Глава 6 - Камеры сгорания

Рисунок 6.4.3_4 – Типы распылителей форсунок 1 – «грибковый распылитель; 2 – шнековый распылитель; 3 – неразборный распылитель; 4 - разборный распылитель

личества топливных коллекторов, разработки алгоритмов подачи топлива на розжиге КС и подключения коллекторов по режимам работы двигателя, определения коэффициентов расхода форсунок. При определении коэффициентов расхода форсунок для жидкого топлива и алгоритма подключения коллекторов необходимо учитывать требование по исключению коксования топлива в коллекторах и форсунках и влияние гидростатического давления на неравномерность распределения топлива по форсункам.

Работа центробежной форсунки в настоящее время достаточно хорошо изучена и ее расчет, как правило, не вызывает особых затруднений. Например, в [6.9.15, 6.9.16] подробно изложена методика расчета центробежной форсунки оптимальной геометрии, показано влияние отдельных конструктивных элементов на ее характеристики.

Выбор конфигурации, размеров и проходных сечений коллекторов и трубопроводов подвода топлива к форсункам осуществляется исходя из двух в некоторой степени противоречивых условий - обеспечение низких потерь давления и минимального объема внутренних полостей. Последнее условие базируется на необходимости снижения вре-

мени заполнения коллекторов при запуске двигателя, что в свою очередь способствует розжигу КС в более благоприятных условиях по скорости воздуха в жаровой трубе. Расчет гидравлического сопротивления топливных трубопроводов можно выполнять, например, с использованием справочных данных [6.9.17].

6.4.4 - Корпуса КС

Корпуса КС образуют полость, в которой располагаются жаровые трубы.

6.4.4.1 - Наружный корпус КС

Наружный корпус КС относится к группе основных сборочных единиц двигателя, влияющих на безопасность его эксплуатации, так как разрушение наружного корпуса может привести к катастрофическим последствиям.

Корпус трубчатой КС, в большинстве конструкций, не включаются в силовую схему двигателя и нагружен только избыточным внутренним давлением. Он представляет собой (см. Рис. 6.2.1_2) трубу цилиндрического или переменного сечения, с одного

322

Глава 6 - Камеры сгорания

Рисунок 6.4.3_5 – Форсунка двигателя ПС-90А 1 - корпус форсунки; 2 - стакан; 3- кожух обдува торцев распылителей; 4 - распылитель

второго контура; 5 - распылитель первого контура; 6 - переходник-распределитель топлива; 7 - уплотнительное кольцо; 8 - трубка; 9 - втулка; 10 - втулка;11 - пайка; 12 - уплотнительное кольцо; 13 – теплоизоляция; 14 - кожух теплозащитный; 15 - штуцер первого контура; 16 - штуцер второго контура; 17 - топливные фильтры; 18 - топливный канал первого контура; 19 - топливный канал второго контура

323

Глава 6 - Камеры сгорания

Рисунок 6.4.4.1_1 - Корпус наружный двигателя ПС-90А 1 - передний фланец (точеное

кольцо); 2 - задний фланец (то- ченое кольцо); 3- боковые фланцы; 4 – лючок для бороскопического контроля; 7 - листовая оболочка; 5,6 - фрезерованные кольца

торца которой имеется фланец для соединения с компрессором, а с другой – подвижное телескопическое соединение с корпусом турбины. Корпус трубчатой КС может быть легко снят с двигателя для замены жаровых труб. При этом разборка сопрягаемых узлов не требуется.

Наружный корпус трубчато-кольцевых и кольцевых КС входит в силовую схему двигателя и испытывает нагрузки от избыточного давления воздуха, от осевых сил и крутящих моментов, передающихся от компрессора и турбины. В труб- чато-кольцевых и кольцевых КС наружный корпус имеет конструкцию в виде оболочки.

Подробнее конструкцию наружного корпуса рассмотрим на примере корпуса двигателя ПС-90А (см. Рис. 6.4.4.1_1).

В передней и задней части корпуса имеются фланцы 1 и 2 для соединения с корпусами компрессора и турбины. По боковым поверхностям расположены фланцы 3 для крепления форсунок, подвесок жаровых труб, узлов системы зажигания,

а также лючки 4 для бороскопического контроля КС и турбины.

Корпус КС - это узел, элементы которого, как правило, соединены между собой с помощью сварки. К сварным соединениям корпусов, кроме общих требований, предъявляется несколько дополнительных:

–обязательное выполнение образцов сварных швов;

образцы сварных швов должны подвергаться термической обработке совместно с корпусом;

-после выполнения всех видов термической обработки, предусмотренной технологическим процессом изготовления, образцы подвергаются механическим испытаниям с целью подтверждения их прочностных характеристик.

В ранних разработках корпусов КС боковые фланцы вваривались «в стык» в листовые оболоч- ки корпуса. При этом получалось большое коли- чество сварных соединений, и прочности корпуса снижалась. В современных конструкциях двигателей корпуса КС свариваются из кольцевых заготовок 5 и 6, в которых боковые фланцы фрезерованные (корпуса двигателя ПС-90А, наружный корпус двигателя Д18 разработки «МоторСiч», Украина) или электрохимической обработкой (двигатель JT9D разработки Pratt&Whitney).

При использовании в конструкции наружных корпусов листовых оболочек 7 следует избегать сварки этих оболочек в продольном направлении. При наличии продольных сварных швов к ним должны предъявляться дополнительные требования:

-по точности несовпадения кромок листов перед сваркой;

-в них ограничено допустимое количество

èразмеры сварочных дефектов и не допускается исправление дефектов.

Для изготовления корпусов КС применяются следующие материалы:

-жаропрочные титановые сплавы до температур 450…500°С;

-жаропрочные сплавы до температуры 600°С;

-жаропрочные сплавы на никелевой основе до температур 600…650°С.

6.4.4.2 - Внутренний корпус КС

Внутренний корпус КС менее нагружен, чем наружный. На него действует наружное давление (т.е. он работает на устойчивость), осевые усилия и нагрузки от подшипниковых опор, если опоры расположены в корпусе КС или соединены с ним. Внутренний корпус КС (см. Рис. 6.4.4.2_1) чаще всего крепится передним фланцем 1 к спрямляющему ап-

324

Глава 6 - Камеры сгорания

Рисунок 6.4.4.2_1 - Корпус внутренний КС ПС-90А 1 - передний фланец; 2 - задний фланец; 3 - фланец для крепления воздушных уплотнений; 4 - опора подшипника; 5 - листо-

вый оболочки; 6 - фрезерованное кольцо; 7 - литое кольцо

парату компрессора, а задним фланцем 2 - к опоре соплового аппарата турбины. В средней части внутреннего корпуса располагают фланец 3 для крепления воздушных уплотнений компрессора и крепления опоры 4 подшипника. На Рис. 6.4.4.2_1 приведен пример конструкции внутреннего корпуса КС двигателя ПС-90А. Внутренний корпус сварен из листовых оболочек 5, механически обработанных деталей - опоры 4, заднего фланца 2, кольца 6 и литого кольца 7.

В новых разработках зарубежных двигателей наружный корпус 1 (см. Рис. 6.4.4.2_2) объединяют с профилированным участком диффузора 2, силовыми полыми стойками 3, корпусом внутренним 4 и коллектором отборов воздуха 5 в единый неразъемный «блок», передняя часть 6 которого - отливка сложной конфигурации. К недостаткам такой конструкции следует отнести пониженную прочность литого материала, что требует увеличе- ния толщины стенок и приводит к увеличению массы. Корпус внутренний в этой конструкции также имеет фланцы 7 для крепления воздушных уплотнений компрессора и фланец 8 для крепления опоры подшипника.

6.4.4.3 - Разработка конструкции корпусов

Корпуса разрабатываются на основе исходных данных (см. раздел 6.3.1) и расчетов (см. разделы 6.3.2 и 6.3.3). На первом этапе в целом выполнятся

Рисунок 6.4.4.2_2 - «Блочный» корпус КС

1 – наружный корпус; 2 – профилированный диффузор; 3 - силовая полая стойка; 4 – внутренний корпус; 5 - коллектор отборов воздуха; 6 – отливка; 7 – фланцы для крепления воздушных уплотнений; 8 – фланец крепления подшипниковой опоры

эскизная компоновка КС, в том числе и корпусов. На этом этапе выполняется проверочный расчет наружного корпуса на прочность от внутреннего давления, осевых и крутящих моментов в двухмерной постановке задачи с помощью обычных уравнений динамики и прочности, приведенных, например, в [6.9.18]. Далее строится трехмерная модель наружного корпуса, проводятся тепловые расчеты (см. раздел 6.3.3). На основании тепловых расче- тов проводится предварительный прочностной рас- чет наружного корпуса. Затем выполняется рабо- чее проектирование корпуса и окончательный прочностной расчет. Примеры прочностного рас- чета элементов КС приведены в разделе 14.6. На завершающем этапе выпускается рабочая документация.

Аналогичные работы проводятся при конструировании внутреннего корпуса КС.

После изготовления первых экземпляров наружных корпусов КС проводятся их гидроцикли- ческие испытания, а также испытание до разрушения. Испытания до разрушения проводят на специальных установках для подтверждения заданного ресурса с коэффициентом запаса прочности КЗ, установленным требованиями летной годности для авиационных ГТД или техническими требованиями заказчика для промышленных ГТД.

325