Проектирование двигателя

Следует отметить, что  типовое лабиринтное уплотнение обеспечивает частичное уменьшение перетекания рабочего тела из области повышенного давления в область пониженного давления. Недостатком указанного лабиринтного уплотнения является низкая его эффективность в силу малой интенсивности вихревых потоков в пространстве между зубьями и малого гидравлического сопротивления, создаваемого прямыми гребешками.

Поэтому  в курсовом проекте предлагается установка  наклонных лабиринтных уплотнений.

 

 

 

Рис. 4.2. Наклонные лабиринтные уплотнения

 

Характеристика проектируемого узла

 

Тип компрессора —  дозвуковой, осевой, десятиступенчатый. Он состоит из ротора и статора. 

Ротор компрессора —  барабанно-дисковой конструкций и  со- 
стоит из десяти отдельных дисков 18, (рис. 2), заднего вала 14 и 
рабочих лопаток 4. 

Диск I ступени в передней части  переходит в хвостовик, на   котором устанавливаются детали передней   опоры   компрессора. На внутренней поверхности хвостовика диска I ступени выполнены шлицы для сочленения с валом-рессорой редуктора. Диски П- 1Х ступеней ротора конструктивно одинаковы и представляют собой тонкостенную диафрагму с венцом для крепления лопаток. Венец в осевом направлении переходит в тонкостенную оболочку  с гребешками лабиринтного уплотнения. Диск X ступени имеет только венец для крепления лопаток. Задний вал 14 ротора представляет

 

собой конический диск, переходящий  в центральной части в хвостовик, а в периферийной — в развитую в осевом направлении тонкостенную оболочку с гребешками лабиринтного уплотнения. Соединение дисков между собой обеспечивается напрессовкой их друг на друга и постановкой радиальных штифтов 7, равномерно расположенных   по   окружности.   Внутренние   полости между дисками сообщены Друг с другом через отверстия в диафрагмах дисков и с воздушным трактом компрессора через четыре отверстия, выполненные на цилиндрической поверхности диска IV ступени.

Этим обеспечивается отсутствие перепада давления в проточной части и внутри ротора компрессора. Рабочие лопатки на дисках всех ступеней крепятся замками типа «ласточкин хвост».

Лопатки I—VII ступеней в осевом направлении  фиксируются 
спереди—г замками 6, отгибаемыми на торцы лопаток, сзади — 
штифтами 5, посаженными в отверстия дисков с натягом. Рабочие 
лопатки VIII—X Ступеней фиксируются в осевом направлении 
замками 8, концы которых отгибаются на передний и задний тор- 
цы лопаток. 

На хвостовике заднего вала имеется  посадочная поверхность для размещения деталей задней опоры ротора компрессора  и выполнены шлицы для сочленения с валом турбины. Во внутренней полости заднего вала смонтирован узел соединения валов компрессора и турбины.

Диски ротора и задний вал компрессора  после механической обработки подвергаются статической балансировке, а собранный  ротор балансируется динамически  до остаточного дисбаланса не более 5 г см. на каждую опору. Балансировка ротора осуществляется подбором лопаток по весу и постановкой балансировочных грузов 20 в диске I ступени и балансировочных винтов 9 в цилиндрическом выступе задней цапфы ротора.

Диски и задний вал  ротора компрессора выполнены из стали 20Х15НЗМА, а рабочие лопатки —из стали Ш7Н2-Ш.

Передняя опора ротора компрессора  служит для восприятия 
радиальных нагрузок от веса ротора, неуравновешенных вращаю- 
щихся масс, сил инерции и силы от действия гироскопического мо- 
мента ротора. 

Передняя опора представляет собой  роликовый подшипник, 
размещенный в корпусе лобового картера. 

Узел передней опоры  включает в себя: стакан  с внутренним  и упругим  кольцами, роликоподшипник  и детали лабиринтов.

Стакан изготовлен из стали и крепится к лобовому картеру. Между наружной обоймой подшипника и стаканом устанавливаются упругое и внутреннее  кольца. На внутренней и наружной поверхностях упругого кольца выполнены опорные выступы, обеспечивающие податливость опоры в радиальном направлении, что позволяет снизить уровень вибраций двигателя. Внутреннее  кольцо служит для защиты упругого кольца от износа, в случае проворота наружной обоймы роликоподшипника.

Смазка и охлаждение подшипника осуществляется маслом, подаваемым под  давлением через отверстия форсуночного кольца. Из полости шарикоподшипника масло стекает в маслосборник камеры сгорания и по трубопроводам откачивается маслоагрегатом.

Узел соединения вала-рессоры редуктора обеспечивает осевую фиксацию вала-рессоры относительно ротора компрессора и размещается во внутренней полости хвостовика диска I ступени компрессора.

Входной направляющий аппарат (ВНА) расположен в лобовом картере  со стороны его заднего фланца и состоит из составного наружного  кольца,, внутреннего кольца и направляющих лопаток .

Наружное кольцо состоит из переднего  наружного кольца  и заднего  наружного кольца, соединенных между собой посредством шпилек, ввернутых в тело стопорного кольца .

Взаимная центровка  переднего и заднего колец  обеспечивается тремя штифтами.

Лопатки направляющего аппарата изготовлены  из нержавеющей стали 1Х17Н2-Ш литьем по выплавляемым» моделям с последующей механической обработкой.

Лопатки имеют профильную часть и два хвостовика, которыми они устанавливаются в наружном и внутреннем кольцах.

На наружном хвостовике срезана  лыска для фиксации лопатки относительно оси компрессора. Для обогрева передних кромок лопаток ВНА по всей длине  в передней части выполнен канал, который со стороны кромки и со стороны верхнего торца закрыт стенками, образованными в результате заварки, вставляемой проволоки. В нижней торцовой части проход оставлен открытым.

Горячий воздух, отбираемый за X ступенью компрессора на обогрев лопаток  ВНА, по трубопроводам подводится в кольцевую полость  между лобовым картером  и наружным кольцом ВНА.

Корпус компрессора является силовым элементом, обеспечивающим внешнюю силовую связь между лобовым картером и корпусом камеры сгорания.

В корпусе компрессора  установлены десять спрямляющих  аппаратов и десять рабочих колец. На, наружной поверхности корпуса устанавливаются: четыре клапана перепуска воздуха (по два за V и VIII ступенями), клапан перепуска горячего воздуха на обогрев лопаток ВНА, автомат дозировки топлива АДТ-24М, две катушки зажигания 1КНИ-11Б-Т, клапан пускового топлива и выключатель стартера ВС-1А, а также крепежные детали для различных трубопроводов и электропроводки.

Корпус компрессора — стальной, сварной конструкции, выполнен в виде двух половин с разъемом в вертикальной плоскости.

Основными деталями корпуса компрессора являются: кожух, передний  и задний. фланцы, четыре продольных фланца, и ресиверы перепуска воздуха, приваренные к наружной поверхности корпуса компрессора.

Кожух выполнен из листовой стали  СТ20 и представляет собой цилиндр  с приваренными передним и задним фланцами.

    В вертикальной  плоскости к кожуху и одновременно к переднему и заднему фланцам приварены точечной и дуговой сваркой четыре продольных фланца.

Передний и задний фланцы имеют цилиндрические расточки для центрирования корпуса компрессора и соединяемых с ним узлов (корпуса камеры сгорания и спрямляющего аппарата X ступени).

Половины корпуса компрессора  соединяются стяжными болтами и центрируются относительно друг друга призонными болтами (по три болта с каждой стороны). Отверстия под центрирующие болты в продольных фланцах обрабатываются в узле.

В разъеме двух половин корпуса  устанавливаются две стальные прокладки. Затяжка гаек стяжных болтов для обеспечения стабильного соединения производится тарированным по моменту ключом. На наружной поверхности корпуса компрессора дуговой электросваркой приварены бобышки 6 с отверстиями под болты крепления спрямляющих аппаратов.

В бобышках, расположенных в горизонтальной плоскости, отверстия под центрирующие болты выполняются с повышенной точностью для обеспечения точного фиксирования половин спрямляющих аппаратов в осевом и окружном направлениях.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВЫВОДЫ

 

 

Разработанный  в курсовом проекте  компрессор имеет более высокую  напорность за счет повышения эффективности  лабиринтных уплотнений и постановки сотовых уплотнений. Таким образом, повышается эффективность рабочего  процесса.

Согласно расчетам, компрессор выполнен десятиступенчатым, турбина- трехступенчатой; ОКС- прямоточная, кольцевая; длина двигателя-; 2,77 м., масса двигателя – 1406,3 кг.

Так как двигатель имеет повышенные параметры рабочего процесса

( П =6,6, Т =1250К),  а заданная величина тяги равна 60кН, то повысилась и удельная тяга.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

 

1. Алексеев К. П. Эксплуатационная надежность авиационных силовых установок. – М.: Транспорт, 1976. – 159 с.
2. Скубачевский Г.С. Авиационные ГТД: Конструкция и расчет деталей – М.: Машиностроение, 1981. – 550 с.
3. Теория воздушно – реактивных двигателей / Под ред. С. М. Шляхтенко / М.: Машиностроение, 1975. – 568 с.
4. Новое в зарубежном авиадвигателестроении, № 5, № 10-М.: Транпорт, 1981

      5. Б.П. Умушкин, В.П.Иванов, Б.А.Чичков. Учебно-методическое пособие к выполнению курсового проекта по дисциплине «Конструкция и прочность авиационных двигателей». М:.МГТУ ГА.1998 г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение 1

Расчет лопаток на растяжение от центробежных сил

 

 Исходные данные:

 

  Число сечений  лопатки              n =   5

  Площадь корневого сечения лопатки  F = 0.0048 м

  Радиус корневого сечения           R = 0.22500 м

  Частота вращения  ротора            n =  181.7 об/с

  Плотность материала  лопатки        =  7800.0 кг/м

  В сечении №  1:  площадь F( 1)=0.00306 м    радиус R( 1)=0.225 м

  В сечении №  2:  площадь F( 2)=0.00281 м    радиус R( 2)=0.2 м

  В сечении №  3: площадь F( 3)=0.00256 м    радиус R( 3)=0.175 м

  В сечении №  4:  площадь F( 4)=0.00217 м    радиус R( 4)=0.15 м

  В сечении №  5:  площадь F( 5)=0.00184 м    радиус R( 5)=0.12 м

 

 Результаты расчета:

 

 Напряжения растяжения  от центробежных сил:

 

  В сеч. № 1:   SigmaR( 1)=.28E+10 Пa 

  В сеч. № 2:   SigmaR( 2)=.50E+10 Пa 

  В сеч. № 3:   SigmaR( 3)=.70E+10 Пa 

  В сеч. № 4:   SigmaR( 4)=.95E+10 Пa 

  В сеч. № 5:   SigmaR( 5)=.12E+11 Пa 

 

 

 

 

 

Расчет лопаток на изгиб от газовых сил

 

 Исходные данные:

 

  Число сечений  n =   5

  Радиус корневого сечения лопатки R = 0.112 м

  Радиус верхнего сечения лопатки R = 0.225 м

  Число лопаток на рабочем колесе z =  54

  Высота лопатки  L = 0.112 м

  Давление газа (воздуха)  на среднем радиусе на входе в ступень P =  1920000 Н\ м

  Давление газа (воздуха)  на среднем радиусе на выходе  из ступени P =  521000 Н\ м

  Осевая составляющая  абсолютной скорости на входе  в ступень C1acp =  200 м/с

  Осевая составляющая  абсолютной скорости на выходе  из ступени C2acp =   200 м/с

  Окружная составляющая  абсолютной скорости на входе в ступень C = 190 м/с

  Окружная составляющая  абсолютной скорости на выходе  из ступени C = 220 м/с

  Массовый расход  газа (воздуха) через ступень M =  9,14кг/с

 

Результаты расчета:

 

 Напряжения изгиба от сил газовых сил:

 

   В сечении №= 0

  SigmaA(i)= 0   SigmaB(i)=  0       SigmaS(i)=  0

 

   В сечении №= 1

  SigmaA(i)= -.31E+08   SigmaB(i)= -.54E+08   SigmaS(i)= 0.45E+08

 

   В сечении №= 2

  SigmaA(i)= -.13E+09   SigmaB(i)= -.42E+08   SigmaS(i)= 0.47E+08

 

   В сечении №= 3

  SigmaA(i)= -.17E+09   SigmaB(i)= -.39E+08   SigmaS(i)= 0.12E+08

 

   В сечении №= 4

  SigmaA(i)= -.14E+09   SigmaB(i)= -.16E+08   SigmaS(i)= -.16E+08

   В сечении №= 5

  SigmaA(i)= 0.00E+00   SigmaB(i)= 0.00E+00   SigmaS(i)= 0.16E-18

 

ВЫВОДЫ:

Расчет напряжений показал, что рабочие напряжения не превышают  предел прочности.  Минимальный запас  прочности равен 1.56.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет напряженного состояния диска

 

 Исходные данные:

 

  Число интервалов (итераций)     n =   5

  Площадь поперечного  сечения внешнего кольца диска F = 0.13200 м

  Радиус окружностей  центров сечений кольца   R = 0.11200 м

  Радиус периферии диска без элементов крепления лопатокR = 0.2200 м

  Угловая скорость  диска     omega =   186.7 м/c

  Плотность материала  диска      =  7800.0 кг/м

  Число лопаток  на диске     z = 54.0

  Центробежная сила  пера лопатки    P =  12400.0 H

  Коэффициент поперечной  деформации    = 0.30

 

Сечение №  0

  Радиус   0-го  сечения диска  R = 0.04900 м

  Толщина   0-го  сечения диска  b = 0.05000 м

  Температура   0-го  сечения диска t C = 190.0 С

  Коэффициент линейного  температурного расширения   0-го сечения  = 14.800000 1/K*10

 

Сечение №  1

  Радиус   1-го  сечения диска  R = 0.07600 м