Выбор системы охлаждения лопаток
Коэффициенты запаса
Коэффициенты запаса на смятие, изгиб и срез:
, (3.7)
, (3.8)
, (3.9)
где 
– пределы прочности.
Определим безразмерную величину 
- глубину охлаждения лопаток, позволяющую судить об эффективности системы охлаждения (при некотором фиксированном расходе охладителя 
) для всех охлаждаемых лопаток РК и СА.
Принимаем допустимую температуру лопатки 
, температуру охладителя 
и температуру, которая срабатывается в турбине.
Глубина охлаждения определяется по формуле:
, (3.10)
где 
– температура за камерой сгорания,
– допустимая температура лопатки,
– температура охладителя.
По статической зависимости [11] находим схему охлаждения лопатки.
Заключение
Методические указания представляют собой продолжение опыта реализации курсовой работы в ходе курсов «Основы проектирования АД и ЭУ», «Компьютерное проектирование основных узлов АД и ЭУ». Первое издание проектных заданий было осуществлено в 1992 году. По-сравнению с предыдущим изданием, которое в основном базировалось на хорошо известных отечественных и зарубежных образцах авиационного двигателестроения, в настоящее издание включены задания по самым современным и наиболее известным двигателям. Это стало возможным благодаря созданию и развитию на кафедре КиПДЛА СГАУ электронной базы двигателей под руководством профессора Старцева Н.И.
Также в методические указания были добавлены разделы, касающиеся расчета осевых сил в турбокомпрессоре, выбора радиально-упорного подшипника, трехмерного проектирования системы подвески двигателя с расчетом силовых стержней, описания узла радиально-упорного подшипника и стяжного устройства, выбора радиальных и осевых зазоров в турбокомпрессоре, расчета хвостовиков елочного типа и типа «ласточкин хвост», расчета корпуса на непробиваемость, расчета бандажной полки, проектирования системы охлаждения турбины. В рамках совершенствования учебного процесса в задания по каждому разделу введены элементы трехмерного проектирования.
В дальнейшем планируется развивать выбранное направление широкого внедрения такого подхода. Твердотельное моделирование позволяет в ходе занятии показать особенные места в конструкции двигателя, которые зачастую невозможно представить на натурном _вкете или двухмерном изображении. Понимание особенностей конструкции может быть значительно улучшено путем наглядной демонстрации процесса сборки отдельных элементов или даже всего двигателя. Это приводит к мысли о необходимости созданий электронной базы данных трехмерных моделей двигателей.
Список литературы
- Белоусов А.И., Иванов А.И. Расчет осевых сил, действующих в турбомашинах. – Куйбышев: КуАИ, 1981.- 84 с.
- Зрелов В.А. Отечественные ГТД. Основные параметры и конструктивные схемы. В 2 ч.2: Учебное пособие / Самар. гос. аэрокосм. ун-т. Самара, 2002. 210 с. (250 с.).
- Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей: Учебник для студентов вузов по специальности «Авиационные двигатели и энергетические установки»/ С. А. Вьюнов, Ю. И. Гусев, А. В. Карпов и др.; Под общ. ред. Д. В. Хронина. – М.: Машиностроение, 1989. – 368 с.: ил.
- Подшипники качения. Справочник / под ред. Бейзельман Р.Д., Цыпкин Б.В., Перель Л.Я. - М.: Машиностроение , 1975, 572с.
- Проектирование подвески ГТД на летательном аппарате: Учебное пособие/ Е. П. Кочеров, Н. И. Старцев; Самарский государственный аэрокосмический ун-т. Самара. 1999. – 54 с.
- Проектные работы по курсу «Конструкция и проектирование ГТД» Учеб. Пособие /Н. И. Старцев; Самар. авиац. ин-т. Самара, 1992. 80 с.
- Н.И. Старцев Проектирование осевых компрессоров ГТД: Учеб. пособие. – КуАИ. 1978г.
- Н.Д. Кузнецов и др. Управление радиальными зазорами в турбокомпрессорах _виациионных ГТД: СГАУ. 1991г.
- Старцев Н.И. Конструирование лопаток и дисков ГТД: Куйбышев, КуАИ, 1980г.
- Гаврилов Н.Г. Старцев Н.И. Проектирование осевых и газовых турбин: Куйбышев, КуАИ, 1984г.
- Лукачев В.П. Данильченко В.П. Резник В.Е. Выбор параметров и инженерные основы проектирования систем охлаждения лопаток турбин авиационных ГТД: Куйбышев, КуАИ, 1983г.
Приложение 1
ОСНОВНЫЕ ДАННЫЕ И ПАРАМЕТРЫ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА АВИАЦИОННЫХ ГТД
| Двигатель | Параметры (взлет) | 
кг
| 
| 
| 
| 
ч
| 
ч
| |||||
 
| 
| 
| 
| 
| 
| |||||||
| Д-30КУ | 20,5 | 8,7 | 2,3 | 
| - | 10 620 | ||||||
| ПС-90А | 35,5 | 1,75 | 14,2 | 4,5 | 
| 11 000 | ||||||
| Д-20П | - | 4,7 | 1,0 |
| - | - | ||||||
| АИ-20 | (3150) | 7,3 | - | - | - | - | - | - | ||||
| АИ-25 | 14,7 | - | - | 2,2 | 
| - | 16 640 | |||||
| Д-36 | 63,7 | 20,2 | 1,39 | 5,2 | 5,6 | 
| 11 000 | - | ||||
| Д-436 Т1 | 29,2 | 1,9 | 5,2 | 4,82 | - | - | 10 000 | |||||
| НК-8 | - | - | 1,0 | 
| - | 7 500 | ||||||
| НК-56 | 25,5 | - | 6,0 | 4,9 | 
| - | - | |||||
| НК-12 | (11025) | 9,5 | - | - | - | - | - | 8 300 | ||||
| АЛ-21Ф | 14,6 | - | - | - | - | - | - | |||||
| М53-Р2 | 9,8 | - | - | - | - | - | 10 600 | |||||
| LARZAC | 11.0 | 1,6 | - | 1,0 | - | - | - | 10 000 | ||||
| М-88 | - | 5,7 | 0,3 | 
| - | - | ||||||
| Мк102 ADUR | 23,2 | - | - | 3,8 | 0,8 |
| - | 16 000 | ||||
| JT9D-7R4D | 23,3 | 1,53 | 8,0 | 5,0 |
| - | 7 850 | |||||
| JT9D | 22,5 | 1,53 | - | 5,1 |
| 7 850 | ||||||
| PW530 | - | 30,0 | - | - | 3,44 | - | 
| - | 11 000 | |||
| PW 2000 | 28,1 | 1,7 | - | 6,0 |
| - | 10 200 | - | - | |||
| PW 4000 | 27,0 | 1,75 | - | 5,2 | - | 
| - | 12 000 | - | |||
| PW 6000 | 26,6 | 1,7 | - | 5,1 |
| - | - | - | ||||
| PW 300 | 21,5 | 18,8 | 1,57 | - | 4,5 | - | 13 000 | 25 600 | - | |||
| RB 211-535E4 | 28,5 | - | 5,0 | 4,5 | - |
| - | 11 800 | - | |||
| RB 211-535 | 29,0 | - | 5,0 | 4,4 | 
| - | 10 800 | |||||
| RB 199 | 25,0 | - | 6,0 | 1,1 | 
| - | 14 000 | - | ||||
| SPEI | 20,7 | - | 8,2 | 0,7 | 
| - | 12 800 | - | - | |||
| ТЕЙ | 62,8 | 15,6 | - | 7,0 | 3,0 | 
| - | 10 000 | ||||
| GE 36 | 99,8 | 40,0 | - | 6,0 | - |
| - | 11 000 | ||||
| F 110 | 76,0 | 32,0 | - | 11,0 | 0,85 |
| - | 16 200 | ||||
| F 404 | 48,0 | 25,0 | 3,5 | - | 0,34 |
| 17 900 |
Приложение 2
Пример оформления чертежа узла радиально-упорного подшипника
Приложение 3
Пример оформление чертежа стяжного устройства
Приложение 4
Расчет осевых зазоров на примере двигателя М53
Осевые зазоры влияют на эффективность работы ступеней. Увеличение осевых зазоров уменьшает КПД компрессора в целом. Расчеты показывают, что даже сравнительно малое ухудшение КПД турбокомпрессора может обесценить улучшения, связанные с форсированием цикла двигателя [1].
Осевые зазоры – комплексный параметр, устанавливающий взаимосвязь между уровнем регулирования радиальных зазоров и термических перемещений роторных и статорных элементов. При подборе осевых зазоров можно использовать теоретико-вероятностный метод расчета размерных цепей.
Передний осевой зазор пятой лопатки
Используя чертёж и приняв за базу отсчёта упорный торец РУП, составим размерные цепи по ротору и статору.
Величины звеньев и их допуски (по 7-му квалитету) сведены в таблицу П.1.
Таблица П.1 – Размерные цепи для пятой лопатки
| Звено ротора | Номинал. значение | Допуск ITAi | Звено статора | Номинал. значение | Допуск ITAi |
| L1 | -25,6 | 0,021 | L16 | 7,76 | 0,015 |
| L2 | -9,61 | 0,015 | L15 | -2,23 | 0,012 |
| L3 | -59,54 | 0,030 | L14 | -21 | 0,021 |
| L4 | -7,05 | 0,015 | L13 | 239,45 | 0,046 |
| L5 | -238,25 | 0,046 | L12 | 126,05 | 0,040 |
| L6 | -2,41 | 0,012 | L11 | 0,012 | |
| L7 | -10,87 | 0,018 | L10 | 3,5 | 0,012 |
| L9 | 2,5 | 0,012 | |||
| L8 | 2,5 | 0,012 |
Составляющие звенья любой размерной цепи делятся на две группы. К первой группе относятся звенья, с увеличением которых (при прочих постоянных) увеличивается и замыкающее звено (в нашем случае – dП). Такие звенья называются увеличивающими и обозначаются индексом “ув”. Ко второй группе, наоборот, относятся звенья, при увеличении которых замыкающее звено будет уменьшаться. Такие звенья называются уменьшающими и обозначаются индексом “ум”.
В общем случае номинальное значение замыкающего звена представляет собой разность между суммами номинальных значений увеличивающих и уменьшающих звеньев:
,
где m – число увеличивающих звеньев; n – число уменьшающих звеньев цепи.
Тогда номинальный осевой зазор первой ступени равен:
Вычислим допуск замыкающего звена:
Для данной задачи:
Координата середины поля допуска равна нулю 
Найдем предельные отклонения замыкающего звена:
Верхнее отклонение замыкающего звена:
Нижнее отклонение замыкающего звена:
Предельные осевые зазоры равны:
Передний осевой зазор первой лопатки
Используя чертёж и приняв за базу отсчёта упорный торец РУП, составим размерные цепи по ротору и статору.
Величины звеньев и их допуски (по 7-му квалитету) сведены в таблицу П.2.
Таблица П.2 – Размерные цепи для первой лопатки
| Звено ротора | Номинал. значение | Допуск ITAi | Звено статора | Номинал. значение | Допуск ITAi |
| L17 | -27,43 | 0,021 | L20 | 57,71 | 0,030 |
| L18 | -2,28 | 0,012 | |||
| L19 | -24,54 | 0,021 |
Определим номинальное значение замыкающего звена:
,
где m – число увеличивающих звеньев; n – число уменьшающих звеньев цепи.
Номинальный осевой зазор последней ступени равен:
Вычислим допуск замыкающего звена:
Координата середины поля допуска равна нулю .
Найдем предельные отклонения замыкающего звена:
Верхнее отклонение замыкающего звена:
Нижнее отклонение замыкающего звена:
Предельные осевые зазоры равны:
Определение зазоров в промежуточных ступенях
Принимаем линейный закон изменения осевого зазора по тракту компрессора ВД Д-30КУ. В соответствии с принятым законом изменением переднего осевого зазоров строим графики, из которых можно определить величины предельных осевых зазоров на промежуточных ступенях компрессора.
Построим график изменения осевых зазоров.
Первая ступень: 
Пятая ступень: 
Рис. П.1. Изменение осевых зазоров по ступеням
По графику определим осевые зазоры в ступенях 2,3 и 4:
Вторая ступень: 
Третья ступень: 
Четвёртая ступень: 
| Рис. П.2. Пример составления размерной цепи |