тв2т2

ТЕМА №2 ОСНОВНЫЕ УЗЛЫ ДВИГАТЕЛЯ
1. КОМПРЕССОР
Компрессор служит для сжатия воздуха перед поступлением его в камеру сгорания. Сжатие воздуха
и подогрев его при сжатии способствуют быстрому и полному сгоранию топлива в камере сгорания. Компрессор двигателя - осевой, дозвуковой, выполнен по одновальной схеме.
Основные данные компрессора:
- Количество ступеней ....................................................................... 10
- Степень повышения давления на взлетном режиме ................... 6,8
- Массовый расход воздуха ............................................................... 10 кг/c
- Скорость потока на входе ................................................... 150...160 м/с
- Особенности конструкции: наличие поворотных лопаток входного направляющего аппарата
(ВНА) и направляющих аппаратов (НА) I, II, и III ступеней и наличие двух автоматически управляемых клапанов перепуска воздуха в атмосферу (КПВ) за VI ступенью
- Частота вращения турбокомпрессора при закрытии клапанов перепуска при запуске ... 50...56%
- Отбор воздуха от компрессора для противообледенительной системы ... за VIII и X ступенями
- Уменьшение мощности двигателя при включении отбора ............... 4,5 %
- Увеличение удельного расхода топлива при включении отбора ............. 5 %
Корпус компрессора состоит из переднего, среднего и заднего корпусов.
Передний корпус - титановый, разъемный, соединяется с корпусом первой опоры и со средним корпусом компрессора. В переднем корпусе установлены поворотные лопатки ВНА (полые, обогреваемые) и
НА I, II, III ступеней. На концах верхних цапф поворотных лопаток закреплены рычаги, соединенные с поворотными полукольцами, соединенными с рычагами двух гидромеханизмов.
На наружной поверхности обечайки среднего корпуса установлены два клапана перепуска воздуха.
Для обеспечения малых радиальных зазоров между торцами рабочих лопаток и корпусами компрессора на внутренние поверхности переднего корпуса и рабочие кольца среднего корпуса нанесен слой мастики, что уменьшает осевое перетекание воздуха по радиальным зазорам, повышает к.п д. компрессора.
Задний корпус является силовым узлом. На наружном кольце корпуса закреплены детали узлов
крепления двигателя на вертолете. К внутреннему кольцу заднего корпуса крепится вторая опора двигателя
(задняя опора компрессора).
1
Ротор компрессора состоит из рабочего колеса I ступени, рабочего колеса X ступени и центральной части барабанного типа, охватывающей II—IX ступени.
Детали ротора соединены между собой призонными болтами. Лопатки рабочих колес I и Х ступеней крепятся в пазах диска замковым соединением типа ласточкин хвост и фиксируются отгибными пластинчатыми замками. Лопатки II—IX ступеней крепятся в кольцевых выточках центральной части ротора и
фиксируются замковыми лопатками.
На барабане ротора против внутренних обойм направляющих аппаратов нарезаны лабиринтные
гребешки, предотвращающие перетекание воздуха между ступенями, а в поясе барабана за VIII ступенью
выполнены отверстия для перепуска воздуха, идущего на охлаждение деталей турбин.
Внутренними шлицами хвостовика рабочего колеса I ступени ротор соединяется с валом-рессорой
центрального привода, а шлицами и сферическими расточками хвостовика рабочего колеса Х ступени — с
валом турбины компрессора.
Первая опора (передняя опора ротора компрессора) состоит из корпуса, роликоподшипника, центрального привода, профилированного кока, деталей масляного уплотнения.
К переднему фланцу наружного обода корпуса опоры крепится воздухозаборник. Задним фланцем
обода корпус опоры крепится к переднему корпусу компрессора. На верхнем фланце опоры крепится коробка приводов, на нижнем фланце - нижний агрегат маслосистемы, на правом и левом фланцах - трубы
подвода горячего воздуха для обогрева стоек корпуса, кока и лопаток ВНА.
Масляная полость первой опоры спереди герметично закрыта крышкой, а сзади уплотнена контактно-кольцевым уплотнением и гребешковым лабиринтом. Полость наддувается воздухом, отбираемым из
диффузора камеры сгорания. Роликовый подшипник и детали центрального привода смазываются маслом,
поступающим под давлением от нагнетающего насоса верхнего маслоагрегата через форсунки. Отработанное масло по каналам нижней вертикальной стойки корпуса сливается в нижний откачивающий масляный
агрегат.
2
Вторая опора (задняя опора ротора компрессора) состоит из стального корпуса опоры.
3
Масляная полость опоры уплотнена контактно-кольцевыми уплотнениями и гребешковыми лабиринтами.
Шарикоподшипник смазывается маслом, поступающим иод давлением к форсункам от нагнетающего насоса верхнего маслоагрегата. Отработанное масло сливается из опоры через штуцер и наружную
трубку в нижний откачивающий маслоагрегат.
Воздух, просочившийся через задний лабиринт, отводится в полость для выброса в атмосферу через
две трубки и алюминиевые патрубки.
Через четыре отверстия в бандажной втулке проходит определенное количество воздуха для охлаждения турбины.
РАБОТА КОМПРЕССОРА
Осевой компрессор представляет собой лопаточную машину, в которой происходит преобразование
механической работы, подводимой от турбины, в энергию давления воздуха.
Ступень компрессора - направляющий аппарат (НА) и рабочее колесо (РК).
Так как в компрессоре используются дозвуковые скорости течения воздуха, то при движении его в
расширяющихся каналах относительная скорость (w) уменьшается, а давление и температура увеличиваются. На выходе из рабочего колеса абсолютная скорость движения воздуха (с) увеличивается вследствие
подвода к воздуху механической энергии (механического воздействия вращающихся лопаток на воздух).
В НА происходит дальнейший рост давления и температуры, но происходит падение абсолютной
скорости.
Таким образом, прирост давления в ступени компрессора равен сумме прироста давления в РК
и НА.
Межлопаточные каналы всех ступеней компрессора профилируются исходя из расчетного
режима работы (номинального режима).
При работе компрессора на нерасчетном режиме параметры потока воздуха (давление, температура,
скорость и плотность) в течениях проточной части изменяются. Проходные сечения, подобранные для расчетного режима, в этом случае не будут соответствовать новым значениям параметров воздушного потока,
и при изменении углов набегания потока на лопатки возможен его срыв и образование завихрений. Как
правило, эти срывы и завихрения потока при неблагоприятных условиях происходят на части ступеней,
вызывая неустойчивую работу, или помпаж, всего компрессора.
Наибольшее влияние на возникновение помпажа оказывает частота вращения ротора. При уменьшении ее по сравнению с расчетными значениями уменьшаются расход воздуха, степень повышения давления и мощность, потребляемая компрессором.
4
Уменьшение Gв приводит к уменьшению осевой скорости и разрыву потока, что и вызывает появление срывов на первых ступенях компрессора. При этом последние ступени могут работать в турбинном
режиме или в режиме запирания.
Срыв потока проиходит и при постоянной частоте вращения при изменении расхода воздуха Gв,
связанном с изменением атмосферных условий или с особенностями работы и управления двигателем.
При уменьшении расхода воздуха срыв происходит со спинок лопаток (возможно запирание компрессора и выброс воздуха в атмосферу), а при увеличении - со стороны корытца лопаток (такой срыв является местным и его распространение из-за центробежных сил маловероятно, но к.п.д. компрессора все же
снижается).
Необходимо знать:
- эксплуатационные причины помпажа;
- признаки возникновения помпажа;
- последствия помпажа.
Компрессор двигателя ТВ2-117А имеет конструктивные меры борьбы с помпажем: клапаны перепуска воздуха (КПВ) и поворотные лопатки ВНА и НА.
2. КАМЕРА СГОРАНИЯ
Камера сгорания двигателя ТВ2-117А - кольцевого типа, состоит из:

наружного корпуса диффузора;
5
внутреннего корпуса диффузора;
корпуса камеры сгорания;
жаровой трубы;
восьми топливных форсунок;
двух пусковых воспламенителей.
Воспламенители расположены в верхней части камеры сгорания, справа и слева.





Воздух поступает в камеру сгорания двигателя (Р2 = 6,7 кгс/кв.см, Т2=270 °С) с осевой скоростью
100...120 м/с. Так как скорость горения топлива составляет 25...30 м/с, то для обеспечения устойчивости
горения необходимо тормозить воздушный поток в расширяющемся диффузоре до 60...80 м/с. Кроме того,
первичный воздух, проходя через завихрители, тормозится до скорости 15—25 м/с. Такая скорость воздушного потока, участвующего в горении топлива, способствует стабильности горения.
Для обеспечения устойчивого горения весь поток воздуха, поступающий из компрессора, разделяется на две части: на первичный воздух I и вторичный II. Первичный воздух (25—30% всего воздуха) проходит через завихрители жаровой трубы и используется для сжигания топлива. В завихренный первичный
воздух впрыскивается через рабочие форсунки топливо. Стабилизация горения топлива достигается тем,
что первичный воздух, проходя по межлопаточным каналам завихрителя, закручивается, и поэтому в жаровой трубе создается вращающийся относительно продольной оси поток.
Температура газа в зоне горения достигает 1900—2000° С. Понижение температуры до допустимой
по условиям жаропрочности турбинных лопаток осуществляется подводом во внутрь жаровой трубы вторичного воздуха, поступающего в камеру сгорания. Этот воздух подводится в жаровую трубу через отверстия и щели в ее секциях. Вторичный воздух не только уменьшает температуру газа вследствие перемешивания с продуктами сгорания, но и участвует в догорании продуктов неполного сгорания и частиц несгоревшего топлива, вынесенных из зоны горения, а также обеспечивает охлаждение жаровой трубы и корпуса
камеры сгорания.
3. ТУРБИНА КОМПРЕССОРА
Двигатель ТВ2-117А имеет две соосные, кинематически не связанные между собой турбины: турбину привода компрессора и свободную турбину (турбину привода несущего винта). Это обеспечивает
устойчивую работу двигателя в широком диапазоне изменения режимов полета и работы двигателя и ряд
других преимуществ.
Свободная турбина по сравнению с турбиной компрессора выполняется низкооборотной, что
уменьшает передаточное число вертолетного редуктора, упрощает его конструкцию и уменьшает массу.
Осевая,
активная
Тип
Количество ступеней
ре-
2
Температура газа перед турбиной (на взлетном
режиме)
Давление газа перед турбиной (на взлетном режиме)
880 °С
6,7 кгс/кв.см.
21400 об/мин
(101 %)
Частота вращения ротора
Коэффициент полезного действия
6
0,89
Турбина компрессора двухступенчатая, состоит из ротора, двух сопловых аппаратов и опоры ротора
и служит для вращения ротора компрессора и приводов агрегатов двигателя. Ротор турбины состоит из вала, двух рабочих колес, задней шейки, лабиринта и покрывающего диска. Все детали ротора соединены
между собой торцовыми шлицами и стянуты стяжными болтами.
Рабочие лопатки имеют бандажные полки и крепятся в дисках замками ёлочного типа и фиксируются с помощью покрывающего диска, лабиринта и разрезного стопорного кольца.
Корпус соплового аппарата (СА) первой ступени крепится к корпусу камеры сгорания и к корпусу
СА второй ступени. На корпусе закреплено 17 сдвоенных термопар.
Опорами ротора турбины компрессора служит хвостовик рабочего колеса десятой ступени компрессора и третья опора двигателя. Третья опора является задней опорой ротора.
Для смазки роликоподшипника опоры масло под давлением подводится от верхнего маслоагрегата.
Отработанное масло отводится в нижний маслоагрегат.
4. СВОБОДНАЯ ТУРБИНА
Свободная турбина также двухступенчатая, состоит из ротора, двух сопловых аппаратов и опор ротора и предназначена для создания мощности, передаваемой (через редуктор и трансмиссию) на вращение
валов несущего и хвостового винтов и приводов агрегатов главного редуктора.
Ротор свободной турбины состоит из вала, двух рабочих колес, лабиринта и деталей крепления.
Свободная
турбина
Осевая, реактивная
Тип
Количество ступеней
2
Температура газа перед турбиной (на взлетном
режиме)
7
600 °С
Давление газа перед турбиной (на взлетном режиме)
2,3 кгс/кв.см.
12000 об/мин
(95,3 %)
Частота вращения ротора
Коэффициент полезного действия
0,9
Диски и лопатки свободной турбины выполнены аналогично соответствующим деталям турбины
компрессора. Сопловые аппараты свободной турбины выполнены аналогично СА II ступени турбины компрессора. Корпуса сопловых аппаратов крепятся между собой и к корпусам третьей и четвертой опор двигателя.
Опорами ротора свободной турбины служат четвертая и пятая опоры двигателя. Шариковый подшипник четвертой опоры монтируется в гнездо через упругий элемент. Роликовый подшипник пятой опоры монтируется в гнездо, закрепленное в промежуточном корпусе.
Масло на смазку подшипников поступает под давлением от верхнего маслоагрегата. Отработанное
масло отводится в нижний, откачивающий, маслоагрегат.
В нижней части корпуса опор имеется штуцер для слива конденсата топлива из сопловых аппаратов
I и II ступеней свободной турбины в дренажный бачок вертолета.
На верхней части корпуса закреплен транспортировочный узел.
РАБОТА ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ
8
Работа газовой турбины основана на принципе превращения тепловой энергии и энергии давления рабочих газов в кинетическую и затем - преобразования кинетической энергии газового потока
во вращательное движение ротора.
Сочетание соплового аппарата и рабочего колеса называется ступенью газовой турбины. На
входе в сопловой аппарат газ имеет давление Р3, температуру t3 и абсолютную скорость C3. Канал, образованный лопатками соплового аппарата, сужается. При проходе газа по сужающемуся каналу соплового аппарата скорость его увеличивается, а давление и температура уменьшаются. Таким образом, в каналах
соплового аппарата происходит преобразование части запаса полной энергии газового потока в кинетическую энергию движения.
Газ с увеличившейся кинетической энергией направляется лопатками соплового аппарата на лопатки рабочего колеса турбины.
В реактивной турбине межлопаточный канал рабочего колеса сужается , что приводит к ускорению
газового потока. Относительная скорость w на выходе межлопаточного канала увеличивается, а давление и
температура уменьшаются. Абсолютная скорость газового потока с на выходе из каналов рабочих лопаток,
равная геометрической сумме относительной скорости w и окружной скорости и меньше, чем на входе.
Это уменьшение свидетельствует о том, что кинетическая энергия газового потока преобразуется в
механическую работу.
9
Сущность получения крутящего момента на валу турбины заключается в том, что при обтекании
потоком газа рабочих лопаток скорости обтекания выпуклой н вогнутой сторон лопаток разные,
отчего соответственно возникает и разность давлений. Кроме того, газовый поток ударяется о вогнутую сторону лопаток.
Таким образом, вследствие удара, поворота потока и аэродинамического обтекания на рабочие лопатки действует активная (аэродинамическая) сила Ра. Вследствие ускорения газового потока при его относительном движении в сужающихся межлопаточных каналах на рабочие лопатки действует реактивная сила R.
Активную силу Ра и реактивную силу R можно представить в виде двух составляющих. Осевые составляющие Ра.ос и Rос направлены по оси двигателя. Разность осевых составляющих сил создают осевое
усилие, действующее на рабочее колесо и передаваемое через подшипники на корпус двигателя. Окружные
составляющие Pа.окр и Rокр, приложенные к лопаткам рабочего колеса, создают крутящий момент на валу
турбины Мкр.
ОХЛАЖДЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ТУРБИН
10
Для увеличения надежности и срока службы турбин на двигателе ТВ2-117А выполнено охлаждение
наиболее нагруженных в тепловом отношении деталей.
Охлаждение деталей турбин осуществляется вторичным воздухом камеры сгорания (из-за компрессора) и воздухом, забираемым за VIII ступенью компрессора.
Вторичным воздухом охлаждаются:
- корпусы сопловых аппаратов турбины компрессора;
- корпус третьей опоры ротора турбины компрессора;
- корпусы сопловых аппаратов свободной турбины.
Воздухом, забираемым через дросселирующие отверстия втулки задней опоры ротора компрессора, охлаждаются:
- диск первой ступени турбины компрессора;
- замковая часть рабочих лопаток;
- внутренняя обойма корпуса соплового аппарата первой ступени.
Воздухом, забираемым за VIII ступенью компрессора, охлаждаются:
- диски и замковые соединения остальных ступеней турбин;
- гнезда роликового подшипника третьей опоры роторов двигателей.
5. ВЫХЛОПНОЕ УСТРОЙСТВО
11
Выхлопное устройство предназначено для отвода отработанных газов из турбины за пределы
силовой установки с минимальными гидравлическими потерями.
Выхлопное устройство состоит из выхлопного патрубка, разъемного кожуха и стяжной ленты.
Наружным фланцем и винтами патрубок жестко крепится к наружному фланцу корпуса четвертой
опоры, а внутренним фланцем свободно устанавливается на внутренней обечайке корпуса опоры. У среза
выхлопного патрубка приварен козырек для предотвращения перетекания топлива в полость кожуха и
ложных или неудавшихся запусках. Для плавного огибания потоком газа центральной части патрубка
внутри патрубка выполнен конический обтекатель.
Кожух патрубка состоит из двух половин, соединенных винтами или стяжными петлями). Стяжная
лента стягивает обе части кожуха и соединяет кожух с наружным фланцем корпуса четвертой опоры.
Выхлопной патрубок при необходимости может быть повернут на фланце крепления в правую или
левую сторону на угол 60° к оси двигателя и на 10° к горизонтальной плоскости.
6. ПЕРЕДАЧИ И ПРИВОДЫ ДВИГАТЕЛЯ
Привод агрегатов состоит из двух механических не связанных между собой систем:

приводов свободной турбины;

приводов турбокомпрессора.
12
Система привода свободной турбины включает в себя главный привод и привод регулятора частоты вращения свободной турбины РО-40М. Вращение от ротора свободной турбины через вал-рессору
передается на главный редуктор вертолета ВР-8А, а через шлицевую втулку и зубчатое колесо - на привод
регулятора РО-40М.
Система приводов турбокомпрессора включает в себя центральный привод, привод нижнего маслоагрегата и коробку приводов. Вращение от ротора компрессора передается на ведущее зубчатое колесо
центрального привода и через зубчатые колеса - на коробку приводов и на нижний привод. Ведущее зубчатое колесо коробки приводов через набор зубчатых колес приводит во вращение:
- привод датчика Д-2 счетчика оборотов ротора турбокомпрессора;
- свободный привод;
- привод гидронасоса ПН-40Р;
- привод верхнего масляного агрегата;
- привод генератора ГС-18МО;
- привод центробежного суфлера;
- привод командного агрегата КА-40;
- привод насоса-регулятора НР-40ВА.
При работе двигателя под действием специальной пружины коническое зубчатое колесо ручного
привода турбокомпрессора отжато вверх и не вращается. Ротор турбокомпрессора прокручивается вручную с помощью специальной рукоятки.
ГЛАВНЫЙ ПРИВОД предназначен для передачи крутящего момента с вала свободной турбины на
вал главного редуктора вертолета, соединяет корпус двигателя с корпусом редуктора и привода регулятора
РО-40М. Он состоит из корпуса, узла соединения корпуса двигателя с корпусом редуктора, вала-рессоры и
привода регулятора РО-40М.
Корпус главного привода спереди крепится к промежуточному корпусу опор свободной турбины, а
сзади - к редуктору ВР-8А. На нижнем фланце корпуса устанавливается привод регулятора оборотов РО40М.
Вал-рессора передним хвостовиком входит в зацепление с внутренними шлицами вала свободной
турбины, а задним - с валом ведущей муфты свободного хода редуктора.
13
К шлицевому соединению масло подается через форсунку, установленную на внутреннем фланце
корпуса привода, и отверстия в заднем хвостовике рессоры.
Сферическое шарнирное крепление корпуса двигателя к корпусу вертолетного редуктора и шлицевое с зазорами сочленение валов выполняют функцию карданного элемента, предотвращающего поломку
соединения при несовпадении осей валов двигателя и редуктора.
Регулятор оборотов РО-40М приводится посредством шлицевой втулки, ведущего и промежуточного зубчатых колес. Ведущее зубчатое колесо установлено на подшипниках. Промежуточное зубчатое колесо свободно вращается на шариковых подшипниках, напрессованных на ось.
Регулятор РО-40М крепится к переходнику хомутом.
КОРОБКА ПРИВОДОВ
Коробка приводов состоит из корпуса, крышки и системы цилиндрических и конических зубчатых
колес, установленных на шариковых подшипниках.
Корпус коробки приводов крепится на верхнем фланце корпуса первой опоры двигателя.
Подшипники и зубчатые колеса смазываются маслом, поступающим от верхнего масляного агрегата через жиклер и систему сверленных каналов в корпусе. Отработанное масло откачивается из коробки
приводов откачивающим насосом верхнего масляного агрегата.
Большинство агрегатов крепятся к корпусу коробки приводов хомутами через переходники. Датчик
Д-2 счетчика оборотов ротора компрессора и верхний масляный агрегат устанавливаются на корпусе коробки непосредственно своими фланцами и крепятся к нему шпильками.
14