Силовые схемы роторов и корпусов ГТД

Силовые схемы роторов

Силовые схемы роторов отличаются способом соединения дисков ступеней компрессора и турбины между собой, числом и расположением опор, способом соединения роторов турбины и комп­рессора для передачи крутящего момента и осевых сил, способом фиксации осевого положения роторов, исключающего смещение их и нарушение осевых и радиальных зазоров между элементами ротора и корпуса двигателя.

В зависимости от числа опор различают двух-, трех- и четырехопорные роторы, а в зависимости от числа роторов — одно-, двух- и трехвальные двигатели.

Двухопорные роторы применяются при относительно коротких и жестких роторах компрессора и турбины, чаще всего в системе газогенератора ТРДД.

Трехопорные роторы применяются в конструкциях многосту­пенчатых компрессоров и турбин одновальных ТРД, в роторах турбовентиляторов ТРДД. В трехопорном роторе вал турбины и компрессора выполняется раздельно, а затем их соединяют с помощью специального узла, обеспечивающего шарнирную связь валов.

Четырехопорные роторы применяют в многоступенчатой турбине. В этом случае ротор компрессора и турбины устанавливают на двух опорах каждый. Соединение валов, для исключения дополнительного их изгиба, должно иметь два шарнира.

Силовые схемы корпусов

Силовые схемы корпусов отличаются способом выполнения силовой связи между корпусами турбины и компрессора. В ка­честве элементов силовой связи используют наружный и внутрен­ний корпуса камеры сгорания, которые связываются между собой в радиальных направлениях, спереди — лопатками спрямляю­щего аппарата последней ступени компрессора или специальными стойками, сзади — стержнями, шпильками, стойками, располагаемыми в промежутках между жаровыми трубами трубчато – кольцевых камер сгорания или внутри пустотелых лопаток соплового аппарата турбины. В этом случае стержневые элементы должны достаточно надежно охлаждаться холодным воздухом. Сами ло­патки сопловых аппаратов не должны включаться в силовую систему камеры ввиду их высокой температуры и больших температурных деформаций.

Радиальные связи передают на внешний корпус и к точкам крепления двигателя поперечные усилия от опор роторов и инер­ционные силы внутреннего корпуса. В зависимости от использо­вания тех или иных силовых элементов различают четыре разно­видности силовых корпусов камер сгорания.

Корпус двигателя с наружным и внутренним корпусами камеры сгорания, связанными между собой в зоне соплового аппарата турбины и в передней части за компрессором (рис. 2.1, а). Эта система применяется в ТРД при расположении турбинного под­шипника перед первой ступенью турбины. Благодаря радиальным связям наружного и внутреннего корпусов силовая система получается жесткой и легкой конструкции.

Осевое усилие от ротора передается на внешний корпус аппа­рата через силовые лопатки спрямляющего аппарата 1. Осевые и окружные составляющие газодинамических сил, возникающие на лопатках соплового аппарата первой ступени турбины, распреде­ляются между наружным 3и внутренним 2корпусами примерно поровну, а осевые и окружные усилия сопловых аппаратов всех остальных ступеней целиком воспринимаются наружным корпусом

Рис. 2.1. Силовые схемы:

 

а — ТРД; б — ТРДД; 1 — силовые лопатки спрямляющего аппарата; 2 — корпус валатурбины; 3, 6 — наружные корпуса камер сгорания: 4— силовой стержень; 5— проме­жуточный корпус; 7 — внешняя оболочка; 8— узел крепления

В связи с тем, что в данном случае схема силового корпуса замкнутая, необходимо уделять внимание тепловому расширению деталей, входящих во внешние и внутренние связи. Рассмотренная схема силового корпуса позволяет наиболее полно использовать несущую способность как наружного корпуса камеры сгорания, так икорпуса вала турбины.

Силовой корпус ТРДД (рис. 2.1, б) включает все основные силовые элементы рассмотренной схемы ТРД и, кроме того, имеет промежуточный (переходный) корпус компрессора 5, являющийся основным силовым элементом ТРДД, а также внешнюю оболочку 7 наружного корпуса. Спереди к корпусу 5 крепится корпус комп­рессора низкого давления и вентилятора, сзади — внешняя обо­лочка 7 и силовой корпус 6турбокомпрессора. Силовая связь последнего осуществляется расположением на нем заднего узла крепления двигателя 8.

Корпус двигателя с наружным и внутренним корпусами камеры сгорания, не связанными между собой в зоне соплового аппарата первой ступени турбины (рис. 2.2, а). Такую схему имеют кор­пуса двигателей с кольцевой камерой сгорания, в которых трудно обеспечить работоспособность элементов силовой связи при расположении их перед турбиной. Внешние нагрузки распределяются между наружным и внутренним корпусами камеры сгорания следующим образом.

Силовая схема с несущим только внешним корпусом камеры сгорания (рис. 2.2, б). Эта схема применяется в газогенераторах при коротком и жестком двухопорном роторе, при высокой тем­пературе перед турбиной и коротких лопатках соплового аппарата турбины и последней ступени компрессора. Отмеченные особен­ности не позволяют осуществить силовые радиальные связи между корпусами камеры. Внутренний корпус имеет связи с внешним только в передней части. Эти связи передают на внешний корпус инерционные и газодинамические силы лишь внутреннего корпуса.

Силовая схема без наружного корпуса камеры сгорания (рис. 2.2, в). Эта схема применялась на двигателях с трубчатыми индивидуальными камерами сгорания, в конструкциях с центро­бежным компрессором.

Силовую связь корпуса турбины с корпусом компрессора в этом случае осуществляют с помощью внутреннего корпуса ка­меры сгорания и корпуса вала турбины. Эту связь называют внут­ренней по отношению к проточной части двигателя. Все нагрузки, действующие на корпуса турбины и выходного устройства, вос­принимаются внутренней силовой связью и передаются на задний корпус компрессора.

Недостаток схемы состоит в том, что необходимую изгибную жесткость корпуса вала турбины, имеющего относительно неболь­шой диаметр, получают за счет утолщения стенок корпуса и, сле­довательно, за счет увеличения массы.

 

а б в

Рис. 2.2. Силовые схемы корпусов камер сгорания: