Выбор конструктивно – силовой схемы

 

В этом разделе решается сложная и важная творческая инженерная задача, связанная с анализом готовых конструкторских решений и синтезом новых решений, по возможности более эффективных.

Выбор конструктивно-силовой схемы проектируемого двигателя производится на основе предварительного построения и анализа двух конструктивно-силовых схем двигателей-прототипов.

Первый прототип – определяется заданием на курсовой проект, выдается кафедрой ТДЛА при выполнении курсовой работы.

Второй прототип – выбирается студентом из имеющихся в библиотеке кафедры КИПДЛА или Центра истории авиационных двигателей (ЦИАД) и согласуется с руководителем проекта. Конструктивно-силовая схема второго прототипа должна, отличаться от первого прототипа - отвечать назначению двигателя согласно заданию и быть созданной другой организацией-разработчиком (Главным конструктором). При выборе двигателей-прототипов можно воспользоваться списком чертежей библиотеки кафедры КИПДЛА, приведенным в разделе «Графическая часть» настоящего учебного пособия.

Конструктивно-силовые схемы обоих двигателей-прототипов составляются по их чертежам с использованием учебного пособия В.А.Зрелова и В.Г.Маслова [4], которые можно взять в библиотеке кафедры КИПДЛА (корп. 14, ауд. 210).

Примеры оформления конструктивно-силовых схем приведены:

ТРДФ Р11Ф-300 - в методическом указании [7];

ТРДДФ НК-144 – на рисунке 1.

Третья конструктивно-силовая схема является авторской и создается студентом самостоятельно.

 

 

 

 

Конструктивно-силовая схема составляется в виде условного упрощенного графического изображения двигателя с сохранением его геометрического облика и формы проточной

части, содержащего ротор (или роторы) и статор со связывающими их опорами.

В конструктивно-силовой схеме должны быть определены и отображены тип, количество, взаимное расположение и виды связей (соединений) структурных элементов двигателя (компрессора, турбины, камеры сгорания, входного и выходного устройств и др.), а также силовые детали и элементы статора и ротора (или роторов), которые обеспечивают необходимые жесткостные характеристики, воспринимают и частично замыкают потоки действующих на них главных нагрузок, возникающих при работе двигателя, и передают равнодействующие этих нагрузок на систему крепления двигателя к летательному аппарату.

Конструктивно-силовая схема должна содержать выносные линии с последовательным расположением номеров позиций, начиная с 1-й по часовой стрелке по горизонтальной или вертикальной линиям.

Номерами позиций указывают:

1) структурные элементы двигателя;

2) опоры роторов;

3) соединения роторов турбин с роторами компрессоров и редукторами с указанием силовых деталей и элементов, обеспечивающих передачу крутящего момента и осевой силы (шлицевых соединений, стяжных болтов и гаек);

4) схему центрального привода агрегатов;

5) основные и вспомогательные узлы системы крепления двигателя к летательному аппарату.

Пояснения номеров позиций конструктивно-силовой схемы могут быть расшифрованы как в тексте, так и в подписи к рисунку, например:

 

Рисунок 1 – Конструктивно-силовая схема ТРДДФ НК-144: П, С, З – передняя, средняя, задняя плоскости системы крепления двигателя к самолету; 1 - входное устройство; 2 – компрессор низкого давления; 3 – компрессор высокого давления; 4 – камера сгорания основная; 5 – турбина высокого давления; 6 – турбина низкого давления; 7 – соединение корпусов подвижное; 8 – камера сгорания форсажная; 9 – реактивное сопло; 10 – задняя статорная опора ротора низкого давления; 11 – задняя межвальная опора ротора высокого давления. 12 – передняя статорная фиксирующая опора ротора высокого давления; 13 – центральный привод; 14 – шлицевое подвижное соединение валов ротора низкого давления; 15 – средняя статорная фиксирующая опора ротора низкого давления; 16 – стяжной болт; 17 – передняя статорная опора ротора низкого давления; 18 - узлы системы крепления двигателя к самолету основные; 19, 20 – узлы системы крепления двигателя к самолету вспомогательные

 

Для упрощенного графического изображения используются условные обозначения как общего применения (стандарт ЕСКД), так и специального – в виде символов, отражающих специфику конструктивных особенностей авиационных двигателей [4, с. 11]. Системы уплотнений не относятся к силовым элементам и деталям, поэтому изображать их на конструктивно-силовой схеме не рекомендуется, чтобы ее не усложнять.

Предлагается следующий план выполнения краткого анализа конструктивно-силовых схем.

Вид ГТД – ТВД, ТВаД, ТРД, ТРДФ, ТРДД, ТРДДФ, ТВВД;

Число валов – одновальный, двухвальный, трехвальный;

Структурные элементы:

- входное устройство – дозвуковое, сверхзвуковое;

- компрессор(ы) - осевой, центробежный, комбинированный, количество каскадов и ступеней в них;

- турбина(ы) - осевая, центростремительная, количество каскадов и ступеней в них;

- камера сгорания основная - трубчатая, кольцевая, трубчато-кольцевая, противоточная;

- форсажная камера сгорания;

- выходные устройства - реактивное сопло (дозвуковое, сверхзвуковое, нерегулируемое, регулируемое), реверсивное устройство (скорости, давления, ковшовое, решетчатое);

Взаимное расположение и виды силовых связей ротора и статора (по осевому, радиальному и окружному направлениям);

Опоры роторов - количество (2, 3, 4, 5), тип (плавающие, фиксирующие; статорные, межвальные) и расположение. Особенности осевой фиксации роторов;

Соединения валов роторов турбин и компрессоров, обеспечение статической определимости роторов;

Тип силовой связи корпусов (одноконтурная - внутренняя или внешняя; двухконтурная - незамкнутая или замкнутая);

Модульность;

Система крепления ГТД к летательному аппарату

 

(основные и вспомогательные плоскости и узлы крепления );

Баланс осевых газовых сил. Показать на конструктивно-силовой схеме направления газовых осевых сил, действующих на структурные элементы двигателя, например, как на рисунке 2.

Условные сокращения индексов осевых газовых сил следует расшифровать, например, для рисунка 2 это выглядит так:

Рисунок 2 – Баланс газовых осевых сил: Р – тяга двигателя; Р_ву – входное устройство; Р_скн – статор компрессора низкого давления; Р_ркн – ротор компрессора низкого давления; Р_скв – статор компрессора высокого давления; Р_ркв – ротор компрессора высокого давления; Р_стн – статор турбины низкого давления; Р_ртн – ротор турбины низкого давления; Р_ств – статор турбины высокого давления; Р_ртв – ротор турбины высокого давления; Р_кс – камера сгорания основная; Р_фкс – камера сгорания форсажная; Р_рс – реактивное сопло; Р_фон – опора фиксирующая ротора низкого давления; Р_фов – опора фиксирующая ротора высокого давления; Р₁, Р₂, Р₃, Р₄ – разгрузочные усилия, действующие на передние и задние торцы роторов компрессоров низкого и высокого давлений.

Составить диаграмму баланса осевых газовых сил и объяснить работу разгрузочных устройств, снижающих осевые нагрузки на радиально-упорные подшипники фиксирующих опор.

Рисунок 3 - Диаграмма баланса осевых газовых сил ТРДДФ НК – 144

Пример оформления диаграммы баланса осевых газовых сил ТРДФ НК-144 приведен на рисунке 3.