Тема: Компрессоры ГТД 1. Требования, предъявляемые к компрессорам

Тема: Компрессоры ГТД 1. Требования, предъявляемые к компрессорам 2. Конструктивные схемы компрессоров Центробежные компрессоры Осевые компрессоры Осецентробежные компрессоры 3. Роторы компрессоров Типы роторов Соединение элементов 3. Лопатки компрессоров Требования Соединения с диском Особенности крупногабагитных лопаток вентиляторов 4. Корпусы компрессоров Типы корпусов, основные элементы конструкции Направляющие аппараты Механизация компрессора Защита от попадания посторонних предметов 5. Материалы деталей компрессоров

Требования, предъявляемые к компрессорам - обеспечение заданного секундного расхода воздуха Gв - обеспечение заданной степени повышения давления - обеспечение заданного кпд (экономичность) - надежность устойчивой работы в заданном - обеспечение - живучесть диапазоне n. - обеспечение заданного ресурса - контролепригодность - пожаробезопасность - минимальная масса и габариты - технологичность производства - эксплуатационная технологичность - минимальная себестоимость производства - возможность развития - экологические ограничения (по шуму)

Конструктивные схемы компрессо Центробежные компрессоры Осевые компрессоры • высокая степень сжатия • высокая степень в одной ступени (5 и более) сжатия • простота • малый диаметр • малая длина и вес -сложность • не более двух • неустойчивость (помпаж ступеней - низкая ) суммарная степень • мелкие лопатки и сжатия большие • высокие отн. радиальные гидравлич. потери зазоры на • большой диаметр последних ступенях при малой размерности - Осецентробежные компрессо • высокая степень сжатия • простота • нет мелких лопаток • высокие гидравлич. потери • большой диаметр

Конструктивные схемы компрессо Осевые компрессоры Типичная конструктивная и силовая схема осевого компрессора Классификация 1 - 2 - 3 каскадные 1 - 2 - 3 -

Конструктивные схемы компрессо Осевые компрессоры Однокаскадный компрессор ТРД Входной корпус Корпус компрессора с Ротор НА Вал турбины Входной направляю щий аппарат Обтекатель (кок) Вал главного привода

Конструктивные схемы компрессо Осевые компрессоры Двухкаскадный компрессор одноконтурного ТРД Входной направляющ ий аппарат КНД Вал турбины высокого давления КВД Вал турбины низкого давления

Конструктивные схемы компрессо Осевые компрессоры Двухкаскадный компрессор ТРДД с большой степенью двухко Вентилятор Вращающийся обтекатель Подпорные ступени Компрессор высокого давления Силовые стойки

Конструктивные схемы компрессо Осевые компрессоры Трёхкаскадный компрессор ТРДД с большой степенью двухко Компресс ор среднего давления Компресс ор высокого давления Вал каскада среднего давления Вал КНД Вал КВД Вентилято р Силовые лопатки СА вентилятора

Осевые компрессоры Роторы осевых компрессоров Требования: - передача крутящего момента; - передача осевых усилий; -обеспечение требуемой изгибной жесткости; -обеспечение высокой крутильной жесткости; -обеспечение соосности элементов на всех режимах работы; - минимальная масса элементов ротора; - минимальный статический и динамический дисбаланс Классификац ия: По расположению относительно опор: конструктивной схеме: По - межопорные; - барабанные; - консольные; - дисковые; - комбинированного расположения. - барабанно-дисковые

Роторы осевых компрессоров Ротор с консольным расположением Ротор с межопорным расположением - отсутствие силовых стоек на входе в компрессор - минимальные осевые размеры компрессора - возможна организация единой масляной полости обоих опор - высокая радиальная нагрузка на переднюю опору - не применим с роторами дискового типа - малое число ступеней компрессора - большое количество ступеней компрессора - равномерная радиальная нагрузка на опоры - применим для роторов всех типов - наличие силовых стоек на входе в компрессор - раздельные масляные полости опор

Роторы осевых компрессоров Ротор с комбинированным расположением относительно опор - большое количество ступеней компрессора - отсутствие силовых стоек на входе в компрессор - высокая радиальная нагрузка на переднюю опору - сложность сборки - увеличенные осевые размеры - сложность организации масляной полости передней опоры

Роторы осевых компрессоров Основные типы роторов осевых компрессоров барабанны й передняя цапфа • Простота конструкции и сборки • Высокая изгибная и крутильная жесткость • Низкий вес бараба н задняя цапфа • Низкая несущая способность • Низкий КИМ • Сложность изготовления барабана

Роторы осевых компрессоров Основные типы роторов осевых компрессоров дисковый диски вал • Высокая несущая способность • Низкая изгибная и крутильная жесткость • Большой вес • Сложность обеспечения соосност

Роторы осевых компрессоров Основные типы роторов осевых компрессоров барабанный участок диска или междисковая проставка барабаннодисковый передняя цапфа • Высокая изгибная и крутильная жесткость • Высокая несущая способность диски задняя цапфа • Сложность сборки и обеспечения соосности • Большой вес

Роторы осевых компрессоров Ротор компрессора барабанного типа ТВ 2 -117 диск с передней цапфой бараба н диск с задней цапфой

Роторы осевых компрессоров Ротор компрессора дискового типа Посадка дисков на вал с натягом • дополнительное нагружение диска • опасность распрессовки

Роторы осевых компрессоров Ротор компрессора дискового типа Шлицевое соединение дисков с валом 1 1 2 2 3 3

Роторы осевых компрессоров Ротор компрессора дискового типа Шлицевое соединение дисков с валом Центрирование дисков с валом по элементам шлицевого соединения Ситуация, возможная при нарушении центрирования Трапецивидные шлицы Эвольвентные шлицы Центрирующая поверхность Прямоугольные шлицы Центрирующая поверхность

Роторы осевых компрессоров Ротор компрессора дискового типа Шлицевое соединение дисков с валом Выносные шлицевые венцы Зоны концентрации напряжений

Роторы осевых компрессоров Ротор компрессора дискового типа Пример КВД Д-30 КВД ПС-90 А

Роторы осевых компрессоров Ротор компрессора барабанно-дискового типа Соединение секций с натягом и фиксацией радиальными штифтами

Роторы осевых компрессоров Ротор компрессора барабанно-дискового типа Фланцевое соединение секций много крепежных деталей, сложная сборка

Роторы осевых компрессоров Ротор компрессора барабанно-дискового типа Центрирование элементов ротора при фланцевом соединении секций Центрирование по цилиндрически м пяскам Точно выполненные цилиндрические поверхности обеих деталей Зазо р Центрирование по призонным болта или штифтам Точно выполненные цилиндрические поверхности всех деталей

Роторы осевых компрессоров Ротор компрессора барабанно-дискового типа Соединение дисков при помощи торцевых шлиц с центральным стяжным болтом КНД Д-30 простота, надежность

Роторы осевых компрессоров Ротор компрессора барабанно-дискового типа Соединение дисков при помощи торцевых шлиц с центральным стяжным болтом Торцевые шлицы Сферические кольца Центральный стяжной болт Сферические кольца

Роторы осевых компрессоров Внецентренное растяжение стяжного болта и его устранение

Роторы осевых компрессоров Ротор компрессора барабанно-дискового типа Соединение дисков периферийными стяжными болтами сложная сборка

Роторы осевых компрессоров Ротор компрессора барабанно-дискового типа Сварное соединение дисков Технология сварки ?

Роторы осевых компрессоров Перспективные конструкции рабочих колес осевых компресс Исходная конструкция -25% Блиск Металлокомпозит ная матрица 50% Блинг -62% - Снижение массы - Отсутствие замкового соединения - Технология изготовления - Технология ремонта Моноколесо осевого компрессора

Лопатки осевых компрессоров Требования к лопаткам • высокая прочность и жесткость; • простота установки в колесо; • высокая точность линейных и угловых размеров; • высокая чистота поверхности пера Основные элементы лопатки профильная часть полка ножка замок

Крепление рабочих лопаток осевых компрессоров Замок типа «ласточкин хвост» а б а) с плоскими рабочими поверхностями б) с кольцевыми рабочими поверхностями в) с плоскими рабочими поверхностями на ножке - простота изготовления - большие окружные размеры - применим для легких лопат в

Крепление рабочих лопаток осевых компрессоров Шарнирное крепление Замок елочного типа снижение вибраций и напряжений изгиба • низкая прочность замка • большие габариты • большая масса - высокая нагрузочная способность - минимальные окружные размеры - требуется высокая точность изготовл

Крепление рабочих лопаток осевых компрессоров Замок типа «ласточкин хвост» с плоскими рабочими поверхностями

Крепление рабочих лопаток осевых компрессоров Фиксация лопаток от перемещений в продольных пазах д е ж а б в г а-г – контровочнными пластинами радиальными д - радиальным штифтом и контровочной пластиной е, и – радиальными штифтами ж - осевыми резьбовыми штифтами з – разжимными кольцами к – соседними сопрягаемыми деталями з и к

Крепление рабочих лопаток осевых компрессоров Фиксация лопаток от перемещений в кольцевых пазах

Лопатки осевых компрессоров Контактные поверхности бандажных полок в банждажном кольце контактная поверхность бандажных полок препятствует раскрутке лопатки

Особенности крупногабаритных лопаток вентиляторов Крупногабаритные рабочие лопатки вентилятора Основная проблемы: - сложная геометрия - масса - вибрации лопатка с антивибрационной полкой лопатки с антивибрационными полками на двух уровнях.

Особенности крупногабаритных лопаток вентиляторов Широкохордные лопатки вентилятотров широкохордная лопатка вентилятора в сравнении с полочной • снижение потерь • уменьшение кол-ва лопаток • уменьшение веса • увеличение жесткости • снижение повреждаемости • вибрации (сложность и многообр собственных форм) • технология ?

Особенности крупногабаритных лопаток вентиляторов Пример исполнения полай титановой лопатки с сотовым заполнителем ( двигатель RB-211) Соты Корыто Спинка

Особенности крупногабаритных лопаток вентиляторов Пример широкохордных лопаток из композиционных материал лопатка из углепластика с титановой входной кромкой • снижение веса • демпфирование колебаний • стойкость к повреждениям • безопасность при обрыве • технология ? (JE-9

Корпусы осевых компрессоров нагрузки: • вес и силы инерции ротора • внутреннее давление • осевые силы, изг. крутящие моменты • нагрев требования: • герметичность; • прочность и жесткость • минимальный вес • простота изготовления, монтажа НА • эксплуатационная технологичность • локализация возможного разрушения лопаток • обеспечение минимальных радиальных зазоров 1 2 3 Корпус компрессора состоит из узлов: 1 - передний корпус(с узлом опоры); 2 - средний корпус с неподвижными и поворотными НА; 3 – задний корпус (узлом опоры); могут быть: - корпус отборов; - корпус перепусков; - корпус ВНА

Корпусы осевых компрессоров Типы корпусов С разъемами в меридиональной плоско удобство сборки «овализация» С поперечными разъемами удобство сборки • сложность • вес Без разъемов • мин. зазоры • высокий КПД • снижение веса сложность сборки

Корпусы осевых компрессоров Передний корпус с узлом передней опоры силовые лопатки ВНА регулируем ая выходная кромка

Корпусы осевых компрессоров Кольцо подвески СА Силовая диафрагма Задний корпус с узлом задней опоры

Корпусы осевых компрессоров Задний корпус с узлом задней опоры

Корпусы осевых компрессоров Средний корпус (корпус направляющих аппаратов) с неподвижными Крепление направляющих лопаток с с секторами двухопорных лопаток консольными лопатками с кольцевым за Винт Корпус крепления жесткость рабочего кольца свобода тепловых расширений? Прирабатывемое покрытие на корпусе «Корона » Секторы НА Винт крепления сектора НА Рабочее кольцо c прирабатывае мым покрытием с консольными лопатками с замком типа «ласточкин хвост» в секторном кольце простота вибрации

Корпусы осевых компрессоров Корпус с регулируемыми лопатками НА Регулируемые НА

Корпусы осевых компрессоров Шарниры лопаток в поворотном направляющем аппарате

Корпусы осевых компрессоров Корпус отборов Щель отбора воздуха Корпус с НА

Корпусы осевых компрессоров Корпус перепуска воздуха Гидроцилинд р Рычаг Корпус перепуска воздуха Ось Дроссельны е заслонки

Корпусы осевых компрессоров Корпус вентилятора Алюминиевый корпус-матрица Кевларовая оболочка Trent 800

. Обогреваемы й воздухозабор ник Противообледенительная система Обогреваемые лопатки ВНА Регулятор давления Обогреваем ый кок Воздушный коллектор Трубопровод подвода воздуха Подвод воздуха на обогрев Канал обогрева входной кромки

Защита от попадания посторонних предметов • гидравлические потери • лед на сетке расчетные траектории движения посторонних предметов в потоке воздуха перед воздухозаборником и в его канале

Материалы деталей компрессора Критерии выбора: Лопатки ротора и статора • Механические характеристики. До 250 о. С (лопатки вентилятора, КНД кроме при рабочей температуре 1 -й ст) • Стойкость к коррозии и эрозии алюминиевые сплавы (АК 4 -1, ВД-17) • Минимальный вес детали ПКМ (углепластики) • Технологичность До 500 о. С (лопатки КВД, кроме последних • Стоимость ступеней) жаропрочные титановые сплавы (ВТ 3 -1, ВТ -8) Диски о. С (лопатки последних ступеней КВД ) До 700 Титановые сплавы (ВТ 3 -1, В Т 18) жаропрочные хромоникелевые стали (ЭИМеханические Жаропрочные хромоникелевые стали (ЭИ 787) характеристики 787) • Предел прочности в Корпусные детали титановые сплавы (ВТ 20) и лег. стали (ЭП • Предел текучести Т 718) • Предел длит. прочности Валы дл предел выносливости - стали (40 ХНМА, ЭП 517) • Предел выносливости 1