Цели и задачи курсового проектирования

Стр 1 из 3Следующая ⇒

Nbsp; Егорьевский авиационный технический колледж – филиал московского технического университета гражданской авиации Цикловая комиссия по аэродинамике и конструкции летательных аппаратов Расчетно-пояснительная записка К курсовому проекту по конструкции двигателя ПС-90А Тема: Техническое описание и анализ конструкции КВД Проектировал Журавлев А.А./_______________/ Руководитель Кошкин В.Г./_______________/ Егорьевск 2011

Задание № 3

Для курсового проектирования по конструкции двигателя ПС-90А

Курсанту 5 курса ЕАТК ГА Карасеву М.С.

Тема задания: Техническое описание и анализ конструкции КВД _______________________________________________________________________________

Курсовой проект на указанную тему выполняется в следующем объеме:

1. Пояснительная записка: Требования предъявляемые к КВД; - Общие сведения о КВД; - Конструкция КВД; - Работа КВД; - Техническое обслуживаниеКВД; - Характерные отказы и неисправности КВД; - Меры безопасности; - Техника безопасности при обслуживании КВД; - Расчетная часть; - Графическая часть; - Литература

2. Расчетная часть проекта: Расчет характерных сечений компрессора и двигателя ПС-90А

_________________________________________________________________________

3. Экономическая часть проекта________________________________________________

__________________________________________________________________________

4. Графическая часть проекта: Изготовление цветных файлов системы КВД __________________________________________________________

Рекомендуемая литература

1.Авиационный двигатель ПС-90 / Иноземцев А.А. и др.-М.: Либра-К, 2007

2.Размещение агрегатов на двигателе ПС-90А: Альбом схем.- Егорьевск, 2008

3.Данилейко Г.И. Конструкция авиационного двигателя ПС-90А: Метод.указ по изучению курса.- Егорьевск, 2008

4.Афонин А.А., Данилейко Г.И. Конструкция двигателя ПС-90: Тексты лекций.- Егорьевск: ЕАТК ГА, 2002

5.Двигатель ПС-90А: Руководство по технической эксплуатации

6.Авиационный двигатель ПС-90 / Иноземцев А.А. и др.-М.: Либра-К, 2007

Дата выдачи 22.11.2011 г Срок окончания 22.12.2011 г

Преподаватель _________________________

Содержание

1. Введение

2. Цели и задачи курсового проекта

3. Требования, предъявляемые к КВД и как они выполнены на двигателе

4. Общие сведения о КВД

5. Конструкция КВД

6. Работа КВД

7. Техническое обслуживание КВД

8. Характерные отказы и неисправности КВД

9. Меры безопасности

10. Техника безопасности при обслуживании КВД

11. Расчетная часть

12. Графическая часть

13. литература

Введение

Авиационная силовая установка предназначена для создания силы тяги. Она состоит из двигателя, а также систем и устройств, обеспечивающих его работу.

В силовую установку включаются следующие системы: топливная, масляная, охлаждения, противопожарная, противообледенительная, запуска, всасывания и впуска.

К устройствам относятся: крепление двигателя, гондола, управление силовой установкой и воздушный винт (у поршневого и турбовинтового двигателей). Такое деление носит чисто условный характер. Перечисленные системы и устройства тесно увязаны между собой на летательном аппарате.

Системы и устройства силовой установки обычно рассматривают как её оборудование. Поскольку теория и конструкция двигателей излагаются в специальных курсах, то в данной работе авиационные силовые установки рассматриваются с точки зрения принципов компоновки их оборудования, конструктивного осуществления и анализа работы входящих в это оборудование систем и устройств.

В данном задании изложены общие вопросы устройства и работы оборудования авиационных силовых установок. Дана методика расчёта систем и устройств. Принятые в учебных целях допущения, мало отразившиеся на точности результатов, позволили получить сравнительные простые формулы и графики, удобные для проверки работы систем и устройств и их проектирования.

В качестве приложения используются мнемокадры и аудиовизуальные средства для наглядной иллюстрации разработананных системы и устройств силовой установки.

Цели и задачи курсового проектирования

Расширить знания по конструкции и ТО конкретных типов двигателей и их узлов, систем и отдельных агрегатов.

Получить навыки практического применения знаний при решении технических вопросов производственного характера.

Научиться самостоятельно работать с технической литературой.

Углубить знания по чтению технических чертежей.

Получить практические навыки выполнения технических работ посредством активного участия в исполнении реального курсового проекта.

Курсовой проект является самостоятельной работой. Решения и техническое описание конструкции должны быть обоснованы теоретическими положениями и необходимыми расчетами с обязательной ссылкой на литературные источники. При этом следует учитывать требования безопасности и регулярности полетов, эксплуатационные требования и ремонтпригодность.

3. Требования предъявляемые к КВД и как они выполнены на двигателе.

К компрессорам авиадвигателей предъявляются следующие требования:

—возможно меньшие размеры и масса;

—высокие значения КПД и оптимальное протекание характеристик в системе двигателя;

—надежность и живучесть конструкции;

—низкая стоимость создания, производства конструкции компрессора и возможность ее модернизации;

—высокая эксплуатационная технологичность и контролепригодность.

В двигателях современной транспортной авиации наибольшее применение получили осевые компрессоры, к основным достоинствам которых можно отнести:

- возможность создания многоступенчатой конструкции, т.к. степень повышения давления в одной ступени не превышает

1,4 — 1,5.(у вентиляторов 1,6 — 1,8), а величина достигает значений 30 — 38 (и более).

— высокую производительность по сравнению с центробежными компрессорами.

Эти преимущества являются результатом достижения более высоких входных скоростей потока и выбора более низких значений втулочного отношения на входе (D= 0,3 - 0,35) по сравнению с другими типами компрессоров.

- простота и надежность конструкции;

Минимальное количество агрегатов.

- взаимозаменяемость;

Точность изготовления формы и размеров.

- наличие средств сигнализации о работе системы;

ДЧВ-2500 (датчик частоты вращения)

- высокая надежность системы при эволюциях самолета;

Прочность конструкции и деталей выдерживающих перегрузку до 2…2.5G.

- долговечность конструкции;

Повышенная износостойкость применяемых материалов.

- герметичность системы;

Использование дополнительных и высококачественных уплотнителей.

- высокая противопожарная безопасность;

Использование наиболее эффективных способов предупреждения воспламенения и пожаротушения.

- уменьшение трудоемкости в обслуживании;

Удобное расположение агрегатов для более удобного и быстрого обслуживания.

- обеспечение устойчивой работы системы;

Полный контроль работы двигателя и его агрегатов.

- простота изготовления агрегатов;

Технологичность

- экономичность системы.

Минимальные экономические и трудовые затраты на проведение ТО.

4. Общие сведения КВД.

Компрессор является одним из основных элементов авиадвигателя. Он предназначен, прежде всего, для повышения давления воздуха (рабочего тела) в потоке и подачи его в камеру сгорания.

Поэтому основными параметрами компрессора являются:

— степень повышения давления π _к= р*_к / р*_вх ;

— секундный расход воздуха G_в, кг/с;

— коэффициент полезного действия (КПД) — η_к.

Осевой компрессор современного авиадвигателя — многоступенчатая лопаточная машина. Ступенью компрессора называет совокупность лопаток рабочего колеса (РК) и расположенных за ним неподвижных лопаток направляющего аппарата (НА). На некоторых типах компрессоров перед первой ступенью устанавливается входной направляющий аппарат (ВНА) для создания предварительной закрутки потока. Межлопаточные каналы рабочего колеса и направляющего аппарата являются расширяющимися (диффузорными). При движении дозвукового потока в каналах такого потока статическое давление в них возрастает.

Рассмотрим принцип работы ступени осевого компрессора. Полученные при этом результаты будут качественно справедливы для остальных ступеней и в целом для компрессора.

Основные параметры осевого компрессора.

Ступень компрессора, как и система образующих ее решеток профилей, характеризуется геометрическими и аэродинамическими параметрами. Решетка профилей характеризуется следующими геометрическими параметрами:

К основным характеристикам ступени можно отнести:

D_н— наружный диаметр колеса;мм-1900

D_в — диаметр втулки:

D_ср— средний диаметр колеса

D_ср =( D_к + D_в)/2;

d = D_в/ D_н — втулочное отношение.

Для первых ступеней величину d выбирают в пределах d = 0,35 - 0,6, а для последующих d = 0,8 - 0,9.

Аэродинамическими параметрами ступени являются:

с_1а- осевая составляющая абсолютной скорости, определяющая при заданной геометрии расход воздуха через двигатель (для первых ступеней

с_|а= 180- 220 м/с);

u-окружная скорость, определяющая величину работы, передаваемой воздуху, прошедшему через ступень. Для первых ступеней современных компрессоров величина u может достигать 500 м/с и более.

π* _ст= р*₃ / р*₁— степень повышения давления в ступени. В первых дозвуковых ступенях π* _ст =1,3 — 1,4, а в последних π* _ст =1,15 — 1,2. В сверхзвуковых ступенях π* _ст достигает значений 1,5 — 2,0 и более.

η*_ст =L^*_{ад.ст /}L_cn КПД ступени, учитывает потери в процессе сжатия воздуха в ступени. Для современных компрессоров на расчетном режиме

η*_ст =0,86 — 0,9 и более, что говорит о их высоком аэродинамическом совершенстве.

Работа элементарной ступени определяется кинематикой потока и может быть определена из уравнения Эйлера.

Работа всей ступени, очевидно, может быть найдена интегрированием по расходу воздуха.

Особенностью термодинамического процесса сжатия воздуха в компрессоре являет, что сумма адиабатных работ отдельных ступеней больше адиабатной работы всего компрессора.

5. Конструкция КВД.

Компрессор высокого давления ( КВД) тринадцатиступенчатый, приводится во вращение турбиной высокого давления. Компрессор высокого давления состоит из следующих узлов: входного направляющего аппарата; корпуса с направляющими аппаратами первой, агорой и третьей ступеней; корпуса компрессора переднего; корпуса компрессора заднего; корпуса перепуска и отборов; корпуса обдува; ротора; спрямляющего аппарата тринадцатой ступени; упруго- демпферной опоры; кольца подвески. КВД входит в базовый модуль двигателя.

Компрессор высокого давления

Входной направляющий аппарат устанавливается на входе в КВД и служит для нап- равления потока воздуха на лопатки первого рабочего колеса. ВНА состоит из наружного и внутреннего колец; направляющих лопаток с закрепленными на них рычагами, лопатки ВНА закреплены в наружном и внутреннем кольцах с зазором в сферических опорах в поворачиваются вокруг продольной оси лопатки с помощью подвижного кольца привода ВНА, соединенного шарнирно с рычагами на лопатках.

Входной направляющий аппарат

Два упора на наружном кольце служат для застройки аппарата. Внутреннее и наружное кольца и лопатки наготовлены из титанового сплава. Корпус с НА первой, второй и третьей студеней состоит из наружного корпуса, имеющего горизонтальный разъем, внутренних колец направляющих лопаток первой к второй ступеней;

направлящих лопаток первой и второй ступеней с закрепленными на них неподвижно рычагами;

направляющих лопаток Ш ступени имеющих замки типа " ласточкин хвост".

Лопатки НА. первой и второй ступеней имеют высокие цапфы с помощью которых они устанавливаются в наружном кольце. На цапфах напрессованы стальные втулки. Во внутренних кольцах лопатки НА первой и второй ступеней закреплены в сферических спорах и поворачиваются относительно их продольной оси с помощью подвижных колец привода НА первой и второй ступеней соединенных шарнирно с рычагами на лопатках. На наружном корпусе имеется по два упора для настройки НА первой и второй ступеней. Наружный корпус, внутренние кольца и лопатки НА первой, второй и третьей ступеней изготовлены из титанового сплава.

Корпус с НА первой, второй и третьей ступеней

Привод лопаток ВНА, НА первой и второй ступеней осуществляется двумя гидроцилиндрами, штоки которых поворачивают два ведущих вала. Рычаги ведущих валов посредством тяг соединены с кольцами привода ВНА, НА первой и второй ступеней. При повороте рычагов приводных валов происходит перемещение колец привода ВНА, НА первой и второй ступеней относительно корпусов в окружном направлении, что и осуществляет поворот лопаток ВНА, НА первой и второй ступеней на заданный угол.

Корпус компрессора высокого давления) состоит из двух корпусов переднего и заднего Корпусы выполнены без продольного разъема, сварной конструкции. Передний корпус КВД выполнен из титанового сплава. На переднем корпусе выполнены отверстия для крепления направляющих аппаратов и рабочих колец четвертой... седьмой ступеней и отверстия для перепуска воздуха из- за шестой и седьмой ступеней КВД. Задний корпус КВД- стальной. На заднем корпусе выполнены отверстия для крепления направляющих аппаратов восьмой... двенадцатой ступеней и рабочих колец девятой... тринадцатой ступеней. Между передним и задним корпусами КВД образован кольцевой канал, из которого отбирается воздух для охлаждения лопаток турбины, кондиционирования салона самолета, на противообледенителъную систему самолета и самолетные нужды. Направляющие лопатки четвертой и пятой ступеней выполнены титановыми, шестой... тринадцатой ступеней стальными. Лопатки крепятся в кольцах направляющих аппаратов НА замками типа " ласточкин хвост". Кольца НА и рабочие кольца крепятся к переднему и заднему корпусам винтами. Рабочие кольца четвертой и тринадцатой ступеней выполнены с истираемым покрытием.

Ротор компрессора высокого давления состоит из тринадцати рабочих колес, вала ротора, промежуточных колец, лабиринта ротора. Рабочие колеса и лабиринт ротора посажены на вал ротора и центрируются на нем при помощи прямоугольных шлиц. Каждое из рабочих колес состоит из диска и лопаток, закрепленных на диске замками типа " ласточкин хвост". Для образования плавной проточной части и фиксирования лопаток шестой... двенадцатой ступеней в осевом направлении между дисками рабочих колес установлены промежуточные кольца. Лопатки первой... пятой ступеней фиксируются штифтами, а тринадцатой ступени пластинчатыми замками. Для снижения вибронапряжений при работе двигателя лопатки первой и второй ступеней выполнены с антивибрационными полками. Лопатки рабочие первой... восьмой ступеней, диски первой... одиннадцатой ступеней, кольца промежуточные первой... десятой ступеней - титановые. Лопатки девятой... тринадцатой, диски двенадцатой, тринадцатой ступеней, лабиринт, кольца проточные одиннадцатой, двенадцатой ступеней - стальные. Вал ротора стальной, имеет две цапфы. На передней цапфе вала ротора монтируется роликовый подшипник, детали двухступенчатого лабиринтного уплотнения и цилиндрическое зубчатое колесо центрального привода. На задней цапфе- вала ротора монтируется шариковый подшипник, детали трехступенчатого лабиринтного уплотнения и вал привода.

Ротор компрессора высокого давления

Спрямляющий аппарат ( СА) тринадцатой ступени устанавливается за ротором КВД и спрямляет поток воздуха до осевого направления. СА тринадцатой ступени состоит из наружного кольца и лопаток, закрепленных в гольце с помощью замков типа

" ласточкин хвост". Внутренние полки лопаток образует кольцевой фланец, при помощи которого аппарат крепится к фланцу камеры сгорания. Кольцо и направляющие лопатки изготовляется из стали.

Корпус перепуска и отборов воздуха сварной конструкции из титанового сплава, уста- новлен на корпус КВД передний образует вместе с ним изолированные кольцевые полости. Через две из них осуществляется перепуск воздуха из внутреннего контура в наружный. На корпусе имеются шесть фланцев, на которых установлены клапаны перепуска воздуха, шесть фланцев для крепления труб отбора воздуха на охлаждение турбины, один- фланец для крепления трубы отбора воздуха из- за шестой ступени на обогрев воздухозаборника, один фланец для крепления трубы отбора воздуха из- за седьмой ступени на кондиционирование салона.

Клапан перепуска воздуха предназначен для перепуска воздуха из- за шестой и седьмой ступеней КВД в канал наружного контура на неустановившихся режимах

с целью улучшения пусковых характеристик, снижения вибронапряхений на лопатках и повышения границы устойчивости работы компрессора. Три передних клапана осуществляют перепуск воздуха из- за шестой ступени, три задних клапана - из- за седьмой ступени.

Корпус обдува сварной конструкциии, изготовляется из стали, имеет продольный разъем корпуса;наличие отверстий для обдува воздухом заднего корпуса КВД.

Воздух берется из- за второй подпорной ступени и подводится через два фланца подвода воздуха. Обдув заднего корпуса КВД приводит к уменьшению зазоров между рабочими лопатками девятой... тринадцатое ступени и корпуса, регулирование величины воздуха, подаваемого на. обдув, выполняется при помощи заслонки отбора воздуха.

Упруго- демпферная опора состоит из внутренней рессоры, роликового подшипника и наружной рессоры.

Масляная полость между внутренней и наружной рассорами уплотняется металлическими кольцами.

Кольцо подвески служит для уменьшения прогибов корпусов и входит в силовую схему двигателя. Кольцо выполнено из стали сварной конструкции.

Корпус перепуска и отборов воздуха

Радиально- упорный шарикоподшипник установлен в опоре шарикоподшипника кожуха внутреннего камеры сгорания и 6) и воспринимает разность усилий, воздействующих на ротор КВД и ротор ТВД. На опоре шарикоподшипника закреплены фланцы лабиринтов ротора КВД. Смазка шарикоподшипника осуществляется при помощи двух жиклеров, расположенных со стороны камеры сгорания.

6. Работа КВД

Ступень компрессора с установленным перед ней ВНА приведена на рисунках. Изображена элементарная ступень компрессора, представляющая собой развертку на плоскость сечения ступени цилиндрической поверхностью на некотором радиусе.

Рассмотрим течение воздуха через элементарную ступень. Перед входным направляющим аппаратом скорость потока с₀. После закрутки в ВНА величина и направление скорости воздуха в абсолютном движении перед рабочим коле-сом определяется вектором скорости с₁. Рабочее колесо вращается с окружной скоростью u. Воздух набегает на рабочие лопатки с относительной скоростью w_1,которая в соответствии с принципом теоретической механики может быть найдена из треугольника скоростей

с₁ = u + w₁

Максимальная степень диффузорности межлопаточного канала РК и максималь ный угол потока - выбираются из условия отсутствия срыва со спинки профиля.

В результате торможения потока в диффузорном межлопаточном канале рабочего колеса его относительная скорость на выходе меньше входной, т.е.

w₂> w₁. Абсолютная скорость на выходе из РК с₂ > с₁ ,так как вектор с₂ отклонен от осевого направления в сторону вращения колеса. В каналы направля ющего аппарата воздух поступает со скоростью с₂. В диффузорных каналах НА осуществляется поворот потока до осевого (или необходимого) направления и его торможение до скорости с₃.

Таким образом, статическое давление в ступени повышается в каналах рабочего колеса и направляющего аппарата. Аналогично изменяется темпе ратура воздуха в потоке. Полное давление и температура торможения возрастают в рабочем колесе за счет подводимой к потоку внешней работы.

В НА полное давление из-за гидравлических потерь несколько снижается, температура торможения остается постоянной, поскольку течение в каналах НА принимается энергоизолированным.

Техническое обслуживание КВД

У компрессора как сложной лопаточной машины существует расчетный режим — единственный, для которого и выполняется газодинамический расчет (при САУ), определяются основные геометрические размеры каждой ступени, углы установки лопаток, густота решеток, радиальные и осевые зазоры и т.д.

Расчетный режим наилучшим образом примечателен, прежде всего, тем, что на этом режиме профилировка лопаток наилучшим образом соответствует кинематике потока.

Однако при эксплуатации двигателя большую часть ресурса компрессор работает на, режимах, отличных от расчетного, которые принято называть нерасчетными. Эти режимы появляются в результате дросселирования двигателя, изменения высоты, скорости полета, атмосферных условий и т.д.

В системе двигателя работа компрессора согласована с работой последующих узлов таким образом, что при изменении частоты вращения ротора его параметры изменяются по определенному закону, геометрическим отображением которого на характеристике компрессора является линия рабочих режимов (ЛРР). При проектировании двигателя стремятся к тому, чтобы ЛРР проходила, во-первых в зоне максимальных значений КПД компрес-сора и, во-вторых, на определенном расстоянии от другой линии — границы устойчивой работы компрессора (линии помпажа).

Помпаж — режим неустойчивой работы компрессора, который сопровождается хлопками, низкочастотными вибрациями конструкции, интенсивной пульсацией параметров потока в проточной части компрессора, что может привести к поломке лопаток и выходу двигателя из строя. Такой режим работы двигателя недопустим.

Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 410; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!