Общие положения

1. Общие положения

1.1 Основные технические характеристики и режимы испытания двигателя

Турбовинтовой двигатель ТВ3-117 ВМА-СБМ 1 предназначен для использования в маршевой установке пассажирского самолета местных воздушных авиалиний Ан-140 и его модификаций.

На двигатель устанавливается шестилопастной скоростной, малошумный воздушный винтАВ-140, разработанный Ступинским конструкторским бюро ОАО «Аэросила». Воздушный винт –с переменной частотой вращения и обратной связью по углу установки лопастей, обеспечивающей возможность реверсирования тяги и выполнения режима «тихое руление».

Для применения других воздушных винтов необходимо согласование посадочных мест и системы управления, так как в автоматическую систему управления двигателем заложено и управление воздушным винтом.

На самолете Ан-140 устанавливается два двигателя. Для перестановки двигателя с правой силовой установки на левую, никаких доработок двигателей не требуется.

Таблица 1 – Основные данные двигателя

Атмосферный воздух поступает в двигатель через входное устройство и засасывается осевым компрессором.

Проходя воздушный тракт компрессора, воздух постепенно сжимается и затем подается в камеру сгорания , где делится на два потока: первичный и вторичный. Первичный поток воздуха поступает в полость камеры сгорания, куда непрерывно впрыскивается тонко распыленное топливо, которое , полнлстью сгорая при небольшом избытке воздуха, обеспечивает непрерывный факел и высокие температуры в зоне горения. В результате сгорания этой смеси образуется поток горячего газа.

Вторичный поток воздуха, омывая камеру сгорания снаружи и охлаждая ее, поступает во внутреннюю полость камеры сгорания, где смешивается с горячими газами от сгоревшего топлива в первичном потоке воздуха и, охлаждая их, обеспечивает заданную температуру всего потока газа на входе в турбину.

Из камеры сгорания газы с высокой температурой и давлением поступают в турбину компрессора и свободную турбину. В турбине компрессора часть энергии этого потока преобразуется в крутящий момент, который передается от компрессора. В свободной турбине – часть энергии преобразуется в крутящий момент, который через трансмиссию передается на воздушный винт.

Поток воздуха, отбрасываемый воздушным винтом, создает тягу винта. Кинетическая энергия части газов, выходящих из двигателя, создает реактивную тягу, которая вместе с тягой винта составляет суммарную (эквивалентную) тягу силовой установки.

Турбовинтовой двигатель ТВ3-117 ВМА-СБМ1 разработан на базе вертолетного двигателя ТВ3-117 ВМА. Двигатель выполнен по двухвальной схеме с вынесенной трансмиссией привода воздушного винта.

Особенность двухвальной схемы состоит в разделении ротора двигателя на ротор турбокомпрессора, установленный на трех подшипниках, и ротор свободной турбины, установленный на двух подшипниках. Ротор турбокомпрессора и свободной турбины связанны между собой тольго газодинамической связью, это позволяет использовать для запуска двигателя пусковое устройство малой мощности, так как при запуске стартер раскручивает только ротор турбокомпрессора, и обеспечивает высокую экономичность двигателя.

Двигатель состоит из двенадцатиступенчатого осевого компрессора, кольцевой прямоточной камеры сгорания, двухступенчатой турбины компрессора, двухступенчатой свободной турбины, заднего редуктора, валопровода, переднего редуктора, коробки приводов агрегатов, систем электро-, топливо- и маслопитания, выходного устройства.

Для удобства сборки и ремонта конструкция двигателя выполнена модульной.

Двигатель включает два крупных модуля: газотурбинный привод и редуктор трансмиссии. В свою очередь, эти модули делятся на более мелкие.

Газотурбинный привод крепится к трансмиссии с помощью:

- фланца подвески и четырех тяг в переднем поясе крепления;

- узла подвески газотурбинного привода в заднем поясе крепления

Газотурбинный привод имеет следующие самостоятельные модули, которые, при необходимости, могут поставляться в собранном виде:

-  входное устройство;

-  газогенератор;

-  свободная турбина;

-  выходное устройство;

-  коробка приводов.

Редукторная трансмиссия состоит из следующих модулей:

-  редуктор задний;

-  валопровод;

-  редуктор передний;

-  маслобак.

Входное устройство

Входное устройство с проставкой является составной частью компрессора и предназначена для подвода воздуха с параметрами, необходимыми для устойчивой работы компрессора на всех режимах работы двигателя.

Входное устройство с проставкой крепится к переднему фланцу корпуса передней опоры компрессора служит для формирования проточной части двигателя. Входное устройство обогревается проточным маслом, откачиваемым из полости задней опоры компрессора и поступающим в полость сформированную обечайками входного устройства.

Корпус передней опоры компрессора состоит из двух кольцевых оболочек соединенных между собой четырьмя стойками, внутри который проходят коммуникации двигателя.

Газогенератор можно условно разделить на следующие основные сборочные единицы: компрессор, камера сгорания и турбина компрессора.

Компрессор

Компрессор двигателя предназначен для сжатия воздуха, поступающего в двигатель. Компрессор осевой, дозвуковой, однокаскадный, двенадцатиступенчатый. Состоит из статора, регулируемого входного направляющего аппарата (РВНА), ротора, передней и задней опор.

Статор компрессора состоит из: корпуса, лопаток поворотных направляющих аппаратов 1…4 ступеней, внутренних колец направляющих аппаратов 1и 2 ст.,

консольных паяльных направляющих аппаратов, рабочих колец 5…12ст., спрямляющего аппарата с лопатками НА 12 ст. и лопатками СА. На корпусе компрессора имеются:

- два клапана перепуска воздуха из-за 7-й ступени;

- заслонка противооблединительной системы;

- три штуцера отбора воздуха

Ротор компрессора барабанного типа состоит из: 12-ти сваренных между собой дисков, кроме диска 1-й ступени, который крепится болтами к проставке, приваренной к диску 2-й ступени.

Рабочие лопатки крепятся в дисках хвостовиками типа "ласточкин хвост".

Передняя опора ротора состоит из корпуса, кока, конуса, передней и задней крышки, корпуса подшипника с графитовым уплотнением и демпфера.

Задняя опора имеет шариковый подшипник, крепится к спрямляющему аппарату компрессора и состоит из: корпуса опоры, гнезда подшипника, корпусов с графитовыми уплотнениями, крышки лабиринта, узлов графитовых уплотнений и шарикоподшипника.

Ротор компрессора приводится в движение двухступенчатой турбиной.

Камера сгорания

Камера сгорания служит для преобразования химической энергии топлива в тепловую путем организации эффективного сгорания топлива в потоке воздуха, поступающего из компрессора. Камера сгорания должна обеспечивать запуск двигателя на земле и в полете, устойчивое горение на всех рабочих и переходных режимах работы двигателя, а также обеспечивать работоспособность горячей части двигателя.

Камера сгорания – кольцевого типа, прямоточная, состоит из корпуса камеры сгорания, внутреннего корпуса диффузора, жаровой трубы и топливного коллектора с двенадцатью двухконтурными форсунками.

Подвод топлива к форсункам осуществляется через топливный коллектор.

Воспламенение топлива при запуске обеспечивается двумя полупроводниковыми свечами зажигания.

Сжатый воздух поступает из компрессора в переднюю, полость кольцевого диффузора, в котором разделяется на два потока наружным обтекателем жаровой трубы и направляется в два кольцевых канала наружный и внутренний.

Потоки воздуха, поступающие в жаровую трубу условно делятся на первичный попадающий в зону горения и вторичный идущий на охлаждение жаровой трубы и турбины.

Распыленное форсунками топливо сгорает в завихреном потоке воздуха, и горячие газы поступают в зону смешивания. в зоне смешивания с горячим газам домешивается вторичный воздух, поступающий через отверстия, выполненные в наружной и во внутренней секциях. Эффективное охлаждение стенок секции жаровой трубы осуществляется вторичным воздухом, входящим внутрь жаровой трубы через наружные и внутренние ряды щелей, образованных гофрированными кольцами.

При ложных запусках несгоревшее топливо через штуцер дренажа сливается в дренажную систему.

Жаровая труба

Изготовлена из листовой жаропрочной стали, состоит из наружного и внутреннего обтекателей с вваренными во внутренний обтекатель 12-тью завихрителями, двух смесительных и двух опорных секций. К опорным секциям приварены опорные кольца.

Турбина

Двигатель имеет две кинематические не связанные между собой турбины: турбину компрессора, которая предназначена для привода компрессора и агрегатов двигателя, а также свободную турбину для привода винта через систему редукторов и ряда самолетных агрегатов. Турбины представляют собой лопаточные машины, в которых энергия газов преобразуется в крутящий момент. Турбины являются одним из основных узлов двигателя. определяющих его ресурс и надежность работы.

Турбина состоит:

- корпуса наружного;

- корпуса переднего;

- корпуса внутреннего секторов лопаток соплового аппарата (СА) 1-й ступени;

- соплового аппарата 2-й ступени;

- ротора

Турбина компрессора осевая, реактивная, двухступенчатая.

Состоит из статора и ротора. Статор турбины включает в себя наружный корпус, передний и внутренний корпуса.

Наружный корпус турбины компрессора и корпус передний крепятся к фланцу камеры сгорания. К заднему фланцу корпуса наружного крепится корпус 3-й опоры ротора.

Сопловой аппарат каждой ступени турбины предназначен для разгона и направления потока горячих газов с заданным углом на лопатки рабочего колеса. Сопловой аппарат 1-й ступени состоит из 13-ти секторов по три лопатки в каждом.

Корпус внутренний крепится к диффузору внутреннему камеры сгорания. Сопловой аппарат 2-й ступени литой с 55-ю полыми сопловыми лопатками.

Ротор ТК состоит из вала, дисков первой и второй ступени с рабочими лопатками. дисков уплотнительных первой и второй ступени, кольца лабиринтного переднего, смонтированного между валом и диском первой ступени, кольца лабиринтного, смонтированного между дисками первой и второй ступени и кольца лабиринтного заднего. Над гребешками рабочих лопаток 1-й и 2-й ступеней и кольцами лабиринтными турбины расположены сотовые поверхности, образующие с гребешками деталей ротора лабиринтные уплотнения.

Ротр ТК опирается на две опоры. передней опорой служит задняя цапфа ротора компрессора на которую ротор опирается центрирующим пояском вала. Задней опорой является подшипник 3-й опоры двигателя, на которую ротор опирается цапфой диска 2-й ступени.

Свободная турбина

Свободная турбина (СТ) двухступенчатая осевая служит для создания крутящего момента, необходимого для привода винта самолета. Свободная турбина состоит из следующих основных узлов:

- корпуса опоры СТ;

- статора свободной турбины;

- ротора свободной турбины.

Ротор свободной турбины передает крутящий момент к заднему редуктору через рессору.

Выходное устройство

Выходное устройство формирует проточную часть двигателя и отводит поток газов от турбины в атмосферу. На заднем фланце выхлопного устройства монтируется ресивер, обеспечивающий подвод воздуха на охлаждение корпуса опор свободной турбины, а также эжекторы дренажной системы и системы суфлирования.

Коробка проводов

Коробка приводов двигательных агрегатов – крепится фланцем к корпусу первой опоры. На коробке приводов устанавливаются агрегаты двигателя:

-  турбостартер воздушный;

-  маслоагрегат;

-  насос-регулятор;

-  подкачивающий топливный насос;

-  дополнительный маслонасос с воздухоотделителем.

Трансмиссия привода воздушного винта предназначена для согласования частоты вращения свободной турбины и воздушного винта, а также, для передачи крутящего момента к воздушному винту.

Задний редуктор

Задний редуктор предназначен в основном для обеспечения заданного растояния между осями газогенератора и воздушного винта и віполнен по схеме простой цилиндрической передачи.

Валопровод

Служит для передачи крутящего момента от заднео редуктора к переднему редуктору. Состоит из корпуса, рессор и промежуточных опор.