2.7. Охлаждение турбины компрессора

В двигателях ТВЗ-117 всех модификаций для охлаждения де­талей газовых турбин предусмотрены воздушные системы. Сис­тема охлаждения газовой турбины служит для снижения рабочих температур горячих деталей турбины в целях увеличения запасов прочности и надежности их работы. Требуемый уровень рабочих температур горячих деталей турбин обеспечивается путем надеж­ной изоляции этих деталей от прямого воздействия на них горячих газов и путем отбора части тепла от этих деталей менее нагретым воздухом, поступающим для их охлаждения.

Для охлаждения деталей ТК используется вторичный воздух из камеры сгорания двигателя. При этом охлаждаются как детали ротора, так и детали статора. Охлаждение деталей ротора (рис. 4.5) производится следующим образом. Вторичный воздух из полости А (кольцевая полость между жаровой трубой и внутренним корпусом 2 диффузора КС) через семь отверстий в конической диафрагме 4 попадает в полость Б (кольцевая полость между внутренним корпусом 2 диффузора КС и валом 2 ТК). Из полости Б воздух идет:

через лабиринтные уплотнения 3 и 5 в полость Д для охлаж­дения переднего вращающегося дефлектора 6 и для предотвра­щения проникновения горячих газов из проточной части турбины в полость Д через отверстия вала 2 ТК в его внутреннюю полость В, Отсюда воздух идет по двум направлениям: через отверстия в ступице диска РК I ступени ТК и отверстия в ступице переднего вращающегося дефлектора 6 на охлаждение передней стенки диска РК I ступени ТК, его обода, хвостовиков и внутренних полок рабочих лопаток; по центральному отверстию в ступице диска РК I ступени ТК в полость Г (полость, ограниченная дисками РК и их ступицами). Из полости Г воздух по ради­альным каналам, образованным укороченными торцевыми шли­цами, идет по трем направлениям: через внутреннюю кольцевую расточку и наклонные отверстия в ступице заднего вращающегося дефлектора 7 РК I ступени ТК для охлаждения задней стенки этого диска; через наклонные отверстия в ступице переднего вращающегося дефлектора 10 РК II ступени ТК на охлаждение передней стенки этого диска, его обода, хвостовиков и внутренних полок рабочих лопаток; по проточкам и лыскам на задних опорных буртиках стяжных болтов, по радиальным пазам на передней стенке в заднем вра­щающемся дефлекторе 22 диска РК II ступени ТК на охлаждение его задней стенки. На задних вращающихся дефлекторах 7 и 22 равномерно по окружности у периферии выполнены отверстия для сброса отработавшего охлаждающего воздуха в проточную часть турбины компрессора.

Охлаждение деталей статора также производится вторичным воздухом, поступающим из КС двигателя. Из полости А вторичный воздух через внутренние переходные втулки проходит через полые лопатки СА I ступени ТК, охлаждая их, и через внешние пере­ходные втулки выходит в полость 3 (кольцевая полость, образо­ванная корпусом 8 ТК и наружной обоймой 9 СА I ступени ТК). В эту же полость по отверстиям в переднем внутреннем фланце корпуса 8 ТК вторичный воздух поступает непосредственно из КС двигателя. Этот воздух смешиваясь с основным потоком воз­духа, поступающим через сопловые лопатки заметно снижает его температуру. Из полости 3 воздушный поток, охладив корпус 8 ТК и наружную обойму 9 СА I ступени ТК через осевые отверстия во внутреннем кольцевом выступе корпуса 8 поступает в полость И (кольцевая полость, образованная корпусом 8 ТК и наружным ободом 11 СА II ступени ТК). Отсюда часть воздуха идет через полые лопатки СА II ступени ТК, охлаждая их, и выходит в полость Е. Другая часть воздуха через пазы в корпусе 8 ТК и отверстия в обойме РК II ступени сбрасывается за РК в проточную часть. Из полости Е воздух идет по двум направлениям: часть воздуха, охлаждая заднюю стенку вращающегося дефлек­тора 7, через кольцевую щель, образованную вращающимся де­флектором 7 РК I ступени и внутренним ободом СА II ступени ТК, сбрасывается в проточную часть турбины; часть воздуха прорывается через лабиринтное уплотнение 13 и поступает в полость Ж, где она охлаждает переднюю стенку вращающегося дефлектора 10 и через кольцевую щель между внутренним ободом СА II ступени и вращающимся дефлектором 10 РК II ступени сбрасывается в проточную часть турбины. Вы­ходящий из полостей Е и Ж воздух препятствует проникновению горячих газов из проточной части турбины в эти полости.

2.8. Характерные неисправности турбины компрессора

К наиболее возможным неисправно­стям относятся:

1.Вытяжка рабочих лопаток турбин, которая возможна вслед­ствие длительного воздействия на рабочие лопатки больших цен­тробежных сил в условиях высоких температур. Вытяжка рабочих лопаток приводит к уменьшению зазора и, в конечном счете, к касанию гребешками бандажных полок рабочих лопаток металлокерамического слоя обойм рабочих колес. Вытяжка приводит к выработке металлокерамического покрытия, к заеданию ротора и даже к поломкам рабочих лопаток. Дефект может быть обнаружен по увеличению усилий при ручной прокрутке ротора, а также по уменьшению времени выбега ротора не менее 50 с после выключения двигателя.

2.Обрыв или разрушение рабочих лопаток турбин. Это самый опасный дефект, который может привести к весьма серьезным последствиям. Так, при попадании оторвавшегося куска лопатки в проточную часть может возникнуть изгиб следующих по потоку лопаток и выпучивание корпусов турбин или заклинивание ротора.

Пробой корпуса турбины куском оторвавшейся лопатки может вызвать разрушение элементов силовой установки и конструкции планера вертолета. При этом, в случае повреждения топливных или масляных коммуникаций возможно возникновение пожара в отсеках силовой установки. Причинами обрыва или разрушения рабочих лопаток могут быть нарушения руководства по летной и технической эксплуатации двигателя, такие как:

а) заброс температуры газа перед турбиной при запуске выше максимально допустимой величины;

б) вывод непрогретого двигателя на повышенный режим;

в)выключение двигателя без предварительного охлаждения его на режиме малого газа;

г) вытяжка рабочих лопаток;

д)повышенная вибрация двигателя; что ведет к появлению ус­талостных микротрещин, к их развитию и т. д.

попадание на рабочие лопатки посторонних предметов в виде разрушившихся деталей компрессора, камеры сгорания, соплового аппарата, турбины двигателя.

Обрыв или разрушения рабочих лопаток как постепенно раз­вивающийся дефект может быть заблаговременно обнаружен в процессе эксплуатации и технического обслуживания двигателя.

3.Обгорание сопловых и рабочих лопаток турбин происходит из-за значительного увеличения температуры газа перед ТК сверх допустимой величины. Рост температуры газа перед ТК возможен: вследствие нарушения процесса сгорания в камере сгорания и увеличения неравномерности температурного поля при помпаже компрессора или при увеличении подачи топлива к рабочим форсункам системой автоматического управления.