Тема турбины ГТД Требования к ткрбинам Конструктивные схемы

Тема: турбины ГТД Требования к ткрбинам Конструктивные схемы Роторы турбин Требования, осн. схемы Соединение элементов Рабочие лопатки Корпусы турбин Требования, осн. Схемы Направляющие аппараты Тепловое состояние и охлаждение элементов турбин Тепловое состояние осн. элементов турбин Принципы охлаждения Схемы охлаждения Конструкции охлаждаемых лопаток Зазоры в осевых компрессорах и турбинах Материалы Особенности турбин наземных ГТД

Требования, предъявляемые к конструкции турбин • Обеспечение заданной мощности • Максимальный КПД, (0, 9. . . 0, 92 ), его стабильное значение в эксплуатации • Надежность • Обеспечение заданного ресурса • Контролепригодность • Минимальная масса (уд. масса Мт/Nт =0, 01 -0, 03 кг/к. Вт), до 40% массы двигателя. • Технологичность производства • Эксплуатационная технологичность, ремонтопригодность • Минимальная себестоимость производства

Конструктивные схемы турбин 1 -ступ. турбина ТРД с консольным ротором Турбина двухвального ТРДД 1 -ступ. турбина ТРД с задним расположени Турбина ТВа. Д

Турбина ТРД с консольным ротором АМ-5

Двухкаскадная турбина двухвального ТРДД ПС-90 А

Турбина вертолетного ТВа. Д ТВ 2 -117

Турбина ТВа. Д наземного применения ПС 90 -ГП 2

Роторы турбин • • • Требования, предъявляемые к роторам: Надежная передача крутящего момента с дисков на вал; Сохранение центровки деталей и величины дисбаланса; Передача крутящих моментов и осевых усилий Технологичность сборки и разборки Минимальная масса Способы соединения дисков между собой и с валами • Прессовое • Фланцевое • Шлицевое • Торцевыми шлицами

Прессовое соединение дисков Простота Неразборный АЛ-5

Фланцевое соединение дисков КВД ПС-90 А Простота Технологичность сборки Нагруженность фланцев ди

Соединение дисков торцевыми шлицами Простота Сложность сборки Свободная турбина ТВ 2117

Шлицевое соединение дисков с валом СF-6

Шлицевое соединение с валом Соединение дисков между собо призонными болтами

Ротор турбины трехвального ГТД

Профили дисков турбин разных поколений

Лопатки ротора и статора Условия работы • высокая температура газа (до 1600 – 1800 К) • высокие статические напряжения • вибрация • коррозия • эрозия Требования к лопаткам • высокая газодинамическая эффективность, • высокая эффективность охлаждения • прочность • надежность • технологичность • низкая масса

Неохлаждаемая лопатка ротора турбины бандажные полки крепление лопатки к диску Перо - преобразует газовые силы натяг в Мкр. отн. толщина > 12% ; R кромок > 0. 5 мм Полки – сохранение натяга на раб. режимах Ножка – управление тепловым потоком - управление соб. частотами Замок – 3 -5 зубьев, допуск на шаг зубьев <

Осевая фиксация лопаток Сопрягаемыми деталями Простота Пластинчатыми замками • Сложность • Трудоемкость сборки

Требования, корпуса турбин корпусам предъявляемые к турбин • Прочность и жесткость • Центрирование деталей • Минимальные радиальные зазоры между деталями ротора и статора; • Передача крутящих моментов и осевых сил • Возможность регулировки положения опор ротора • Свобода радиальных и осевых тепловых расширений • Простой подвод воздуха к охлаждаемым сопловым лопаткам • Минимальный вес • Технологичность изготовления и сборки; • Контролепригодность и ремонтопригодность • Герметичность • Непробиваемость в случае разрушения элементов ротора

Варианты конструкции корпуса и сопловых аппаратов АИ-25 2 -ст ТВД ПС-90 А 1 СА Р 11 -Ф 300

Корпус опоры с регулировочным кольцом Регулировочное кольцо

Тепловое состояние и охлаждение деталей турбин Характер распределения температур в турбине Охлаждение обеспечивает • Повышение х-к материала • Сниженение темп. напряжений • Снижение коррозии и эрозии • Повышение ресурса Охлаждают: • Сопловые лопатки • Рабочие лопатки • Диски • Детали корпуса • Детали опор ротора • Валы

Поля температур в роторе турбины высокого давления на различных режим «взлет» «крейсерский» «останов»

Пример полей температур в рабочей лопатке 1 -й ступени на нестационарных режимах Пример поля температур в промежуточном диске на крейсерском режиме

Схемы охлаждения Требования Максимальная эффективность Минимальный расход охл. Возду Коэффициент интенсивности охлаждения Выбор воздуха: Достаточный перепад давления воздуха на всех режимах Минимальная температура

Пример системы охлаждения турбины высокого давления

Подвод охлаждающего воздуха к ротору

Принципы охлаждения Теплоотвод в соседние детали Теплоизоляция Конвективное Сравнение эффективности охлаждения Пленочное Пористое

Различные варианты конструкции лопаток с конвективным охлажде

Интенсификация конвективного охлаждения лопатки

Пленочное охлаждение лопаток

Сопловая лопатка 1 ступени двигателя Pratt & Whitney PW 2000. рабочая лопатка 1 ступени двигателя Pratt & Whitney PW 200

Схема охлаждения рабочей лопатки ТВД двигателя Trent 800 компании Rolls

лопатка с охлаждаемыми стенками фирмы Rolls-Royce

Радиальные зазоры в компрессоре и турбине Зазоры в компрессоре Радиал ьнзазор Осевой зазор Характер течения в радиальном зазоре рабочего колеса компрессора.

Изменение во времени радиального зазора в компрессоре

Корпус PW 6000 ТВД двигателя способы увеличения тепловой инерционности корпуса: • применение двухслойного корпуса • введение охлаждаемых фланцев на наружном корпусе • струйное охлаждение вставок • термобарьерное покрытие вставок

Схема активного регулирования радиальных зазоров

Материалы требования: Высокая жаропрочность, длительная прочность Высокие х-ки сопротивления малоцикловой устало сти Трещиностойкость Достаточный объем данных по х-кам прочности; Отсутствие дефектов в заготовках; Умеренная стоимость. Лопатки (рабочие и сопловые) Сплавы на основе никеля (80%) ЖС-6 К (до 8000 С) ЖС 26 -ВНК - напр. крискаллизация ЖС 36 - монокрист. ЧС 20 деталей турбины Алитирование Многослойное термобарьерное покрытие Диски Сплавы на основе никеля (80%) ЭИ 437 БУ-ВД (6500 С) ЭП 741 НП (гранулируемый) R 88 DT (на JE 90) Валы легированная сталь 40 ХНМА ЭП 517 Корпуса ЭИ 437

Лопатки с равноосной структурой Лопатки с направленной кристаллизаци Монокристаллические лопатки Кривые ползучести

Керамические рабочие лопатки турбин Жаропрочность Жаростойкость Низкий уд. вес Технология ?