Разработка методики проектирования уплотнений в составе системы внутреннего воздухоснабжения авиационного газотурбинного двигателя

• Автор: Мятлев, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 158 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Перечень условных обозначений
Введение
Глава 1 Проблемы проектирования системы внутреннего воздухоснабжения авиационного двигателя и уплотнения как её части
1.1 Определение системы внутреннего воздухоснабжения
1.2 Основные функции и классификация систем внутреннего воздухоснабжения
1.2.1 Охлаждение деталей горячей части двигателя
1.2.2 Наддув уплотнений масляных полостей и охлаждение опор
1.2.3 Разгрузка радиально-упорных подшипников от осевой составляющей силы
1.2.4 Герметизация турбины низкого давления
1.2.5 Система управления радиальными зазорами в компрессоре
и турбине
1.2.6 Обеспечение работы противообледенительной системы
1.3 О необходимости интегрального представления СВВС на примере конструкции двигателя НК
1.3.1 Охлаждение турбины высокого давления
1.3.2 Охлаждение турбины низкого давления
1.3.3 Охлаждение опоры турбины
1.3.4 Охлаждение турбины винтовентилятора
1.3.5 Разгрузка от действия осевой силы
1.3.6 Наддув уплотнений опоры
1.3.7 Интегральное представление и взаимовлияние элементов
1.4 Краткий анализ конструкций СВВС газотурбинных двигателей
1.5 Краткий анализ основных типов уплотнений ГТД
1.5.1 Лабиринтное уплотнение
1.5.2 Торцовые контактные уплотнения
1.5.3 Радиально-торцовые контактные уплотнения
1.5.4 Радиально-торцовое уплотнение
1.5.5 Щёточное уплотнение
1.5.6 Торцовое бесконтактное уплотнение
1.6 Постановка задач исследования
Глава 2 Алгоритм расчёта параметров системы внутреннего воздухоснабжения
2.1 Расчёт СВВС: основные задачи, исходные данные, методы расчёта, результаты
2.2 Упрощённое представление СВВС
2.3 Алгоритм расчёта параметров СВВС и возможности его применения
2.4 Типовые элементы СВВС и их классификация
2.4.1 Классификация элементов СВВС по закономерностям процессов теплообмена
2.4.2 Классификация элементов СВВС по закономерностям течения воздуха
2.4.3 Типовые элементы СВВС
2.5 Включение в расчётную модель уплотнений различных типов
2.6 Процессы теплообмена в каналах СВВС
2.7 Выводы по главе
Глава 3 Алгоритм оценки влияния элементов СВВС на параметры ГТД
3.1 Анализ влияния отбора воздуха от промежуточных ступеней компрессора на параметры ТРДД
3.2 Приближенный метод расчёта влияния отбора воздуха на параметры двигателя
3.3 Оценка влияния параметров уплотнения на параметры эффективности двигателя
3.4 Выбор типа и параметров уплотнений на основе расчёта параметров СВВС ГТД
3.5 Методика проектирования уплотнений в составе СВВС ГТД
3.5 Выводы по главе
Глава 4 Оценка влияния уплотнений различных систем на параметры СВВС и термодинамические параметры ГТД
4.1 Расчёт коэффициентов гидравлического сопротивления уплотнений
4.1.1 О способах расчёта утечки через лабиринтное уплотнение
4.1.2 Определение коэффициента гидравлического сопротивления лабиринтного уплотнения
4.1.3 Теоретические основы проектирования ТГДУ
4.1.4 Расчёт коэффициента гидравлического сопротивления ТГДУ
4.1.5 Теоретические основы проектирования ТГСУ
4.1.6 Расчет коэффициента гидравлического сопротивления ТГСУ
4.1.7 Расчёт коэффициента гидравлического сопротивления ТГДУ
4.1.8 Расчёт коэффициента гидравлического сопротивления щёточного уплотнения
4.2 Исследование уплотнения в составе системы разгрузки от действия осевой силы ТРДД
4.3 Исследование уплотнения в составе системы герметизации турбины ТРДД
4.4 Исследование уплотнения за компрессором ТРДД
4.5 Выводы по главе
Заключение
Библиографический список

Рисунок 1.7 — Лабиринтные уплотнения в составе опоры ГТД (НК-93)
1.5.2 Торцовые контактные уплотнения
В торцовых контактных уплотнениях (ТКУ) герметизация осуществляется за счёт контакта вращающейся детали ротора и неподвижной втулки статора [27] (рисунок 1.8), что позволяет существенно снизить утечки уплотняемой среды по сравнению с лабиринтными уплотнениями. При этом ТКУ обладают и существенными недостатками — в частности, невысоким ресурсом вследствие износа пар трения (несколько сотен или тысяч часов) и ограничением по скорости скольжения (около 100 м/с, обусловлено повышением температуры в зоне контакта из-за трения). Пример конструкции опоры ГТД с ТКУ показан на рисунке 1.9.
Современные исследования торцовых уплотнений затрагивают вопросы теории контакта и смазки торцовых уплотнений [59], комплексного проектирования уплотнений как элемента опоры авиационного двигателя и устранения недостатков традиционных конструкций ТКУ [43], вопросы увеличения ресурса и применения новых конструкционных материалов пар трения [44, 45], применение вероятностных методов оценки ресурса пар трения [46].
С целью компенсации износа пар трения одно из колец конструктивно выполняется подвижным в осевом направлении и поджимается к ответному кольцу упругим элементом. В качестве вторичного уплотнения в конструкции