: Сборка и испытание форсунок двигателей ТВ3-117 и ВК-2500
методическая разработка

Комитет по образованию Санкт-Петербурга

Санкт-Петербургское государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Техникум «Приморский»

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

По ОПОП СПО ПКРС по профессии 24.01.04 «Слесарь по ремонту авиационной техники»

Тема: Сборка и испытание форсунок двигателей  ТВ3-117 и ВК-2500

                                                            Руководитель ВКР:    ___________ /Любимов В.П./

                                                             Мастер п/о:                        ___________ /Степанов С.В./

                                                             Студент группы № 02___________ /Шипунов А.П../

                                                                    Санкт-Петербург

2019

СОДЕРЖАНИЕ.

1. Введение                                                                                                         4

2. Назначение                                                                                                     4                                                                                        

3. Технические характеристики    двигателя   ТВ3-117.                                6              

3.1 Технические характеристики форсунок двигателя ТВ3-117.                10

3.2 Конструктивно-компоновочная схема                                                     10

3.2.1 Компрессор двигателя.                                                                            11

3.2.2 Камера сгорания.                                                                                      11

3.2.3 Выходное устройство двигателя.                                                            12

3.2.4 Свободная турбина.                                                                                  12

3.3 Устройство коллектора и рабочих форсунок двигателя ТВ3-117.         13

3.4 Сборка и испытание рабочих форсунок.                                                   15

4. Оборудование и приспособления                                                                 18

5. Безопасные условия труда                                                                             18

6. Заключение                                                                                                      14

7.Список литературы                                                                                           20

Пояснительная записка

1.Введение.

Цель:

 Углубить знания по сборке и испытанию рабочих форсунок двигателя ТВ3-117.

Задачи:

1.Углубить знания по техническим характеристикам рабочих форсунок  двигателя ТВ3-117.

2.Изучить Конструктивно-компоновочную схему двигателя ТВ3-117.

3.Углубить знания по устройству, сборке и испытанию форсунок.

4.Изучить безопасные условия труда.

2.Назначение

Турбовальный двигатель ТВ3-117 предназначен для установки на вертолеты. Он является одним из лучших двигателей в мире по экономичности в своем классе, что достигнуто благодаря высоким КПД основных узлов (КПД компрессора равен 86%, КПД турбины компрессора - 91%, КПД свободной турбины - 96%). Величины удельного расхода топлива и удельной массы соответствуют лучшим мировым стандартам. Двигатель имеет большие запасы газодинамической устойчивости. В конструкции двигателя применены прогрессивные технические решения: титановый ротор компрессора, сваренный из отдельных дисков электронно-лучевой сваркой; рабочие и направляющие лопатки компрессора из титанового сплава, полученные методом холодной вальцовки; контактные графитовые уплотнения масляных полостей; на новейших модификациях применяется            
электронно-гидромеханическая система регулирования и управления и др. Двигатель имеет большой ресурс, обладает высокой надежностью, простотой обслуживания, хорошей ремонтопригодностью. Новейшие модификации сертифицированы. Разрабатываются опытные модификации для боевых вертолетов будущего.                                     Некоторые  модификации получили различные государственные премии СССР и России.

Разработаны в 1965-1972 годах  в ОКБ имени В.Я. Климова (Ленинград) под руководством С.П.Изотова  и  С.В.Люневича. Выпускается серийно с 1972 года на ЗПОМ «Моторостроитель» ныне ПАО «Мотор Сич», г. Запорожье, Украина. С момента создания было выпущено более 25 000 двигателей ТВ3-117 различных модификаций, общая наработка которых составляет более 16 млн часов. Один из самых надёжных авиационных двигателей в мире. 

После распада СССР производство вертолётов осталось в России, а производство двигателей к ним на Украине. Поставки двигателей для гражданской вертолётной промышленности России велись по долгосрочным контрактам.

В начале 2000-х годов Россия предпринимала попытки купить украинское двигателестроение, но получила отказ. После этого в России приняли решение о создании собственного полностью независимого производства вертолётных      двигателей на базе ОАО “Климов” . Локализацию начали со сборки двигателей с применением украинских комплектующих.

В 2009 году на ОАО «Климов» с использованием украинских комплектующих было собрано около 100 двигателей, в 2010 году — 198, в 2011 году — более 260.

В 2011 году в Санкт-Петербурге заложен новый авиадвигательный завод — конструкторско-производственный комплекс «Петербургские моторы».

В 2014 году сдана первая очередь нового завода. В кооперацию по полной локализации двигателя входят также НЦП газотурбостроения “Салют”, Московское машиностроительное предприятие имени В.В Чернышёва и Уфимское моторостроительное производственное объединение.

В России полностью локализована версия двигателя ВК-2500, разработка которого велась на ОАО «Климов» в 1999—2001 годах. В 2012 году закончены испытания данного двигателя. В 2014 году «Климов» собрал первые 10 двигателей полностью из российских комплектующих. В 2015 году — 30.В 2016 году 60 штук.

ТВ3-117 один из самых надежных двигателей в мире. За последние 7 лет не было ни одного отказа двигателя в полете!

Двигатель ТВ3-117 может использоваться кроме вертолетов на различных судах водного транспорта, в качестве привода электрогенераторов и компрессоров нефтегазоперекачивающих станций. В реактивном варианте (без модуля свободной турбины)       двигатель может применяться для сушки струей выхлопных газов помещений для скота, строящихся зданий, сдувания снега и льда на шоссейных и железных дорогах, аэродромах. 

3.Технические характеристики двигателя ТВ3-117ВМА-03:

Год: 1981

Масса: 285кг.

Мощность л.с.:

Чрезвычайный режим: 2400                                                                  

Взлетный режим: 2200

Крейсерский режим: 1500

Взлетный режим: 210+5%

Степень повышения давления воздуха в компрессоре:

Взлетный режим: 9.40

Максимальная температура газов перед турбиной, К:

Взлетный режим: 1263

Ресурс,час:

Назначенный : 6000                                                                            

Межремонтный : 1500

Габаритные размеры,мм:

Длина: 2055

Высота: 728

Ширина: 660

Масса, кг: 285 

Двигатель ТВ3-117В оборудован рядом систем,

основными из которых являются:

 -маслосистема;

 -система запуска двигателя ТВ3-117В;

 -система топливопитания;

 -система автоматического управления двигателем;

 -противообледенительная система;

 -противопожарная система.

 Маслосистема двигателя.

Маслосистема- автономная, открытая, незамкнутая с принудительной циркуляцией масла. В состав маслосистемы двигателя входят: система смазки и система суфлирования.                                                        

Система смазки работает на синтетическом масле Б-3В и предназначена для смазки трущихся поверхностей (уменьшения трения), выноса частиц износа, охлаждения, антикоррозийной защиты деталей и уменьшения шума.

Система суфлирования предназначена для отвода газов из маслосистемы в выходное устройство и поддержания в маслобаке давления, близкого к атмосферному давлению. Суфлирование масляных полостей двигателя осуществляется за счет интенсивной откачки масляно-воздушной эмульсии в маслобак откачивающими масляными насосами повышенной производительности.

Коробка приводов двигателя суфлируется самостоятельно через отдельный трубопровод, не соединенный с маслобаком.

Система запуска двигателя ТВЗ-117В

   Система запуска двигателя ТВЗ-117В – автономная. Система запуска предназначена для надёжного многократного запуска двигателей во всех условиях эксплуатации, выполнения ложного запуска и прокрутки ротора турбокомпрессора при выполнении профилактических и регламентных работ. Раскрутка ротора турбокомпрессора осуществляется с помощью воздушного стартера СВ-78БА, использующего сжатый воздух от вспомогательной силовой установки АИ-9В, а воспламенение топливовоздушной смеси - электрической системой зажигания.

 Система топливопитания обеспечивает подачу топлива в камеру сгорания в соответствии с установленным режимом работы двигателя и условиями окружающей среды.

                                                                                                                     Условно систему топливопитания можно разделить на три системы:

-систему низкого давления, обеспечивающую хранение необходимого запаса топлива на вертолете, его очистку и подачу к НР-ЗВ;

-систему высокого давления, обеспечивающую повышение давления топлива и подачу его в камеру сгорания двигателя;

-систему дренажа, обеспечивающую слив топлива из камеры сгорания, топливного коллектора форсунок и капельный слив топлива из уплотнений агрегатов, установленных на двигателе.

Система автоматического управления двигателя - обеспечивает поддержание заданного режима работы двигателя автоматически путем изменения подачи топлива в камеру сгорания.

Автоматическое изменение подачи топлива обеспечивает постоянство частоты вращения ротора свободной турбины в полете (независимо от загрузки несущего винта) на основных эксплуатационных режимах.

При срабатывании автоматических ограничителей (ИМнр), защищающих элементы двигателя от тепловых и механических нагрузок, частота вращения свободной турбины уменьшается.

Задание и управление режимами работы двигателя осуществляется из кабины пилота рычагами раздельного управления двигателями и рычагом “ШАГ- ГАЗ“.

Для обеспечения безопасности полетов двигатель оборудован системой защиты и раннего обнаружения неисправностей, аппаратурой контроля и сигнализации.

Противообледенительная система

Противообледенительная система – комбинированная. Она обеспечивает обогрев конструкции передней части двигателя и воздухозаборника горячим воздухом, отбираемым из-за компрессора. Одновременно обогрев   воздухозаборника и пылезащитного устройства осуществляется за счет электронагревательных элементов.

                                                                                                          Противопожарная система

  Противопожарная система предназначена для обнаружения очага возникновения пожара, сигнализации и автоматического его тушения в защищаемых отсеках.

Противопожарная система состоит из средств сигнализации о возникновении пожара и средств тушения.

Противопожарная система осуществляет автоматическое тушение пожара при нагреве всех датчиков одной группы до температуры не менее 1500С и при скорости роста температуры среды, окружающей датчики, 20 С/с и более.

3.1 Технические характеристики форсунок двигателя ТВ3-117.

3.2Конструктивно-компоновочная схема двигателя ТВ3-117:

Конструктивно - компоновочная схема  двигателя(рисунок 1) включает в себя входное устройство, компрессор, камеру сгорания, турбину компрессора, свободную турбину и выходное устройство.

                                              Рисунок 1

                                                                                                             1)Компрессор;  2)Направляющий аппарат;  3)Ротор;  4)Опора; 5)Форсунки;  6)Свеча зажигания;  7)Вал;   8)Камера сгорания; 9)Турбина компрессора;  10,12)Силовые стойки; 11)Свободная турбина;  13)Силовой конус;  14)Выходное устройство;  15)Вал свободной турбины.

3.2.1 Компрессор двигателя.

Компрессор двигателя – осевой, двенадцатиступенчатый, высоконапорный, высокомеханизированный с поворотными лопатками входного направляющего аппарата и направляющих аппаратов первых четырех ступеней компрессора, а так же с двумя управляемыми клапанами перепуска воздуха из-за седьмой ступени компрессора. Компрессор служит для повышения давления воздуха за счет механической работы, подводимой от турбины компрессора.

3.2.2 Камера сгорания.

Камера сгорания – кольцевая, прямоточная. Камера сгорания предназначена для организации процесса горения топлива и подвода выделяющейся при этом теплоты к рабочему телу-воздуху. В камере сгорания происходит изменение химического состава рабочего тела.  Воздух превращается в газ, представляющий собой смесь воздуха с продуктами сгорания.

Турбина компрессора – реактивная, двухступенчатая осевая. Турбина компрессора предназначена для преобразования части энтальпии газа в механическую работу для привода компрессора и агрегатов двигателя.

3.2.3 Выходное устройство двигателя.

Выходное устройство двигателя  - выполнено         в виде расширяющегося овального патрубка, снижающего скорость газового потока и отводящего его в сторону от оси двигателя с таким расчетом, чтобы исключить попадание горячих газов на элементы конструкции вертолета.

3.2.4 Свободная турбина.

Свободная турбина – реактивная, двухступенчатая ,осевая. Свободная турбина представляет собой преобразователь энергии газового потока в механическую работу для создания мощности, передаваемой через трансмиссию и редуктор на вращение несущего и рулевого винтов вертолета, а также агрегатов установленных на главном редукторе.

3.3 Устройство коллектора и рабочих форсунок двигателя ТВ3-117.

                                               Рисунок 2

Форсунка находится рядом с топливным инжектором, используется для распыления топлива. С помощью форсунки достигается наиболее совершенное сгорание топлива. Форсунка, в переводе с английского, означает - нагнетательный насос. В зависимости от способа осуществления впрыска, отличается устройство и работа форсунки. Но, важным является - сопло, а в основе форсунки лежит один или два канала. Первый подает распыляемую жидкость, а второй - жидкость, пар, газ, который распыляет первую жидкость. Факел ровный и непрерывный, если форсунка качественная и чистая.

                 .                                       Рабочая форсунка. Рисунок 3.                              

а)форсунка в собранном виде

1-корпус,2-канал малого газа,3- канал основного топлива,4- сетчатые фильтры,5-разделяющая каналы трубка,6-уплотнительное кольцо,7- зажимной штуцер, 8-гайка, 9- пружина, 10 и 11-сопла, 12- распылитель, 13- колпачок.

б)завихритель и распылитель

1-сопло,2-заглушка,3-сопло,4- разделяющая каналы трубка, 5-штуцер, 6-гайка.                                                    

Рассмотрим рисунок 3.Рабочие форсунки предназначены для подачи топлива в камеры сгорания и его распыливания. Рассматриваемая форсунка для подачи топлива в широких пределах расходов и сохранения удовлетворительного качества распыла выполнена по двухступенчатой схеме. Форсунка центробежного типа состоит из следующих основных деталей: корпуса I с фланцем для крепления форсунки, имеющей два канала для I(поз.2) и II(поз.3) ступеней форсунки, двух сетчатых фильтров 4, предохраняющих детали форсунки от засорения, разделительной трубки 5, отделяющей I ступень от II и уплотняющей кольцом 6,которое прижимается штуцером 7 и фиксируется гайкой 8, в которую упирается пружина 9, сопел 10 и 11, имеющих, кроме осевых сопловых отверстий, ряд тангенциальных. На малых оборотах двигателя и на рабочих режимах при полете на высоте топливо до определенного давления подается через I ступень, т.е. к соплу 10, а с возрастанием оборотов оно поступает во II ступень к соплу II.

3.4 Сборка и испытание рабочих форсунок.

Сборка форсунки заключается в следующем.(рисунок 3,б) В сопло l II ступени запрессовывают заглушку 2, а затем это сопло запрессовывают в сопло 3 I ступени. Сочлененные таким образом сопла представляют собой завихритель, который вставляют в разделительную трубку 4, на которую надевают штуцер 5 и навертывают гайку 6. Затем производят общую сборку форсунки(рисунок 3,а). В корпус вставляют сетчатые фильтры, на распылитель 12 надевают прокладку, после чего его ввертывают в корпус форсунки. Затем в корпус вставляют уплотнительное кольцо 6, зажигаемое штуцером 7, ставят пружину 9, которую фиксируют гайкой 8. На форсунку навертывают предохранительный колпачок 13; все остальные отверстия закрывают заглушками.

Испытание форсунок  проводимое на специальных установках, производится с целью проверки:

А)углов распыла топлива;

Б)обратного давления во II ступени;

В)неравномерности распыла при работе форсунки на I ступени;

Г)производительности форсунки при работе на I ступени;

Д)неравномерности распыла при работе форсунки на двух ступенях;

Е) производительности форсунки при работе на двух ступенях;                                                                                                                                        

Ж)герметичности форсунки.

После проведения испытания форсунки подвергают консервации.

Испытание форсунок производят керосином с добавлением 1% (по весу) масла MC-20 или MK-22.

Схема установки для проверки угла распыла.(Рисунок 4)

Рассмотрим рисунок 4.Для проверки углов распыла топлива к штуцерам I и II ступеней присоединяют шланги. Кран 1 закрывают, а кран 2 открывают. Включается топливный насос 4 и посредством крана 2 по манометру 3 в канале I ступени устанавливают давление топлива 30 кг/см². В таком положении проверяют качество распыла, который должен быть по всему поперечному сечению равномерным и без струй, а также угол конуса распыла, допускаемый до 80-90 градусов. Чтобы проверить качество распыла двух ступеней, кран 1 открывают полностью, а краном 2 по манометру 3 устанавливают давление топлива 30 кг/см². Распыл топлива должен быть также равномерным, угол распыла при работе двух ступеней допускается 70-80 градусов.

   Схема установки для проверки обратного давления топлива на второй     ступени форсунки, неравномерности распыла и производительности.(Рисунок 5)

Проверку обратного давления (Рассмотрим рисунок 5) во II ступени форсунки производят на другой установке. После закрепления форсунки на установке к штуцеру I ступени присоединяют шланг l, а к штуцеру II ступени – шланг 2. Кран 3 полностью закрывают, а кран 4 открывают. Включают топливный насос 5, после чего краном 4 по манометру 6 в I ступени устанавливают давление 30кг/см². По манометру 7 замеряют давление во II ступени, которое допускается 5,0 – 4,1 кГ/см². Затем кран 4 открывают и выключают топливный насос.
Для уменьшения или увеличения давления и доведения его до требуемой величины производят ряд операций: растирают осевое отверстие сопла I ступени, полируют кромку сопла или торец. Для этой цели форсунку разбирают и после повторной сборки вновь подвергают испытанию.

Проверку равномерности распыла при работе форсунки на I ступени производят на той же установке. От штуцера II ступени отсоединяют шланг 2,после чего к этому штуцеру подсоединяют шланг 20.            Включается топливный насос 5,а затем при помощи крана 4 по манометру 6 в I ступени создают давление 30кг/см².                            

Рычаг отсечки топлива 18 переводят в крайнее положение, благодаря чему топливо от секторов перепускается в мерные колбы 12. Когда какая-либо из мерных колб наполнится до заданной нормы(в данном случае до 280см²) рычаг отсечки 18 резко переводят в исходное положение

4. Оборудование  и приспособления

Оборудование: корпус с фланцем для крепления форсунки, сетчатые фильтры, распылитель, штуцер.

Приспособления и инструменты: топливный насос, манометр, разделительная трубка, шланги.

Расходные материалы: прокладка, заглушки, масло МС-20 или МК-22.

5. Безопасные условия труда:

Общие правила

Для безопасности при ремонтных и сборочных работах необходимо:

-рабочее помещение должно хорошо проветриваться и иметь приточно-вытяжную вентиляцию;

-правильно организовать рабочее место;

-работать только исправным инструментом;

-строго соблюдать правила техники безопасности;

-быть внимательным и осмотрительным при передвижение в узких проходах, в местах движения транспорта и в местах работы грузоподъемных механизмов.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      

Перед началом работы:

-надев спецодежду, проверить нет ли свисающих концов, застегнуть рукава;

-освободить площадь для работы, удалить посторонние предметы, разложить в необходимом порядке инструмент, приспособления, документацию;

-проверить исправность инструмента: молотки должны быть хорошо насажены на рукоятки и не иметь скрошенных байков;

-тщательно смотреть электроинструмент: провода не должны иметь повреждений изоляции, клеммы должны быть закрыты, механизмы должны иметь заземление, а на полу должен быть резиновый коврик;

-проверить исправность грузоподъемного механизма.

Во время работы:

-разрешается пользоваться только исправным инструментом и оснасткой, предусмотренными в технологическом процессе;

- не останавливать шпиндель вращающегося механизма рукой;

- не работать с вращающимся механизмом в перчатках или рукавицах, кроме резиновых при работе с электромеханизмами;

-пользоваться СИЗ (защитные очки, наушники, перчатки);

-при работе с воспламеняющимися веществами строго соблюдать меры пожарной безопасности и правила личной гигиены.                          

По окончании работы:

-отключить все механизмы от питающей сети и убрать их с рабочего места;

-привести в порядок рабочее место;

-слить оставшиеся горючие вещества через воронку централизованного слива;

-убрать использованный обтирочный материал в специальные металлические емкости.

Запрещается:

-сливать горючие и смазочные жидкости в канализационную и водопроводную сеть;

-вытирать руки грязными обтирочными материалами;

-работать с электроинструментом с парами горючесмазочных жидкостей, с химически активной средой, а так же на открытых площадках во время дождя и снегопада;

-курить на территории предприятия запрещается, можно курить только в специально отведенных местах.

Меры безопасности при работе с пневмоинструментом:

-пневмоинструмент должен быть хорошо смазан минеральным масло. Попадание масла в резиновый шланг не допускается, так как оно будет разрушать резину.

-подсоединять резиновый шланг к пневмоинструменту следует до подачи воздуха. Сжатый воздух подают после прикрепления шланга к пневмоинтрументу. Для отсоединения шланга от пневмоинтрумента необходимо сначала отключить сжатый воздух, так как шланг может вырваться из рук и нанести травму.

                                                                                                                               6.Заключение.  

Выполнив дипломную работу,  я углубил знания по техническим характеристикам рабочих форсунок, конструктивно-компоновочной схеме коллекторов двигателя ТВ3-117,по устройству камеры сгорания, рабочих форсунок и коллекторов, сборке и испытанию рабочих форсунок.  Приобрел знания по безопасным условиям труда.

7.Список литературы

Справочник по текущему и среднему ремонту авиационной техники В.Г. Александров 1985г. Москва

Сборка авиационных двигателей В.Н. Беликов 1971г. Москва

Контроль технической исправности самолетов и вертолетов В.Г. Александров 1976г. Москва

Интернет источники:

www.wikipedia.org

avia.biz.ua

vmasshtabe.ru