книги / Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок. Вопросы и задачи
.pdf5.10.Почему упругодемпферная опора, представленная на рис. 5.1, не предназначена для передачи осевых усилий?
5.11.Может ли упругодемпферная опора, представленная на рис. 5.2,
передавать осевые усилия? Если да, то каким образом, если нет - почему?
5.12.В конструкции турбины, представленной на рис. Б. 10, укажите уп ругодемпферные опоры и поясните принцип их работы.
5.13.Приведите схему и поясните принцип работы гидродинамической демпферной опоры. Является ли гидродинамическая демпферная опора уп ругой? Почему?
5.14.Определите тип опор и дайте их краткую характеристику в конст
рукциях, указанных в табл. 5.1.
|
|
|
Таблица 5.1 |
|
Вари |
Опора |
Рисунок |
Пози |
Стра |
ант |
|
|
ция |
ница |
1 |
Задняя опора компрессора |
Б.5 |
11 |
107 |
2 |
Передняя опора компрессора |
Б.5 |
12 |
107 |
3 |
Передняя опора КНД |
Б.1 |
15 |
103 |
4 |
Задняя опора КНД |
Б.1 |
16 |
103 |
5 |
Передняя опора КВД |
Б.З |
12 |
105 |
6 |
Задняя опора КВД |
Б.З |
13 |
105 |
7 |
Передняя опора компрессора |
Б.4 |
14 |
106 |
8 |
Задняя опора компрессора |
Б.4 |
15 |
106 |
9 |
Задняя опора КНД |
Б.6 |
3 |
108 |
10 |
Опора КВД |
Б.6 |
12 |
108 |
11 |
Передняя опора КНД |
Б.6 |
13 |
108 |
12 |
Передняя опора КВД |
Б.2 |
23 |
104 |
13 |
Задняя опора КВД |
Б.2 |
17 |
104 |
14 |
Задняя опора турбины |
Б.9 |
1 |
i n |
15 |
Задняя опора турбины высокого |
Б.7 |
5 |
109 |
16 |
давления |
Б.7 |
6 |
109 |
Задняя опора турбины низкого |
||||
17 |
давления |
Б.8 |
2 |
110 |
Опора турбины газогенератора |
||||
18 |
Передняя опора свободной тур |
Б.8 |
1 |
п о |
|
бины |
|
3 |
|
19 |
Задняя опора свободной турбины |
Б.8 |
110 |
|
20 |
Передняя опора силовой турби |
Б.10 |
9 |
112 |
21 |
ны |
Б.10 |
1,4 |
112 |
Задняя опора силовой турбины |
5.15. Поясните назначение колец в конструкциях, показанных на рис. Б.З (поз. 9,10), на рис. Б.2 (поз. 14) и на рис. Б.4 (поз. 12,13).
5.16.Назовите конструктивные элементы и мероприятия, обеспечиваю щие уплотнение масляных полостей в опорах ГТД.
5.17.Сравните достоинства и недостатки контактных и бесконтактных
уплотнений масляных полостей.
5.18.Поясните назначение конического элемента на лабиринтном коль це в конструкции уплотнения масляной полости (см. рис. Б.2, поз. 6).
5.19.Поясните принцип работы маслосгонной резьбы.
5.20.С какой целью межлабиринтное пространство в конструкции, по казанной на рис. Б.2, поз. 3, надувается воздухом повышенного давления?
5.21.С какой целью осуществляется суфлирование масляных полостей?
5.22.Почему при смазке подшипников масло впрыскивается на внут реннюю обойму подшипника, а не на наружную (см. рис. Б.2, поз. 7; рис. Б.1.
поз. 8, рис. Б.8, поз 10,11)7 5.23. Поясните необходимость применения шарикового (поз. 1) и роли
кового (поз. 4) подшипника в конструкции задней опоры турбины, представ ленной на рис. Б. 10.
Камеры сгорания
5.24.Приведите основные схемы камер сгорания ГТД. Дайте их сравни тельную оценку.
5.25.Перечислите требования к камерам сгорания, связанные с надеж
ностью турбины.
5.26.Назовите основные элементы камер сгорания ГТД и поясните их назначение.
5.27.Какие элементы камер сгорания входят в силовую схему двигате
ля?
5.28.Какие нагрузки действуют на внутренний и наружный кожухи ка меры сгорания? Какие они могут вызвать повреждения?
5.29.Назовите основные типы диффузоров камер сгорания, поясните принцип их действия, сравните достоинства и недостатки.
5.30.Назовите основные типы фронтовых устройств жаровых труб, по ясните принцип их действия, сравните достоинства и недостатки.
5.31.Каким образом в конструкции крепления жаровых труб и газосборников обеспечивается свобода теплового расширения и фиксация?
5.32.Каким образом обеспечивается охлаждение жаровых труб и газосборников?
5.33.Каким образом обеспечивается заданная максимальная величина и распределение температур на выходе из камеры сгорания?
5.34.С какой целью внутренняя поверхность жаровых труб покрывается
эмалью?
5.35.Поясните причины появления трещин в отверстиях подвода вто ричного воздуха в жаровой трубе. Какие мероприятия можно предложить для исключения этого дефекта?
5.36.Какие вредные вещества выделяются в процессе горения топлива в камере сгорания? Перечислите и поясните способы снижения эмиссии вред ных веществ.
5.37.Поясните назначение отверстий в жаровой трубе камеры сгорания, показанной на рис. 5.3 (поз. 3).
Рис. 5.4. Камера сгорания трубчато-кольцевого типа
5.38.Поясните принцип работы фронтового устройства камеры сгора ния, показанной на рис. 5.3, поз. 2.
5.39.Назовите типы диффузоров камер сгорания, показанных на рис. 5.3
и5.4. Поясните принцип их работы.
5.40. Поясните способ фиксации жаровых труб в камере сгорания, пока занной на рис. 5.3.
5.41.Поясните назначение прорезей (рис. 5.4, поз./).
5.42.Поясните назначение элементов жаровой трубы, показанных на
рис. 5.4, поз. 2.
5.43. С какой целью соединение секций жаровой трубы выполнено через гофрированное кольцо (рис. 5.3, поз. /)?
Форсажные камеры
5.44.Назовите основные элементы форсажной камеры, поясните их на
значение.
5.45.Поясните принцип действия фронтового устройства форсажной камеры, представленной на рис. 5.5.
1 2
Рис. 5.5. Форсажная камера сгорания ТРДДф
5.46.С какой целью крепление фронтового устройства форсажной каме ры выполняется на шарнирных тягах (рис. 5.5, поз. 7,2)?
5.47.Почему система подвода топлива в форсажную камеру выполняет ся многоколлекторной?
5.48.С какой целью устройство подачи топлива имеет эшелонированное расположение форсунок (рис. 5.5, поз. 3)?
5.49.Назовите способы розжига форсажных камер, поясните их принцип действия, области применения.
5.50.Поясните назначение экранов (поз. 4, 5) в конструкции жаровой трубы, показанной на рис. 5.5.
5.51.Каким образом организовано охлаждение корпуса форсажной ка меры, показанной на рис. 5.5?
5.52.С какой целью теплозащитные экраны форсажных камер выпол няются гофрированными?
5.53.Поясните назначение отверстий перфорации в теплозащитных эк
ранах форсажных камер.
5.54. Поясните способ розжига форсажной камеры с помощью огневой дорожки.
6. СТАТИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ РАБОЧИХ ЛОПАТОК ГТД
Краткие сведения из теории
В рамках стержневой модели напряженное состояние профильной части рабочих лопаток турбины и компрессора считается одноосным. Суммарное напряжение представляет собой сумму напряжений растяжения от цен тробежных сил ар и напряжений изгиба от газодинамических сил аи г. Кроме того, при наличии выносов центров тяжести поперечных сечений в профиль ной части лопатки возникают напряжения изгиба от центробежных сил аи ц. При неравномерном нагреве пера лопатки появляются температурные на пряжения О/ .
Центробежная сила, действующая в произвольном сечении пера лопатки с радиусом R , определяется как
*2 |
|
Pa(R) = pa>2 fFrdr, |
(6.1) |
R
где р - плотность материала, со - круговая частота вращения ротора, осталь
ные обозначения приведены на рис. 6.1.
г
ЛРп
х
Рис. 6.1. К расчету напряжений в профильной части лопатки
При наличии на радиусе Rn бандажной или антивибрационной полки объемом Vn возникает дополнительная центробежная сила:
^ц.п =Р“ 2^пЛп' |
(6.2) |
В произвольном сечении с радиусом R напряжения растяжения:
рю |
\F{r)r6r +RttVn |
(6.3) |
|
а в(*)= F(R) |
|||
|
|
||
В лопатке постоянного поперечного сечения F |
|
||
|
R l - R 2 R V |
|
|
о.(Л ) = рсо^ |
1________J iVnr п |
(6.4) |
|
|
|||
Второе слагаемое в квадратных скобках в (6.3) и (6.4) относится к сече |
|||
ниям, расположенным на радиусах R<Rn. |
|
||
В корневом сечении такой лопатки при отсутствии полки |
|
||
<*Р1=pUcP |
(6.5) |
||
|
*ср |
|
где h -длина лопатки; R ^ - средний радиус.
Интенсивность газодинамической нагрузки на лопатку определяется как
|
Сг |
|
(6.6) |
|
а д = - |
|
|
|
Z (R2 ~ R ,) л ср |
|
|
где Gr - |
секундный расход газа; р ь р2 |
- давление газа перед и за лопаткой; |
|
С]а, Сга - |
осевые составляющие скорости; C\w С2 и ~ окружные составляющие |
||
скорости; Z - число лопаток. |
|
|
|
Изгибающие моменты от газодинамической нагрузки: |
|
||
|
R |
R |
|
|
M Tx (R) = - j p u(r -R )dr; |
M ry(R) =- j p a(r-R }ir. |
(6.7) |
|
R |
R |
|
Изгибающие моменты от центробежных сил М \ и M Uy, действующие в сечении на радиусе R при наличии выносов центров тяжести сечений xf(R) и yi(R), определяются как
R2 |
R2 |
|
At* = рсо2 J(y/? - у,г)/ч1г; My(R) = -р©2 J(x - xf)Frdr. |
(6.8) |
|
R |
R |
|
При наличии на радиусе Rn бандажной или антивибрационной полки объемом V„ и выносами центра тяжести хпи у п при R<R„ возникает дополни тельный изгибающий момент от центробежных сил:
Вопросы и задачи
6.1.Какие силовые факторы действуют на рабочие лопатки?
6.2.Какие силовые факторы действуют на направляющие лопатки?
6.3.Какие виды деформации испытывает рабочая лопатка?
6.4.Какие виды деформации испытывает направляющая лопатка?
6.5.Определите напряжения растяжения в корневом сечении рабочей лопатки постоянного по длине сечения при следующих параметрах: Я\ = 250 мм, Яг = 290 мм, р = 8,1 г/см3, п = 12 000 об/мин. (Ответ: 138,1 МПа.)
6.6.Определите напряжения растяжения в корневом сечении рабочей лопатки постоянного по длине сечения при параметрах, приведенных в табл 6.1.
Вари- |
Я\ |
Яг |
Г / ^ |
л, |
Вари- |
ант |
мм |
об/мин |
ант |
||
1 |
200 |
250 |
4,5 |
15000 |
13 |
2 |
250 |
290 |
4,5 |
12000 |
14 |
3 |
220 |
280 |
4,5 |
11000 |
15 |
4 |
180 |
380 |
4,5 |
7500 |
16 |
5 |
200 |
380 |
2,75 |
8000 |
17 |
6 |
220 |
400 |
2,75 |
7500 |
18 |
7 |
230 |
420 |
4,5 |
7500 |
19 |
8 |
180 |
220 |
2,75 |
15000 |
20 |
9 |
240 |
280 |
7,9 |
10000 |
21 |
10 |
245 |
285 |
4,5 |
11000 |
22 |
И |
170 |
210 |
7,9 |
13000 |
23 |
12 |
250 |
290 |
7,9 |
12000 |
24 |
>3 |
го |
мм |
|
270 |
350 |
280 |
340 |
290 |
350 |
290 |
350 |
260 |
370 |
270 |
350 |
230 |
380 |
220 |
400 |
210 |
370 |
360 |
545 |
370 |
510 |
360 |
540 |
Таблица 6.1
р) 3 |
л, |
г/см |
об/мин |
8,2 |
11000 |
8,8 |
10000 |
7,9 |
12000 |
8,8 |
12000 |
7,9 |
11000 |
7,9 |
13000 |
7,9 |
7500 |
7,9 |
7000 |
7,9 |
7500 |
7,9 |
6000 |
7,9 |
6500 |
7,9 |
6300 |
6.7. В каком соотношении находятся напряжения растяжения в корне вом сечении геометрически одинаковых рабочих лопатках компрессора, из готовленных из стали (р = 7,9 г/см3), титанового сплава (р = 4,5 г/см3) и алю миниевого сплава (р = 2,75 г/см3)?(Ответ: 1:0,57:0,35.)
6.8. В каком соотношении находятся запасы прочности (при учете толь ко напряжений растяжения от центробежных сил) в геометрически одинако вых рабочих лопатках компрессора, изготовленных из стали (р = 7,9 г/см адл = 1350 МПа); титанового сплава (р = 4,5 г/см3 , a ^ = 1050 МПа); алюми ниевого сплава (р = 2,75 г/см3, сУд,= 490 МПа)?(Ответ: 1:1,36:1,04.)
6.9. В каком соотношении находятся напряжения растяжения от цен тробежных сил в рабочей лопатке турбины на взлетном режиме (12 000 об/мин), номинальном режиме (10 800 об/мин) и режиме малого газа (8000
об/мин)? (Ответ: 1:0,81:0,45.)
6.10.Как изменятся напряжения растяжения в рабочей лопатке постоян ного сечения, если изменить площади поперечного сечения на всех радиусах
вк раз?
6.11.Определите напряжения растяжения в корневом сечении рабочей
лопатки турбины с неизменной по длине площадью |
поперечного сечения |
при окружной скорости среднего сечения лопатки |
300 м/с (Я, = 290 мм, |
R2 = 405 мм, р = 8,1 г/см3). (Ответ: 241,3 МПа.) |
|
6.12. Построите эпюру распределения напряжений растяжения по длине лопатки и в корневом сечении от центробежных сил в рабочей лопатке по стоянного по длине сечения при п - 12 000 об/мин, R l = 290 мм, R2= 405 мм,
р= 8,1 г/см3.
6.13.Постройте эпюру распределения напряжений растяжения по длине лопатки от центробежных сил в рабочей лопатке постоянного по длине сече ния F= 1 см2 при п = 12 000 об/мин, R\ = 290 мм, R2= 405 мм, р = 8,1 г/см3 с полкой массой 5 г в сечении, расположенном на радиусе 370 мм.
6.14.Как изменится напряжение растяжения в корневом сечении рабо чей лопатки турбины при введении бандажной полки массой 5 г в перифе
рийном сечении? Принять п = 15 000 об/мин, R2 = 255 мм, F = 1,5 см2
(Ответ: увеличится на 21 МПа.)
6.15. Определите интенсивность газодинамической нагрузки на лопатки раи р и ъ среднем сечении и изгибающие моменты в корневом сечении (счи тайте интенсивность нагрузки постоянной по длине лопатки) при следующих исходных данных: R\ = 270 мм, R2 = 364 мм, С\а = 240 м/с, =189 м/с, Си =-276 м/с, С2и =30 м/с, Р, = 0,293 МПа, Р2 = 0,249 МПа, G = 96 кг/с, z = = 81. (Ответ: ра = 1725 Н/м, р и = -3858 Н/м , Мх = 17,045 Н м , Му = 7,621 Нм.)
6.16. Определите интенсивность газодинамической нагрузки на лопатки раи р и в среднем сечении и изгибающие моменты в корневом сечении (счи тайте интенсивность нагрузки постоянной по длине лопатки) при исходных данных, приведенных в табл. 6.2.
|
|
|
|
|
|
|
______ Таблица 6.2 |
|
||
Вари- |
я. |
Яг |
С,а |
Съа |
С\и |
с 2и |
Pi |
Рг |
G, |
Z |
ант |
мм |
|
|
м/с |
|
Па |
|
кг/с |
49 |
|
1 |
175 |
311 |
187 |
186 |
-74 |
-171 |
247 500 |
318 500 |
73 |
|
2 |
185 |
295 |
142 |
140 |
-84 |
-169 |
116 200 |
146 400 |
27 |
43 |
3 |
408 |
571 |
156 |
164 |
-288 |
-95 |
318 400 |
243 200 |
79 |
71 |
4 |
390 |
520 |
190 |
193 |
-285 |
94 |
309 200 |
244 000 |
80 |
67! |
5 |
202 |
306 |
152 |
150 -102 -193 |
232 300 |
296 100 |
71 |
41 |
||
6 |
260 |
362 |
201 |
203 |
-311 |
12 |
172 900 |
150 200 |
29 |
83 |
7 |
220 |
360 |
174 |
171 |
-90 |
-196 |
156 400 |
214 700 |
55 |
43 |
8 |
302 |
352 |
146 |
188 |
-439 |
-93 |
2 072 800 |
1488 400 |
72 |
83 |