5.2.1. Общее описание двигателя, его элементов и систем

Двигатель ВК-1 конструкции В.Я.Климова является воз­душно-реактивным компрессорным газотурбинным двигателем.

Двигатель состоит из следующих основных частей:

1. Центробежного компрессора с двухсторонним входом воз­духа.

2. Девяти прямоточных камер сгорания, расположенных вокруг оси двигателя по образующим контура.

3. Одноступенчатой осевой газовой турбины.

4. Выхлопной реактивной трубы с сопловым насадком.

5. Коробки приводов агрегатов двигателя и самолетных агрегатов.

Компрессор производительностью 48 кг/сек сжимает воз­дух, поступающий в двигатель через передний и задний вход­ные патрубки и подает его в камеры сгорания. Степень повышения давления равна 4,2, температура воздуха за ком­прессором t₂= 203°С (рисунок 11).

В камерах сгорания воздуха смешивается с распыленным топливом, поступающим через рабочие форсунки. Воспламенение смеси при запуске происходит в начале в двух из девяти камер от запальных устройств, состоящих из пусковой фор­сунки и электрической свечи. Пламя через соединительные па­трубки камер быстро распространяется во все остальные ка­меры сгорания.

Энергия горячих газов используется для вращения турби­ны и связанных с ней при помощи трансмиссии крыльчатки компрессора, а также приводов дополнительных агрегатов дви­гателя и для создания реактивной тяги.

Образовавшиеся в камерах сгорания горячие газы t₃= 870°С, P₃ = 4,16ата (0,408МПа) поступают в патрубки газового сборника и проходят через сопловой направляющий аппарат на рабочие лопатки турбины, приводя ее во вращение.

Затем горячие газы t_н= 640°С, P_н= 1,48 (0,148МПа) отводятся от турбины в реактивную трубу с сопловым насадком и со скоростью С = 556 м/с выбрасываются в атмосферу. Возникающая при этом реакция сил газового потока создает тягу двигателя.

Силовая несущая часть двигателя состоит из трех корпусов подшипников: переднего, среднего и заднего; корпуса компрессоров и двух ферм - передней и задней.

Большинство агрегатов двигателя смонтировано на коробке приводов, расположенной в его передней части и приводится во вращение через систему передач от переднего вала компрессора.

5.2.2. Основные данные двигателя и его элементов

Тип двигателя - турбокомпрессорный, воздушно-реактивный.

Условное обозначение – ВК-1. Конструктивная схема - одноступенчатый центробежный компрессор. Девять раздельных прямоточных камер сгорания. Одноступенчатая осевая турбина. Реактивная выхлопная труба с сопловым насадком. Коробка приводов агрегатов размещена впереди двигателя.

1 - центробежный компрессор; 2 – камера сгорания; 3 – турбина;

4 – реактивное сопло; 5 – вентилятор охлаждения

Рисунок 11 – Схема турбореактивного двигателя ВК-1

Направление вращения ротора двигателя - против часовой стрелки (если смотреть со стороны выхлопной трубы).

Компрессор - центробежный, одноступенчатый с двухсторонним входом. Крыльчатка компрессора с двумя заборниками имеет по 29 лопастей с каждой стороны. Лопаточный диффузор корпуса переходит в девять выходных патрубков. Входной патрубок камеры сгорания коленообразной формы является промежуточной деталью между корпусом компрессора и камерами сгорания.

Камеры сгорания - прямоточные, конические, с литыми горловинами, сварными кожухами и жаровыми трубами. Завихрители лопаточного типа. Камеры расположены по окружности вокруг корпусов среднего и заднего подшипников и сообщены между собой соединительными патрубками. Топливо, скопившееся в камерах сгорания при неудачных запусках, по дренажному трубопроводу подводится к дренажному клапану и удаляется в атмосферу.

Турбина - осевая, одноступенчая с 62 рабочими лопатками и 54 лопатками соплового аппарата. Средняя степень реактивности турбины 0,37. Направляющий аппарат турбины представляет собой кольцевой набор из направляющих лопаток, заключенных между наружной и внутренней обоймами. Рабочее колесо турбины включает в себя диск и рабочие лопатки. Хвосты лопаток "елочного" типа.

Трансмиссия двигателя - состоит из ротора компрессора, ротора турбины, соединительной муфты, связывающей через шаровое соединение оба ротора, и корпусов подшипника: переднего, среднего и заднего. Передний и задний подшипники - роликовые, средний - шариковый, фиксирует ротор турбины в осевом направлении и воспринимает осевое усилие турбины.

Выхлопная система - длина и форма удлинительной выхлопной трубы меняется в зависимости от требования установки двигателя на самолете. Реактивное сопло не регулируемое, диаметром 538-554 мм. Максимальная тяга на взлетном режиме при n=11560 об/мин 2700 дан, тяга на номинальном режиме 2300 дан. Максимальная температура выхлопных газов на взлетном режиме не выше 720 ^oС. Топливо - керосин Т-1 по ГОСТ4138-49 с добавкой 1% масла МС-20 или МК-22. Плотность топлива 0,800-0,850 г/см³.

5.2.3. Топливная система двигателя

Топливные насосы ПН-ЗФК и ПН-2ФК. Тип насосов - плунжерный, переменной производительности. Плунжеры распо­ложены во вращающемся роторе. Подача регулируется наклонной шайбой. Каждый насос имеет ограничитель максимальных оборотов мембранного типа и ограничитель максимального давления. Давление топлива за топливным фильтром перед насосами 0,7-1,05 кг/см² (0,069-0,103МПа). Давление топлива за насосами на крейсерском режиме 92 кг/см² (9МПа). Производительность одного насоса 2350 л/час.

Барометрический регулятор - БР-2Ф автоматически поддерживает требуемое давление в топливной системе, путем воздействия на сервомеханизмы топливных насосов.

Дроссельный кран ДК-2 - является дозирующим устройством топливной системы, при помощи которого осуществляется ручное управление двигателем. Кран имеет дозирующую иглу с реечным приводом от рычага управления двигателя и клапан регулирования расхода топлива на режиме малого хода.

Распределитель топлива АРТ-1К - предназначен для автоматического включения основной магистрали топливной системы, после того, как в магистрали малого газа будет достигнуто давление, обеспечивающее хороший распыл в рабочих форсунках. В конструкцию распределителя включен стоп-кран с ручным приводом, прекращающий доступ топлива к форсункам при остановке двигателя.

Форсунка, рабочая. Форсунка открытая с центробежным распылом топлива, осуществляемым через два самостоятельных концентричных канала. На малых расходах топлива работает один канал, на больших вступает в работу второй канал (основной).

Работа агрегатов топливной системы

В системе питания двигателя топливные агрегаты расположены по следующей схеме: топливный бак, подкачивающий насос, фильтр, насосы высокого давления с подводом топлива к барометрическому регулятору, дроссельный кран, стоп-кран, распределитель, коллекторы, рабочие форсунки.

Параллельно с основной системой подключена пусковая система, состоящая из пускового электронасоса и двух пусковых форсунок. Воспламенение распыленного пусковой форсункой топлива производится искровой свечей, расположенной в корпусе форсунки.

5.2.4. Система охлаждения

Назначение системы воздушного охлаждения - отвод тепла от среднего и заднего подшипников и диска турбины, а также для поддува воздухом лабиринтов средней и задней опор.

Система воздушного охлаждения состоит и центробежного вентилятора и системы полостей. Крыльчатка вентилятора с односторонним входом воздуха имеет 29 радиальных лопастей, монтируется посредством шлицевого соединения на заднем валу компрессора.

5.2.5. Система смазки (рисунок 12)

Для смазки двигателя используется трансформаторное масло по ГОСТ 982-43 с добавкой 0,05-0,1% стеариновой кислоты. В систему смазки входят:

1. Коробка масляных насосов.

2. Нагнетающий и откачивающий насосы.

3. Трубопроводы и каналы маслосистемы.

4. Форсунки подачи масла к местам смазки. Коробка масляных насосов служит одновременно маслосборником и маслобаком. Шестеренчатые насосы выполнены в одном блоке и помещаются в верхнем колодце коробки. Верхний насос является нагнетающим, нижний - откачивающим. В коробке масляных насосов расположены 2 фильтра низкого давления и один фильтр высокого давления. Отработанное масло через фильтр низкого давления поступает в откачивающий насос. Оттуда масло поступает в центробежный воздухоотделитель и затем в полость коробки приводов. Из полости коробки, через фильтр низкого давления масло поступает в нагнетающий насос, оттуда через фильтр высокого давления масло поступает к разбрызгивающим форсункам на смазку подшипников.

Емкость всей масляной системы равна 6 л.

1 – коробка масляных насосов; 2 – нагнетающий и откачивающий насосы;

3 – фильтры низкого давления; 4 – фильтры высокого давления;

5 – воздухоохладитель

Рисунок 12 - Масляная система ГТД ВК-1

5.2.6. Электрооборудование двигателя

В электрооборудование двигателя ВК-1 входит две системы:

1. Система запуска двигателя.

2 .Приборы контроля за работой двигателя. Эти системы предназначены для раскрутки двигателя до заданного числа оборотов, зажигания смеси в камерах сгорания и контроля за. основными параметрами двигателя: оборотами, температурой газов в реактивной трубе, температурой и давлением масла и давлением топлива.

В систему запуска двигателя входят:

Стартер типа Ст-2-48, представляет собой электродвигатель постоянного тока и предназначается для раскрутки двигателя от 2-х аккумуляторных батарей напряжением 24 В с автоматическим переключением батарей в середине цикла с параллельного соединения на последовательное, т.е. на напряжение 48 В.

Автомат времени АВП-ЗА, коробка пуска стартера КПС-48 и переключающий контактор батарей КП-2 автоматически управляют циклом запуска стартера. Катушка зажигания КР-1 служит для получения искрового разряда на электродах свечи и воспламенения рабочей смеси в камерах сгорания двигателя. Реле пускового насоса и зажигания служит для включения напряжения на мотор пускового насоса.

Для зарядки аккумуляторных батарей служит генератор постоянного тока мощностью от 3 до 9 кВт. Напряжение генератора поддерживается регулятором напряжения в пределах 5...30 В.

Реле управления генератором предназначается для включения генератора на зарядку аккумуляторных батарей.

К системе приборов контроля двигателя относятся:

1. Электрический дистанционный тахометр с датчиком - генератором.

2. Термометр выходящих газов.

3. Трехстрелочный электрический моторный индикатор замера температуры и давления топлива.

4. Электрический дистанционный манометр для замера низкого давления топлива.

5. Сигнализатор давления топлива на магистрали низкого давления топлива (за фильтром).

Оформление отчета

Отчет должен содержать краткое описание двигателя (5.2.2), агрегатов топливной системы (5.2.3), системы охлаждения (5.2.4), системы смазки (5.2.5), электрооборудования двигателя (5.2.6).

5.4. Контрольные вопросы

1. Охарактеризуйте основные элементы ГТД.

2. Охарактеризуйте основные агрегаты топливной системы.

3. Охарактеризуйте систему охлаждения, смазки и запуска двигателя.

4. Перечислите приборы контроля двигателя.

6. Лабораторная работа №6
«Изучение газотурбинного двигателя ГТД-3Ф»

Цель работы

Цель работы: закрепление студентами теоретических знаний, изучение конструкции и систем газотурбинного двигателя ГТД-3Ф.