Характерные неисправности ГТ

Характерным для турбинных лопаток является термоциклическое нагружение и возможность перегрева, что снижает сопротивление лопаток не только динамическим, но и статическим нагрузкам. В этом случае обрывы лопаток носят следы пластической деформации.

Большинство поломок рабочих лопаток имеет усталостный характер и связано с переменными напряжениями, возникающими при колебаниях. При интенсивных колебаниях возможны растрескивание и усталостные разрушения хвостовиков лопаток.

Разрушение бандажированных лопаток часто связано с уменьшением в процессе наработки натяга по бандажным полкам и возникновением износа и наклепа из-за появления зазора между ними.

Одной из причин возникновения неисправностей лопаток ГТ в процессе эксплуатации является газовая коррозия, обусловленная наличием в продуктах сгорания химически активных соединений.

Наиболее опасным видом повреждений ГТ является возникновение трещин и разрушение дисков; такие разрушения не локализуются в пределах корпуса двигателя. Основная причина появления трещин – малоцикловая усталость, возникающая при повторных запусках и остановах двигателя.

Тема 7. Выходные устройства авиационных ГТД

7.1. Назначение, принцип работы и основные параметры

Выходные устройства ГТД осуществляют:

- преобразование потенциальной энергии газового потока, выходящего из ГТ, в кинетическую, Эту функцию выполняют реактивные сопла;

- изменение направления вектора тяги, - реверсивные устройства (РУ) и девиаторы тяги;

- эффективное смешение потоков наружного и внутреннего контуров ТРДД;

- разделение затурбинного потока на ряд отдельных струй (глушители шума).

Количество узлов, входящих в состав выходного устройства, зависит от типа ГТД и его конструктивных особенностей. Основными элементами выходных устройств ТРД и ТРДД являются реактивные сопла (регулируемые или нерегулируемые). Эти двигатели могут иметь также смесители потоков (ТРДД), реверсивные устройства, девиаторы тяги и шумоглушители. Выходное устройство ТВД состоит обычно из выхлопного патрубка и, в случае необходимости, удлинительной трубы.

Основным требованием, предъявляемым к выходным устройствам, является наиболее полное преобразование потенциальной энергии газа в кинетическую с минимальными гидравлическими потерями. Вместе с тем выходное устройство должно иметь высокую надежность, простую конструкцию и малую массу.

Основным элементом выходного устройства является реактивное сопло (РС). В зависимости от схемы РС выходные устройства делятся на дозвуковые и сверхзвуковые. Выбор схемы РС для конкретного ГТД определяется располагаемой степенью понижения давления газа π_с.р. Она представляет собой отношение полного давления газар₄* перед соплом к статическому давлению р_н в окружающей атмосфере, т.е. π_с.р = р₄*/р_н.

Величина π_с.р зависит от скорости полета, от расчетных параметров двигателя и режима его работы. В диапазоне дозвуковых скоростей полета π_с.р изменяется от 2-3 (в стартовых условиях) до 6-8. При больших сверхзвуковых скоростях полета величина π_с.р может быть более 20.

Дозвуковые реактивные сопла

Характерной особенностью дозвукового выходного устройства является сужающееся (дозвуковое) реактивное сопло. Проточная часть дозвукового сопла обычно имеет коническую форму. Площадь выходного сечения сужающегося сопла является его критическим сечением. Эта площадь может быть постоянной либо изменяться с помощью шарнирно подвешенных створок.

Основными конструктивными элементами сужающегося РС являются: наружная стенка, обтекатель диска турбины (стекатель), обтекаемые стойки и реактивный насадок. Реактивный насадок выполняют легкосъемным. Его выходной диаметр подбирают при отладке двигателя на заводе-изготовителе. Для облегчения подбора насадки выполняют с различными диаметрами, отличающимися на 2-3 мм. Постановка насадка с меньшим диаметром приводит к повышению тяги ТРД за счет роста температуры газа перед ГТ и выходной скорости С_С.

Рис. 40. Схема дозвукового нерегулируемого сопла

1 – внутренний конус-обтекатель диска турбины; 2 – обтекаемые стойки; 3 – наружная стенка; 4 – реактивный насадок

Степень понижения давления газа в РС обозначается π_с и представляет собой отношение полного давления газа перед соплом р₄* к статическому давлению в выходном сечении сопла р_с, т.е. π_с = р₄*/р_с. Величина π_св сужающихся соплах не превышает критического значения π_кр = [(n+1)/2]^n/(n-1). На нефорсированных режимах работы ГТД величина π_кр= 1,85. Именно поэтому сужающиеся РС применяются в ГТД на самолетах, скорость полета которых остается дозвуковой или незначительно превышает скорость звука.

Потери энергии потока газа в дозвуковом РС оцениваются с помощью коэффициента скорости сопла φ_с, который представляет собой отношение действительной скорости истечения С_с к адиабатной скорости С_с.ад, т.е. φ_с=С_с/С_ад.с. Коэффициент φ_с позволяет комплексно учесть потери в РС за счет трения и неравномерности потока.

При π_с.р<π_кр в сужающихся РС происходит понижение давления газа до атмосферного в выходном сечении. Такие режимы работы РС называются режимами полного расширения (расчетными режимами).

При π_с.р>π_кр величинаπ_с остается равной π_кр, а давление газа в выходном сечении сопла превышает р_н. Режимы работы РС, при которых р_с>р_н, называются режимами недорасширения. В этом случае поток за выходным сечением сопла продолжает разгоняться и расширяться до давления рн. Сила реакции струи газа в процессе этого разгона прикладывается к атмосфере и в создании тяги двигателя не участвует. Применение дозвуковых входных устройств в этих условиях привело бы к большому недоиспользованию потенциальной энергии газа и в конечном счете к существенному недобору тяги двигателя и снижению его экономичности. Поэтому в ГТД самолетов с большими сверхзвуковыми скоростями полета следует применять сверхзвуковые выходные устройства.