Двигатель гтд 350 ремонт

Малый авиационный газотурбинный двигатель

Экспериментальные образцы газотурбинных двигателей (ГТД) впервые появились в преддверии Второй мировой войны. Разработки воплотились в жизнь в начале пятидесятых годов: газотурбинные двигатели активно использовались в военном и гражданском самолетостроении. На третьем этапе внедрения в промышленность малые газотурбинные двигатели, представленные микротурбинными электростанциями, начали широко применяться во всех сферах промышленности.

Общие сведения о ГТД

Принцип функционирования общий для всех ГТД и заключается в трансформации энергии сжатого нагретого воздуха в механическую работу вала газовой турбины. Воздух, попадая в направляющий аппарат и компрессор, сжимается и в таком виде попадает в камеру сгорания, где производится впрыскивание топлива и поджег рабочей смеси. Газы, образовавшиеся в результате сгорания, под высоким давлением проходят сквозь турбину и вращают ее лопатки. Часть энергии вращения расходуется на вращение вала компрессора, но большая часть энергии сжатого газа преобразуется в полезную механическую работу вращения вала турбины. Среди всех двигателей внутреннего сгорания (ДВС), газотурбинные установки обладают наибольшей мощностью: до 6 кВт/кг.

Работают ГТД на большинстве видов диспергированного топлива, чем выгодно отличаются от прочих ДВС.

Проблемы разработки малых ТГД

При уменьшении размера ГТД происходит уменьшение КПД и удельной мощности по сравнению с обычными турбореактивными двигателями. При этом удельная величина расхода топлива так же возрастает; ухудшаются аэродинамические характеристики проточных участков турбины и компрессора, снижается КПД этих элементов. В камере сгорания, в результате уменьшения расхода воздуха, снижается коэффициент полноты сгорания ТВС.

Снижение КПД узлов ГТД при уменьшении его габаритов приводит к уменьшению КПД всего агрегата. Поэтому, при модернизации модели, конструкторы уделяют особое внимание увеличению КПД отдельно взятых элементов, вплоть до 1%.

Для сравнения: при увеличении КПД компрессора с 85% до 86%, КПД турбины возрастает с 80% до 81%, а общий КПД двигателя увеличивается сразу на 1,7%. Это говорит о том, что при фиксированном расходе топлива, удельная мощность увеличится на ту же величину.

Авиационный ГТД «Климов ГТД-350» для вертолета Ми-2

Впервые разработка ГТД-350 началась еще в 1959 году в ОКБ-117 под начальством конструктора С.П. Изотова. Изначально задача состояла в разработке малого двигателя для вертолета МИ-2.

На этапе проектирования были применены экспериментальные установки, использован метод поузловой доводки. В процессе исследования созданы методики расчета малогабаритных лопаточных аппаратов, проводились конструктивные мероприятия по демпфированию высокооборотных роторов. Первые образцы рабочей модели двигателя появились в 1961 году. Воздушные испытания вертолета Ми-2 с ГТД-350 впервые были проведены 22 сентября 1961 года. По результатам испытаний, два вертолетных двигателя разнесли в стороны, переоснастив трансмиссию.

Государственную сертификацию двигатель прошел в 1963 году. Серийное производство открылось в польском городе Жешув в 1964 году под руководством советских специалистов и продолжалось до 1990 года.

Малый газотурбинный двигатель отечественного производства ГТД-350 имеет следующие ТТХ:

— вес: 139 кг;
— габариты: 1385 х 626 х 760 мм;
— номинальная мощность на валу свободной турбины: 400 л.с.(295 кВт);
— частота вращения свободной турбины: 24000;
— диапазон рабочих температур -60…+60 ºC;
— удельный расход топлива 0,5 кг/кВт час;
— топливо — керосин;
— мощность крейсерская: 265 л.с;
— мощность взлётная: 400 л.с.

В целях безопасности полетов на вертолет Ми-2 устанавливают 2 двигателя. Спаренная установка позволяет воздушному судну благополучно завершить полет в случае отказа одной из силовых установок.

ГТД — 350 на данный момент морально устарел, в современной малой авиации нужны более можные, надежные и дешевые газотурбинные двигатели. На современный момент новый и перспективным отечественным двигателем является МД-120, корпорации «Салют». Масса двигателя — 35кг, тяга двигателя 120кгс.

Общая схема

Конструктивная схема ГТД-350 несколько необычна за счет расположения камеры сгорания не сразу за компрессором, как в стандартных образцах, а за турбиной. При этом турбина приложена к компрессору. Такая необычная компоновка узлов сокращает длину силовых валов двигателя, следовательно, снижает вес агрегата и позволяет достичь высоких оборотов ротора и экономичности.

В процессе работы двигателя, воздух поступает через ВНА, проходит ступени осевого компрессора, центробежную ступень и достигает воздухосборной улитки. Оттуда, по двум трубам воздух подается в заднюю часть двигателя к камере сгорания, где меняет направление потока на противоположное и поступает на турбинные колеса. Основные узлы ГТД-350: компрессор, камера сгорания, турбина, газосборник и редуктор. Системы двигателя представлены: смазочной, регулировочной и противообледенительной.

Агрегат расчленен на самостоятельные узлы, что позволяет производить отдельные запчасти и обеспечивать их быстрый ремонт. Двигатель постоянно дорабатывается и на сегодняшний день его модификацией и производством занимается ОАО «Климов». Первоначальный ресурс ГТД-350 составлял всего 200 часов, но в процессе модификации был постепенно доведен до 1000 часов. На картинке представлена общая смеха механической связи всех узлов и агрегатов.

Малые ГТД: области применения

Микротурбины применяют в промышленности и быту в качестве автономных источников электроэнергии.
— Мощность микротурбин составляет 30-1000 кВт;
— объем не превышает 4 кубических метра.

Среди преимуществ малых ГТД можно выделить:
— широкий диапазон нагрузок;
— низкая вибрация и уровень шума;
— работа на различных видах топлива;
— небольшие габариты;
— низкий уровень эмиссии выхлопов.

Отрицательные моменты:
— сложность электронной схемы (в стандартном варианте силовая схема выполняется с двойным энергопреобразованием);
— силовая турбина с механизмом поддержания оборотов значительно повышает стоимость и усложняет производство всего агрегата.

На сегодняшний день турбогенераторы не получили такого широкого распространения в России и на постсоветском пространстве, как в странах США и Европы в виду высокой стоимости производства. Однако, по проведенным расчетам, одиночная газотурбинная автономная установка мощностью 100 кВт и КПД 30% может быть использована для энергоснабжения стандартных 80 квартир с газовыми плитами.

Коротенькое видео, использования турбовального двигателя для электрогенератора.

За счет установки абсорбционных холодильников, микротурбина может использоваться в качестве системы кондиционирования и для одновременного охлаждения значительного количества помещений.

Автомобильная промышленность

Малые ГТД продемонстрировали удовлетворительные результаты при проведении дорожных испытаний, однако стоимость автомобиля, за счет сложности элементов конструкции многократно возрастает. ГТД с мощностью 100-1200 л.с. имеют характеристики, подобные бензиновым двигателям, однако в ближайшее время не ожидается массовое производство таких авто. Для решения этих задач необходимо усовершенствовать и удешевить все составляющие части двигателя.

По иному дела обстоят в оборонной промышленности. Военные не обращают внимание на стоимость, для них важнее эксплуатационные характеристики. Военным нужна была мощная, компактная, безотказная силовая установка для танков. И в середине 60-ых годов 20 века к этой проблеме привлекли Сергея Изотова, создателя силовой установки для МИ-2 — ГТД-350. КБ Изотова начало разработку и в итоге создало ГТД-1000 для танка Т-80. Пожалуй это единственный положительный опыт использования ГТД для наземного транспорта. Недостатки использования двигателя на танке — это его прожорливость и привередливость к чистоте проходящего по рабочему тракту воздуху. Внизу представлено короткое видео работы танкового ГТД-1000.

Малая авиация

На сегодняшний день высокая стоимость и низкая надежность поршневых двигателей с мощностью 50-150 кВт не позволяют малой авиации России уверенно расправить крылья. Такие двигатели, как «Rotax» не сертифицированы на территории России, а двигатели «Lycoming», применяемые в сельскохозяйственной авиации имеют заведомо завышенную стоимость. Кроме того, они работают на бензине, который не производится в нашей стране, что дополнительно увеличивает стоимость эксплуатации.

Именно малая авиация, как ни одна другая отрасль нуждается в проектах малых ГТД. Развивая инфраструктуру производства малых турбин, можно с уверенностью говорить о возрождении сельскохозяйственной авиации. За рубежом производством малых ГТД занимается достаточное количество фирм. Сфера применения: частные самолеты и беспилотники. Среди моделей для легких самолетов можно выделить чешские двигателиTJ100A, TP100 и TP180, и американский TPR80.

В России со времен СССР малые и средние ГТД разрабатывались в основном для вертолетов и легких самолетов. Их ресурс составлял от 4 до 8 тыс. часов,

На сегодняшний день для нужд вертолета МИ-2 продолжают выпускаться малые ГТД завода «Климов» такие как: ГТД-350, РД-33,ТВЗ-117ВМА, ТВ-2-117А, ВК-2500ПС-03 и ТВ-7-117В.

Источник

ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ДВИГАТЕЛЯ ГТД-350 (3-Я СЕРИЯ)

1 ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ДВИГАТЕЛЯ ГТД-350 (3-Я СЕРИЯ)

3 АВИАЦИОННЫЙ ГАЗОТУРБИННЫЙ Г ДВИГАТЕЛЬ

5 2а Настоящее техническое описание конструкции авиационного газотурбинного двигателя ГТД-350 (3-я серия относится

7 За I. НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЩАЯ СХЕМА ДВИГАТЕЛЯ 1 в Назначение двигателя Двигатель ГТД-350 (3-я серия)

8 4 2, Общая схема двигателя Двигатель ГТД-350 (3-я серия);имеет несколько необычную конструктивную схему.

9 5 Горячие газы, пройдя сопловые

11 7 При открытии клапана противообледенения сжатый 6 компрессоре горячий воздух направляется внутрь стоек

12 мок стоек (вдоль носика 8

13 9 через регулировочное кольцо 30 и кольцо масляной форсунки 31«Заглушка имеет резиновое кольцо

14 10 Для фиксации совпадения отверстий в стакане и в кольце форсунки применяется стопор, фиксирующий положение кольца в стакане* Струя выходящего масла направляется между сепаратором

15 компрессора о 11

16 12 На задней стороне диска выполнены гребешки воздушного уплотнения компрессора: по одному гребешку на торцевых поясках 6 и

17 13 Средняя часть гнезда, соединяющая фланец с втулкой для установки подшипника, представляет собой цилиндрическую оболочку, прорезанную продольными сквозными прорезями, образующими двадцать пять бадочек. Система балочек, применяемая вместо сплошной цилиндрической оболочки, образует податливый элемент, связывающий втулку для установки подшипника с фланцем, что создает условия для демпфирования радиальных колебаний втулки подшипника*, Во втулку устанавливается наружное кольцо шарикоподшипника; кольцо упирается в буртик втулки, который воспринимает осевую нагрузку от ротора компрессора* С другой стороны подшипник удерживается стопорным кольцом

18 14 С задней стороны на гнездо опоры напрессована втулка гнез да 81 (фигл4).

19 15 В заднюю половину разъемного кольца подшипника упирается своим хвостовиком ведущая шестерня приводов 83 0 Этот набор

20 16 Корпус 4 (фиг*9) изготовлен

21 соединенных между собой лопатками 65 направляющего аппарата. Поток воздуха 17

22 18 Стыковые поверхности фланцев улитки

23 К передней частя улитки на двух шпильках крепится кронштейн агрегата ИД-40- датчика давления масла в масляной магистрали двигателя. На раструбах улитки имеются треугольные фланцы 6 и 10, (фигою) от котррых отходят трубы подачи сжатого воздуха к клапану перепуска. 19

24 компрессоромв 2 0 КАМЕРА СГОРАНИЯ Основными узлами камеры сгорания (фиг.15) являются 20

26 22 На корпусе камеры имеются два фланца : один 9 в центре

27 входящего 23

28 24 ТОПЛИВНАЯ ФОРСУНКА (Фиг.17) Топливная форсунка двигателя — односопловая, двухканальная, центробежная; форсунка состоит

29 25 Завихренное топливо выбрасывается

30 26 Количество подаваемого топлива,по мере повышения давления, определяется профилем прорези 38 в плунжере распределительного клапана*

31 27 ПУСКОВОЙ ВОСПЛАМЕНИТЕЛЬ Пусковой воспламенитель (фигл8) состоит

32 28 Запальная свеча 71 типа СИ18-УА крепится тремя винтами на фланце 70 корпуса воспламенителя» Запальная свеча СП18-УА представляет собой неразборную экранированную полупроводниковую свечу- угольник, имеющую керамическую изоляцию и фланцевое крепление на воспламенителе. Свеча является элементом конденсаторной системы зажигания и работает от низковольтной емкостной катушки СКНД-П-1А. Искрообразование

33 29 3 ВЫХЛОПНАЯ СИСТЕМА В комплект выхлопной системы входят газосборник (фиг<>25) и выхлопные патрубки (фиг.26). Выхлопная система предназначена для обеспечения отвода газов

34 30 Внутренняя оболочка представляет собой

35 подающими масло 31

36 ВЫХЛОПНЫЕ ПАТРУБКИ 32

37 увеличения жесткости ТУРБИНЫ Турбинный узел (фиг.20 и 23) состоит из двух турбин — турбины компрессора

38 34 Пройдя газовый тракт свободной турбины, горячий поток газов поступает в газосборник, где поворачивается на 90 и выходит в атмосферу» ТУРБИНА КОМПРЕССОРА Турбина компрессора (фиг<>20) состоит из соплового аппарата промежуточного корпуса, ротора турбины

39 35 Со стороны внутренней полки лопатки имеют хвостовики После сборки лопаток в корпусах, хвостовики образуют фланец, к которому с передней стороны крепится экран обтекателя 19, а с задней стороны — обтекатель 9. Экран, хвостовики лопаток

40 и буртом, созданным полками лопаток турбины компрессора, запирая прорыв газов к диску* По двум другим трубкам 36

41 37 ОХЛАЖДЕНИЕ ТУРБИНЫ Система охлаждения турбины использует вторичный воздух камеры сгорания;охлаждаются диск турбины компрессору, диск!ст«свободной турбины и обтекатель. Воздух, охлаждающий диск компрессорной турбины (фиг.19) отбирается

43 На передней стороне диска выполнен поясок с двумя гребешками, препятствующими выходу воздуха из воздушной полости третьей опоры. Турбина балансируется с высокой точностью. Устранение дисбаланса достигается перестановкой 39

44 40 ПОДШИПНИКИ ТУРБИНЫ КОМПРЕССОРА Ротор турбины располагается

45 41 Крышки масляного и воздушного лабиринтов образуют кольцевую воздушную полость 5, в которую подается вторичный воздух из камеры сгорания,

46 42 стенку задней крышки для охлаждения и уменьшения нагарообразования. Из передней

47 43 СВОБОДНАЯ ТУРБИНА Свободная турбина состоит из соплового аппарата I ступени с переходником, соплового аппарата II ступени, двухступенчатого ротора свободной тур’бины и двух опор подшипников каченияо Сопловой аппарат первой ступени с опорой (фиг*22) п/редставляет собой клепано-сварной неразборный узел

48 44 Через внутренние полости 13, 14 соплового аппарата, как указывалось выше.осуществляется продувка воздуха, идущего на охлаждение деталей опоры, а также на поджатие Кольцовых маслянных уплотнений и охлаждение диска турбины компрессора. Через трубку 23 и поворотный штуцер 24 (фиг.22) масля-

49 45 по контуру лопаток. В корпусе соплового аппарата в передней и задней части напротив имеются пояса, которых располагаются рабочие колеса I и II ступени» На этих поясах, расположенных против рабочих лопаток, имеется набор металлокерамических вставок 3,8, которые

50 46 профиль зуба треугольный, равносторонний; профиль замкового соединения

51 47 ПОДШИПНИКИ СВОБОДНОЙ ТУРБИНЫ Ротор турбины вращается на двух опорах-подшипниках каченияо _ (5т? опооа) (4-я опора) Роликовый и шариковый подшипники свободной турбины установлены в корпусе газосборника (фиг«24), Внутренее кольцо роликоподшипника установлено на хвостовике ведущей шестерни редуктора

52 воздух из компрессора 48

53 5с 49 РЕДУКТОР ДВИГАТЕЛЯ Редуктор двигателя предназначен для изменения числа оборотов валов и передачи крутящего момента вала свободной турбины к выводному валу редуктора, от которого крутящий момент передается к главному редуктору винта вертолета. Кроме основной передачи крутящего момента от вала свободной турбины к валу редуктора в корпусе редуктора размещены шестерни

54 50 Основная передача-редуктора — передача крутящего момента от вала свободной турбины 15 к выводному валу редуктора 10 — одноступенчатая с передаточным отношением 0,246 и осуществляется ведущей шестерней 14, закрепленной на конце вала свободной турбины, и ведомой шестерней 13 0 Ведомая шестерня имеет с обеих сторон цапфы, на которые установлены радиальные шарикоподшипники 7, шестерня с подшипниками размещается в гнездах корпусов редуктора. Ведомая шестерня имеет -внутренние шлицы,

55 для крепления двигателя на мотораме вертолета*. Привод агрегатов, расположенных на передней; стенке корпуса редуктора, осуществляется от ведущей шестерни 22, закрепленной 51

56 52 Валик суфлера вместе с крыльчаткой вращается от шестерни 49* При работе двигателя откачивающие насосы подают в корпус редуктора

57 Шестерни привода агрегатов 53

58 54 внутри корпуса редуктора установлены масляные форсунки 24, подающие масло

59 55 6* МАСЛЯНАЯ СИСТЕМА Масляная система двигателя выполнена по замкнутой схеме с принудительной циркуляцией масла и предназначена для обеспечения смазки

60 (ЗК-1) фильтра и масло по внешним трубкам и внутренним каналам поступает, к опорам роторов и приводам редуктора. 56

61 Из второй 57

62 58 С левой стороны редуктора на наружной стороне установлен масляный фильтр II- Полость фильтра с чистым маслом соединена внутренними каналами и внешними трубками со всеми точками смазкио К штуцеру 12 на корпусе фильтра подается масло из маслобака; затем масло по каналу 13 и трубке 16 поступает в нагнетающий насос 6*

63 Корпуса изготовлены 59

64 60 Клапан 10 устраняет возможность перетеканяя масла

65 7.ТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА И СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ Топливная система 61

66 62 Запуск двигателя обеспечивается в диапазоне высот от О км до 3 км и при температуре воздуха на входе в двигатель от -40 С

67 63 Основные технические данные агрегатов I. Рабочая жидкость. топливо ТС-1 Т-1 Т-7 (1С1-Г присадком ПШШ-2) или Т-2 с присадкой ПМАМ-2 2* Температура топлива. от -50 С до +60 С 3. Температура окружающей среды от -60 С до +60 С 4. Направление вращения агрегатов

68 64 НАСОС-РЕГУЛЯТОР НР-40Т Агрегат НР-40Т имеет привод вращения

69 65 примерно пол оборота ротора, топливо через всасывающие окна золотника

70 66 г/ Всережимный регулятор оооротоз» Регулятор в системе «шаг-газ» служит для поддержания заданного числа оборотов турбокомпрессора на всех режимах двигателя 0

71 67 Пружина(28)установливает дозирующую иглу перед запуском двигателя в положение максимального расхода (см*раздел «Автомат запуска»). Дроссельный пакет(24-)обеспечивает необходимую скорость движения иглы. На заданном режиме поршень (^останавливается силами от указанных выше давлении и пружины(28)и устанавливает дозирующую иглу

72 68 Винт(15)служит для настройки величины минимальных оборотов (малый газ). Винтом(16)настраивается величина максимальных оборотов. Закон подачи топлива при резком перемещении рычага управле-ч ния

73 вправо, разобщит своей кромкой канал за жиклером 30 от маятника и ограничителя, 69

74 дроссельным пакетом(24,) 70

75 Клапан состоит из поршня^зз^перемещающегося во втулке и нагруженного пружиной^32)и резинового седла (34 0 ) При запуске двигателя давление топлива перед клапаном 71

76 72 Увеличение расхода топлива сверх максимально заданного приводит к изменению перепада давлений на проходных сечениях втулки(35)и перемещению клапана ограничителя максимального расхода (38.)

77 чает вращение 73

78 74 Принцип работы его основан

79 75 ДАТЧИК СИГНАЛОВ ДС-40Т (фиг,»3) Датчик сигналов ДС-40Т командует подачей топлива

80 76 Выше была описана последовательность работы агрегата ДС-40Т при увеличении режима двигателя. При уменьшении режима работы двигателя открытие клапана перепуска произойдет в обратной порядке 9 но на несколько меньших оборотах 0 Гистерезис между открытием

81 77 КЛАПАН ПЕРЕПУСКА И ПРОТИВООБДШНЕШИ (фиго45) Клапан.перепуска и клапан противообледенвния смонтированы в общем корпусе, который крепится фланцем клапана перепуска непосредственно

82 78 БЛОК ДРЕНАЖНЫХ ШПАНОВ(фиг.^7 К блоку дренажных клапанов стекает дренаж

83 79 СОЕДИНЕНИЕ ТОПЛИВОТР.УБОПРОВОДОВ Все соединения тошшвотруболроводов двигателя выполнены нормализованными соединениями по наружному конусу» На фиг 84 80 8» ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

85 81 Из перечисленных агрегатов

86 82 Запуск от аккумуляторных батарей производится по двухступенчатой схеме

87 Розетка имеет дополнительную клемму для включения реле 16, которое блокирует включение ДМР-200Д, аккумуляторных батарей и контакторов 18 переключения на удвоенное напряжение. Розетка устанавливается 83

88 включает элементы схемы запуска,, Одновременно 84

90 86 Пробивное напряжение разрядника 1,3 +

92 88 ПРИБОРЫ КОНТРОЛЯ К приборам контроля за работой двигателя относятся : Тахометр турбины компрессора

93 89 Манометр масла ДШ-8 контролирует давление масла на входе в двигатель и состоит из датчика ИД-8 и измерителя УИ1-8 (3 и 4 фиг.54). Индуктивный датчик манометра ИД-8 (6 фиг.49) закреплен на специальном, кронштейне 7 на левой строив улитки компрессора. Измеритель УИ1-8 устанавливается на приборном щите вертолета. ТЕРМОМЕТР МАСЛА контролирует температуру масла

94 90 штырям главного штепсельного разъема 12 также серебряный припоем согласно принципальной схемы (фиг.54). На концы проводов в местах пайки, а также на выходе проводов из трубы в шланги 9 на провода одеты хлорвиниловые трубки

Источник