Конструкция компрессоров ГТД. Статоры компрессоров

1. КОНСТРУКЦИЯ ДВИГАТЕЛЯ

ЛЕКЦИЯ 4
Конструкция компрессоров ГТД
Статоры компрессоров

2.

• Статор предназначен для размещения ротора, являясь его опорой,
восприятия и передачи действующих нагрузок, а также формирования
проточной части компрессора. В нем происходит преобразование
кинетической энергии потока в потенциальную энергию давления,
обеспечивается направление потока под нужным углом к лопаткам
рабочего колеса. На нем размещаются агрегаты, узлы крепления и
коммуникации.
• Специфические требования:
• высокая жесткость для сохранения радиальных зазоров;
• герметичность;
• локализация возможных разрушений ротора;
• удобство контроля состояния проточной части.
• Условия работы – такие же, как для компрессора в целом.

3.

• Основные нагрузки:
• газовые силы, возникающие на лопатках НА (осевая Ра составляющая
направлена вперед, окружная – Рu создает крутящий момент Мкр,
направленный в сторону вращения ротора компрессора) и силы,
действующие на корпус в виде перепада давления.
• инерционно-массовые силы;
• вибрационные нагрузки;
• нагрузки со стороны ротора и корпусов прилегающих элементов. В
частности, гироскопический момент «выворачивает» ротор из статора,
т.е. стремится повернуть ротор относительно статора в плоскости,
проходящей через ось компрессора.
• Основные элементы:
• корпусы;
• направляющие аппараты;
• элементы уплотнения проточной части.

4. Корпусы

В общем случае корпус осевого компрессора состоит из:
• переднего и заднего корпуса;
• корпуса направляющих аппаратов (НА);
• промежуточного корпуса (для ТРДД).
Передний и задний корпусы (их еще называют корпусы опор
ротора) предназначены для восприятия и передачи нагрузок,
действующих со стороны подшипников.
Они включают внутренние и наружные кольца, жестко соединенные
профилированными стойками или усиленными лопатками входных
(передний корпус) и направляющих, в некоторых конструкциях
спрямляющих (задний) аппаратов. Очень часто стойки выполняются
пустотелыми для размещения коммуникаций (трубок, жгутов, рессор и
т.п.). К внутреннему кольцу крепится силовой элемент (диафрагма),
соединенный с корпусом подшипника

5. Передний и задний корпусы компрессоров

6. Промежуточный корпус (в ТРДД) организует разделение потоков на внутренний и наружный контуры и включает наружные и внутренние

кольца, соединенные стойками, и разделитель потоков. На наружном
кольце располагается основной узел подвески двигателя к летательному
аппарату.
Корпус направляющих аппаратов служит для крепления лопаток НА,
осуществляет силовую связь между корпусами опор и образует
проточную часть. На нем размещаются агрегаты.
Одно из главных требований – большая жесткость. Для ее повышения
выполняются продольные и кольцевые наружные ребра жесткости.

7.

8. Для контроля состояния проточной части (лопаток РК и НА) на корпусе выполняются специальные окна или лючки, закрытые

легкосъемными
пробками.

9. Профессиональные видео эндоскопы оснащенные артикуляцией с возможностью поворота камеры на 360° и движения в 2 направлениях

10. Направляющие аппараты, способы их крепления

Направляющие аппараты (НА) представляют собой кольцевые решетки
профилированных лопаток и предназначены для направления потока
на вход в рабочее колесо под заданным углом и дальнейшего
повышения давления воздуха. Перед рабочим колесом первой
ступени (при необходимости) устанавливают входной направляющий
аппарат (ВНА), который обеспечивает предварительную закрутку
воздуха. На ряде конструкций компрессоров ВНА выполняются с
поворотными (регулируемыми) лопатками. За последней ступенью
компрессора с целью полной раскрутки воздушного потока часто
устанавливают спрямляющий аппарат, лопатки которого могут
выполняться сдвоенными.
В конструкциях компрессоров применяются консольные и рамные (с
двухсторонним закреплением) НА, основу которых составляют
лопатки. Крепление лопаток НА зависит от конструкции ротора и
корпусов НА.

11.

Лопатки НА могут крепиться непосредственно к корпусу НА или к
кольцам, секторам, устанавливаемым затем в корпус НА. Во всех
случаях лопатки крепятся одним из следующих способов: сваркой,
болтами, резьбовой цапфой, выполненной за одно с лопаткой,
установкой с натягом с помощью прямоугольного или
трапециевидного хвостовика лопатки, установкой Т – образных полок
в соответствующие пазы на корпусе и др.
В консольных НА могут использоваться следующие способы крепления:
• Каждая лопатка крепится болтом или резьбовой цапфой,
выполненной за одно целое с лопаткой
• Крепление в пазах корпуса, когда каждая лопатка, имеющая Тобразную полку, вставляется в паз корпуса через прорезь. После
вставки всех лопаток производится их фиксация от проворачивания
радиальными штифтами

12.

• Жесткое крепление лопаток к кольцам (секторам). Лопатки
вставляются в просечки, выполненные в кольце (секторе),
закрепляются с помощью сварки или пайкой и собранный сектор с
помощью Т-образной полки устанавливается между корпусом и
проставкой в соответствующие пазы.
• Лопатка крепится в корпусе путем установки с натягом с помощью
прямоугольного или трапециевидного хвостовика.
Консольное крепление лопаток чаще всего используется в конструкциях с
короткими лопатками.

13.

В случае двухстороннего (рамного) крепления лопатки скрепляются
кольцами (бандажами) по обоим концам. Внутренний бандаж
повышает жесткость и вибростойкость лопаток, а также участвует в
создании лабиринтного уплотнения ступени.
По внутреннему кольцу крепление может быть жестким (для «холодных»
ступеней) или свободным (для «горячих» ступеней), смотри рисунок
3.31. Подвижность конца лопатки в радиальном направлении
обеспечивает свободу взаимных температурных деформаций лопатки
и бандажа.
По наружному кольцу крепление выполняется аналогично консольному
креплению лопаток.

14.

ВНА и НА могут быть поворотными (регулируемыми).
Кольца поворота лопаток НА
ВНА
I НА
II НА

15.

16.

17.

Лопатки поворотных аппаратов крепятся по двухсторонней схеме или
консольно. На корпусе выполняют бобышки с антифрикционными
втулками (или полимерными вкладышами), а лопатки имеют цапфу.
Внутреннее кольцо для удобства монтажа лопаток выполняется
разрезным. Нижние (внутренние) цапфы лопаток выполняются
сферическими для уменьшения возможности зажима при
деформации и просадках лопаток.
Поворот лопаток и их синхронизация обеспечиваются поворотным
кольцом. Кольцо соединяется через рычаги (поводки) с наружными
цапфами лопаток

18. Уплотнение зазоров проточной части

Уплотнения предназначены для уменьшения перетекания воздуха через
зазоры из полостей повышенного давления в полости пониженного.
Основное требование – надежная работа при деформациях ротора и
статора.
Из возможных решений наиболее широко применяются лабиринтные
уплотнения, основу которых составляют гребешки. Лабиринтные
уплотнения используют для уплотнения межступенчатой проточной
части компрессора, для организации передней и задней разгрузочных
полостей, а в некоторых конструкциях - в качестве масляных
уплотнений.
Для сокращения длины лабиринтного уплотнения их располагают в
несколько ярусов или на конических поверхностях.

19.

За счет многократного дросселирования воздуха через лабиринтные
камеры происходит последовательное уменьшение перепада
давления между ними и снижение расхода воздуха через лабиринт.
Основные положения:
• Гребешки располагаются на вращающейся части, чтобы риски от
касания гребешков не приводили к существенной потере прочности.
Вращающаяся часть более нагружена.
• Размеры, углы наклона гребешков, форма кромки могут быть
различными. Предпочтительнее - заостренные кромки.
• Применяются двусторонние гребешки при больших деформациях
статора и ротора (рисунок 3.35).
• Встречаются конструкции, где обе части уплотнения выполняются на
вращающихся частях компрессора.
Уплотнение (уменьшение) радиального зазора над РК осуществляется с
помощью вставок с мягким легко прирабатываемым покрытием,
которое выполняется на основе талька, графита, алюминиевой пудры.
Возможность задевания лопатками РК о корпус появляется, прежде
всего, при выключении двигателя, когда корпус “садится” на лопатки
ротора.

20.

Износ и нагрев гребешков, а также заклинивание ротора предотвращают
нанесением легко изнашиваемого покрытия на ответную часть, или
выполняют на ней вставку сотовой конструкции. Наличие покрытия
или сотовой конструкции повышает эффективность уплотнения из-за
снижения величины зазора практически до нуля (гребешки
проделывают для себя канавки).

21. Конструкционные материалы

Диски и лопатки РК выполняются из следующих материалов.
• При t 520 K применяются алюминиевые сплавы типа АК4-1; ВД-17 и др.
• При t 770 К - титановые сплавы типа ВТ3-1; ВТ-8; ВТ-9 и
др.
• При t 770 К - хромистые стали 13Х11Н2В2МФ,
13Х14Н3В2ФР, 14Х17Н2.
Лопатки НА.
• Дополнительно к названным -- дюралюминий Д1, сталь
20, Х17Н2 и др.
Корпусы: АЛ-4, АЛ-5; МЛ-5; 12Х18Н10Т; ОТ4-1, ВТ3-1 и др.
Валы: 18Х2Н4МА, 40Х2МА, 12Х2Н4А и др.