Анализ и конструктивные методы оптимизации распределения осевых сил в турбореактивном двигателе с целью увеличения ресурса подшипника ротора высокого давления

Авиационная и ракетно-космическая техника


DOI: 10.34759/vst-2022-1-81-94

Авторы

Малиновский И. М.1*, Нестеренко В. Г.**, Стародумов А. В.2***, Юсипов Б. Х.2****, Иванов И. Г.1*****

1. Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4
2. Опытно-конструкторское бюро им. А. Люльки, ОКБ им. А. Люльки, ул. Касаткина, 13, Москва, 129301, Россия

*e-mail: driven95@gmail.com
**e-mail: valerynesterenk@yandex.ru
***e-mail: andrey-star@yandex.ru
****e-mail: Usb83@mail.ru
*****e-mail: Faa2013@yandex.r

Аннотация

Проведен сравнительный анализ различных конструкций воздушных систем турбореактивных двигателей с точки зрения баланса осевых сил, действующих на подшипник ротора высокого давления. В результате исследования силовых схем и различных конструкторских решений выбран газогенератор двигателя прототипа с наиболее эффективной воздушной системой. Согласно представленной методике произведен гидравлический расчет воздушной системы, на основании его результатов выполнен расчет осевых сил, действующих в двигателе прототипе, на 4 различных режимах. По результатам расчета видно, что значения осевой силы, действующей на подшипник ротора высокого давления, близятся к предельным, допустимым для обеспечения требуемого ресурса. Далее проведен сравнительный анализ способов оптимизации распределения осевых сил в двигателе, выбран наиболее эффективный, согласно которому и предложены мероприятия по изменению распределения давлений в междисковой полости, позволяющие без принципиальных, трудоемких и дорогостоящих изменений конструкции, а также значительного прироста в расходе охлаждающего воздуха получить ощутимое увеличение силы, действующей на заднюю часть диска турбины высокого давления, необходимое для снижения результирующей нагрузки на подшипник ротора высокого давления.

Ключевые слова:

осевые силы, роторы высокого и низкого давлений, радиально-упорный подшипник ротора высокого давления, лабиринтное уплотнение

Библиографический список

  1. Зрелов В.А., Новиков Д.К., Панин Е.А. Формирование конструктивных схем ГТД и расчет осевых сил в турбокомпрессоре: Учебное пособие. – Самара: Изд-во СГАУ, 2006. – 33 с.

  2. Киселев Ю.В., Киселев Д.Ю. Двигатель SAM 146. Устройство основных узлов: Учебное пособие. – Самара: Изд-во СГАУ, 2014. – 30 с.

  3. Иноземцев А.А., Нихамкин М.А., Сандрацкий В.Л. Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок: Учебник для вузов. – М.: Машиностроение, 2008. Т. 2. – 368 с.

  4. Нестеренко В.Г., Любатуров А.М. Проектирование и расчет ВРД: Учебное пособие. – М.: Изд-во МАИ, 1991. – 73 с.

  5. Агульник А.Б., Бакулев В.И., Голубев В.А. и др. Термогазодинамические расчеты и расчет характеристик авиационных ГТД. – М.: Изд-во МАИ, 2002. – 257 с.

  6. Поткин А.Н., Крупин В.П., Козлякова И.С., Фадеев В.А. Опыт доводки ГТУ по устранению заклинивания ротора охлаждаемой турбины турбокомпрессора // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2012. № 3-2(34). С. 319-325.

  7. Белова С.Е., Карпов Ф.В. Орешкина М.Н. и др. Опыт применения наукоемких расчётных технологий для создания высокотемпературной турбины ГТД // Вестник РГАТА им. Соловьёва. 2009. № 1(15). С. 87-93.

  8. Нестеренко В.Г., Нестеренко В.В., Матушкин А.А. и др. Исследование и анализ эффективности систем воздушного охлаждения лопаток турбин высокого давления ГТД // Авиационно-космическая техника и технология. 2014. № 7(114). С. 83–93.

  9. Вьюнов С.А., Гусев Ю.И., Карпов А.В. и др. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей: Учебник для вузов /Под общ. Ред. Д.В. Хронина. – М.: Машиностроение, 1989. – 368 с.

  10. Cengel Y.A., Ghajar A.J. Heat and Mass Transfer: Fundamentals and Applications. – 5-th edition. – McGraw-Hill Education, 2014. – 992 р.

  11. Bergman T.L., Incropera F.P., Lavine A.S., DeWitt D.P., Lavine A.S. Fundamentals of Heat and Mass Transfer. – 6-th edition. – John Wiley & Sons, 2011. – 1048 р.

  12. Nesterenko V.G., Revanth Reddy A. Improvement of the design and methods of designing tubular air-to-air heat exchangers cooling systems of gas turbines // 30th Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences – ICAS’2016 (25-30 September; DCC, Daejeon, Korea). URL: https://www.icas.org/ICAS_ARCHIVE/ICAS2016/data/papers/2016_0433_paper.pdf

  13. Калинин Э.К., Дрейцер Г.А., Копп И.З., Мякочин А.С. Эффективные поверхности теплообмена. – М.: Энергоатомиздат, 1998. – 408 с.

  14. Minchenko A., Nesterenko V., Malinovsky I., Revanth Reddy A. Improving the Cooling Air Supply System for the HPT Blades of High-Temperature GTE // International Conference on Aerospace System Science and Engineering – ICASSE’2019. Lecture Notes in Electrical Engineering, Springer, Singapore, Vol 622, pp. 55-65. DOI: 10.1007/978-981-15-1773-0_5

  15. Авгyстинович В.Г., Шмотин Ю.Н., Сипатов А.М. и др. Численное моделирование нестационарных явлений в газотурбинных двигателях. – М.: Машиностроение, 2005. – 523 с.

  16. Пиралишвили Ш.А., Пиотух С.М., Поткин А.Н., Крупин В.П. Решение комплексной задачи проектирования системы охлаждения рабочего колеса газовой турбины // Вестник Рыбинской государственной авиационной технологической академии им. П. А. Соловьева. 2013. № 2(25). С. 51-56.

  17. Венедиктов В.Д. Газодинамика охлаждаемых турбин. – М.: Машиностроение, 1990. – 240 с.

  18. Нагога Г.П. Эффективные способы охлаждения лопаток высокотемпературных газовых турбин. – М.: Изд-во МАИ, 1996. – 100 с.

  19. Деменченок В.П., Дружинин Л.Н., Пархомов А.Л. и др. Теория двухконтурных турбореактивных двигателей / Под ред. С.М. Шляхтенко, В.А. Сосунова. – М.: Машиностроение, 1979. – 432 с.

  20. Батурин О.В., Николалдэ П., Попов Г.М., Корнеева А.И., Кудряшов И.А. Подгорнова А.С. Идентификация математической модели газотурбинного двигателя с учетом неопределенности исходных данных // Вестник Московского авиационного института. 2021. Т. 28. № 3. С. 171-185. DOI: 10.34759/vst-2021-2-171-185

  21. Никитин И.С., Магдин А.Г., Припадчев А.Д., Горбунов А.А. Повышение мощности турбореактивного двигателя с помощью охлаждения воздуха на входном устройстве // Вестник Московского авиационного института. 2021. Т. 28. № 3. С. 130-138. DOI: 10.34759/vst-2021-2-130-138

  22. Коваль С.Н., Бадерников А.В., Шмотин Ю.Н., Пятунин К.Р. Использование технологии цифрового двойника при разработке газотурбинных двигателей // Вестник Московского авиационного института. 2021. Т. 28. № 3. С. 139-145. DOI: 10.34759/vst-2021-2-139-145

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2024