Вспомогательные системы и устройства ОК
К ним относятся: устройства защиты входа в ОК; противообледенительные и противопомпажные системы; системы газодинамической разгрузки роторов от осевых усилий; устройства, предназначенные для осмотра деталей проточной части в эксплуатации. Кроме того, ОК имеют системы отбора воздуха на самолетные нужды, охлаждение турбин и наддув масляных уплотнений опор.
Противообледенительные системы (ПОС) используют для предотвращения образования льда на элементах входной части ОК в условиях высокой влажности и низких температур воздуха. Для этого достаточно каким-либо способом подогреть их до температуры наружных поверхностей 20-400С. Такой подогрев можно осуществить с использованием имеющихся на двигателе газовых и жидкостных теплоносителей (отработанный газ, горячий воздух, нагретое масло) или специальных электронагревателей.
Из газовых теплоносителей основное применение в ГТД ГА получил горячий воздух температурой 200-2500С, отбираемый от последних или средних ступеней ОК. Применение воздушной системы обогрева требует отбора воздуха в количестве до 1% от его общего расхода через ОК, что вызывает увеличение удельного расхода топлива на 1-2%.
Более экономичной могла бы быть система обогрева деталей отработанным газом, подведенным из выходного устройства двигателя. Однако в такой системе высокая температура газа и его химическая активность могут стать причинами коробления, прогаров и коррозии обогреваемых деталей.
Наиболее экономичным является обогрев деталей горячим маслом, откачиваемым от потребителей маслосистемы, так как при этом одновременно решается задача охлаждения масла. При таком способе обогрева должна быть обеспечена надежная герметичность магистралей ПОС.
Обогрев маслом применяют, как правило, для массивных элементов (литого переднего корпуса ОК, лобового картера ТВД и др.). Тонкостенные элементы при этом обогревают горячим воздухом. Комбинированный воздушно-масляный обогрев деталей характерен для ТВД, вертолетных ГТД и некоторых ТРДД. Большинство ТРДД имеют чисто воздушные ПОС.
Электрические ПОС практического применения в ГТД не получили ввиду высокой опасности разрушения и износа термоэлектрических элементов от попадании в двигатель посторонних предметов.
Системы разгрузки роторов от осевого усилия служат для снижения нагрузки и повышения за счет этого ресурса радиально-упорного шарикового подшипника ротора. Применяют в ГТД больших тяг (мощностей). Разгрузку осуществляют путем перераспределения осевых усилий от давления воздуха между ротором и статором ОК.
Наиболее распространенным способом разгрузки ротора является уменьшение давления воздуха в задней разгрузочной полости путем выпуска из этой полости воздуха в атмосферу или наружный кон тур ТРДД. Если этого уменьшения недостаточно для обеспечения требуемой долговечности упорного подшипника ротора, то необходимо сформировать переднюю разгрузочную полость, в которой создают повышенное давление воздуха путем его подвода из средних ступеней ОК.
Центробежные компрессоры
По сравнению с ОК центробежный компрессор имеет значительно более простую конструкцию, низкую стоимость производства и более широкий диапазон устойчивых режимов. Существенными недостатками центробежного компрессора являются большие диаметральные размеры, большая масса, а также относительно низкий КПД при больших расходах воздуха по сравнению с ОК. При малых расходах воздуха длина лопаток ОК оказывается настолько маленькой, что резко возрастает влияние радиальных технологических зазоров, которые мало зависят от размеров компрессоров. Из-за увеличения роли потерь, связанных с перетеканием воздуха в этих зазорах, КПД ОК резко падает. Поэтому в ГТД для некоторых легких самолетов, где радиальные размеры и масса компрессора не имеют большого значения, а расход воздуха мал, находят применение центробежные компрессоры.
Рис. 24. Схема центробежной Рис. 25. Рабочее колесо
компрессорной ступени центробежной ступени
Схема центробежного компрессора показана на рис.24. Его основными элементами являются рабочее колесо А (крыльчатка), лопаточный диффузор Б и выходной патрубок В.
Крыльчатка (рис.25) представляет собой диск с радиальными лопатками. Входные кромки лопаток загибаются в сторону вращения по направлению относительной скорости потока на входе в крыльчатку. Отогнутые кромки лопаток крыльчатки образуют так называемый вращающийся направляющий аппарат (ВНА). Лопатки совместно со стенками диска и корпуса компрессора образуют расширяющиеся каналы.
Лопаточный диффузор представляет собой расположенную по диаметру крыльчатки кольцевую полость, разделенную неподвижными лопатками на ряд расширяющихся криволинейных каналов. Выходными патрубками диффузор соединен с камерой сгорания.
Принцип работы центробежного и осевого компрессоров имеет много общего. Лопатки крыльчатки, вовлекая воздух, находящийся в компрессоре, во вращательное движение, передает ему тем самым внешнюю энергию. Под действием центробежных сил воздух перемещается к периферии крыльчатки. В результате на входе в компрессор создается разрежение, обеспечивающее непрерывное поступление воздуха. При движении воздуха в расширяющихся межлопаточных каналах крыльчатки давление его увеличивается. Это происходит как вследствие работы центробежных сил, так и за счет уменьшения относительной скорости.
Вместе с тем в результате сообщения воздуху окружной скорости абсолютная скорость его движения увеличивается. Таким образом, в крыльчатке происходит повышение давления воздуха и увеличение его кинетической энергии. В межлопаточных каналах диффузора кинетическая энергия воздуха частично преобразуется в энергию давления. Из диффузора по расширяющимся выходным патрубкам воздух поступает в камеру сгорания.
Степень повышения давления воздуха в центробежном компрессоре оказывается выше, чем в ступени ОК (вплоть до 5). Это объясняется большими значениями допустимых окружных скоростей для крыльчаток центробежных компрессоров, что обеспечивает возможность передачи воздуху большой внешней энергии и ее последующего преобразования в давление.