Выбор конструктивно – силовой схемы

 

Выбор конструктивно-силовой схемы проектируемого двигателя производится после предварительного анализа нескольких конструктивно-силовых схем двигателей-прототипов. Отправной точкой является составление и анализ конструктивно-силовой схемы базового двигателя-прототипа, предложенного в «Задании». Число привлекаемых для анализа двигателей-прототипов не ограничивается. При их выборе можно воспользоваться списком, приведенным в разделе «Графическая часть» настоящего учебного пособия. Для формирования авторской конструктивно-силовой схемы используются различные источники , , а также чертежи двигателей, которые можно взять в библиотеке (корп. 14, ауд. 210), электронная база данных кафедры КиПДЛА, Интернет и др.

Конструктивно-силовые схемы создаются студентом самостоятельно (ксерокопии не допускаются).

Конструктивно-силовая схема – это условное упрощенное графическое изображение двигателя с сохранением его геометрического облика и формы проточной части, содержащее ротор(ы) и статор со связывающими их опорами.

В конструктивно-силовой схеме должны быть отображены основные конструкционные признаки двигателя - тип, количество, взаимное расположение и виды связей (соединений) его структурных элементов, представляющих собой функциональные части конструкции (компрессор(ы), турбина(ы), камера сгорания, входное и выходное устройства), а также силовые пояса, опоры, детали и элементы статора и ротора(ов), которые обеспечивают необходимую жесткость и прочность структурным элементам двигателя, воспринимают и частично замыкают действующие на них нагрузки, возникающие при работе двигателя, и передают равнодействующие этих нагрузок на систему крепления двигателя к объекту.

 

Конструктивно-силовая схема должна содержать выносные линии с последовательным расположением номеров позиций, начиная с 1-й по часовой стрелке по горизонтальной или вертикальной линиям.

Номерами позиций указывают:

· структурные элементы двигателя;

· опоры роторов;

· соединения роторов с указанием силовых деталей и элементов, обеспечивающих передачу крутящего момента и осевой силы (шлицевых соединений, стяжных болтов и гаек);

· схему центрального привода агрегатов;

· основные и вспомогательные плоскости и узлы крепления двигателя к объекту.

Для упрощенного графического изображения используются условные обозначения как общего применения (стандарт ЕСКД), так и специального – в виде символов, отражающих специфику конструктивных особенностей авиационных двигателей. Графические символы приведены в приложении А. Системы уплотнений не относятся к силовым элементам и деталям, поэтому изображать их на конструктивно-силовой схеме не рекомендуется (кроме разгрузочных полостей передних и задних торцов ротора компрессора), чтобы ее не усложнять.

Пример оформления конструктивно-силовой схемы ТРДДФ НК-144 ОАО СНТК имени Н.Д.Кузнецова показан на рис. 1.

Пояснения номеров позиций конструктивно-силовой схемы могут быть расшифрованы как в тексте, так и в подписи к рисунку, например:

Рисунок 1 – Конструктивно-силовая схема ТРДДФ НК-144: П, С, З – передняя, средняя, задняя плоскости системы крепления двигателя к самолету; 1 - входное устройство; 2 – компрессор низкого давления; 3 – компрессор высокого давления; 4 – камера сгорания основная; 5 – турбина высокого давления; 6 – турбина низкого давления; 7 – соединение корпусов подвижное; 8 – камера сгорания форсажная; 9 – реактивное сопло; 10 – задняя статорная опора ротора низкого давления; 11 – задняя межвальная опора ротора высокого давления. 12 – передняя статорная фиксирующая опора ротора высокого давления; 13 – центральный привод; 14 – шлицевое подвижное соединение валов ротора низкого давления; 15 – средняя статорная фиксирующая опора ротора низкого давления; 16 – стяжной болт; 17 – передняя статорная опора ротора низкого давления; 18 - узлы системы крепления двигателя к самолету основные; 19, 20 – узлы системы крепления двигателя к самолету вспомогательные.

Основной целью анализа сформированной конструктивно-силовой схемы является обоснование её новых конструктивных решений.

Под анализом следует понимать рассмотрение достоинств и недостатков составных частей конструктивно-силовой схемы – ее основных конструкционных признаков.

Перечень наиболее важных требований, предъявляемых к конструктивно-силовым схемам, может быть сформулирован в самом общем виде:

· необходимая жесткость ротора(ов) и статора при минимальной массе;

· прочностная надежность силовых деталей и элементов;

· оптимальное распределение силового потока для получения минимальных нагрузок на силовые детали и элементы;

· статическая определимость системы ротор – статор;

· свобода температурных деформаций;

· модульность;

· резерв совершенствования;

· независимая доводка структурных элементов.

 

Этот список неполный и может быть расширен за счет его детализации, а также специфических требований, зависящих от назначения двигателя.

Предлагается следующий план выполнения краткого анализа конструктивно-силовых схем.

Общие сведения о двигателе – объект применения, основные данные;

Вид двигателя – ТВД, ТВаД, ТРД, ТРДФ, ТРДД, ТРДДФ, ТВВД;

Число валов – одновальный (однороторный), двухвальный (двухроторный), трехвальный (трехроторный);

Конструкционные признаки структурных элементов:

· входное устройство – дозвуковое, сверхзвуковое;

· компрессор(ы) - осевой, центробежный, комбинированный; количество каскадов и ступеней в них; тип ротора(ов) – барабанный, дисковый, барабанно-дисковый; тип соединений элементов ротора(ов) – неразборное (сварное, штифтовое), разборное (фланцевое болтовое, шлицевое) - элементы передачи крутящего момента и осевой силы; тип силовых корпусов статора – неразъемные, разъемные.

· турбина(ы) - осевая, центростремительная; количество каскадов и ступеней в них; тип ротора(ов) – барабанный, дисковый, барабанно-дисковый; тип соединений элементов ротора(ов) – неразъемное (сварное, штифтовое), разъемное (фланцевое болтовое, шлицевое); элементы передачи крутящего момента и осевой силы.

· камера сгорания основная - трубчатая, кольцевая, трубчато-кольцевая, противоточная;

· камера сгорания форсажная;

· выходные устройства:

реактивное сопло – дозвуковое, сверхзвуковое, нерегулируемое, регулируемое; реверсивное устройство - ковшовое, решетчатое, во внутреннем или наружном контуре.

Виды силовых связей ротора(ов) и статора по осевому, радиальному и окружному направлениям:

количество (2, 3, 4,…), тип (плавающие, фиксирующие, статорные, межвальные) и расположение опор роторов; особенности осевой фиксации роторов; количество и расположение силовых поясов.

Соединения валов роторов турбин и компрессоров (жесткое, подвижное);

Тип силовой связи корпусов (одноконтурная внутренняя или внешняя, двухконтурная незамкнутая или замкнутая).

Модульность – (названия модулей);

Система крепления к объекту - основные и вспомогательные плоскости крепления, схема расположения узлов крепления;

Система осевой разгрузки фиксирующих опор - разгрузочные полости передних и задних торцов ротора компрессора.

Следует помнить, что принятие того или иного решения должно быть связано с техническим совершенством двигателя - комплексом свойств, которые определяют уровень технических, производственных, эксплуатационных, эргономических, патентно-правовых характеристик. А это достигается путем разрешения противоречий, свойственных диалектическому процессу развития сложных технических устройств, каким является двигатель. При этом необходимо обращать особое внимание на адекватность конструкционных признаков требованиям технического задания.

Особенности конструкции

 

В этом подразделе кратко излагаются основные особенности конструкции всех структурных элементов проектируемого двигателя, придерживаясь известных классификационных признаков, например, [9], [12], [70].

Указываются причинно-следственные связи, побудившие выбрать тот или иной вариант конструкции, систем, элементов и деталей, отражающих новизну предложенных решений и обусловленный ими положительный эффект. Следует ещё раз напомнить, что под «новизной» понимаются уже известные решения, но отсутствующие в исходном базовом двигателе-прототипе. Положительный эффект авторской конструкции характеризуется прогрессивным развитием прототипа и оценивается его техническими данными. Количество внесенных в проект новых локальных изменений и дополнений в сопоставлении с прототипом не регламентируется и зависит от сложности и объема проекта в целом.

Технология поиска и выбора оптимальных вариантов конструкций рассмотрены в учебных пособиях Н.И.Старцева [4], [17], [18], [70].

Описание особенностей авторской конструкции должно начинаться с анализа классификационных признаков и быть кратким и точным. Следует рассмотреть конкретную пользу, которую могут принести предложенные новые решения и изменения, которые внесены автором проекта для повышения технического совершенства конструкции.

 

Технологическая проработка

В этом подразделе следует дать технологическое обоснование принятых конструктивных решений, краткое описание технологического процесса изготовления выбранной детали (например, диск или лопатка) и кратко изложить последовательность общей сборки двигателя [47]. При этом следует обратить внимание на разборность или неразборность конструкции элементов роторов и их корпусов, центрирование и фиксацию деталей, стопорение крепежных резьбовых деталей (болты, гайки). Необходимо указать типы соединений роторов (неподвижные, подвижные) компрессоров и турбин, регулировку положения элементов (осевых зазоров) и вид балансировки ротора (ов).

При выборе материалов основных деталей – рабочих лопаток, дисков, валов и корпусов, пояснить, чем обусловлен этот выбор (тепловым состоянием, статическими и динамическими нагрузками, условиями работы, окружающей средой и др.).

Все внесенные в проект изменения и дополнения, повышающие техническое совершенство структурных элементов и двигателя в целом, должны быть отражены автором проекта в пояснительной записке в соответствующих разделах основной части и в заключении.