Трехвальный турбовентиляторный двигатель Д-18Т. Руководство по эксплуатации (1988 год) - часть 2

ДВИГАТЕЛЬ - ОПИСАНИЕ И РАБОТА

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Трехвальный турбореактивный двухконтурный двигатель Д-18Т (рис. 1, 2, 3) предназначен для установки на транспортный самолет.

Двигатель имеет большую степень двухконтурности (6 на взлетном режиме) и выполнен по трехвальной схеме с осевым пятнадцатиступенчатым компрессором, промежуточным корпусом, кольцевой камерой сгорания, шестиступенчатой турбиной, реверсивным устройством в наружном (вентиляторном) контуре и раздельными нерегулируемыми выходными соплами наружного и внутреннего контуров.

Особенность трехвальной схемы состоит в разделении ротора компрессора на три самостоятельных ротора, каждый из которых приводится во вращение своей турбиной. При этом роторы имеют различные оптимальные для них частоты вращения и связаны между собой только газодинамической связью. Схема роторной части двигателя - шестиопорная, т.е. каждый из трех роторов установлен на двух подшипниках.

Выполнение двигателя по трехвальной схеме позволило:

- применить в компрессоре ступени, имеющие высокий коэффициент полезного действия;

- обеспечить необходимые запасы газодинамической устойчивости компрессора;

- использовать для запуска двигателя пусковое устройство малой мощности, так как при запуске стартер раскручивает только ротор высокого давления.

Большая степень двухконтурности двигателя и высокие параметры газодинамического цикла обеспечили его высокую экономичность.

Конструкция двигателя выполнена с учетом обеспечения принципа модульной (блочной) сборки.

Двигатель разделен на 17 основных модулей и 4 подмодуля (рис. 4), каждый из которых -законченный конструктивно-технологический узел и может быть (кроме главного модуля) демонтирован и заменен на двигателе без разборки соседних модулей в условиях авиационно-технических баз.

Модульность конструкции двигателя обеспечивает возможность восстановления его исправности заменой деталей и узлов в условиях эксплуатации, а высокая контролепригодность

- возможность обслуживания по техническому состоянию.

2. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ

Продольный разрез двигателя представлен на рис. 3.

Компрессор двигателя - осевой, трехкаскадный, состоит из сверхзвукового вентилятора, околозвукового компрессора среднего давления и дозвукового компрессора высокого давления.

Рис 1 -Двигатель Д-18Т (вид слева)

Рис. 2 Двигатель Д-18Т (вид справа)

Одноступенчатый вентилятор состоит из рабочего колеса, корпуса вентилятора, спрямляющего аппарата, вала вентилятора с опорой и вращающегося кока.

Соединение диска рабочего колеса вентилятора с валом и коком - болтовое. Каждая лопатка крепится к диску хвостовиком "елочного" типа с двумя зубьями.

Рабочие лопатки вентилятора имеют антивибрационные полки, контакт которых между собой в колесе вентилятора выполнен с предварительным натягом.

Спрямляющий аппарат разборной конструкции. На внутренней поверхности в передней части наружного кольца спрямляющего аппарата крепятся легкосьемные панели шумоглушения.

Вал вентилятора соединен с валом турбины вентилятора чтицами. Рабочее колесо вентилятора с коком, вал вентилятора и ротор турбины вентилятора образуют ротор вентилятора, установленный на двух подшипниках. Оба подшипниковых узла ротора вентилятора имеют масляные демпферы.

Компрессор среднего давления (КСД) - семиступенчатый, состоит из переднего корпуса, статора и ротора КСД. Обтекатель переднего корпуса разделяет поток воздуха за рабочим колесом вентилятора по контурам.

В переднем корпусе КСД смонтированы неподвижный направляющий аппарат вентилятора и регулируемый входной направляющий аппарат (РЗНА) КСД, узлы передних подшипников роторов вентилятора и КСД.

Направляющие аппараты и рабочие кольца всех ступеней вместе с корпусом образуют статорную часть КСД.

На корпусе КСД установлены 8 клапанов перепуска воздуха (КПВ) из-за 3-й ступени КСД и рычажный механизм управления РВНА. КСД.

Внутреннюю поверхность наружного контура двигателя в зоне КСД формирует каркас со съемными панелями шумоглушения.

Из условий обеспечения модульности конструкции двигателя корпус КСД и каркас с панелями шумоглушения входят в главный модуль двигателя, а направляющий аппарат 7-й ступени КСД - в промежуточный корпус.

Ротор КСД - барабанно-дисковой конструкции. Сварные барабаны 1-4 ступеней и 6-7 ступеней, диск 5-й ступени соединены с передним и задним валами и между собой при помощи болтов, рабочие лопатки крепятся в дисках хвостовиками типа "ласточкин хвост".

Ротор КСД соединен с ротором турбины СД при помощи шлицов. В сборе эти узлы образуют ротор среднего давления.

Ротор СД установлен на двух подшипниковых узлах, имеющих масляные демпферы. Кроме этого, передний шариковый подшипник КСД установлен в упругой опоре типа "беличье колесо” с жестким ограничителем хода.

Рис. 3 Двигатель Д-18Т (продольный разрез)

Рис. 4 Модули двигателя Д-18Т

Компрессор высокого давления (КВД) - симиступенчатый, состоит из входного направляющего аппарата, ротора, статора, корпуса и клапанов перепуска воздуха из-за 4-й ступени КВД.

Ротор КВД барабанно-дисковой конструкции. Сварной барабан 1-4 ступеней, диски 5-7 ступеней, проставки и валы соединены между собой болтами, рабочие лопатки крепятся в дисках хвостовиками типа "ласточкин хвост".

Ротор КВД соединяется с ротором турбины высокого давления при помощи болтов и образует ротор высокого давления, установленный на двух подшипниковых узлах, имеющих масляные демпферы. Кроме этого, передний шариковый подшипник КВД установлен в упругой опоре типа "беличье колесо" с жестким ограничителем хода.

На корпусе КВД установлены узел фиксации ВНА КВД, 4 клапана перепуска воздуха из-за 4-й ступени КВД, а также патрубки отбора воздуха из-за 2-й и 4-й ступеней КВД на нужды систем самолета.

Для обеспечения модульности узлов двигателя ВНА. КВД устанавливается в промежуточном корпусе, а корпус КВД с узлами - на главном модуле двигателя.

Промежуточный корпус расположен между КСД и КВД, служит для формирования переходного канала от КСД к КВД и канала наружного контура, размещения агрегатов и приводов к ним, а также размещения передней опоры ротора КВД и переднего узла подвески двигателя.

Промежуточный корпус состоит из следующих основных узлов:

- собственно промежуточного корпуса, состоящего из наружной кольцевой оболочки,

6 радиальных стоек аэродинамического профиля, 2 носков пилонов (верхнего и нижнего), внутреннего корпуса и кронштейна подвески, соединенных между собой с помощью болтов, винтов и шпилек;

- коробки приводов;

- промежуточного привода;

- привода центробежного суфлера;

- центрального привода.

Все приводные агрегаты, кроме центробежного суфлера, установлены на коробке приводов и получают вращение через систему зубчатых передач и шлицевых рессор от ротора ВД.

На внутренней поверхности наружной оболочки в передней части по всему периметру, а также между стойками и носками пилонов крепятся легкосъемные панели шумоглушения. Внутреннюю поверхность наружного канала двигателя между стойками и носками пилонов образуют также легкосъемные панели шумоглушения.

К переднему фланцу наружной оболочки промежуточного корпуса крепится наружное кольцо спрямляющего аппарата вентилятора, к заднему фланцу - реверсивное устройство двигателя.

К носку верхнего пилона сзади крепятся верхняя панель и перегородка, к носку нижнего пилона - нижняя панель и крепежная рамка. Через эти узлы проходят и крепятся к ним трубопроводы систем двигателя.

Через две стойки, расположенные в горизонтальной плоскости, проходит электрическая проводка систем двигателя.

Камера сгорания состоит из корпуса с двумя оболочками, между которыми проходят воздух от 4-й ступени КЕД на охлаждение элементов турбины среднего давления, входного диффузора со спрямляющим аппаратом 7-й ступени КВД, жаровой трубы кольцевого типа, топливного коллектора, 22 топливных форсунок и 2 пусковых воспламенителей.

В передней части корпуса камеры сгорания установлены клапан перепуска воздуха из-за КВД при запуске двигателя и патрубок отбора воздуха из-за КВД на нужды систем самолета.

Топливные форсунки - центробежные, одноканальные.

Турбина - трехвальная, реактивная, состоит из турбины высокого давления (ТВД), турбины среднего давления (ТСД) и турбины вентилятора (ТВ). Одноступенчатые роторы ТВД и ТСД приводят во вращение соответственно роторы КВД и КСД, четырехступенчатый ротор ТВ -ротор вентилятора.

ТВД состоит из соплового аппарата и рабочего колеса.

Сопловой аппарат набирается из II отдельных секторов. В секторе 4 сопловые лопатки соединены между собой с помощью пайки.

Лопатки - пустотелые, охлаждаемые воздухом из-за КВД, имеют дефлекторы в передней и задней части лопатки для поджатая охлаждающего воздуха к внутренним стенкам лопатки и систему перфорационных отверстий в стенках профиля лопатки, через которые охлаждающий воздух выходит на наружную поверхность пера лопатки и защищает' ее от горячих газов.

Рабочая лопатка ТВД, охлаждаемая воздухом из-за КВД, состоит из хвостовика, ножки, пера и бандажной пслки с гребешками. Воздух на охлаждение подводится к хвостовику, проходит по раду радиальных каналов в теле пера лопатки и выходит через систему перфорационных отверстий на наружную поверхность пера лопатки. В каждом пазу диска устанавливаются по 2 лопатки. Соединение лопаток с диском выполнено хвостовиком "елочного" типа.

Пятиступенчатый передний лабиринт ТВД выполнен на отдельном лабиринтном диске.

Лабиринтный диск и диск ТВД охлаждаются воздухом из-за КВД. ТСД состоит из корпуса опор и рабочего колеса.

В корпусе опор наружная оболочка и радиальные стойки внутреннего корпуса, проходящие внутри полых сопловых лопаток ТСД, соединены между собой радиальными втулками и стяжными винтами. Через лопатки проходят также трубопроводы масляных и воздушных коммуникаций.

В корпусе опор размещены задние опоры роторов ВД и СД.

Сопловые и рабочие лопатки ТСД охлаждаются воздухом из-за 4-й ступени КВД.

В рабочей лопатке ТСД охлаждаемый воздух, подведенный к хвостовику лопатки, проходит по радиальным каналам в теле пера лопатки и выходит через отверстия на бандажной полке.

Диск ТСД также, как и все диски ТВ, охлаждается смесью воздуха из-за КСД, из-за 4-й ступени КВД и из-за КВД.

Соединение рабочих лопаток ТСД и всех ступеней ТВ с дисками выполнено хвостовиками "елочного" типа.

ТВ состоит из ротора и статора.

Статор ТВ состоит из корпуса и четырех сопловых аппаратов (СА), набранных из отдельных литых секторов по четыре лопатки в секторе СА I-й ступени ТВ и по 3 лопатки в секторах СА 2-4 ступеней ТВ.

Ротор ТВ - барабанно-дисковой конструкции.

Диски соединяются между собою с проставками и Балом ротора ТВ болтами.

Лопатки ТВ как сопловые, так и рабочие неохлаждаемые.

Рабочие лопатки всех ступеней ТВ бандажированы.

Выходное устройство турбины состоит из задней опоры и реактивного сопла внутреннего контура.

В задней опоре расположен роликоподшипник ротора вентилятора.

Реверсивное устройство двигателя - кольцевое, решетчатого типа, с 12 створками, перекрывающими при реверсировании тяги канал наружного контура двигателя. На режимах прямой тяги створки устанавливаются в подвижном корпусе реверсивного устройства заподлицо с его внутренней поверхностью, формирующей канал наружного контура двигателя на участке между наружной оболочкой промежуточного корпуса и соплом наружного контура.

Система управления реверсивным устройством - гидромеханическая, с использованием масла из маслосистемы двигателя. Система включает в себя:

- маслонасос и гидромеханический привод, устанавливаемые на коробке приводов;

- электромагнитный клапан включения подачи масла;

- агрегат управления реверсом;

- механизм замка реверса;

- рычажную систему,соединяющую агрегат управления реверсом с топливным регулятором и реверсным устройством.

Управление работой реверсивного устройства осуществляется рычагом управления реверсом, расположенным в кабине самолета.

Сопло наружного контура двигателя крепится к заднему фланцу неподвижного корпуса реверсивного устройства.

Сопло входит в комплектацию капотов силовой установки и устанавливается на двигатель при его монтаже на самолет, также как и капоты, формирующие канал наружного контура вокруг газогенераторной части двигателя.

Система смазки двигателя - автономная, циркуляционная, под давлением.

Подача масла на смазку осуществляется нагнетающей ступенью маслоагрегата. Шесть откачиваощих ступеней маслоагрегата откачивают масло из масляных полостей подшипников роторов двигателя, коробки приводов и маслоотделителя в масляный бак через воздухоотделитель и топливомасляный теплообменник (1МТ), установленный в топливной магистрали низкого давления между насосами низкого и высокого давления блока насосов.

Охлаждение масла производится топливом.

На двигателе устанавливается также система заправки маслобака маслом, состоящая из бортового штуцера, электромагнитного клапана, светосигнализатора и выключателя.

Суфлирование масляных полостей опор двигателя осуществляется через маслоотделитель, где происходит предварительное отделение масла с последующей откачкой его секцией маслоагрегата. Далее эмульсия направляется в центробежный суфлер, откуда очищенный воздух выбрасывается в атмосферу через патрубок на срезе нижнего пилона капотов силовой установки, а масло сливается по трубопроводу в полость промежуточного привода.

Воздушная полость маслобака суфлируется в коробку приводов, которая в свою очередь суфлируется в атмосферу на срез нижнего пилона через центробежный суфлср коробки приводов.

Топливная система обеспечивает подачу топлива в двигатель в количестве, определяемом положением рычага управления двигателем (НУД) и условиями полета, и включает следующие основные агрегаты:

- блок насосов;

- подогреватель топлива;

- топливный регулятор.

Агрегата системы осуществляют:

- автоматическое дозирование топлива цри запуске, приемистости, дросселировании и на установившихся режимах;

- выдерживание постоянства заданного РУД режима при изменении условий полета (высоты, скорости, температуры окружающей среды).

Электронная система управления осуществляет всережимное ограничение по заданному закону температуры газов за ТСД и ограничение частот вращения всех роторов двигателя.

Запуск двигателя - автоматический. Раскрутка ротора ВД осуществляется воздушным турбостартером (ВТС), установленным на коробке приводов двигателя.

В качестве источника сжатого воздуха для раскрутки ВТС используются генераторы сжатого воздуха, установленные на самолете, или наземные источники с аналогичными параметрами воздуха, а также работающий двигатель. Программа запуска определяется автоматической панелью запуска, установленной на самолете.

Система управления регулированием компрессоров включает регулятор FBHA КСД и автоматы управления КПВ КСД и КТО КВД. Регулятор РВНА КСД управляет по заданному закону положением лопаток РBHA КСД, а автоматы управления КПВ на заданных режимах управляют открытием-закрытием КПВ КСД и КПВ КВД.

На двигателе установлены агрегаты системы энергоснабжения самолета:

- привод-генератор с силовыми проводами;

- теплообменник воздушно-масляный и масляный фильтр, входящие в маслосистему привода-генератора.

На коробке приводов двигателя выполнены два привода для гидронасосов, устанавливаемых при монтаже двигателя на самолет.

Система защиты двигателя от развития помпажа включает устанавливаемые на двигателе датчик логарифмический и электромагнитный клапан принудительного открытия КПВ КСД, а также электронный преобразователь, расположенный на самолете.

Двигатель оборудован системой контроля тяги двигателя, состоящей из приемников полного давления в соплах наружного и внутреннего каналов двигателя и датчика суммарного отношения давлений.

Датчики и сигнализаторы, установленные на двигателе, выдают сигналы о параметрах работы и состоянии узлов, систем и двигателя в целом.

На двигателе установлены датчики и сигнализаторы систем:

- сигнализации о перегреве во внутренних масляных и суфлируемых полостях двигателя;

- измерения степени повышения давления воздуха в компрессоре.

На двигателе установлены датчики и сигнализаторы, контролирующие работу:

- системы смазки и суфлирования;

- топливной системы;

- системы регулирования компрессоров;

- системы запуска;

- системы энергоснабжения самолета:

- систем охлаждения ТВД и ТСД:

- системы реверсирования тяги двигателя.

При монтаже на самолет двигатель оборудуется датчиками системы измерения вибраций

двигателя.

Информация о состоянии узлов, систем и двигателя в целом поступает на указатели в кабине самолета, в бортовую автоматизированную систему контроля состояния двигателя и в бортовое устройство регистрации полетных данных.

Контроль состояния проточной части двигателя осуществляется с помощью оптического прибора через специальные отверстия, выполненные в корпусах двигателя.

С помощью оптического прибора можно осматривать следующие элементы проточной части:

- рабочие лопатки всех ступеней КСД и КВД;

- жаровую трубу с форсунками;

- сопловой аппарат ТВД;

- рабочие лопатки ТВД, ТСД и всех ступеней ТВ.

Двигатель крепится на пилоне под крылом с помощью переднего и заднего узлов подвески.

Передний узел подвески, состоящий из тягового и опорного кронштейнов, соединенных между собой основными и запасными соединительными деталями, расположен в носке верхнего пилона промежуточного корпуса двигателя.

Задний узел подвески крепится с помощью основных и запасных крепежных деталей к верхней части задней опоры турбины.

Система управления двигателем жесткая, состоит из тяг, рычагов, качалок, кронштейнов.

Режим работы двигателя задается рычагом управления двигателем (РУД) из кабины экипажа. Для выключения двигателя используется рычаг останова (РСЩ) или электрический выключатель, установленный также в кабине экипажа. РУД и РСЩ воздействует на соответствующие рычаги топливного регулятора, электрический выключатель- на электромагнитный клапан прекращения подачи рабочего топлива, установленный также на топливном регуляторе.

3. ОСНОВНЫЕ ДАННЫЕ

4. РАБОТА

Весь воздух, поступающий на вход двигателя через самолетный воздухозаборник, проходит через вентилятор, в котором происходит некоторое повышение давления и температуры

воздуха.

За вентилятором поток воздуха делится на наружный и внутренний. По наружному контуру проходит ~ 85% всего воздуха, который, расширяясь и увеличивая скорость в канале и сопле наружного контура, создает « 80% обшей тяги двигателя.

Во внутреннем контуре воздуха дополнительно сжимается в КСД и КВД и попадает в камеру сгорания, где перемешивается с тонкораспыленным топливом, создает топливно - воздушную смесь. В результате сгорания этой смеси температура газового потока увеличивается. Газ поступает на турбину, где происходит преобразование энергии газового потока в механическую работу, используемую для вращения роторов КВД, КСД и вентилятора. При прохождении газа через проточную часть турбины его энергия уменьшается, при этом температура и давление газа понижается. В реактивном сопле внутреннего контура происходит расширение газа с падением давления до атмосферного, сопровождающееся увеличением скорости газового потока, создающего тягу внутреннего контура.

Диаграмма, иллюстрирующая изменение давления, температуры и скорости по проточной части двигателя, представлена на рис. 5.

содержание .. 1 2 3 ..