Вклад основных элементов двигателя в создание осевой силы

Элемент двигателя	Входное устройство	ОК	КС	ГТ	Выходное устройство
Осевая сила	(0,1…0,4)R	(1…3)R	1,4R	–(1,5…2,8)R	±(0,5…0,7)R

Баланс осевых сил в ТРД

Тяга ТРД образуется в результате суммирование осевых составляющих сил входного устройства, ВНА, направляющих аппаратов всех ступеней компрессора, камеры сгорания, турбины и выходного устройства. В ГТД тягу увеличивает также осевое усилие на РУП.

Эти усилия через корпус двигателя, силовые пояса и узлы крепления двигателя передаются на самолет, создавая тягу

 

Силовые системы роторов включают роторы компрессоров, турбин и соединяющие их валы. Они различаются по количеству и расположению опор. Каждый ротор двигателя должен иметь как минимум две опоры (роторы крупных ГТД могут иметь 3 или 4 опоры).

Одна из опор ротора - радиально-упорная. Она обеспечивает его осевую фиксацию относительно статора и кроме радиальных нагрузок воспринимает осевую силу ротора. В радиально-упорных опорах используются шариковые подшипники.

В остальных, радиальных опорах - используют роликовые подшипники. Схемы систем роторов (использовать лабораторные работы студентов).

Радиальные связи

Рассмотрим одновальный двигатель. По числу опор он может быть

двухопорным, трехопорным и четырехопорным.

Двухопорные

Достоинство – система статически определима.

Недостаток – большое расстояние между опорами, следовательно, малая жесткость и большие прогибы.

Рассмотрим схему а. Д остоинство – задняя опора расположена в зоне низких температур.

  Недостаток – большое расстояние между опорами. Пример: КВД двигателя Д-36.

Схема б. Достоинство – малое расстояние между опорами.

Недостаток – консольное расположение роторов ОК и ГТ, что возможно при числе ступеней, не превышающем 3.

Поэтому в компрессорах применяется только в каскаде НД – на вентиляторе. При большем числе ступеней увеличиваются прогибы ротора, что и ограничивает применение данной схемы.

В чистом виде такая схема практически не применяется.

Схемы в, г. Достоинство – снижается расстояние между опорами.

Недостаток – связан с появлением консольных участков, о которых говорилось при рассмотрении схемы б.

Схема в применяется в двигателях без ВНА, в основном для размещения вентилятора (вентилятор двигателя Д-36).

Схему г можно использовать только при небольшом количестве ступеней турбины (каскад СД двигателя Д-36).

Трехопорные

Радиально-упорный подшипник желательно ставить ближе к узлу, где осевое смещение ротора влияет на осевой зазор. Обычно РУП ставится в районе средней опоры двигателя.

Достоинство:

– повышенная жесткость ротора.

 Недостатки –

1. Система один раз статически неопределима, если ротора ОК и ГТ соединены жестко.

2. Повышенные требования к соосности опор.

Для того, чтобы система была статически определима, в узел соединения вводят шарнир, а крутящий момент передается через шлицы.

Схема а. Достоинство – удобство доступа к РУП в процессе эксплуатации с целью его осмотра и дефектации.

Недостаток – большое удлинение ротора в районе турбины.

Пример – ГТД 3Ф, ТВД-10Б.

Схема б. Достоинство – оптимальное распределение удлинения по оси ротора. Пример – АЛ-21Ф-3, КНД Д-30, Д-30КУ (если не учитывать межвального подшипника).

Схемы в, г. Достоинство – уменьшается расстояние между опорами и, следовательно, повышается жесткость ротора и возрастают критические обороты.

Недостаток – наличие консольных участков требует увеличенных радиальных зазоров по лопаткам, что приводит к снижению кпд.

Примеры. Схема в) может использоваться только для компрессоров без ВНА: АИ-25, каскад НД ПС-90 (без учета межвального подшипника), Р-79В-300 (подъемно-маршевый двигатель, «Союз»).

Схема г): АИ-20, АИ-24, АЛ-7, АМ-3, АМ-5, РУ-19-300, РД-9Б, Д-25В,

 Д-20П.

Как видно из приведенных примеров, наибольшее применение нашли схемы б) и г).