Глава 12 - Системы ГТД

ха. При этом процесс изменения расхода воздуха, отбираемого от ступени, может протекать в весьма малые промежутки времени. Это обстоятельство должно приниматься во внимание при проектировании воздушных систем и может быть положено в основу следующего основного требования к воздушным системам авиационных ГТД.

2.ВС ГТД должна обеспечивать работу одной локальной ВС без влияния на работу другой.

В системах с переключением ступеней должна быть исключена возможность даже кратковременного сообщения полостей отбора высокой и низкой ступени компрессора из-за возможности снижения его устойчивости и возникновения помпажа.

Этим обусловлено требование к ВС, которое может быть сформулировано как:

3.Работа ВС ГТД не должна снижать запасы устойчивости компрессора.

Это требование обеспечивается конструкцией распределительных устройств переключения ступеней компрессора.

4.Воздух, отбираемый из компрессора в ВС, особенно в СКВ, не должен содержать паров масла, механических частиц загрязнений и т.д.

Это требование обеспечивается конструкцией уплотнений масляных полостей, параметров системы их наддува, а также правильным выбором мест отбора воздуха в ВС.

составных частей локальных ВС самого объекта применения. К типовым и наиболее важным локальным ВС летательных аппаратов, составные части которых (систем) могут быть расположены на двигателе, в частности, относятся:

-система кондиционирования воздуха (СКВ),

-ПОС воздухозаборников, крыла, оперения. Кроме этого, в зависимости от типа летатель-

ного аппарата, в составе общей ВС авиационного ГТД могут быть выделены локальные системы (или их составные части), которые осуществляют следующие функции:

-наддув топливных и гидравлических баков,

-охлаждение масла, циркулирующего в маслосистеме приводов генераторов переменного тока,

-сдув пограничного слоя,

-обеспечение сжатым воздухом управляющих устройств (воздушных сопел) самолетов вертикального взлета и посадки [12.5.9.3].

Более подробно с вопросами конструкции

èработы воздушных систем летательных аппаратов можно ознакомиться в [12.5.9.4], [12.5.9.5], [12.5.9.6], [12.5.9.7].

К наиболее важным и «воздухоемким» ВС объектов применения промышленных ГТД относятся ПОС воздухоприемных устройств газотурбинных электростанций (ГТЭС) и газоперекачивающих агрегатов (ГПА).

12.5.3 - Общие и локальные ВС ГТД

Как уже было сказано выше, общая ВС ГТД может быть представлена как совокупность локальных (или частных) ВС, обеспечивающих функционирование систем, агрегатов и устройств, как собственно ГТД, так и объекта его применения.

К наиболее важным локальным ВС ГТД, в ча- стности, относятся:

-система охлаждения турбины,

-система наддува уплотнений масляных полостей и охлаждения подшипниковых опор ( короче- система наддува и охлаждения опор),

-система защиты элементов двигателя ( входного корпуса, кока, лопаток ВНА и т.п.) от обледенения ( противообледенительная система - ПОС),

-система отбора воздуха на нужды объектов применения ГТД.

Эти системы потребляют основное количество отбираемого от ГТД вторичного воздуха и в свою очередь могут состоять из локальных подсистем. Так система отбора воздуха на нужды объекта применения ГТД в свою очередь может быть представлена как совокупность расположенных на двигателе (или входящих в комплект поставки двигателя)

12.5.4 - Работа локальных ВС

Основной принцип работы локальных ВС заключается в том, чтобы «отобрать» воздух из ГВТ и доставить его к потребителю с необходимыми параметрами (по Ð*, Ò* и чистоте) и в нужном коли- честве (G).

Тогда задача сводится к определению мест отбора воздуха из ГВТ, при необходимости – его подготовке (по параметрам), транспортировке в нужное место с допустимыми (минимальными) потерями и, наконец, определению мест и транспортировке отработавшего воздуха туда, куда его можно «сбросить» с максимальной эффективностью. При этом подразумевается, что

Ð*ОТБОРА > Ð*ПОТРЕБИТЕЛЯ > ÐСБРОСА

[12.5.9.8],[12.5.9.9],[12.5.9.10].

Схему отборов в ВС рассмотрим на примере авиационного ТРДД ПС-90А (см. Рис. 12.5.4_1). Воздух в ВС двигателя отбирается из канала наружного контура, из-за подпорных ступеней, а также из-за 6-й, 7-й и 13-й ступеней КВД.

Воздух из канала наружного контура используется:

- В1 - на продувку воздухо-воздушного теп-

815

Глава 12 - Системы ГТД

Рисунок 12.5.4_1 Схема отборов в ВС авиационного ТРДД ПС-90А

816

Глава 12 - Системы ГТД

лообменника (ВВТ) СКВ самолета,

-В2 - на продувку воздухо-масляных теплообменников маслосистем двигателя и гидропривода гененератора переменного тока системы энергоснабжения самолета,

-В3 - на вентиляцию подкапотного пространства газогенератора,

-В4 - на продувку стоек задней опоры. Воздух из-за подпорных ступеней исполь-

зуется:

-П1 - на охлаждение ТНД,

-П2 - на наддув уплотнений масляных полостей и охлаждение подшипниковых опор,

-П3 - на охлаждение корпусов компрессора

èтурбины в системе САУРЗ КВД и турбины. Воздух из-за 6-й ступени КВД используется:

-6.1 - на ПОС воздухозаборника,

-6.2 - на обогрев кока и приемников температуры и давления на входе в двигатель,

-6.3 - на эжекторы дренажной системы двигателя,

-6.4 - на эжекторы системы воздушного охлаждения электронного блока БППД2-1 системы контроля параметров двигателя.

Отбор воздуха от 6-й ступени для этих целей

производится на режимах при n2ÔÈÇ > 10000 îá/ìèí. Воздух из-за 7-й ступени КВД используется:

-7.1 - на охлаждение 2-й ступени ТВД,

-7.2 - на СКВ самолетов ÒÓ-204 è ÈË-96-300,

-7.3 - на наддув бака гидросистемы самолета ÈË-96-300.

Воздух из-за 13-й ступени КВД используется:

-13.1 - на охлаждение 1-й ступени ТВД,

-13.2 - на систему СКВ самол¸та ТУ-204 (на низких режимах работы),

-13.3 - на ПОС воздухозаборника*,

-13.4 - на обогрев кока и приемников температуры и давления на входе в двигатель*,

-13.5 - на эжекторы дренажной системы двигателя*,

-13.6 - на эжекторы системы воздушного охлаждения электронного блока БППД2-1 системы контроля параметров двигателя*.

Отбор воздуха от 13-й ступени КВД для целей, отмеченных звездочкой (*), производится на режимах при n2ÔÈÇ < 10000 îá/ìèí.

12.5.4.1 - ВС охлаждения турбин ГТД

В настоящее время реализовано достаточно большое количество вариантов исполнения схем ВС охлаждения турбин ГТД. Выбор схемы в каждом конкретном случае определяется:

-силовой схемой ГТД,

-конструкцией и схемой «внутренней» системы охлаждения турбины,

-традициями фирмыразработчика ГТД. Рассмотрим некоторые возможные схемные ре-

шения по системе охлаждения турбины на примере условного двухвального ТРДД (см. Рис. 12.5.4.1_1), «внутренняя» система охлаждения турбины которого построена по схеме, типичной для турбин многих современных ТРДД. В рамках этой схемы можно выделить, по крайней мере пять характерных полостей, а именно:

-полости А и А1, в которые подводится воздух, охлаждающий СА ТВД,

-полость Б (перед аппаратом закрутки), в которую подводится воздух на охлаждение рабочих лопаток ТВД,

-полость В, расположенная перед диском ТВД «ниже» аппарата закрутки,

-полость Г, расположенная между ТВД

èÒÍÄ,

-полость Д, расположенная между ротором ТНД и задней опорой.

При нормальной работе системы охлаждения турбины давление воздуха в этих полостях долж-

Рисунок 12.5.4.1_1 - Характерные полости системы охлаждения турбины двухвального ТРДД

-А, А1 - полости подвода воздуха на охлаждение СА ТВД;

-Б- полость подвода воздуха на охлаждение рабочих лопаток ТВД;

-В- полость перед диском ТВД «ниже» аппарата закрутки;

-Г- полость, расположенная между ТВД и ТНД;

-Д- полость, расположенная между ротором ТНД и задней опорой; а, б, в, г, д – точки отвода ох-

лаждающего воздуха.

817

Глава 12 - Системы ГТД

но быть выше, чем давление газа в ГВТ, куда будет	дящей средней ступени компрессора через стойки
отводиться этот воздух (точки а, б, в, г, д - соответ-	межтурбинной опоры (см. Рис. 12.5.4.1_5в).
ственно). Очевидно, что давление в полости А дол-	Полость Д в большинстве случаев наддувает-
жно быть наибольшим, а давление в полости Д –	ся утечками из системы охлаждения турбины и си-
наименьшим из упомянутых полостей. Переходя	стемы наддува и охлаждения опор, поступающим
к рассмотрению вариантов схемных решений по	из смежных полостей двигателя (см. Рис. 12.5.4.1_6,
системам охлаждения, прежде всего следует отме-	12.5.4.1_7, 12.5.4.1_8).
тить, что схема подвода воздуха в полости А и А1
на большинстве двигателей выполнена практичес-
ки идентично - туда подводится воздух из полости
корпуса КС (см. Рис. 12.5.4.1_2).
Подвод воздуха в полость Б также производит-
ся из полости корпуса КС или исключительно че-
рез отверстия 1 в корпусе КС (см. Рис. 12.5.4.1_3а),
или с дополнительной линией 2, в которой может
производиться регулирование расхода (см.
Рис.12.5.4.1_3б), или дополнительное охлаждение
воздуха (см. Рис. 12.5.4.1_3в).
Подвод воздуха в полость В осуществляется
или от подходящей средней ступени компрессора
(см. Рис. 12.5.4.1_4а и 12.5.4.1_4б), или из залаби-
ринтной полости К (см. Рис. 12.5.4.1_4в).
Подвод воздуха в полость Г, в зависимости от
силовой схемы двигателя, может производиться
или из полости Б (см. Рис. 12.5.4.1_5а), или от под-	Рисунок 12.5.4.1_2 - Схема подвода воздуха на охлаж-
ходящей средней ступени компрессора по межваль-	дение 1СА ТВД
ной полости (см. Рис. 12.5.4.1_5б), или от подхо-	А, А1полости подвода воздуха

Рисунок 12.5.4.1_3 - Варианты схемы подвода воздуха на охлаждение РЛ 1 ступени ТВД: а) через отверстия в корпусе КС;

б) через отверстия в корпусе КС и дополнительную линию с регулированием расхода воздуха; в) через отверстия в корпусе КС и дополнительную линию с охлаждением воздуха.

1 - отверстие в корпусе КС; 2 - дополнительная линия; 3 - заслонка; 4 – воздухо-воздуш- ный теплообменник; Б - полость перед аппаратом закрутки

818

Глава 12 - Системы ГТД

Рисунок 12.5.4.1_4 - Варианты схемы подвода воздуха на охлаждение ступицы диска ТВД а) от средней ступени КВД; б) от средней ступени КВД через полость в роторе ВД; в) из залабиринтной полости

В - полость перед диском ТВД ниже аппарата закрутки; К - залабиринтная полость

à)	á)	â)

Рисунок 12.5.4.1_5 - Варианты схемы подвода воздуха в межтурбинную полость а) из полости перед диском ТВД; б) по межвальной полости от средней ступени КВД;

в) от средней ступени КВД через стойки межтурбинной опоры. В - полость перед диском ТВД ниже аппарата закрутки; Г - межтурбинная полость

Турбина ТРДД ПС-90А охлаждается возду-	Воздухом от 13-й ступени КВД осуществля-
хом, отбор которого производится от подпорных	ется охлаждение сопловых и рабочих лопаток 1-й
ступеней, а также от 7-й и 13-й ступеней КВД. Воз-	ступени ТВД. Подвод воздуха в полость Б на вход
дух от подпорных ступеней поступает на охлаж-	в аппарат закрутки осуществляется через отверстия
дение ротора ТНД. Подвод воздуха к ротору осу-	2 в кожухе внутреннем диффузора КС, а также по
ществляется по каналам в стойках задней опоры,	трубопроводам с заслонками 3, предназначенными
сброс происходит в ГВТ за 6-й ступенью турбины.	для регулирования расхода этого воздуха. Сброс
Воздухом от 7-й ступени КВД осуществляет-	утечек воздуха из системы охлаждения ТВД осу-
ся охлаждение рабочих и сопловых лопаток 2-й	ществляется в полость Е, расположенную между
ступени ТВД, а также дисков ротора ТВД. В тру-	роторами ТВД и ТНД, а также в полость Ж вала ро-
бопроводах подвода воздуха на охлаждение рабо-	тора низкого давления.
чих лопаток 2-й ступени ТВД, а также дисков ро-
тора ТВД предусмотрены специальные заслонки 1
для регулирования расхода этого воздуха.

819