ» êîíñòðóêöèÿ êîðïóñà – êàê

äëÿ ÒÂÄ, òàê è äëÿ ÒÍÄ (íàïðèìåð, òóðáèíà ÏÑ-

90À2 – Ðèñ. 8.1.2.4_1). Ïðè ýòîì íàðóæíàÿ îáîëî÷-

êà («íàðóæíûé êîðïóñ») ÿâëÿåòñÿ îñíîâíîé ñèëî-

âîé êîíñòðóêöèåé è íàõîäèòñÿ â îòíîñèòåëüíî

áëàãîïðèÿòíûõ ïî òåìïåðàòóðå óñëîâèÿõ. Âíóòðåí-

íÿÿ ÷àñòü êîðïóñà («âíóòðåííèé êîðïóñ») ÿâëÿåò-

ñÿ íàðóæíîé ãðàíèöåé ïðîòî÷íîé ÷àñòè è ÿâëÿåò-

ñÿ îáû÷íî ñîñòàâíîé êîíñòðóêöèåé. Îíà ñîñòîèò

èç íàðóæíûõ ïîëîê ñîïëîâûõ ëîïàòîê è òàê íàçû-

âàåìûõ «ðàçðåçíûõ» êîëåö íàä ðàáî÷èìè ëîïàòêà-

ìè - íàáèðàåìûõ èç îòäåëüíûõ ñåãìåíòîâ (âñòàâîê)

è êðåïÿùèõñÿ íà ôëàíöàõ îñíîâíîãî êîðïóñà.

Ïîëîñòè âíóòðè «äâîéíîãî» êîðïóñà çàïîëíå-

íû îáû÷íî îõëàæäàþùèì âîçäóõîì ñ äàâëåíèåì,

ïðåâûøàþùèì äàâëåíèå ãàçà â ïðîòî÷íîé ÷àñòè

è èñêëþ÷àþùèì ïðîíèêíîâåíèå ãàçà âî âíóòðåí-

íèå ïîëîñòè êîðïóñà.

Ñèñòåìà âíóòðåííåãî îõëàæäåíèÿ êîðïóñà

òóðáèíû CF6-80C2 ïîêàçàíà íà Ðèñ. 8.4.1.3_1.

Âíóòðåííÿÿ ïîëîñòü 18 êîðïóñà íàä 1ÐË ÒÂÄ ñíàá-

æàåòñÿ âîçäóõîì èç âòîðè÷íîé çîíû 19 ÊÑ. Ïîëîñ-

òè 20 íàä 2ÑÀ è 21 íàä âñòàâêàìè 2ÐË îáåñïå÷èâà-

þòñÿ âîçäóõîì 7-îé ñòóïåíè ÊÂÄ, ïîäàâàåìûì ïî

òðóáàì 22 íà îõëàæäåíèå 2ÑÀ. Âíóòðåííèå ïîëîñ-

òè 23 êîðïóñà íàä 3ÑÀ îõëàæäàþòñÿ âîçäóõîì èç

áóôåðíîé ïîëîñòè ïîäøèïíèêîâîé îïîðû ÒÂÄ,

ïîäàâàåìûì ïî òðóáàì 12 â çàäíþþ ïîëîñòü ëî-

ïàòêè 3ÑÀ.

Ðàáîòàþùèå â íåïîñðåäñòâåííîì êîíòàêòå

ñ âûñîêîòåìïåðàòóðíîé ãàçîâîé ñðåäîé âñòàâêè

(ñì. Ðèñ. 8.5.1_1)

ðåïÿòñÿ çàöåïàìè 1 çà ôëàíöû íà-

ðóæíîãî êîðïóñà. Âñòàâêè èçãîòîâëåíû èç ìîíîêðè-

ñòàëëè÷åñêîãî ëèòüÿ, èìåþò ñèñòåìó êîíâåêòèâíî-

ïëåíî÷íîãî îõëàæäåíèÿ ñ âûïóñêîì âîçäóõà

â îòâåðñòèÿ 2 íà áîêîâûõ

êîíòàêòíûõ ïîâåðõíîñ-

òÿõ. Â ñëó÷àå ïðèìåíåíèÿ ïðèðàáàòûâàåìîé ïàðû

ëîïàòêà-êîðïóñ íà èõ ðàáî÷óþ ïîâåðõíîñòü 3 íà-

íîñèòñÿ èñòèðàåìîå êåðàìè÷åñêîå ïîêðûòèå.

Ðèñóíîê 8.5.1_1 – Âñòàâêà «ðàçðåçíîãî» êîëüöà íàä

ðàáî÷åé ëîïàòêîé ïåðâîé ñòóïåíè

ÒÂÄ PW2000 (Pratt&Whitney)

1 – çàöåïû; 2 – îòâåðñòèÿ äëÿ âîç-

äóõà; 3 – îáðàçóþùàÿ ïîâåðõíîñòü

ïðîòî÷íîé ÷àñòè

Ãëàâà 8 - Òóðáèíû ÃÒÄ

485

Èìåííî «äâîéíîé» êîðïóñ îáåñïå÷èâàåò îò-

íîñèòåëüíóþ óäàëåííîñòü íàðóæíûõ êîðïóñîâ òóð-

áèíû îò âûñîêèõ òåìïåðàòóð ïðîòî÷íîé ÷àñòè

è âîçìîæíîñòü äîñòàòî÷íî ýôôåêòèâíîãî îõëàæäå-

íèÿ äåòàëåé, îáðàçóþùèõ íàðóæíóþ ãðàíèöó ïðî-

òî÷íîé ÷àñòè.

Êðîìå òîãî, «äâîéíîé» êîðïóñ îáåñïå÷èâàåò

îòíîñèòåëüíóþ íåçàâèñèìîñòü îñíîâíîãî íåñóùå-

ãî êîðïóñà îò òåìïåðàòóðû â ïðîòî÷íîé ÷àñòè

è ñèíõðîíèçàöèþ òåïëîâûõ äåôîðìàöèé êîðïóñà

è ðîòîðà. Ïî çàÿâëåíèþ Rolls-Royce [8.5.4.1] ýòî

î÷åíü âàæíî äëÿ ñòàáèëüíîñòè õàðàêòåðèñòèê òóð-

áèíû â ýêñïëóàòàöèè (ñì. Ðèñ. 8.5.1_2).

Ïîëîñòè âíóòðè êîðïóñà ÒÍÄ â òóðáèíàõ

ñ óìåðåííûìè òåìïåðàòóðàìè íå îõëàæäàþòñ

(ÒÍÄ CF6-80C2 – Ðèñ. 8.4.1.3_1), íî ÷àñòî çàïîë-

íÿþòñÿ òåïëîèçîëÿöèîííûì ìàòåðèàëîì (RB211-

535E4 – Ðèñ. 8.5.1_3). ÒÍÄ íà Ðèñ. 8.5.1_3 èìååò

ñèëîâîé íàðóæíûé êîðïóñ 1 è âíóòðåííèé êîíòóð

ïðîòî÷íîé ÷àñòè, ñîñòîÿùèé èç íàðóæíûõ ïîëîê 2

ñîïëîâûõ ëîïàòîê è òîíêèõ âñòàâîê 3 ñ ñîòîâûìè

óïëîòíåíèÿìè (íàáèðàåìûõ èç îòäåëüíûõ ñåãìåí-

òîâ) íàä ïîëêàìè ðàáî÷èõ ëîïàòîê. Ïîëîñòè ìåæ-

äó êîðïóñîì 1 è âñòàâêàìè 3 çàïîëíåíû òåïëîèçî-

ëÿöèîííûì ìàòåðèàëîì 4, ïîçâîëÿþùèì ñíèçèòü

òåïëîâóþ íàãðóçêó íà íàðóæíûé êîðïóñ è íåñêîëü-

êî ïîâûñèòü òåïëîâóþ èíåðöèþ ýòîãî êîðïóñà, íå-

îáõîäèìóþ â «ïàññèâíîì» ðåãóëèðîâàíèè ðàäèàëü-

íûõ çàçîðîâ.

Ðèñóíîê 8.5.1_2 – Óõóäøåíèå óäåëüíîãî ðàñõîäà

òîïëèâà (ïîñëå ïåðâîãî ïîëåòà)

â ýêñïëóàòàöèè äëÿ äâèãà-

òåëåé Rolls-Royce ñ «äâîéíûì»

êîðïóñîì è äëÿ äâèãàòåëåé ñ îäè-

íàðíûì êîðïóñîì

«Íåïðîáèâàåìîñòü» êîðïóñîâ îáåñïå÷èâàåòñÿ

ðàçìåùåíèåì íàä ðàáî÷èìè ëîïàòêàìè (èëè ñ íå-

áîëüøèì ñìåùåíèåì íàçàä) ôëàíöåâûõ ñîåäèíåíèé

êîðïóñîâ èëè (ïðè åäèíîì äëÿ òóðáèíû êîðïóñå) –

ñïåöèàëüíûõ ñèëîâûõ ðåáåð. Í

à Ðèñ. 8.4.1.2_2 ïî-

êàçàí êîðïóñ ÒÂÄ CF6-80C2, èìåþùèé ôëàíöåâîå

ñîåäèíåíèå 36 êîðïóñîâ ÊÑ è ÒÂÄ íåïîñðåäñòâåí-

íî íàä îñåâûì çàçîðîì ìåæäó 1ÑÀ è 1ÐË, à òàêæå

äîïîëíèòåëüíûé (âñïîìîãàòåëüíûé ôëàíåö) 37 íàä

1ÐË ñ íåáîëüøèì ñäâèãîì íàçàä. Íàä 2ÐË ðàñïî-

ëîæåíî ôëàíöåâîå ñîåäèíåíèå êîðïóñîâ ÒÂÄ

è ÒÍÄ, ñêðåïëåííîå áîëòàìè 38. Íàä ðàáî÷åé ëî-

ïàòêîé ÒÂÄ PW6000 (ñì. Ðèñ. 8.4.1.2_5), ðîòîð êî-

òîðîé èìååò ÷àñòîòó âðàùåíèÿ äî 19000 îá/ìèí,

ïðèìåíåíû äâà âñïîìîãàòåëüíûõ ôëàíöà 24. Êðî-

ìå òîãî, âñòàâêè 22 íàä ðàáî÷åé ëîïàòêîé èìåþò

î÷åíü æåñòêóþ êîíñòðóêöèþ (ñ òîëñòûìè è äëèí-

íûìè çàöåïàìè), êîòîðàÿ çíà÷èòåëüíî óâåëè÷èâà-

åò «íåïðîáèâàåìîñòü» êîðïóñà. Íà Ðèñ. 8.5.1_3

êîðïóñ ÒÍÄ RB211-535E4 ñêîíñòðóèðîâàí òàê, ÷òî

íàä ðàáî÷èìè ëîïàòêàìè 5 è 6 ðàñïîëîæåíû ñîîò-

âåòñòâåííî ôëàíöåâûå ñîåäèíåíèÿ 7 è 8, à íàä ðà-

áî÷åé ëîïàòêîé 9 – óòîëùåíèå (âñïîìîãàòåëüíûé

ôëàíåö) 10 íàðóæíîãî êîðïóñà.

Êîðïóñà äîëæíû îáåñïå÷èâàòü âîçìîæíîñòü

óñòàíîâêè íåîáõîäèìûõ ïðîåêòíûõ ðàäèàëüíûõ

çàçîðîâ ìåæäó ðîòîðîì è ñòàòîðîì è èñêëþ÷åíèå

èñêàæåíèÿ çàçîðîâ â ýêñïëóàòàöèè çà ñ÷åò êîíñò-

ðóêòèâíûõ îñîáåííîñòåé êîðïóñà (òàêîé îñîáåí-

íîñòüþ ìîæåò ñòàòü ïðèìåíåíèå ãîðèçîíòàëüíîãî

ðàçúåìà êîðïóñà).

Îáû÷íî ðàçúåìû êîðïóñà äåëàþòñÿ ïåðïåíäè-

êóëÿðíî îñè äâèãàòåëÿ. Íà Ðèñ. 8.9_4 ïîêàçàíî ñî-

åäèíåíèå êîðïóñà 1ÑÀ ÒÂÄ LM2500 ñ êîðïóñîì

2ÑÀ è ñî ñðåäíèì êîðïóñîì òóðáèíû. Ãîðèçîíòàëü-

íûå ðàçúåìû âäîëü îñè äâèãàòåëÿ ïðèìåíÿþòñÿ ðåä-

êî, íåñìîòðÿ íà îáëåã÷åíèå ñáîðêè òóðáèíû. Ýòî

îáúÿñíÿåòñÿ òåì, ÷òî òåìïåðàòóðíûå ãðàäèåíòû

è íåðàâíîìåðíàÿ æåñòêîñòü ïî îêðóæíîñòè ìîãóò

ïðèâåñòè ê íåðàâíîìåðíîñòè ðàäèàëüíûõ çàçîðîâ

â ðàáî÷èõ óñëîâèÿõ. Äëÿ óñòðàíåíè

ÿ äåôîðìàöèé

êîðïóñà ìîæíî óâåëè÷èòü òîëùèíó ñòåíîê êîðïó-

ñà, òîëùèíó ôëàíöåâ, ïðèìåíèòü îðåáðåíèå. Ýòî

ïðèâåäåò ê óâåëè÷åíèþ ìàññû êîðïóñà, êîòîðîå

îáû÷íî áûâàåò íåïðèåìëåìî äëÿ àâèàöèîííîãî

äâèãàòåëÿ. Ê òîìó æå ýòè ìåðîïðèÿòèÿ íå âñåãäà

ìîãóò ðåøèòü ïðîáëåìó çàçîðîâ.

Äëÿ ñòàöèîíàðíûõ òóðáèí ïðèìåíåíèå ãîðè-

çîíòàëüíîãî ðàçúåìà êîðïóñà ÷àñòî îêàçûâàåòñÿ

åäèíñòâåííî âîçìîæíûì ðåøåíèåì – èç-çà òðåáî-

âàíèé ïî âîçìîæíîñòè çàìåíû äåòàëåé ãîðÿ÷åé

÷àñòè â ýêñïëóàòàöèè èëè èç-çà òðóäíîñòåé ñáîðêè

ìàññèâíûõ êîðïóñîâ òóðáèí áîëüøîé ìîùíîñòè

(ñì. Ðèñ. 8.1.2.7_3).

Ãëàâà 8 - Òóðáèíû ÃÒÄ

486

Ïðàêòè÷åñêè âñå êîðïóñà ñîâðåìåííûõ àâèà-

öèîííûõ òóðáèí èìåþò ñèñòåìó íàðóæíîãî îõëàæ-

äåíèÿ – äëÿ ðåãóëèðîâàíèÿ ðàäèàëüíûõ çàçîðîâ

ìåæäó ðîòîðîì è ñòàòîðîì. Ýòà ñèñòåìà ÷àùå âñå-

ãî ñîñòîèò èç òðóáîïðîâîäîâ, ÷åðåç îòâåðñòèÿ

â êî-

òîðûõ îõëàæäàþùèé âîçäóõ èç-çà âåíòèëÿòîðà èëè

ïîäïîðíûõ ñòóïåíåé ñ ïîìîùüþ ñòðóéíîãî îõëàæ-

äåíèÿ óìåíüøàåò òåìïåðàòóðó êîðïóñà.

Íà Ðèñ. 8.4.1.3_1 ïîêàçàíà ñèñòåìà îáäóâà êîð-

ïóñîâ ÒÂÄ è ÒÍÄ CF6-80C2. Äëÿ ÒÂÄ âîçäóõ èç-

çà âåíòèëÿòîðà ïîäàåòñÿ ïî òðóáàì 24 â êîëüöåâûå

òðóáîïðîâîäû 25 è 26, ÷åðåç îòâåðñòèÿ â êîòîðûõ

âîçäóõ îõëàæäàåò îñíîâíûå è âñïîìîãàòåëüíûå

ôëàíöû ÒÂÄ. Äëÿ ÒÍÄ âîçäóõ èç-çà âåíòèëÿòîðà

ïîäàåòñÿ â ðàçäàòî÷íóþ òðóáó 27, èç êîòîðîé âîç-

äóõ ïîñòóïàåò â ñèñòåìó îïîÿñûâàþùèõ êîðïóñ

òðóáîïðîâîäîâ 28, èìåþùèõ îòâåðñòèÿ äëÿ ñòðóé-

íîãî îõëàæäåíèÿ êîðïóñà. Òðóáîïðîâîäû ñ îòâåð-

ñòèÿìè ðàçìåùåíû íàä óòîëùåíèÿìè êîðïóñà, êî-

Ðèñóíîê 8.5.1_3 – ÒÍÄ RB211-535E4 (Rolls-Royce)

1 – íàðóæíûé êîðïóñ; 2 – ïîëêè

ñîïëîâûõ ëîïàòîê; 3 – âñòàâêè ñ

ñîòàìè; 4 – òåïëîèçîëÿöèÿ;

5, 6 – ÐË; 7, 8 – ôëàíöû; 9 – ÐË;

10 – âñïîìîãàòåëüíûé ôëàíåö;

11 – êîæóõ; 12 – çàöåïû;

13 – âíóòðåííèå ôëàíöû êîðïóñà;

14 – «íîæêè» ëîïàòîê ÑÀ;

15 – ñåãìåíòû (ðàçðåçíûõ) êîëåö;

16 – áîëòû

òîðûå îïðåäåëÿþò òåìï åãî ïðîãðåâà è âåëè÷èíó

òåïëîâîãî ðàñøèðåíèÿ.

Â íåêîòîðûõ ñëó÷àÿõ (ñì. Ðèñ. 8.5.1_3) ñèñòå-

ìà îáäóâà êîðïóñà ÷åðåç òðóáîïðîâîäû çàìåíÿåò-

ñÿ òåïëîèçîëÿöèåé â êîðïóñàõ (óìåíüøàþùåé òåï-

ëîâîé ïîòîê ê íàðóæíîìó êîðïóñó èç ïðîòî÷íîé

÷àñòè) è íàðóæíûìè êîæóõàìè 11, èçîëèðóþùèìè

ôëàíöû îò ïîòîêà íàðóæíîãî êîíòóðà. Òåì ñàìûì

çàìåäëÿåòñÿ ðåàêöèÿ êîðïóñà íà èçìåíåíèå ðåæè-

ìà ðàáîòû äâèãàòåëÿ.

Îïòèìèçàöèÿ òåïëîâîãî ñîñòîÿíèÿ êîðïóñà íà

ñòàöèîíàðíûõ ðåæèìàõ ðàáîòû è òåïëîâîé èíåð-

öèè êîðïóñà íà ïåðåõîäíûõ ðåæèìàõ ñ ïîìîùüþ

îáäóâà è òåïëîèçîëÿöèè äîëæíà ñî÷åòàòüñÿ ñ íåîá-

õîäèìûì êîíñòðóêòèâíûì ïåðåðàñïðåäåëåíèåì

ìàññû êîðïóñà. Ýòî ïîçâîëÿåò îáåñïå÷èâàòü íåîá-

õîäèìûå ðàäèàëüíûå çàçîðû âî âñåì ðàáî÷åì öèê-

ëå òóðáèíû.

Èçãîòîâëåíèå êîðïóñîâ

Ïðè èçãîòîâëåíèè êîðïóñîâ â ïîñëåäíåå âðå-

ìÿ èíòåíñèâíî èñïîëüçóåòñÿ ñâàðêà. Îíà ïîçâîëÿ-

åò ñóùåñòâåííî ñíèçèòü ðàçìåðû çàãîòîâîê è îò-

õîäû ìåòàëëà (íåèçáåæíûå ïðè ìåõàíè÷åñêîé

îáðàáîòêå ïîêîâîê), èçãîòàâëèâàòü êîðïóñíûå êîëü-

öà èç ñòàëüíîãî ëèñòà ñî ñâàðêîé âñòûê. Öåëüíûå

êîðïóñà ìíîãîñòóïåí÷àòûõ òóðáèí èçãîòàâëèâàþò

ñâàðêîé ïîëó÷åííûõ êîëåö.

8.5.2 - Ñîïëîâûå àïïàðàòû

Ñòàòîðíûå (ñîïëîâûå) ëîïàòêè, ñîáðàííûå

â ðåøåòêó äëÿ êàæäîé ñòóïåíè, îáðàçóþò ñîïëîâîé

àïïàðàò (ÑÀ), âõîäÿùèé â êîíñòðóêöèþ ñòàòîðà

òóðáèíû. Ê îñíîâíûì ÷åðòàì êîíñòðóêöèè ñîïëî-

âûõ àïïàðàòîâ ìîæíî îòíåñòè ñëåäóþùèå:

Äâóõîïîðíîå êðåïëåíèå ñîïëîâûõ ëîïàòîê.

Äâóõîïîðíîå êðåïëåíèå ëîïàòîê (â íàðóæíîì

êîðïó

ñå è íà âíóòðåííåì äèàìåòðå ïðîòî÷íîé ÷àñ-

òè) ïðèìåíÿåòñÿ äëÿ óâåëè÷åíèÿ æåñòêîñòè

è ïðî÷-

íîñòè êîíñòðóêöèè ñîïëîâîãî àïïàðàòà. Íàðóæíûå

ïîëêè ñîïëîâûõ ëîïàòîê (ñì. Ðèñ. 8.5.1_3) ñïåöè-

àëüíûìè çàöåïàìè 12 êðåïÿòñÿ çà âíóòðåííèå ôëàí-

öû 13 êîðïóñà òóðáèíû è ôèêñèðóþòñÿ îò âûõîäà

èç çàöåïëåíèÿ ñëåäóþùèìè äåòàëÿìè (ñîòîâûìè

âñòàâêàìè 3). Íèæíèå ïîëêè ëîïàòîê ñâîèìè ïëîñ-

êèìè âûñòóïàìè («íîæêàìè») 14 êðåïÿòñÿ (ïî íå-

ñêîëüêî øòóê) ê ñåãìåíòàì 15 ñîòîâûõ óïëîòíåíèé

ñ ïîìîùüþ áîëòîâ 16.

Äëÿ òîãî ÷òîáû â ÑÀ íå âîçíèêëî äîáàâî÷íûõ

íàïðÿæåíèé, îòíîñèòåëüíî äëèííûå ëîïàòêè îáû÷-

íî êðåïÿòñÿ æåñòêî òîëüêî â íàðóæíîì êîðïóñå. Âî

âíóòðåííèõ êðåïëåíèÿõ (êîëüöàõ) – «íîæêè» ëî-

Ãëàâà 8 - Òóðáèíû ÃÒÄ

487

ïàòîê óñòàíàâëèâàþòñÿ ñ çàçîðîì ñ ó÷åòîì âîçìîæ-

íîñòè èõ ñâîáîäíîãî ðàäèàëüíîãî ïåðåìåùåíèÿ.

Ïðè æåñòêîì çàêðåïëåíèè âî âíóòðåííåì êîëüöå

ýòî êîëüöî äåëàþò ðàçðåçíûì (èç íåñêîëüêèõ ñåã-

ìåíòîâ – ïî îäíîìó ñåãìåíòó íà 2 èëè íåñêîëüêî

ëîïàòîê).

Âåðõíèìè ïîëêàìè ëîïàòêè îáû÷íî óñòàíàâ-

ëèâàþòñÿ â ïðîòî÷êè êîëüöåâûõ äåòàëåé êîðïóñà

è ôèêñèðóþòñÿ â îêðóæíîì íàïðàâëåíèè ïàçàìè

è âûñòóïàìè íà êîëüöåâûõ äåòàëÿõ. Â îñåâîì íà-

ïðàâëåíèè ïîëêè ëîïàòîê óäåðæèâàþòñÿ ðàñïîëî-

æåííûìè çà íèìè äåòàëÿìè êîðïóñà.

Âîçìîæíî êðåïëåíèå è ôèêñàöèÿ ëîïàòîê ñ ïî-

ìîùüþ øòèôòî

â (êîòîðûå ïðè ðåìîíòå ïðèõîäèò-

ñÿ âûñâåðëèâàòü). Ïîýòîìó òàêàÿ òåõíîëîãèÿ êðåï-

ëåíèÿ íå ÿâëÿåòñÿ ïðåäïî÷òèòåëüíîé.

Òèïè÷íàÿ ñõåìà êðåïëåíèÿ îõëàæäàåìîé ñî-

ïëîâîé ëîïàòêè ÒÂÄ (Rolls-Royce) ê êîðïóñó ïðè-

âåäåíà íà Ðèñ. 8.5.3_1.

Êîíñòðóêöèÿ íåîõëàæäàåìûõ ÑÀ

Òèïè÷íàÿ êîíñòðóêöèÿ íåîõëàæäàåìûõ ñîïëî-

âûõ àïïàðàòîâ ÒÍÄ RB211-535E4 (Rolls-Royce)

ïîêàçàíà íà Ðèñ. 8.5.1_3. Ëîïàòêè ÑÀ ýòîé ÒÍÄ

íåîõëàæäàåìûå, îäíàêî, îíè âûïîëíåíû ïîëûìè.

Â àâèàöèîííûõ ÒÍÄ æåñòêèå òðåáîâàíèÿ ïî ìàñ-

ñå âûíóæäàþò äåëàòü ïîëûìè äàæå íåîõëàæäàåìûå

ëîïàòêè ÑÀ.

Ðèñóíîê 8.5.2_1 – Íåîõëàæäàåìàÿ ñîïëîâàÿ ëîïàò-

êà ÒÍÄ

1 – íàðóæíàÿ ïîëêà; 2 – ïåðåäíèé

ôëàíåö ïîëêè; 3 – çàäíèé ôëàíåö

ïîëêè; 4 – íèæíÿÿ ïîëêà; 5 – ôëà-

íåö

Ðèñóíîê 8.5.2_2 – 1ÑÀ ÒÂÄ RB211-535E4

1 – ïåðåäíÿÿ ïîëîñòü; 2 – îòâåðñòèå âõîäà â ïåðåäíþþ ïîëîñòü; 3 äåôëåêòîð; 4 – âûñòó-

ïû íà ñòåíêàõ; 5 – îòâåðñòèÿ â ñòåíêå âõîäíîé êðîìêè ëîïàòêè; 6 – öåíòðàëüíûé êà-

íàë; 7 – ïîïåðå÷íûå ðåáðà; 8 – ïîâîðîòíûé êàíàë â çàäíþþ ïîëîñòü; 9 – ïëàñòèí÷àòûé

äåôëåêòîð; 10 – øòûðüêè; 11 – ïëàñòèí÷àòûé äåôëåêòîð ïîëêè

Ãëàâà 8 - Òóðáèíû ÃÒÄ

488

Òèïè÷íàÿ êîíñòðóêöèÿ íåîõëàæäàåìîé ñîïëî-

âîé ëîïàòêè ÒÍÄ ïðèâåäåíà íà Ðèñ. 8.5.2_1. Íà-

ðóæíàÿ ïîëêà 1 ëîïàòêè èìååò ïåðåäíèé ôëàíåö 2,

êîòîðûì îíà êðåïèòñÿ âî ôëàíöàõ êîðïóñà, à ïî

çàäíåìó ôëàíöó 3 íàðóæíîé ïîëêè óäåðæèâàåòñÿ

ðàçðåçíûìè êîëüöàìè. Íèæíÿÿ ïîëêà 4 èìååò ôëà-

íåö 5 äëÿ êðåïëåíèÿ ñîòîâîãî óïëîòíåíèÿ.

Ñèñòåìû îõëàæäåíèÿ 1ÑÀ ÒÂÄ

Äëÿ ñîâðåìåííûõ òóðáèí ñëîæèëñÿ äîñòà-

òî÷íî

óçêèé äèàïàçîí ïðèìåíÿåìûõ êîíñòðóêöèé

îõëàæäàåìûõ ÑÀ. Äëÿ ñîïëîâîé ëîïàòêè ïåðâîé ñòó-

ïåíè ÒÂÄ, ðàáîòàþùåé â íàèáîëåå òåïëîíàïðÿæåí-

íûõ óñëîâèÿõ, èñïîëüçóåòñÿ êîíñòðóêöèÿ ñ íåñ-

êîëü

êèìè ïîëîñòÿìè è âñòàâíûìè äåôëåêòîðàìè.

Òèïè÷íàÿ êîíñòðóêöèÿ îõëàæäàåìîãî 1ÑÀ

ÒÂÄ ïîêàçàíà íà Ðèñ. 8.5.2_2 – 1ÑÀ ÒÂÄ RB211-

535E4 (Rolls-Royce).

Â ïåðåäíþþ ïîëîñòü 1 ëîïàòêè âîçäóõ ïîñòó-

ïàåò ÷åðåç îòâåðñòèÿ 2 â íàðóæíîé ïîëêå, à çàòåì

÷åðåç îòâåðñòèÿ â äåôëåêòîðå 3 îáåñïå÷èâàåò

ñòðóéíîå îõëàæäåíèå âíóòðåííèõ ñòåíîê. Äåôëåê-

òîð ñ ïîìîùüþ âûñòóïîâ 4 íà ñòåíêàõ ëîïàòêè ðå-

ãóëèðóåò ðàñõîä âîçäóõà íà ïëåíî÷íîå îõëàæäåíèå

ðàçíûõ ÷àñòåé ïðîôèëÿ ÷åðåç îòâåðñòèÿ 5 ïëåíî÷-

íîãî îõëàæäåíèÿ. Âîçäóõ â çàäíþþ ïîëîñòü ïðî-

õîäèò ÷åðåç öåíòðàëüíûé êàíàë 6 ñ ïîïåðå÷íûìè

ðåáðàìè 7 è ïåðåáðàñûâàåòñÿ ÷åðåç ïîâîðîòíûé

êàíàë 8 â çàäíþþ ïîëîñòü. Â çàäíåé ïîëîñòè èñ-

ïîëüçîâàí îäíîñòîðîííèé (ïëàñòèí÷àòûé) äåôëåê-

òîð 9, äîçèðóþùèé ðàñõîä âîçäóõà íà âûõîäíóþ

êðîìêó. Äî âûõîäíîé êðîìêè âîçäóõ ïðîõîäèò ÷å-

ðåç øòûðüêîâóþ ìàòðèöó 10. Ïîëêè èìåþò êîíâåê-

òèâíîå ñòðóéíîå îõëàæäåíèå ÷åðåç ïëàñòèí÷àòûé

äåôëåêòîð 11 ñ îòâåðñòèÿìè. Îòâåðñòèÿ ïëåíî÷íî-

ãî îõëàæäåíèÿ íà âíóòðåííèõ è íàðóæíûõ ïîëêàõ

(â îòëè÷èå îò CF6-80C2 – Ðèñ. 8.5.2_5) îòñóòñòâó-

þò, òàê êàê ïîëêè èìåþò òåïëîçàùèòíîå ïîêðûòèå.

Èñïîëüçîâàíèå äåôëåêòîðà â âèäå îäíîñòî-

ðîííåé ïëàñòèíû îáóñëîâëåíî òðóäíîñòÿìè ðàçìå-

ùåíèÿ äåôëåêòîðà èç-çà ýëåìåíòîâ ïðîñòðàíñòâåí-

íîãî ïðîôèëèðîâàíèÿ ëîïàòêè.

Íà Ðèñ. 8.5.2_3 ïðèâåäåíà ñõåìà ñîïëîâîé

ëîïàòêè ïåðâîé ñòóïåíè ïðîåêòà Å

ôèðìû General

Electric [8.4.3.1]. Ïðîåêò Å

– Energy Efficient Engine

– «ýíåðãåòè÷åñêè ýôôåêòèâíûé äâèãàòåëü» - áûë

ðåàëèçîâàí â ïåðâîé ïîëîâèíå 1980-õ ãîäîâ âåäó-

ùèìè äâèãàòåëåñòðîèòåëüíûìè êîìïàíèÿìè ÑØÀ

- Pratt&Whitney è General Electric Aircraft Engines

è ôèíàíñèðîâàëñÿ àìåðèêàíñêèì ïðàâèòåëüñòâîì.

Ðàçðàáîòàííûå â ýòîì ïðîåêòå òåõíîëîãèè ïðèìå-

íÿþòñÿ ïðàêòè÷åñêè âî âñåõ ñîâðåìåííûõ êîíñò-

ðóêöèÿõ àâèàöèîííûõ òóðáèí. Ê îñîáåííîñòÿì

êîíñòðóêöèè ëîïàòêè 1ÑÀ ÒÂÄ (ñì. Ðèñ. 8.5.2_3)

ìîæíî îòíåñòè:

- ðàäèàëüíîå ðàñïîëîæåíèå îòâåðñòèé íà âõîä-

íîé êðîìêå 1 è íà íà÷àëüíîì ó÷àñòêå êîðûòà 2;

- îòâåðñòèÿ (íà ñïèíêó) ñ ðàñøèðåíèåì äëÿ

ñíèæåíèÿ ñêîðîñòè ïîòîêà è óëó÷øåíèÿ ôîðìèðî-

âàíèÿ ïëåíêè;

- ïîäà÷à âîçäóõà ðàçäåëüíî â ïåðåäíþþ 3 (ñíè-

çó) è çàäíþþ 4 (ñâåðõó) ïîëîñòè ëîïàòêè äëÿ

óìåíüøåíèÿ ãèäðàâëè÷åñêèõ ïîòåðü îõëàæäàþùå-

ãî âîçäóõà;

- ðàäèàëüíîå èçìåíåíèå ïëîùàäè ñå÷åíèÿ ïî-

ëîñòåé 3 è 4 â ñîîòâåòñòâèè ñ èçìåíåíèåì ðàñõîäà

âîçäóõà â ðàäèàëüíîì íàïðàâëåíèè (çà ñ÷åò ïîñòå-

ïåííîãî èñòå÷åíèÿ â îòâåðñòèÿ äåôëåêòîðà).

Îõëàæäàþùèé âîçäóõ èç ïîëîñòè 3 ÷åðåç îò-

âåðñòèÿ â äåôëåêòîðå 5 ñòðóéíûì íàòåêàíèåì îõ-

ëàæäàåò âíóòðåííèå ñòåíêè ïåðåäíåé ïîëîñòè è ÷å-

ðåç 10 ðÿäîâ îòâåðñòèé âûõîäèò íà ïîâåðõíîñòü

ëîïàòêè äëÿ ïëåíî÷íîãî îõëàæäåíèÿ. Îõëàæäàþ-

ùèé âîçäóõ èç ïîëîñòè 4 ÷åðåç îòâåðñòèÿ â äåôëåê-

òîðå 6 ñòðóéíûì íàòåêàíèåì îõëàæäàåò âíóòðåí-

íèå ñòåíêè çàäíåé ïîëîñòè è âûõ

îäèò â ïðîòî÷íóþ

÷àñòü, ÷àñòè÷íî, ÷åðåç 2 ðÿäà îòâåðñòèé íà êîðûòå è,

â îñíîâíîì, ÷åðåç ñèñòåìó äëèííûõ êàíàëîâ-îòâåð-

ñòèé 7 â ïàçû íà êîðûòå ïåðåä âûõîäíîé êðîìêîé.

Íà Ðèñ. 8.5.2_4 ïîêàçàí âíåøíèé âèä 1ÑÀ ÒÂÄ

PW2000 (Pratt&Whitney). Âåðõíÿÿ ïîëêà 1 èìååò

ôëàíåö 2 ñ ïàçîì ïîä áîëò äëÿ ôèêñàöèè îò ïåðå-

ìåùåíèÿ â îêðóæíîì íàïðàâëåíèè. Íèæíÿÿ ïîëêà

3 íà òîðöå 4 è çàäíåì ôëàíöå 5 èìååò ïðîäîëüíûå

ïðÿìûå ïàçû-êàíàâêè ïîä «ïåðüåâûå» óïëîòíåíèÿ.

Ïðÿìûìè ýòè ïàçû âûïîëíÿþòñÿ äëÿ îáåñïå÷åíèÿ

íèçêîé øåðîõîâàòîñòè ïîâåðõíîñòè ïàçà ïðè èçãî-

òîâëåíèè øëèôîâàíèåì (ê ïîâåðõíîñòÿì êàíàâêè

ïîä äåéñòâèåì ðàçíèöû äàâëåíèé äîëæíà ïëîòíî

ïðèëåãàòü òîíêàÿ ïëàñòèíêà, ïðåïÿòñòâóÿ óòå÷êàì

÷åðåç ñòûê ïîëîê).

Âõîäíàÿ êðîìêà 6 îõëàæäàåòñÿ âîçäóõîì èç 6

ðÿäîâ îòâåðñòèé ïëåíî÷íîãî îõëàæäåíèÿ. Íà êî-

ðûòå âèäíû äâà ìàññèâà îòâåðñòèé – 7 (äëÿ âîçäó-

õà èç ïåðåäíåé ïîëîñòè) è 8 (äëÿ âîçäóõà èç çàäíåé

ïîëîñòè).

Îáùèìè ïðîáëåìàìè äëÿ ñîïëîâûõ ëîïàòîê

ïåðâîé ñòóïåíè ÿâëÿþòñÿ îãðàíè÷åííîñòü çàïàñà

ïî äàâëåíèþ îõëàæäàþùåãî âîçäóõà äëÿ ïëåíî÷-

íîãî îõëàæäåíèÿ âõîäíîé êðîìêè (ýòîò çàïàñ ðà-

âåí ðàçíèöå ïîòåðü äàâëåíèÿ äëÿ ãàçà è âòîðè÷íî-

ãî âîçäóõà â êàìåðå ñãîðàíèÿ) è çíà÷èòåëüíàÿ

ðàçíèöà â äàâëåíèÿõ ãàçà íà âûõîäå ïðè âûïóñêå

âîçäóõà â ðàçíûå ó÷àñòêè ïðîôèëÿ. Ïîýòîìó ëîïàò-

êà îáû÷íî èìååò íå ìåíåå äâóõ îñíîâíûõ ïîëîñ-

òåé è èíîãäà íåñêîëüêî âñïîìîãàòåëüíûõ. Âñïîìî-

ãàòåëüíûå ïîëîñòè îáðàçóþòñÿ ïðè ðàçäåëåíèè

ïîëîñòè ìåæäó äåôëåêòîðîì è ñòåíêîé ëîïàòêè íà

íåñêîëüêî ïîëîñòåé çà ñ÷åò âûñòóïîâ íà äåôëåêòî-

Ãëàâà 8 - Òóðáèíû ÃÒÄ

489

Ðèñóíîê 8.5.2_3 – Êîíñòðóêöèÿ ñèñòåìû îõëàæäåíèÿ 1ÑÀ ÒÂÄ E

GE Aircraft Engines

1 – âõîäíàÿ êðîìêà; 2 – êîðûòî; 3 – ïåðåäíÿÿ ïîëîñòü; 4 – çàäíÿÿ ïîëîñòü; 5 – ïåðåäíèé

äåôëåêòîð; 6 – çàäíèé äåôëåêòîð; 7 – êàíàë â âûõîäíîé êðîìêå