Лопатки газотурбинных двигателей являются наиболее нагруженными деталями, определяющими ресурс, трудоемкость и стоимость двигателя. Число лопаток в современных двигателях достигает 2 3,5 тыс.

Изготовление лопаток

Лопатки газотурбинных двигателей являются наиболее нагруженными деталями, определяющими ресурс, трудоемкость и стоимость двигателя. Число лопаток в современных двигателях достигает 2... 3,5 тыс. штук, поэтому их изготовление производится в условиях крупносерийного или массового производства.

Ресурс лопаток двигателей военной авиации — 500... 1000 ч, а для гражданской авиации 10... 20 тыс. ч. Стоимость и трудоемкость изготовления комплекта лопаток составляет 20... 35 % от общей стоимости и трудоемкости двигателя.

В процессе эксплуатации лопатки подвергаются:

растяжению и изгибу под действием центробежных сил; изгибу и кручению под действием газового потока;

воздействию переменных напряжений от вибрационных нагрузок;

воздействию повышенных и высоких температур (300... 600 °С

лопаток компрессора и 800... 1200 °С для лопаток турбин);

резким колебаниям температуры при пусках и остановках двигателя, вызывающим термическую усталость материалов лопаток;

воздействию пылевой, дождевой и газовой эрозии;

электрохимической и высокотемпературной газовой коррозии;

износу и фретгинг-коррозии в местах сопряжений (замковых соединениях, бандажных и антивибрационных полках).

При столь разнообразных и жестких условиях нагружения надежность и ресурс лопаток компрессора и турбины определяются множеством факторов, основными из которых являются:

особенности конструкции лопатки, обусловленные уровнем действующих напряжений и их концентрацией на отдельных конструктивных элементах;

используемые материалы и их состояние после формирования заготовки;

состояние поверхностного слоя, полученное на финишных стадиях технологического процесса (шероховатость, знак и уровень остаточных напряжений, степень упрочнения и др.);

вид и свойства защитных покрытий.

Лопатки ГТД классифицируют:

по назначению (рабочие лопатки компрессора, рабочие лопатки турбины, сопловые и спрямляющие (неподвижные));

по конструктивным признакам (монолитные (сплошные неохлаждаемые); с каналами; пустотелые вафельные, паянные из двух половинок, охлаждаемые лопатки турбины);

по способу изготовления (деформируемые (кованые, прессованные, вальцованные), литые, свариваемые, спекаемые).

Основными конструктивными элементами лопаток являются: перо, хвостовик, полки пера и хвостовика, антивибрационные и бандажные полки. Перо лопатки имеет сложную пространственную аэродинамическую форму с постоянными или переменными профилями поперечных сечений по длине, а также определенную закрутку. Выпуклую сторону пера называют спинкой, а вогнутую — корытом. Кромку пера со стороны входа газа называют входной (передней), а противоположную — выходной (задней).

Перо лопаток компрессора, как правило, имеет переменную толщину по длине и ширине, закрутку до 40°. допуск на толщину кромок пера колеблется в пределах 0,06... 0,12 мм, а толщина кромок не превышает 0,10... 0,25 мм.

Перо рабочих лопаток турбины имеет переменные сечения по длине и закрутку до 60°.

Некоторые конструкции лопаток компрессора и турбины ГТД приведены на рис. 6.1. Как видно из рисунка, лопатки значительно отличаются по габаритным размерам и конструктивным элементам пера и хвостовика. Такое многообразие объясняется различием в конструктивных и тактико - технических параметрах ГТД, используемых в военной и гражданской авиации, вертолетах, танках, морских судах, энергетических установках и т.д.

Разъемные соединения лопаток с дисками выполняются при помощи замков различной конструкции — елочного, типа <ласточкин хвост», шарнирного (вильчатого).

Хвостовики лопаток статоров компрессора и турбины могут иметь разнообразную конструкцию. Лопатки статора компрессора оснащены хвостовиками типа «призма», «ласточкин хвост», «цапфа». Обычно эти лопатки имеют два хвостовика. В некоторых конструкциях ГТД применяются консольные статорные лопатки с верхним хвостовиком одного из указанных типов, а также беззамковые лопатки, которые устанавливаются в верхние и нижние опоры по торцевым сечениям пера в профильные окна.

Лопатки компрессора

Лопатки компрессора являются наиболее массовыми деталями. Количество ступеней на осевых компрессорах доходит до 18, а количество лопаток — до 1500 на один ГТд.

Длина лопаток компрессора для разных двигателей находится в пределах 15... 1000 мм, ширина пера (хорда) 7... 280 мм, закрутка пера 40°. Основную номенклатуру лопаток компрессора составляют лопатки длинойб0... I5Омм.

По своему назначению лопатки делятся на рабочие лопатки ротора компрессора (рис. 6.3) и лопаткв статора компрессора фис. 6.4).

Лопатки статора, устанавливаемые на входе в компрессор, называют входными направляющими лопатками, а на выходе из компрессора — спрямляющими лопатками.

На некоторых двигателях, в частности АЛ-3 1 Ф, имеются поворотные статорные лопатки компрессора с изменяемым углом установки.

Основными конструктивными элементами и параметрами, влияющими на технологию изготовления лопаток компрессора, являются габаритные размеры, наличие полок, формы хвостовиков и пера, толщина кромок и значения радиусов их скругления, величины радиусов сопряжения пера с полками. В соответствии с ними лопатки подразделяют на группы, для которых разрабатываются типовые технологические процессы.

Приведем требования по точности и шероховатости элементов пера лопаток компрессора:

отклонение профиля спинки и корыта пера в расчетных сечениях от заданного 0,06... 0,4 мм;

отклонение входной и выходной кромок 0,03... 0,2 мм;

допуск на угол закрутки пера в поперечньтх сечениях Da_зак ± (12... 20’); отклонение ширины хорды профиля пера Db (0,2... 0,6) мм; шероховатость пера лопатки Rа = 0,63... 0,08 мкм.

Для лопаток компрессора используют следующие типы замков (хвостовиков).

Замки типа «ласточкин хвост», как правило, устанавливаются на рабочих лопатках компрессора.

Дата добавления: 2015-08-28