Глазков А. С. , колебошин А. В.

КОНСТРУКЦИЯ АВИАЦИОННЫХ ДВУХКОНТУРНЫХ

ДВИГАТЕЛЕЙ СЕМЕЙСТВА CFM56

Санкт-Петербург

АННОТАЦИЯ

Дипломная работа посвящена ознакомлению с авиационными газотурбинными двигателями семейства CFM56, изучению их основных эксплуатационных свойств: повреждаемости, контролепригодности, ремонтопригодности и модульности. Целью является освещение проблем, возникающих при эксплуатации этих двигателей в авиакомпании, их решение, предложение по использованию прогрессивного метода восстановления исправного состояния двигателя и внедрению перспективного метода регистрации повреждений элементов конструкции проточной части.

Первый раздел работы содержит информацию о происхождении, развитии и существовании двигателей семейства CFM56, краткое описание их основных узлов, конструктивных отличий, сведения об организации работ по их усовершенствованию. Во втором разделе рассмотрены: факторы, влияющие на техническое состояние двигателя; виды технического состояния; принцип построения программы ТО и Р двигателей семейства CFM56. Представлено описание сущности проблемы, возникающей при технической эксплуатации двигателей этого семейства. В третьем разделе рассмотрены общие для ГТД и характерные для двигателей CFM56 повреждения элементов конструкции. В четвёртом разделе представлено описание видов ТД, используемых при технической эксплуатации двигателей этого семейства. В пятом разделе представлено описание перспективного метода регистрации повреждений элементов проточной части авиационных ГТД. В заключительной части приведены выводы и рекомендации по проделанной работе.

 

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

 

АТ – авиационная техника

ВС – воздушное судно

ВПП – взлётно-посадочная полоса

ВНА – входной направляющий аппарат

ГДУ – газодинамическая устойчивость

ГТД – газотурбинный двигатель

ТРДД – двухконтурный турбореактивный двигатель

ДРЛО и У – дальнее радиолокационное обнаружение и управление

ЖТ – жаровая труба

ИКАО – международная организация гражданской авиации

КС – камера сгорания

КПА – коробка приводов агрегатов

КПД – коэффициент полезного действия

КНД – компрессор низкого давления

КВД – компрессор высокого давления

ЛА – летательный аппарат

НА – направляющий аппарат

НК – неразрушающий контроль

ПП – промежуточный привод

ПЗС – прибор с зарядовой связью

РК – рабочее колесо

РЛД – радиолокационный датчик

СА – сопловой аппарат

САУ – система автоматического управления

СВЧ – сверхвысокая частота

САУРЗ – система активного управления радиальными зазорами

ТД – техническая диагностика

ТО – техническое обслуживание

ТУ – технические условия

ТО и Р – техническое обслуживание и ремонт

ТНД – турбина низкого давления

ТВД – турбина высокого давления

ТРДД – турбореактивный двигатель двухконтурный

ФУ – фронтовое устройство

AMM – руководство по технической эксплуатации

AEW & C – бортовая система раннего обнаружения и управления

CFMI – совместное предприятие «коммерческие вентиляторные моторы»

CAEP/6 – стандарт, установленный комитетом по охране окружающей среды

DAC – двузонная кольцевая камера сгорания

DGAC – комитет, устанавливающий стандарты по перевозке опасных грузов

EPA – агентство по защите окружающей среды

ETOPS – стандарт, устанавливающий нормы и требования к выполнению полётов

на двухмоторном самолёте

FAA – федеральное управление гражданской авиации

FADEC – цифровая система управления двигателем с полной ответственностью

VBV – регулируемый клапан перепуска воздуха

ICAO – международная организация гражданской авиации

SAC – однозонная кольцевая камера сгорания

TAPS – камера сгорания с предварительным смешением

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение……………………………………………………………………………….8

1.Семейство авиационных газотурбинных двигателей CFM56…………………...10

1.1. История возникновения семейства двигателей CFM56….…………………11

1.2. История развития и настоящее положение авиадвигателей семейства

CFM56 на мировом рынке...………………………………………………….13

1.2.1. Двигатель CFM56-2……………………..……………………………...13

1.2.2. Двигатель CFM56-3…………………………………………………….15

1.2.3. Двигатель CFM56-5A…………………………………………………..17

1.2.4. Двигатель CFM56-5B…………………………………………………..18

1.2.5. Двигатель CFM56-5C…………………………………………………..19

1.2.6. Двигатель CFM56-7B…………………………………………………..20

1.3. Общие и отличительные особенности конструкции двигателей семейства

CFM56. Назначение и эксплуатационно-технические характеристики…...22

1.3.1. Двигатель CFM56-2……………………..……………………………...26

1.3.2. Двигатель CFM56-3…………………………………………………….27

1.3.3. Двигатель CFM56-5A…………………………………………………..28

1.3.4. Двигатель CFM56-5B…………………………………………………..30

1.3.5. Двигатель CFM56-5C…………………………………………………..32

1.3.6. Двигатель CFM56-7B…………………………………………………..33

1.4. Конструкция двигателя CFM56-5B….……………………………………….35

1.4.1. Общее представление о двигателе CFM56-5B/2P……………………35

1.4.2. Главный модуль вентилятора………………………………………….36

1.4.3. Главный модуль газогенератора……………………..………………..41

1.4.4. Главный модуль турбины низкого давления…………………………45

1.4.5. Главный модуль вспомогательного привода…………………………46

1.4.6. Опоры роторов………………………………….………………………48

1.4.7. Смотровые порты………………………………………………………49

1.4.8. Дренажная система……………………………………………………..51

1.5. Программа TECH56……………………………………………………………53

1.5.1. Цели и организация работ по программе TECH56…………………..53

1.5.2. Результаты работ по программе TECH56…………..………………...54

2. Техническая эксплуатация авиационных газотурбинных двигателей семейства

CFM56……………………………………………………………………………….64

2.1. Условия работы и факторы, влияющие на техническое состояние

двигателя………………………………………………………………………64

2.2. Виды технического состояния двигателя…………………….........................67

2.3. Стратегия программы ТО и Р, применяемая к двигателям семейства

CFM56………………………………………………………………………….68

2.4. Проблемы, возникающие при эксплуатации «по состоянию»………...........69

3. Характерные повреждения авиационных газотурбинных двигателей семейства

CFM56……………………………………………………………………………….71

3.1.Типичные повреждения элементов конструкции ……………….…………..71

3.2. Распределение и характер повреждений элементов конструкции ГТД по

системам и узлам и их причины возникновения……………………………72

3.2.1. Компрессор……………………………………………………………..72

3.2.2. Камера сгорания и топливные форсунки……………………………..79

3.2.3. Турбина………………………………………………………………….82

3.2.4. Подшипники опор роторов…………………………………………….85

3.2.5. Детали приводов………………………………………………………..88

3.2.6. Трубопроводы…………………………………………………………..88

3.3. Последствия повреждений элементов конструкции ………...……………...89

4. Методы, средства диагностирования технического состояния, применяемые в

настоящее время в эксплуатации авиационных газотурбинных двигателей

семейства CFM56………………………………………………………………….90

4.1. Диагностирование по изменению рабочих параметров…………………….91

4.2. Визуально-оптический метод диагностирования……………………………92

4.3. Диагностирование по наличию продуктов износа в масле…………………97

4.4. Диагностирование по концентрации продуктов износа в масле…………...98

4.5. Диагностирование по параметрам вибрации……………………………….101

5. Перспективный метод регистрации повреждений элементов проточной части

авиационных газотурбинных двигателей семейства CFM56…………..……..103

5.1. Обнаружение дефектов роторных лопаток…………………………………105

5.2. Определение частот вращения роторов двухвального двигателя………...107

5.3. Вибрации роторных лопаток………………………………………………...108

5.4. Измерение радиальных зазоров…………………………………………......109

5.5. Прохождение через проточную часть посторонних предметов…………..113

Выводы и рекомендации…………………………………………………………….114

Список использованной литературы……………………………………………….117

Приложения…………………………………………………………………………..119

ВВЕДЕНИЕ

Современная концепция развития авиационных двигателей во многом определяется требованием заказчиков к качественному сокращению (в два-три раза) стоимости их жизненного цикла. Одним из главных факторов, определяющих успех в достижении этой цели, является практическая реализация системы диагностики нового поколения. Стержневым элементом этой системы является комплексная информационная структура на базе сетевой технологии [5].

В определённой степени тенденция развития систем диагностики двигателей передовых зарубежных фирм идёт в указанном направлении. Наблюдается широкое применение Интернета и системы ACARS для передачи в реальном времени контролируемых на двигателе параметров в удалённый диагностический центр, где принимаются решения о возможности дальнейшей эксплуатации двигателя и его ремонте.

Большие финансовые средства, затрачиваемые зарубежными компаниями на разработку, доводку и испытания авиадвигателей, обеспечивают им высокие показатели надёжности и существенным образом снижают затраты на обслуживание. Как казалось бы, вопрос о приоритетном развитии средств диагностики для них не стоит так остро. Тем не менее, за рубежом наблюдается интенсивный рост инвестиций в разработку новых диагностических средств. Это объясняется высокими требованиями заказчиков к ресурсным характеристикам новых и серийно эксплуатируемых двигателей, а также к обеспечению их эксплуатации по техническому состоянию.

Ставятся задачи перехода на более прогрессивную стратегию эксплуатации с прогнозом надёжности, которая допускает возможность эксплуатировать двигатель с повреждениями основных деталей (например, с трещинами в дисках) при достоверном непрерывном контроле и абсолютном недопущении превышения критического размера дефекта. Указанная проблема может быть решена только посредством разработки и внедрения новых эффективных средств диагностирования и прогнозирования технического состояния авиадвигателей.

Из вышесказанного следует сделать вывод, что требования заказчиков к существенному снижению стоимости обслуживания авиадвигателей в эксплуатации и повышению времени работы двигателя без съёма с крыла обусловливает необходимость в разработке и внедрении новых прогрессивных методов диагностики технического состояния. Система диагностирования нового поколения должна характеризоваться наличием сетевой информационной структуры (Интернет) и новых нетрадиционных средств обнаружения дефектов и повреждений.

Объектом исследования дипломной работы является семейство авиационных газотурбинных двигателей CFM56. Для того чтобы ответить на вопрос – «Почему двигатели семейства CFM56 нуждаются в использовании прогрессивных методов и средств диагностики?», – рассмотрим эксплуатационные характеристики двигателей семейства, определим их слабые и потенциально сильные стороны.