Метод определения величины радиального зазора в турбине авиационного двигателя и способ его регулирования

• Автор: Бутонов, Виктор Валерьевич
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 342 с. : ил.

ГЛАВА 1. Влияние радиального зазора на характеристики ГТД, методы расчёта и регулирования
1.1. Влияние радиального зазора на характеристики газовой турбины авиационного двигателя

1.2. Методы и результаты расчётов величины радиальных зазоров

1.3. Способы экспериментального определения величины радиального зазора на работающем двигателе

1.4. Методы регулирования радиального зазора в компрессоре

и турбине
1.5. Объект исследования - турбина высокого давления и система регулирования радиального зазора двухконтурного двигателя РД1700

1.6. Цели работы и решаемые задачи.

ГЛАВА 2. Методика моделирования радиального зазора

по тепловому состоянию ротора и статора ГТД

2.1. Анализ течения и выбор критериальных зависимостей

для расчёта граничных условий для элементов турбины
2.2. Метод расчёта теплового состояния деталей двигателя
2.3. Методика для экспериментальной проверки адекватности математической модели теплового состояния деталей двигателя
2.4. Методика расчёта радиального зазора и оптимизации величины монтажного радиального зазора
ГЛАВА 3. Методы экспериментального определения величины радиального зазора на работающем двигателе
3.1. Требования к измерительному устройству
3.2. Конструкция оптической системы

3.3. Разработка системы охлаждения и узла крепления оптической системы эндоскопа
3.4. Методика проведения и обработки экспериментов, программное обеспечение
3.5. Квалификационные эксперименты.
ГЛАВА 4. Исследование влияния радиального зазора ТВД
на характеристики двигателя РД1700
4.1. Температурное состояние турбины на стационарных
и переходных режимах
4.2. Влияние режимов и условий эксплуатации на величину радиального зазора турбины
4.3. Исследование влияния величины радиального зазора ТВД
на тягу и КПД двигателя
ГЛАВА 5. Регулирование радиального зазора
5.1. Методика разработки мероприятий по регулированию радиального зазора
5.2. Программа регулирования радиальных зазоров
5.3. Оценка эффективности мероприятий
Выводы
Литература
Приложение 2
Приложение 4
Приложение 5

Одной из основных задач при проектировании современных газотурбинных двигателей (ГТД) является повышение его коэффициента полезного действия. Эффективность газотурбинных двигателей в свою очередь сильно зависит от потерь энергии, вызванных наличием радиального зазора в компрессоре и турбине.
Поэтому существует необходимость в регулировании радиального зазора для того, чтобы его величина на всех режимах работы двигателя была минимальной, но достаточна для предотвращения врезания торца рабочей лопатки в детали статора.
Важное место в мероприятиях по регулированию радиального зазора занимает расчёт его величины на рабочих режимах двигателя. При этом расчётная методика должна позволять достаточно точно и достоверно определить величину радиального зазора, чтобы ещё на этапе проектирования задать оптимальную величину монтажного радиального зазора. Данная методика необходима также и при разработке мероприятий по регулированию радиального зазора.
Расчётное определение радиального зазора базируется на комплексе сложных теплогидравлических и деформационных моделей, а проверка точности получаемых результатов с помощью данных средств может быть осуществлена только прямым измерением величины радиального зазора на работающем двигателе. Для этого необходима методика измерения величины радиального зазора и средства её реализации в виде экспериментальной установки и программного обеспечения проведения эксперимента и обработки его результатов.
Целью настоящей работы является повышение эффективности ГТД путём оптимизации величины монтажного радиального зазора и регулирования радиального зазора в процессе эксплуатации

Как отмечалось в [42 и 45], в транспортных ТРДД на крейсерском режиме для уменьшения радиального зазора вводятся системы его активного регулирования. В двигателях ведущих зарубежных фирм Дженерал Электрик и Пратт-Уитни [42] широко применяются двухпозиционные СРРЗ. В большинстве конструкций СРРЗ используется воздух, отбираемый за вентилятором и транспортируемый к турбине по системе трубопроводов. Охлаждение корпусов осуществляется преимущественно организацией струйного обдува.
В ТВД двигателя РУ/4000 [42], для уменьшения зазора на крейсерском режиме наряду с применением обдува воздухом наружной поверхности корпуса предполагается пользование частичного отключения воздуха, охлаждающего лопатки турбины. Как известно, это мероприятие направлено прежде всего на повышение КПД турбины.
Диапазон регулирования радиального зазора при частичном отключении воздуха, поступающего на охлаждение лопаток и диска, может быть значительным только при втекании в охлаждающий тракт горячего газа. Тогда наряду с лопаткой будет подогреваться и диск-турбины. Этот способ регулирования радиального зазора практически не поддается расчётной оценке, и его эффективность может быть выявлена лишь в результате экспериментальной проверки в натурных условиях.
СРРЗ на крейсерском режиме используется и в некоторых отечественных двигателях. В турбинах двигателей НК-8 и НК-86 длительное время успешно применяется активная СРРЗ [45]. На рис. 1.19 приведена конструктивная схема активной СРРЗ двухступенчатой ТВД ТРДД, имеющего степень двухконтурности более 1,5 [44].
На крейсерском режиме воздух наружного контура (рис. 1.19) поступает под капот 1, проходит через клапан 2 (открытый на данном режиме), и, пройдя вдоль охлаждаемой поверхности корпуса, возвращается в основное русло - канал наружного контура.