Файл: 1. Общая характеристика двигателя 5 1 Конструктивнокомпоновочная схема двигателя 5.docx

Содержание

Введение

Вертолетный сегмент является важной частью авиатранспортного рынка. Особые летно-технические возможности вертолетов обеспечивают им существенные преимущества по сравнению с самолетами, а также с наземными технологиями при выполнении целого ряда работ. Особенно эти преимущества проявляются в труднодоступной местности, при отсутствии аэродромов и оборудования. При этом технологии с применением вертолетов мобильны по времени организации, зачастую требуют меньших ресурсов. Объемы применения вертолетов в России до 1990 г. были значительны и составляли около 1,8 млн. летных часов. После падения в 1990-е гг. сформировалась положительная динамика объемов применения вертолетов в России, хотя общий налет часов вертолетами пока в 4 раза меньше уровня, достигнутого до распада СССР.

---

Активная роль применения вертолетов в развития нефтегазового комплекса страны и других отраслей экономики позволяет оптимистически оценивать тенденции роста спроса на вертолетные услуги по мере преодоления в стране экономического кризиса. В то же время ряд негативных тенденций, проблемных вопросов не позволяют в полной мере реализовать потенциал этого перспективного рынка воздушного транспорта.

В этой связи чрезвычайно важно экономически гармонизировать рынок применения вертолетов, имея в виду обеспечить согласованность предложений авиакомпаний по вертолетным услугам и спроса на эти услуги - в целях повышения эффективности и развития этого важного сегмента авиатранспортного рынка.

Поиск путей совершенствования вертолетных двигателей и их систем должен исходить из анализа особенностей эксплуатации и увязываться с решаемыми полетными задачами и характером применения вертолетов. Для вертолетов в целом характерна достаточно большая наработка в эксплуатации и, следовательно, необходим учет особенностей, связанных с понятием длительной эксплуатации двигателей, которая вносит определенную специфику в проведение исследования.

Длительная эксплуатация СУ осуществляется в тяжелых условиях, особенно при взлете и посадке вертолетов и при активном использовании вертолетов с неподготовленных площадок.

Особенности длительного пребывания в эксплуатации каждого из вертолетных двигателей, как показывает статистика, обусловливают в целом рост числа отказов и неисправностей силовой установки.

Величина мощности вертолетного двигателя во многом зависит от таких параметров рабочего процесса, как степень повышения давления воздуха в компрессоре и температура газов перед турбиной. Максимальное значение температуры газов перед турбиной определяется надежностью элементов турбины, особенно сопловых и рабочих лопаток. При использовании углеводородного топлива может быть получена температура 2500...2800 К. В то же время турбинные лопатки из материалов на основе никеля и кобальта могут работать при температуре не выше 1250 К. Обеспечить работоспособность

---

деталей турбины при больших температурах и повысить надежность горячей части двигателя можно только с помощью охлаждения.

Исходя из всего вышесказанного, в выпускной квалификационной работе ставится задача по усовершенствованию системы охлаждения газовой турбины двигателя.

1. 
   Общая характеристика двигателя
   

1.1 Конструктивно-компоновочная схема двигателя

Конструктивно – компоновочная схема двигателя включает в себя входное устройство, компрессор, камеру сгорания, турбину компрессора, свободную турбину и выходное устройств

Рисунок 1.1 – Конструктивно-компоновочная схема двигателя ТВ3-117

Входное устройство – часть фюзеляжа вертолета, образующая плавный канал для подвода воздуха из атмосферы в компрессор с минимальными гидравлическими потерями. Входное устройство предназначено для подвода воздуха из атмосферы к компрессору с заданными параметрами. Во входном устройстве двигателя происходит ускорение воздушного потока до требуемой скорости за счет разряжения, создаваемого компрессором при его работе.

Компрессор двигателя – осевой, двенадцатиступенчатый, высоконапорный, высокомеханизированный с поворотными лопатками входного направляющего аппарата и направляющих аппаратов первых четырех ступеней компрессора, а также с двумя управляемыми клапанами перепуска воздуха из-за седьмой ступени компрессора.

Компрессор служит для повышения давления воздуха за счет механической работы, подводимой от турбины компрессора.

Камера сгорания – кольцевая, прямоточная. Камера сгорания предназначена для организации процесса горения топлива и подвода выделяющейся при этом теплоты к рабочему телу − воздуху. В камере сгорания происходит изменение химического состава рабочего тела. Воздух превращается в газ, представляющий собой смесь воздуха с продуктами сгорания.

Турбина компрессора – реактивная, двухступенчатая осевая. Турбина компрессора предназначена для преобразования части энтальпии газа в механическую работу для привода компрессора и агрегатов двигателя

Свободная турбина – реактивная, двухступенчатая, осевая. Свободная турбина представляет собой преобразователь энергии газового потока в механическую работу для создания мощности, передаваемой через трансмиссию и редуктор на вращение несущего и рулевого винтов вертолета, а также агрегатов установленных на главном редукторе.

---

Выходное устройство двигателя - выполнено в виде расширяющегося овального патрубка, снижающего скорость газового потока и отводящего его в сторону от оси двигателя с таким расчетом, чтобы исключить попадание горячих газов на элементы конструкции вертолета.

2. 
   Общая характеристика отказов
   

Основной причиной инцидентов во все годы является "человеческий фактор", на который в среднем приходится 57,6 % от всех отказов. На инциденты, связанные с отказом авиационной техники, приходится 37,6 %. Причиной оставшихся инцидентов является воздействие внешних непрогнозируемых факторов. Из всех инцидентов по "человеческому фактору" 37,3 % связано с "фактором экипажа". Ошибочные действия летного состава стали следствием недисциплинированности или непрофессиональных действий. Самым распространенным проявлением внешнего неблагоприятного фактора стало попадание во входное устройство двигателей птиц, которое, как правило, приводит к досрочному съему двигателей с эксплуатации. Анализ статистических данных по отказам АТ показал, что, несмотря на уменьшение общего налета и числа инцидентов по парку вертолетов, доля инцидентов из-за отказов авиационной техники увеличивается. Для вертолетов Ми-24 и Ми-8 больше всего отказов приходится на силовую установку вертолета (для Ми-24 - 29,4 %, для Ми- 8 - 37 %) .

Большая часть отказов, приводящих к досрочному съему двигателей ТВ3- 117, приходится на компрессор из-за повреждений лопаток компрессора. Причиной большинства досрочно снятых двигателей ТВ3-117А стали отказы, обнаруженные на земле

---

(повышенный расход масла, негерметичность опор двигателя) - 68,4%. При этом данные отказы двигателей проявляются при наработке более 2000 ч с начала эксплуатации. Таким образом, причинами отказов СУ являются конструктивно-производственные недостатки, нарушения и ошибочные действия при эксплуатации, а также воздействие внешних факторов. Следовательно, для обеспечения эксплуатационной надежности СУ необходимы совершенствование форм и методов контроля технического состояния СУ, специальная подготовка летного состава к работе при возникновении ОС в полете, учет условий использования двигателей.

Проанализируем наиболее характерные отказы и неисправности турбины

Рабочие лопатки турбины современных ГТД, работая в условиях сложного совместного действия статических, термоциклических и динамических нагрузок, подвергаются неизотермическому нагружению при достижении экстремальных температур в цикле нагружения. Это способствует появлению в материале обширных областей, охваченных циклическими пластическими деформациями, в которых исходные деформационные и прочностные свойства материала претерпевают значимые изменения. Этим во многом объясняются повреждения, переходящие в трещины и разрушения колёс и лопаток турбины. Основными причинами повреждений являются:

– высокий уровень температурных нагрузок;
– высокий уровень вибрационных нагрузок;

– высокий уровень изотермических и неизотермических нагрузок;

– высокий уровень динамических нагрузок;

– длительные статические нагрузки.
Под влиянием повышенных термических напряжений и повышенных температур, по сравнению с номинальными значениями, в определённых условиях возникают следующие термические повреждения: перегрев материала элементов конструкции; обгорание пера лопатки; вытяжка рабочих лопаток турбины; трещины ползучести; повышенная степень окисления; растрескивание и прогар кромок лопаток

---