книги / Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок. Т. 5 Автоматика и регулирование авиационных двигателей и энергетических установок

5.4. Работа локальных ВС

Подвод воздуха в полость Б также производит­ ся из полости корпуса КС или исключительно че­ рез отверстия 1 в корпусе КС (см. рис. 5.7, а), или с дополнительной линией 2, в которой может про­ изводиться регулирование расхода (см. рис.5.7, б), или дополнительное охлаждение воздуха (см. рис. 5.7, в).

Подвод воздуха в полость В осуществляется или от подходящей средней ступени компрессора (см. рис. 5.8, а, б), или из залабиринтной полости К (см. рис. 5.8, в).

Подвод воздуха в полость Г, в зависимости от силовой схемы двигателя, может производиться или из полости Б (см. рис. 5.9, а), или от подходя­ щей средней ступени компрессора по межвальной полости (см. рис. 5.9, б), или от подходящей сред­

А

Рис. 5 .6 . С хем а подвода воздуха на охлаж дение 1СА Т В Д А , А 1 - полости подвода воздуха

ней ступени компрессора через стойки межтурбин­ ной опоры (см. рис. 5.9, в).

Полость Д в большинстве случаев наддувается утечками из системы охлаждения турбины и систе­ мы наддува и охлаждения опор, поступающими из смежных полостей двигателя (см. рис. 5.10, 5.11, 5.12).

Турбина ТРДД ПС-90А охлаждается воздухом, отбор которого производится от подпорных ступе­ ней, а также от 7-й и 13-й ступеней КВД. Воздух от подпорных ступеней поступает на охлаждение ротора ТНД. Подвод воздуха к ротору осуществ­ ляется по каналам в стойках задней опоры, сброс происходит в ГВТ за 6-й ступенью турбины.

Воздухом от 7-й ступени КВД осуществляется охлаждение рабочих и сопловых лопаток 2-й сту­ пени ТВД, а также дисков ротора ТВД. В трубоп­ роводах подвода воздуха на охлаждение рабочих лопаток 2-й ступени ТВД, а также дисков ротора ТВД предусмотрены специальные заслонки 1 для регулирования расхода этого воздуха.

Воздухом от 13-й ступени КВД осуществляет­ ся охлаждение сопловых и рабочих лопаток 1-й ступени ТВД. Подвод воздуха в полость Б на вход в аппарат закрутки осуществляется через отверстия 2 в кожухе внутреннем диффузора КС, а также по трубопроводам с заслонками 3, предназначенными для регулирования расхода этого воздуха. Сброс утечек воздуха из системы охлаждения ТВД осу­ ществляется в полость Е, расположенную между роторами ТВД и ТНД, а также в полость Ж вала ро­ тора низкого давления.

а

Воздух от последней ступени КВД

Рис. 5.7. Варианты схемы подвода воздуха на охлаж дение РЛ 1 ступени ТВД:

а - через отверстия в корпусе КС; б - через отверстия в корпусе КС и дополнительную линию с регулированием расхода воздуха; в - через отверстия в корпусе КС и дополнительную линию с охлаж дением воздуха;

1 - отверстие в корпусе КС; 2 - дополнительная линия; 3 - заслонка; 4 - воздухо-воздуш ны й теплообм енник; Б - полость п еред аппаратом закрутки

121

Глава 5. Воздушные системы ГТД

5.4.2. ВС наддува и охлаждения опор

Среди множества факторов, определяющих ра­ ботоспособность опор ГТД, особое место занима­ ют те, что обусловлены физическими параметрами сред, находящихся как внутри, так и снаружи мас­ ляных полостей опор. Например, давление воздуха снаружи опоры должно быть достаточным для на­ дежного «запирания» зазоров в подвижных уплот­ нениях масляных полостей на всех режимах рабо­ ты двигателя. В то же время, это давление не должно быть чрезмерно большим, так как это может стать причиной повышенного расхода воздуха, поступа­ ющего в масляную полость, что в свою очередь мо­ жет стать причиной недопустимого повышения дав­ ления в системе суфлирования двигателя, а также интенсивного насыщения масла водяными парами, вспенивания, окисления масла и т.д. (Вопросы, свя­ занные с конструкцией и работой систем смазки

исуфлирования подробно изложены в главе 6). Температура воздуха, поступающего в масля­

ные полости, не должна превышать предельно-до­ пустимую по характеристикам термостабильнос­ ти масла, а также по условиям предотвращения самовоспламенения масловоздушной смеси внут­ ри масляных полостей опор.

По упомянутой причине также должна быть ограничена и температура омываемых маслом по­ верхностей деталей опор, в том числе внутренних поверхностей стенок масляных полостей. Для со­ временных синтетических авиационных масел тем­ пература омываемых маслом поверхностей дета­ лей опор не должна превышать 200...250° С.

Очевидно, что эти ограничения применимы ко всем опорам вне зависимости от их места распо­ ложения на двигателе. В то же время зоны распо­ ложения опор в различных сечениях двигателя ха­ рактеризуются существенно разными внешними (по отношению к опорам) условиями. Эти условия,

восновном, определяются параметрами воздуха или газа в примыкающих к опоре полостях двига­ теля, а также температурой деталей находящихся

внепосредственной близости от опоры (дисков, ва­ лов, корпусов, силовых элементов и т.д.). В усло­ виях реальных ГТД осуществить наддув уплотне­ ний и охлаждение опор воздухом из смежных воздушных полостей, как правило, не представля­ ется возможным по причине или слишком низких или слишком высоких значений давления и темпе­ ратуры последнего. Это приводит к необходимос­ ти введения в конструкцию двигателя специальной ВС наддува и охлаждения опор.

5.4.2.1.Работа ВС наддува и охлаждения опор

ВС наддува и охлаждения опор в работе тесно связана с системами смазки и суфлирования ГТД

(см. главу 6). Рассмотрим их совместную работу на примере типичной отдельно взятой опоры, на­ пример, передней опоры ротора компрессора (см. рис. 5.13).

Масляная полость М рассматриваемой опоры образована оболочкой 1 и внешней поверхностью вала 2 с установленными на них элементами под­ вижного уплотнения (для определенности примем, что это будет щелевое лабиринтное уплотнение). Наддув уплотнения осуществляется непосредствен­ но из окружающей опору воздушной полости Н.

Воздух, поступающий в масляную полость М из полости Н через зазор в уплотнении (поток «а»), смешивается с находящимися в масляной полости парами и аэрозолями масла, образуя мас­ ловоздушную смесь. Далее уже в составе масло­ воздушной смеси воздух покидает масляную по­ лость по двум путям: через канал суфлирования (поток «б») и через канал откачки (поток «в»), причем большая часть воздуха уходит через ка­ нал суфлирования.

Воздух (поток «б»), движущийся по каналу суф­ лирования поступает в полость С (обычно это по­ лость принадлежит входному или разделительно­ му корпусу ГТД), которая сообщается с атмосферой через центробежный суфлер 3.

Воздух (поток «в»), уходящий из полости опо­ ры с откачиваемым маслом, также направляется

вполость С, однако, прежде чем попасть в эту полость он предварительно отделяется от масла

вцентробежном воздухоотделителе 4. В полости

Спроисходит объединение потоков («б» и «в») один общий поток, который затем направляется на вход в центробежный суфлер 3. В крыльчатке суф­ лера воздух освобождается от жидко-капельных фракций масла и по трубопроводу суфлирования 5 в общем потоке «г» вместе с парами масла отво­ дится за пределы двигателя.

Вприведенном выше описании мы приняли, что наддув уплотнения опоры производится из воздуш­ ной полости Н, т.е., по существу, непосредственно из окружающей среды. На практике это будет яв­ ляться допустимым (учитывая ранее приведенные требования к наддуву уплотнений опор) лишь при выполнении следующих условий:

1.рассматриваемая опора будет расположена в «холодной» зоне двигателя, т.е. ожидаемая тем­ пература воздуха в полости Н расположения опо­ ры будет ниже предельно-допустимой по условиям термостабильности масла, а внешний теплоподвод к опоре будет отсутствовать,

2.давление воздуха в полости Н будет являться приемлемым для обеспечения перепада на уплот­ нении в пределах, допустимых по условиям гер­ метизации и ограничения максимального расхода воздуха через уплотнение.

124

Глава 5. Воздушные системы ГТД

таточную герметизацию масляной полости даже при некотором «отрицательном» перепаде между воз­ душной и масляной полостями. (Вопросы, связан­ ные с особенностями конструкции и принципами работы различных типов уплотнений достаточно подробно отражены в специальной литературе, например [5.11]).

5.4.2.2. Типы ВС наддува и охлаждения опор

Напомним, что при построении схем систем наддува и охлаждения опор определяющими фак­ торами являются:

-рабочее давление масловоздушной смеси

вмасляной полости опоры, обусловленное кон­ струкцией маслосистемы,

-предельно-допустимая по характеристикам термо стабильности масла температура воздуха, поступающего в масляные полости,

-предельно-допустимая по характеристикам термостабильности масла температура омываемых маслом поверхностей деталей опор,

-температура воздуха или газа в полости дви­ гателя, в которой расположена опора, а также тем­ пература деталей, находящихся в непосредствен­ ной близости от опоры (дисков, валов, корпусов, силовых элементов и т.д.),

-давление воздуха или газа в полости двигате­ ля, в которой расположена опора.

-тип уплотнения масляной полости, обуслов­ ленный конструкцией опоры.

Существуют три основных типа схем наддува

иохлаждения отдельных опор ГТД:

Тип 1 - схема с наддувом уплотнений непосред­ ственно из воздушной полости двигателя, в кото­ рой расположена опора (см. рис. 5.16, а).

Эта схема уже была рассмотрена выше (см. рис. 5.13). Схема может применяться для неохлаждаемых «холодных» опор (т.е. для опор, располо­ женных в полостях, с температурой воздуха ниже предельно-допустимой по условиям термостабиль­ ности масла и при отсутствии находящихся в непос­ редственной близости от опоры «горячих» деталей) и только при условии обеспечения допустимого для принятого типа уплотнения диапазона перепадов давления.

Тип 2 - схема с наддувом уплотнений из специ­ ально организованной т.н. полости наддува, в ко­ торую подводится воздух с необходимыми для осу­ ществления наддува уплотнений и охлаждения опоры параметрами (см. рис. 5.16, б). Воздух для этих целей отбирается от соответствующей ступе­ ни компрессора. При необходимости может про­ изводиться изменение параметров этого воздуха путем его дросселирования, охлаждения и т.п. На­ ходят применение также схемы управления пара­

метрами упомянутого воздуха способом переклю­ чения ступеней отбора. Эта схема может применять­ ся как для неохлаждаемых, так и для охлаждаемых «горячих» опор при условии, что давление воздуха

вполости двигателя, где располагается опора, мень­ ше давления в масляной полости и в полости над­ дува. Давление воздуха в полости наддува, как и первом варианте, выбирается из условия обеспе­ чения допустимого для принятого типа уплотнения диапазона перепадов давления. При этом темпера­ тура и расход воздуха в полости наддува для охлаж­ даемых опор определяется из условий ограничения максимальной температуры омываемых маслом деталей опоры, а также ограничения максимальной температуры воздуха, поступающего в масляную полость.

Тип 3 - схема с наддувом уплотнений из полос­ ти наддува, в которую, как и в схеме второго типа, подводится воздух с параметрами, необходимыми для осуществления наддува уплотнений и охлаж­ дения опоры, отличающаяся тем, что между поло­ стью наддува и полостью двигателя, где распола­ гается опора находится дополнительная, так называемая дренажная полость, в которой поддер­ живается давление, меньшее, чем в первых двух по­ лостях (см. рис. 5.16, в). Дренажная полость обыч­ но сообщается с областями пониженного давления, например, с каналом наружного контура ТРДД или

сатмосферой. Эта схема может применяться как для неохлаждаемых, так и для охлаждаемых опор

вслучае, если давление воздуха в полости дви­ гателя, где располагается опора, превышает дав­ ление воздуха в полости наддува. В авиационных ГТД эта схема применяется, как правило, только для охлаждаемых опор.

Для повышения надежности системы наддува кроме описанных выше могут находить примене­ ние также схемы, в которых между полостью над­ дува и масляной полостью вводится дополнитель­ ная, так называемая предмасляная полость, предназначенная для сбора и отвода утечек масла из масляной полости, которые могут иметь место

вэкстремальных условиях работы двигателей оп­ ределенных типов. Описание этой схемы, а также некоторые принципиальные вопросы построения схем систем наддува уплотнений и охлаждения

опор авиационных ГТД представлены в [5.12], а также в других работах автора упомянутого ис­ точника.

5.4.2.3. Построение общей схемы ВС наддува и охлаждения опор

Варианты построения общей схемы системы над­ дува и охлаждения опор ГТД рассмотрим на приме­ ре условного ТРДФ с параметрами в ГВТ, расчет

128