Ротор турбины низкого давления
Ротор турбины низкого давления (рис. 5.1) состоит из рабочих лопаток 13, напорного диска 18, цапфы 30 и вала 32.
Рабочая лопатка (рис. 5.19) – литая, охлаждаемая с радиальным течением охлаждающего воздуха. Во внутренней полости размещено 11 рядов по 5 штук в каждом цилиндрических штырей – турбулизаторов, соединяющих спинку и корыто лопатки. Периферийная бандажная полка с гребешком лабиринтного уплотнения обеспечивает уменьшение радиального зазора, что ведет к повышению КПД турбины и снижению уровня вибрационных напряжений в рабочих лопатках. Допуск на отклонение внешнего обвода лопатки от теоретического профиля в пределах ±0,3 мм. Толщина стенок на периферии 0,8 мм. В корневом сечении толщина входной кромки 1 мм, спинки и корыта 3 мм, выходной кромки 1,5 мм.
Профильная часть лопатки отделена от замковой части полкой, формирующей границу газового потока и защищающую диск от нагрева.
Лопатка имеет замок типа «Елочка». Для осевой фиксации лопатки от перемещения против потока на ней выполнен зуб, упирающийся в обод диска.
Рис. 5.19. Рабочая лопатка ТНД
Отливка лопатки выполняется по выплавляемой модели с поверхностным модифицированием алюминатов кобальта, улучшающим структуру материала. Измельчением зерен за счет формирования центров кристаллизации на поверхности лопатки. Наружные поверхности пера, бандажной и замковой полок с целью повышения жаростойкости подвергаются шлифорному алюмосилицированию с толщиной покрытия 0,02-0,04 мм. Внутренние полости лопатки и литейные поверхности ножки предохраняют от алюмосилицирования. Для оценки расходной характеристики лопатки выполняется проливка ее водой под давлением 1,96 х105 Па (2±0,1 кгс/см2) на входе. Вода должна выходить через все каналы бандажной полки, и расход ее должен составлять 265 ±30 г/с. Для осевой фиксации лопатки от перемещения по потоку в замковой части лопатки в районе полки вставляют в паз, в который входит резервное кольцо с вставкой, удерживаемое от осевого перемещения буртиком диска (рис. 5.20). При монтаже кольцо, за счет наличия выреза, обжимается и вводится в пазы лопаток, а бурт диска входит в паз кольца. Закрепление разрезного кольца в рабочем состоянии выполнено фиксаторами, отгибаемыми на кольцо (см. рис. 5.20 сечение В-В) и проходящими через отверстия в кольце и прорези в буртике диска. Вставка удерживается от радиального перемещения фиксаторами (см. рис. 5.20, сечение Б-Б), вставляемыми в отверстия диска и загибаемыми на вставку.
Рис. 5.20. Элементы осевой фиксации рабочих лопаток ТНД
Напряженное состояние рабочих лопаток турбины низкого давления представлено в табл. 5.7.
Таблица 5.7
| Режим | R, мм | σр, х10-7 , Па | σΣ=( σр+ σизг) х10-7, Па | Кm | |||
| Вх.кр | Сп. | Вых.кр. | Вх.кр | Вых.кр. | |||
| «М» М=0; Н=0; САУ | 7,9 13,1 18,4 22,7 28,3 31,7 32,9 | 7,9 12,1 17,1 22,3 25,8 26,4 28,6 | 7,8 14,0 19,6 23,3 30,7 35,1 36,4 | 7,9 12,1 17,1 22,0 26,6 28,8 28,8 | 4,16 2,72 2,03 1,63 1,74 1,97 2,08 | 4,15 2,72 1,94 1,55 1,60 1,84 1,9 | |
| «Ф» М=1,184; Н=0 | 13,1 18,4 22,7 28,3 31,7 32,9 | 12,5 18,8 25,5 30,9 34,1 34,8 | 13,7 18,0 20,5 26,2 29,3 31,4 | 12,4 18,8 25,0 30,0 33,2 34,3 | 3,68 2,45 1,82 1,82 1,98 2,04 | 3,68 2,43 1,83 1,76 1,89 1,98 | |
| «Ф» М=1,8; Н=7,5 | 13,1 18,4 22,7 28,3 31,7 32,9 | 11,6 13,9 16,6 17,2 17,1 17,3 | 14,6 22,3 27,4 37,9 42,3 44,3 | 11,6 14,2 17,2 18,8 20,6 21,8 | 3,06 2,14 1,66 1,69 1,93 2,02 | 3,07 2,12 1,65 1,62 1,78 1,81 |
Расположение температур материал лопаток по ее высоте приведено на рис. 5.21.
Рис. 5.21. Эпюра температуры по высоте лопатки ТНД
Диск турбины – штампованный, с последующей механической обработкой. В периферийной зоне для размещения лопаток выполнены пазы типа «Елочка» и наклоненные отверстия подвода охлаждающего воздуха. На полотне диска выполнены кольцевые буртики, на которых размещены втулки лабиринтного уплотнения 16 и напорный диск – лабиринт 18 (рис. 5.1), фиксация этих деталей осуществляется штифтами (рис. 5.22). Для предотвращения выпадения штифтов отверстия развальцовываются. Напорный диск, имеющий лопатки, нужен для поджатия воздуха, поступающего на охлаждения лопаток турбины. Для балансировки ротора на напорном диске закреплены пластинчатыми фиксаторами балансировочные грузы (рис. 5.22).
Рис. 5.22. Напорный диск с балансировочным грузом
На ступице диска выполнены кольцевые буртики. На левом буртике размещены втулки сотовых уплотнений. Правый бурт совместно с радиальными штифтами обеспечивает центрирование диска и передачу с него нагрузок на цапфу 30 (рис. 5.1).
Изменение температуры по радиусу диска турбины низкого давления представлено на рис. 5.23.
Рис. 5.23. Тепловое состояние диска ТНД
Данные по напряженному состоянию диска на форсированном режиме приведены в табл. 5.8.
Таблица 5.8
| Режим | σr, х10-7 , Па | σt, х10-7 , Па | Kmr | Kmt | Кв |
| «Ф» М=1,184 Н=0 | 70,9 | 69,5 | 1,41 | 1,45 | 1,25 |
Цапфа предназначена для опирания ротора низкого давления на роликовый подшипник и передаче крутящего момента от диска на вал 32 (рис. 5.1). Для соединения диска с цапфой на ней в периферийной части выполнен вильчатый фланец, по которому осуществляется центрирование. Кроме того, центрирование и передача нагрузок идут по радиальным штифтам, удерживаемым от выпадания втулкой лабиринтного уплотнения (рис. 5.24). Втулка относительно цапфы зафиксирована штифтами; края отверстий под штифты развальцованы.
Рис. 5.24. Узел соединения диска с цапфой
На периферийной цилиндрической части цапфы справа размещено торцевое уплотнение (рис. 5.25), а слева – втулка межтурбинного радиально-торцевого контактного уплотнения. Втулка отцентрирована по цилиндрической части цапфы в осевом направлении, зафиксирована гребешком, завальцованным в цапфу, в окружном направлении втулка зафиксирована осевыми штифтами.
Рис. 5.25. Контактное уплотнение
На периферии цапфы, слева по буртику, отцентрирован и радиальными штифтами зафиксирован цилиндр 34 (рис. 5.1), ограничивающий канал подвода воздуха, охлаждающего опору турбины.
В левой части цапфы, на цилиндрической поверхности, размещены втулки подвода масла к подшипнику, внутреннее кольцо подшипника и детали уплотнений. Пакет этих деталей стянут корончатой гайкой, законтренной пластинчатым замком. На внутренней поверхности цапфы выполнены шлицы, обеспечивающие передачу крутящего момента от цапфы на вал. В теле цапфы выполнены отверстия подвода масла к подшипникам.
В правой части цапфы, на внешней проточке, гайкой закреплено внутреннее кольцо роликового подшипника. Корончатая гайка законтрена пластинчатым замком.
Вал турбины низкого давления состоит из 3-х частей, соединенных друг с другом радиальными штифтами. Правая часть вала своими шлицами входит в ответные шлицы, получая от нее крутящий момент. Осевые силы с цапфы на вал передаются гайкой (рис. 5.26), навернутый на резьбовой хвостик вала. Гайка законтрена от поворачивания шлицевой втулкой. Торцевые шлицы втулки входят в торцевые прорези гайки. В осевом направлении шлицевая втулка зафиксирована регулировочными и разрезными кольцами. На наружной поверхности правой части вала радиальными штифтами закреплена втулка 35 (рис. 5.1) лабиринтного уплотнения. На внутренней поверхности вала на проточке радиальными штифтами закреплена шлицевая втулка 28 (рис. 5.1) привода насоса откачки масла от опоры турбины.
Рис. 5.26. Элементы контровки гайки
В левой части вала выполнены шлицы, передающие крутящий момент на рессору и далее на ротор вентилятора. На внутренней поверхности левой части вала нарезана резьба, в которую ввернута гайка, законтренная осевым штифтом. В гайку вворачивается стяжной болт. На наружной поверхности левой части вала размещено радиально-торцевое контактное уплотнение, дистанционная втулка и роликовый подшипник конической шестерни. Все эти детали стянуты корончатой гайкой. Составная конструкция вала позволяет повысить жесткость конструкции при снижении веса за счет того, что средняя часть вала выполнена из титанового сплава.