Опоры (подшипники) ротора.

Классификация опор (подшипников) роторов:

1. Подшипники скольжения и качения.

Тяжелые тихоходные роторы барабанного типа устанавливаются только в опорах скольжения. Более быстроходные и легкие роторы барабанно-дискового типа (авиационные и судовые ГТУ) устанавливаются в опорах качения (шариковых и роликовых подшипниках).

Преимущества подшипников качения:

– более низкий пусковой момент и коэффициент трения;

– меньший расход смазывающего масла;

– работоспособность в более широком диапазоне температур, в том числе возможность запуска при низких температурах наружного воздуха;

– меньшие осевые размеры.

2. Подшипники опорные и упорные.

Опорный подшипник (как качения, так и скольжения) воспринимает только радиальную нагрузку от массы ротора, но не препятствует перемещению ротора в осевом направлении.

Упорный подшипник помимо радиальной нагрузки несет и осевую нагрузку, препятствуя перемещению ротора под действием осевых сил. Упорные подшипники ставят только с одной стороны ротора, чтобы обеспечить возможность его теплового расширения в осевом направлении в противоположную сторону.

Лабиринтные уплотнения.

Для обеспечения нормальной работы ГТУ требуются уплотнения:

– проточной части газовоздушного тракта (чтобы поток воздуха двигался только по межлопаточным каналам);

– масляных полостей опор (чтобы предотвратить выброс масла из этих полостей).

Лабиринтное уплотнение – тип бесконтактного уплотнения. Принцип действия – многократное дросселирование газа, протекающего через каналы с резко меняющимся проходным сечениями.

Эффективность работы лабиринтного уплотнения зависит от:

– Числа гребешков (двух-трехъярусные лабиринты при необходимости).

– Конфигурации гребешков (кромки должны быть острыми).

– Величины зазоров (0,1-0,4 мм).

– Радиуса, на котором организовано уплотнение (меньше радиус – меньше суммарная площадь щели, а значит меньше утечка через нее).

Лабиринтные уплотнения – расходного типа, то есть через них всегда в одном из направлений (из зоны с более высоким давлением) идет расход рабочей среды.

Рис. 18. Лабиринтное уплотнение

а – работа камеры ( - потери энергии на трение в зазоре между гребешком и втулкой); б – конструкция: 1 – втулка с гребешками; 2 – графитовое покрытие;

3 – втулка; 4 – канал подвода уплотняющего воздуха; 5 – камера; 6 – изменение давления воздуха по длине уплотнения.

Газовая динамика осевого компрессора.

Основными элементами ОК являются венцы подвижных и неподвижных лопаток. Лопатки рабочего колеса РК, направляющего аппарата НА составляют ступень осевого компрессора. ВНА (входной направляющий аппарат) необходим для придания воздуху нужного направления перед первой ступенью ОК.

Количество ступеней различное и составляет порядка 10, для ГТУ

ГТК-10-4

Рис. 19. Ступени осевого компрессора

ОК (осевой компрессор), в лопаточном аппарате которого происходит обратный процесс, преобразование механической работы в Е_к и в Е_п.

Рис. 20. Газовая динамика осевого компрессора

Межлопаточные каналы НА и РК выполнены диффузорно.

При вращении ротора воздух входит в межлопастной канал с относительной скоростью W₁. Так как канал расширяющийся и вследствие некоторого поворота относительная скорость падает до W₂, то есть Е_к в рабочем колесе преобразуется в Е_п и внутреннюю энергию, происходит повышение давления и температуры. Воздух со скоростью С₂ поступает на лопатку НА, межлопаточный канал которой выполнен диффузорно, что приводит к снижению абсолютной скорости до С₃ и дальнейшему повышению давления и температуры.

При сжатии удельный объем (масса единицы объема) воздуха уменьшается, вследствие чего уменьшается площадь проходного сечения канала, согласно уравнению неразрывности:

В большинстве случаев при проектировании проточной части выбирают такое соотношение:

Выходная скорость потока из НА по числовому значению и направлению была равна скорости потока на вход в канал рабочего колеса, то есть С₃=W₁. Тогда условия входа в следующую ступень будут такими же, как и в предшествующей ступени

C₃=W₁.

Осевые компрессоры выполнены многоступенчатыми потому, что степень сжатия одной ступени равна π_ст≈1,13, а для того, чтобы получить необходимое давление на входе из ОК, например, π_к=4,6 необходимо 10 ступеней, то есть степени сжатия умножаются.

Вопросы для самопроверки:

1. Назначение и состав осевого компрессора.

2. Конструкция, способы крепления и материал лопаток.

3. Конструкции ротора.

4. Что такое лабиринтное уплотнение?

5. Рассказать о газовой динамике осевого компрессора.