Узел задней опоры ротора компрессора (см. приложение 14) представляет собой однорядные шариковые радиально-упорный подшипник, который, помимо нагрузки от веса ротора и неуравновешенных масс, воспринимает суммарную нагрузку, равную разности осевых сил от ротора компрессора и ротора турбины. Он фиксирует ротор турбокомпрессора и ротора турбины двигателя относительно корпуса в осевом направлении.
Узел задней опоры состоит из следующих деталей: из корпуса подшипника II опоры, корпуса лабиринтов, шарикоподшипника ротора компрессора, деталей крепления и уплотнений.
Стальной корпус 2 (см. приложение 15) опоры крепится через фланец направляющего аппарата X ступени компрессора к внутреннему фланцу диффузора камеры сгорания, а корпус 7 лабиринтов, выполненных из титанового сплава, соединен болтами с корпусом опоры. В задней части корпуса 2 опоры выполнена расточка под наружное кольцо шарикоподшипника; в передней части корпуса выполнены две втулки -наружная для воздушного и внутренняя для масляного уплотнений полости опоры. В стенках корпуса опоры выполнены пять эллипсных отверстий для слива масла и одиннадцать отверстий для перепуска воздуха из полости Л в полость Б, просочившегося через передний лабиринт. В корпусе лабиринтов имеется одиннадцать отверстий, совпадающих с отверстиями корпуса опоры.
Воздух, просочившийся через задний лабиринт, по восьми отверстиям в корпусе лабиринтов также отводится в полость Б, откуда по двум трубкам 9 и алюминиевым патрубкам выбрасывается в атмосферу. Необходимый дли воздушного подпора уплотнений перепад между воздушной и масляной полостями опоры устанавливается жиклером 10.
Разъемное внутреннее кольцо шарикоподшипника 1 совместно с лабиринтом, регулировочным кольцом 19 и кольцедержателями закреплено на задней шейке ротора компрессора, а наружное кольцо его смонтировано в корпусе 2 опоры. Перемещение наружного кольца в осевом направлении обеспечивается подбором регулировочного кольца 15. Между сопрягаемыми цилиндрическими поверхностями наружного кольца шарикоподшипника и корпуса опоры установлен упругий элемент 16, по конструкции аналогичный упругому элементу первой опоры. Втулки упругого элемента зафиксированы от проворачивания стопором 3.
Масляная полость опоры отделена от воздушных полостей контактно-кольцевыми уплотнениями и гребешковыми лабиринтами. Контактно-кольцевые уплотнения состоят из шести чугунных колец 12 и 17, кольцедержателей 11 и 18 и втулки 14 с азотированной внутренней цилиндрической поверхностью.
Внутренние цилиндрические поверхности втулки 8 и корпуса 2 опоры, по которым работают гребешковые лабиринты, покрыты специальной мастикой, обеспечивающей минимальные зазоры между гребешками лабиринтного уплотнения.
Шарикоподшипник смазывается маслом, поступающим под давлением через штуцер 5, трубку 6 и каналы в корпусе 7 лабиринтов к трем форсункам 4. Отработанное и нагретое масло сливается из опоры через штуцер 13 и наружную трубку в нижний масляный агрегат. Через четыре отверстия в бандажной втулке 20 проходит определенное количество воздуха для охлаждения турбины компрессора.
Корпус компрессора
Корпус компрессора состоит из переднего 2, среднего 7, и заднего 11 (приложения 16) корпусов с направляющими аппаратами.
Передний корпус 2 — титановый, состоит из двух половин, стягиваемых болтами. Передний корпус соединяется с корпусом первой опоры и со средним корпусом 7 компрессора. На корпусе размещены четыре ряда бобышек для установки поворотных лопаток спрямляющих аппаратов.
Наружная обечайка 8 среднего корпуса 7 компрессора совместно с наружными обоймами направляющих аппаратов и кольцами образуют двухстеночную конструкцию корпуса, обеспечивающую необходимую жесткость корпуса при малой массе. Обечайка представляет собой цилиндрическую оболочку из титанового листа с приваренными фланцами, на внутренней поверхности которой приварены кольцевые бандажи. К наружной поверхности обечайки приварены кольцевая коробка 9 перепуска воздуха из компрессора, на которой имеются два фланца 10 для установки клапанов перепуска воздуха и лючок для замера абразивного износа лопаток направляющего аппарата VI ступени.
Под коробкой в обечайке и в наружной обойме направляющего аппарата VI ступени выполнены отверстия для перепуска воздуха в коробку из проточной части компрессора.
Наружную поверхность проточной части среднего корпуса компрессора образуют чередующиеся наружные обоймы разъемных направляющих аппаратов и кольца, расположенные над рабочими лопатками. Направляющие аппараты одним из своих наружных буртов опираются на бандажи наружной обечайки.
Наружные обоймы соединены с кольцами посредством штифтов; последнее кольцо установлено на штифты заднего корпуса компрессора. Штифты воспринимают и передают на задний корпус реактивный- крутящий момент, возникающий ,в направляющих аппаратах компрессора.
Для обеспечения малых радиальных зазоров между торцами рабочих лопаток и корпусами компрессора на внутренние поверхности переднего корпуса и промежуточные кольца нанесен слой сплава ЭИ435, который защищает титановые корпуса от задевания их лопатками ротора, а минимальные радиальные зазоры снижают бандажные потери (осевое перетекание воздуха по зазорам между торцами лопаток и корпусом компрессора) и повышают КПД компрессора.
Задний корпус 11 компрессора является силовым узлом, воспринимающим тягу двигателя. Он состоит из наружного и внутреннего стальных колец и двух рядов литых лопаток — направляющего и выходного спрямляющего аппаратов. Кольца и лопатки соединены в единый узел пайкой. Наружное кольцо имеет фланцы для соединения со средним корпусом компрессора и наружным диффузором камеры сгорания. На наружном кольце закреплены детали передних точек крепления двигателя на вертолете.
К внутреннему кольцу заднего корпуса крепится задняя опора ротора компрессора (вторая опора роторов двигателя) с шариковым подшипником.
Поворотные лопатки 4 направляющих аппаратов I, II и III ступеней компрессора изготовлены из титанового сплава. На цапфы наружных концов лопаток установлены фторопластовые втулки. Поворотные лопатки 3 входного направляющего аппарата изготовлены из стали. Лопатки имеют две цапфы, оболочку и дефлектор. В полости лопаток ВНА подводится горячий воздух при включении противооблединительной системы. На цапфы установлены фторопластовые втулки. Малые цапфы лопаток входят в полукольца, каждое из которых состоит из двух частей. Полукольца образуют внутреннюю поверхность контура проточной части компрессора. Полукольца 14 входного направляющего аппарата, выполненные из алюминиевого сплава, входят в проточку корпуса передней опоры ротора компрессора. Между корпусом и кольцом образована полость 13 для горячего воздуха, поступающего по каналам в корпусе опоры при включении противооблединительной системы.
Полукольца остальных направляющих аппаратов с поворотными лопатками выполнены из бронзы. Обе части полукольца соединены болтами.
Поворотные лопатки цапфами с фторопластовыми втулками установлены в бобышки переднего корпуса компрессора. На концы цапф установлены и закреплены штифтами поворотные рычаги 5.
Свободные концы рычагов соединены пальцами с поворотными .кольцами 6, состоящими из двух половин, соединенных по месту горизонтального разъема скобами 12. В пазы скоб входят сухари рычагов двух гидромеханизмов. Фторопластовые втулки применяются для уменьшения трения при повороте лопаток.
Лопатки IV—IX ступеней изготовлены из титанового сплава, направляющие и спрямляющие лопатки X ступени — стальные.
Гидромеханизмы поворота лопаток направляющих аппаратов размещены по обе стороны компрессора на кронштейнах, расположенных на переднем и заднем фланцах переднего корпуса компрессора. Рычаги привода поворотных лопаток каждой ступени компрессора связаны с ведущим рычагом при помощи тяг, через которые производится одновременный поворот лопаток входного направляющего аппарата и направляющих аппаратов I, II и III ступеней компрессора.
Применение двух гидромеханизмов поворота лопаток обеспечивает равномерное распределение нагрузок на поворотные кольца и предотвращает возможность смещения колец. Поворот лопаток осуществляется по специальной программе. Величина углов поворота лопаток каждого ряда различна и обеспечивается различной длиной рычагов гидромеханизма.
Направляющие аппараты остальных ступеней состоят из наружной и внутренней обойм, в которые впаяны лопатки.
В направляющие аппараты компрессора входит следующее количество лопаток: во входной направляющий аппарат — 20 шт., в аппараты I, II и III ступеней — по 32 шт., аппарат IV ступени — 50 шт., аппарат V ступени — 54 шт., аппарат VI ступени — 56 шт., аппарат VII ступени — 60 шт., аппараты VIII и IX ступеней — по 64 шт., и аппарат X ступени (направляющие и спрямляющие лопатки) — по 65 шт.
Помпаж осевого компрессора
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.
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 происходит 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 помпажом: клапаны перепуска воздуха (КПВ) и поворотные лопатки ВНА и НА.
Эксплуатационные причины помпажа
§ запуск двигателя с ранним отключением стартера;
§ запуск двигателя при попутной или боковой скорости ветра, превышающей допустимую;
§ отказ или неправильная работа агрегатов механизации компрессора (КПВ и поворотных лопаток ВНА и НА);
§ попадание посторонних предметов на вход в двигатель;
§ повышенный износ лопаток компрессора;
§ попадание вертолета в турбулентный воздушный поток;
§ увеличение шага несущего винта при неполном повороте корректора газа вправо до упора;
§ увеличение шага несущего винта с темпом, превышающим приемистость;
§ включение ПОС на взлетном режиме работы двигателя.
Признаки возникновения помпажа
o изменение тона работы двигателя;
o появление хлопков из-за выброса воздуха в атмосферу;
o колебания температуры газа с тенденцией к значительному росту;
o колебания оборотов турбокомпрессора;
o возможна повышенная вибрация.
Последствия возникновения помпажа
· уменьшение мощности двигателя или самовыключение двигателя;
· разрушение элементов компрессора и силовой установки;
· разрушение элементов турбины из-за повышенной температуры.
Клапаны перепуска воздуха
Для предотвращения помпажа при запуске двигателя используется частичный перепуск воздуха за VI ступенью компрессора в атмосферу через два клапана перепуска. При этом уменьшается сопротивление проточной части компрессора, что способствует увеличению расхода воздуха через первые ступени и увеличению значения составляющей абсолютной скорости (с). Относительная скорость (w) будет направлена под расчетным углом к профилю лопатки и срыв потока с лопаток не произойдет.
Перепуск части воздуха из компрессора в атмосферу вызывает понижение мощности и увеличение расхода топлива двигателя. Однако это оправдывается устойчивой работой двигателя и уменьшением потребной мощности стартера.
Перед запуском клапаны открыты, при запуске на оборотах турбокомпрессора 50...56 % КПВ закрываются. Управляются КПВ автоматически от гидросистемы двигателя.
Наиболее экономичным способом защиты компрессора от помпажа является изменение углов установки регулируемых лопаток входного направляющего аппарата (ВНА) и направляющих апппаратов (НА) I-III ступеней.
Изменением углов установки лопаток при изменении режимов работы двигателя или полетных условий обеспечивается плавное, бессрывное обтекание рабочих лопаток и лопаток НА в довольно широком диапазоне частот вращения. Это не только повышает запас устойчивости компрессора по помпажу, но и его к. п. д.
При запуске и на низких режимах работы двигателя лопатки установлены на минимальные углы: лопатки ВНА - -39±1°, лопатки НА I и II ступени - -30±1°, лопатки НА III ступени - -25±1°.
При увеличении оборотов более 76,5 ± 1,5% лопатки начинают поворачиваться в зависимости от Nтк и tн, а когда Nтк=100% и tн=15 °С лопатки устанавливаются на углы 0°.
Управляются лопатки ВНА и НА автоматически двумя гидромеханизмами от гидросистемы двигателя.