СПОСОБ КАПИТАЛЬНОГО РЕМОНТА ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) И ТУРБОРЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, ОТРЕМОНТИРОВАННЫЙ ЭТИМ СПОСОБОМ (ВАРИАНТЫ), СПОСОБ КАПИТАЛЬНОГО РЕМОНТА ПАРТИИ, ПОПОЛНЯЕМОЙ ГРУППЫ ТУРБОРЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ И ТУРБОРЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, ОТРЕМОНТИРОВАННЫЙ ЭТИМ СПОСОБОМ
TURBOJET OVERHAUL (VERSIONS) AND TURBOJET THUS REPAIRED (VERSIONS), OVERHAUL OF LOT TURBOJET FILLED-UP GROUP AND TURBOJET THUS REPAIRED

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно к способам капитального ремонта авиационных турбореактивных двигателей.
Известна система эксплуатации и ремонта газотурбинных двигателей, выполняемого по одной из следующих причин, а именно выработки установленного ресурса по числу запусков; по исчерпании нормативного количества часов работы, либо допустимого межремонтного времени складского хранения, либо после получения ремонтопригодных повреждений двигателя (Н.Н. Сиротин и др. Основы конструирования производства и эксплуатации авиационных газотурбинных двигателей и энергетических установок в системе CALS технологий. Книга 3. Москва, изд. «Наука», 2012 г., стр.40-54).
Известен двухконтурный, двухвальный турбореактивный двигатель (ТРД), включающий турбокомпрессорные комплексы, один из которых содержит установленные на одном валу компрессор и турбину низкого давления, а другой содержит аналогично объединенные на другом валу, соосном с первым, компрессор и турбину высокого давления, промежуточный разделительный корпус между упомянутыми компрессорами, наружный и внутренние контуры, основную и форсажную камеры сгорания, камеру смешения газовоздушных потоков рабочего тела и регулируемое сопло (Н.Н. Сиротин и др. Основы конструирования производства и эксплуатации авиационных газотурбинных двигателей и энергетических установок в системе CALS технологий. Книга 1. Москва, изд. «Наука», 2011 г., стр.41-46, рис.1.24).
Известен турбореактивный двигатель, который выполнен двухконтурным, содержит корпус, опертые на него компрессоры и турбины, охлаждаемую камеру сгорания, топливно-насосную группу, реактивное сопло, а также систему управления с командными и исполнительными органами (Шульгин В.А., Гайсинский С.Я. Двухконтурные турбореактивные двигатели малошумных самолетов. М., изд. Машиностроение, 1984, стр.17-120).
Известен способ разработки и испытаний авиационных турбореактивных двигателей, заключающийся в измерении параметров по режимам работы двигателя и приведении их к стандартным атмосферным условиям с учетом изменения свойств рабочего тела и геометрических характеристик проточной части двигателя при изменении атмосферных условий (Ю.А. Литвинов, В.О. Боровик. Характеристики и эксплуатационные свойства авиационных турбореактивных двигателей. Москва: Машиностроение, 1979, 288 с, стр.136-137).
Известен способ испытаний авиационных двигателей типа турбореактивных, включающий отработку заданных режимов, контроль параметров и оценку по ним ресурса и надежности работы двигателя. С целью сокращения времени испытаний при доводке двигателей 10-20% испытания проводят с температурой газа перед турбиной, превышающей максимальную рабочую температуру на 45-65°C (SU 1151075 A1, опубл. 10.08.2004).
Недостатками указанных известных технических решений являются повышенная трудо-, энергоемкость и длительность выполнения капитального ремонта, а также испытаний отремонтированных двигателей, выполняемых известными способами, и, как следствие, недостаточно высокая надежность оценки тяги двигателя в широком диапазоне режимов и региональных температурно-климатических условий эксплуатации вследствие неотработанности программы приведения конкретных результатов испытаний, выполняемых в различных температурных и климатических условиях к результатам, отнесенным к стандартным условиям атмосферы известными способами, которые не учитывают с достаточной корректностью изменение параметров и режимов работы двигателя в зависимости от принятых программ, адекватных полетным циклам, характерным для конкретного назначения разрабатываемого турбореактивного двигателя, что осложняет возможность приведения экспериментальных параметров испытаний к параметрам, соответствующим условиям стандартной атмосферы.
Задача группы изобретений, связанных единым творческим замыслом, заключается в вариантной разработке способов капитального ремонта в процессе эксплуатации турбореактивного двигателя и вариантно отремонтированного указанными способами ТРД, совокупность технических решений которых обеспечивает возможность повышения качества и сокращения длительности капитального ремонта, а также повышения надежности оценки тяги и повышения достоверности эксплуатационных характеристик для разных температурно-климатических условий различных регионов и режимов эксплуатации двигателя при сокращении времени и энергоемкости испытания отремонтированного двигателя и качества послеремонтной работы двигателя.
2
Поставленная задача решается тем, что в способе капитального ремонта турбореактивного двигателя, выполненного двухконтурным, двухвальным, согласно изобретению, в составе капитального ремонта выполняют проверку наличия и характера дефектов, производят необходимый по содержанию ремонта демонтаж наружных коммуникаций и разборку двигателя на функциональные модули, узлы и сборочные единицы, в том числе при необходимости демонтируют и разбирают любой из модулей, в том числе двухкаскадный осевой компрессор, включающий компрессоры низкого и высокого давления, при этом компрессор низкого давления (КНД) выполнен с входным направляющим аппаратом, промежуточными направляющими и выходным спрямляющим аппаратами статора, а также с ротором, включающим до четырех рабочих колес с дисками, наделенными рабочими лопатками, количество которых принято возрастающим в каждом последующем рабочем колесе в направлении потока рабочего тела; при необходимости демонтируют, по меньшей мере, частично проточную часть двигателя, которая на осевой длине двухкаскадного компрессора имеет переменно сужающееся в упомянутом направлении проходное сечение с разделением последнего за промежуточным корпусом на внутренний и наружный контуры с превышением при этом площади поперечного сечения проточной части внутреннего контура относительно площади наружного контура в (1,49÷1,65) раза, а конфузорное сужение площади поперечного сечения проточного канала КНД выполнено со средним градиентом конфузорности G=(0,51÷0,72) [м/м]; при необходимости разбирают требующие капитального ремонта узлы газогенератора - компрессор высокого давления (КВД), промежуточный корпус, соединяющий указанные компрессоры, а также осматривают основную камеру сгорания, в том числе с возможностью детального обследования корпусов указанной камеры и жаровой трубы, системы коллекторов и каждой из топливных форсунок, равномерно разнесенных по замкнутому кольцу входного торца последней с угловой частотой (2,38÷3,35) ед/рад; обследуют состоящий не менее чем из шестидесяти четырех трубчатых блок-модулей кольцевой воздухо-воздушный теплообменник; турбину высокого давления, имеющую сопловый аппарат, ротор с валом и не менее чем одно рабочее колесо с диском, на котором съемно с возможностью охлаждения закреплены рабочие лопатки, равномерно разнесенные по периметру с угловой частотой (11,1÷14,3) ед/рад; производят контроль состояния опор двигателя, турбины низкого давления; обследуют смеситель, фронтовое устройство, корпус форсажной камеры сгорания, поворотное реактивное сопло, включающее в своем составе поворотное устройство, неподвижно, предпочтительно, разъемно прикрепленное к форсажной камере сгорания, и регулируемое реактивное сопло, прикрепленное к упомянутому поворотному устройству, а также обследуют коробку приводов сервисных двигательных агрегатов; в необходимой степени, предусмотренной регламентом, обследуют электрическую, воздушную, гидравлические топливную и масляную системы; производят промывку, контроль состояния и дефектацию модулей, узлов и деталей, направляют двигатель на механосборочные/механические посты и выполняют восстановительный ремонт и при необходимости конструктивно-технологическую доработку или постдефектационную замену деталей на новые, а также комплектование прошедших ремонт и новых деталей и сборочных единиц, сборку и цеховые испытания узлов, модулей и сборку двигателя.
Капитальный ремонт могут производить при возникновении, по меньшей мере, одной из следующих причин, а именно выработки установленного ресурса по числу запусков, либо по исчерпании нормативного количества часов работы, либо допустимого межремонтного времени складского хранения, либо после получения ремонтопригодных повреждений любой совокупности жизненно важных частей, модулей, узлов и деталей двигателя, без устранения неисправности которых невозможно продолжение эксплуатации двигателя.
В составе ремонта двигателя могут обследовать и при необходимости могут производить разборку и восстановление и/или заменяют поворотное реактивное сопло ТРД, включающее поворотное устройство и регулируемое реактивное сопло, прикрепленное к поворотному устройству с возможностью выполнения совместно с подвижным элементом последнего поворотов для изменения направления вектора тяги, причем ось вращения поворотного устройства относительно горизонтальной оси повернута на угол не менее 30°, предпочтительно, на (32÷34)° по часовой стрелке (вид по н.п.) для правого положения двигателя в двигательной установке и на угол не менее 30°, предпочтительно, на (32÷34)° против часовой стрелки (вид по н.п.) для левого положения двигателя в двигательной установке.
Количество рабочих лопаток ротора КНД может быть принято возрастающим в каждом последующем рабочем колесе с общим превышением числа лопаток в последней ступени относительно числа лопаток на входе в КНД первом колесе ротора в (1,58÷2,7) раза.
При запуске двигателя в ремонт и подготовке деталей к нанесению восстановительных покрытий могут выполнять химическую, ультразвуковую промывку и/или пескоструйную обработку деталей, микрометрические обмеры, определение прочности неразрушающими видами контроля и выбраковку дефектных деталей.
В процессе капитального ремонта двигателя нанесение на детали при необходимости восстановительных покрытий могут выполнять вариантно хромированием, цинкованием, кадмированием, меднением, оксидированием, алитированием, оксидным фосфатированием, серебрением, химическим никелированием, пассивированием и/или нанесением лакокрасочных покрытий.
Нанесение на детали восстанавливаемых защитных покрытий в процессе капитального ремонта для повышения износостойкости поверхностей деталей при необходимости вариантно могут выполнять электроискровым легированием поверхностей, детонационным или плазменным напылением порошковых композитов.
На завершающей стадии капитального ремонта двигатель могут подвергать стендовым испытаниям, по меньшей мере, на определение влияния климатических условий (ВКУ), оказываемого на изменение эксплуатационных характеристик ТРД; для этого подвергают испытанию капитально отремонтированный двигатель, при этом испытания проводят на различных режимах, параметры которых соответствуют параметрам полетных режимов в диапазоне, запрограммированном для конкретной серии или группы капитально ремонтируемых двигателей, производят замеры и осуществляют приведение полученных значений параметров к стандартным атмосферным условиям с учетом изменения свойств рабочего тела и геометрических характеристик проточной части двигателя при изменении атмосферных условий, для этого используют имеющуюся ранее созданную, предпочтительно, на стадии серийного производства или создают новую уточненную математическую модель двигателя, корректируют ее по результатам стендовых испытаний по наличию, по меньшей мере, одного капитально отремонтированного двигателя, а затем по математической модели определяют параметры двигателя при стандартных атмосферных условиях и различных температурах атмосферного воздуха из заданного рабочего диапазона температур стендовых испытаний с учетом принятой программы регулирования двигателя на максимальных и форсированных режимах, причем фактические значения параметров при конкретных температурах атмосферного воздуха каждого режима испытаний относят к значениям параметров при стандартных атмосферных условиях и вычисляют поправочные коэффициенты к измеренным параметрам в зависимости от температуры атмосферного воздуха, а приведение измеренных параметров к стандартным атмосферным условиям осуществляют умножением измеренных значений на коэффициенты, учитывающие отклонение атмосферного давления от стандартного, и на поправочный коэффициент, отражающий зависимость измеренных значений параметров от температуры атмосферного воздуха, зарегистрированной при конкретных испытаниях капитально отремонтированных турбореактивных двигателей.
Поставленная задача в части ТРД решается тем, что турбореактивный двигатель, выполненный двухконтурным, двухвальным, согласно изобретению, капитально отремонтирован описанным выше способом.
По второму варианту поставленная задача решается тем, что в способе капитального ремонта турбореактивного двигателя, выполненного двухконтурным, двухвальным, согласно изобретению, в составе капитального ремонта производят осмотр двигателя, необходимый по содержанию ремонта демонтаж наружных коммуникаций и разборку двигателя на функциональные модули, узлы и сборочные единицы, в том числе при необходимости демонтируют и разбирают любой из модулей, включая компрессор низкого давления с входным направляющим аппаратом, промежуточными направляющими и выходным спрямляющим аппаратами статора и с ротором, включающим до четырех наделенных рабочими лопатками дисков рабочих колес, количество которых принято возрастающим в каждом последующем рабочем колесе КНД; при необходимости разбирают требующие капитального ремонта узлы газогенератора - компрессор высокого давления, соединяющий КНД и КВД промежуточный корпус, основную камеру сгорания и турбину высокого давления; производят контроль состояния опор двигателя, турбины низкого давления; обследуют смеситель, фронтовое устройство, корпус форсажной камеры сгорания, поворотное реактивное сопло, включающее в своем составе поворотное устройство, неподвижно, предпочтительно, разъемно прикрепленное к форсажной камере сгорания, и регулируемое реактивное сопло, прикрепленное к упомянутому поворотному устройству, а также обследуют коробку приводов сервисных двигательных агрегатов; в необходимой степени, предусмотренной регламентом, обследуют электрическую, воздушную, гидравлические топливную и масляную системы; производят промывку, контроль состояния и дефектацию модулей, узлов и деталей, направляют двигатель на механосборочные/механические посты и выполняют восстановительный ремонт, при необходимости конструктивно-технологическую доработку или постдефектационную замену деталей на новые, а также комплектование прошедших ремонт и новых деталей и сборочных единиц, сборку и цеховые испытания узлов, модулей и сборку двигателя; после чего при необходимости производят послеремонтную доводку капитально отремонтированного двигателя, которую завершают испытанием двигателя, по меньшей мере, на определение влияния климатических условий, вызывающего изменение эксплуатационных характеристик ТРД, причем испытания проводят на различных режимах, параметры которых соответствуют параметрам полетных режимов в диапазоне, запрограммированном для конкретной серии или группы капитально ремонтируемых двигателей, производят замеры и осуществляют приведение полученных значений параметров к стандартным атмосферным условиям с учетом изменения свойств рабочего тела и геометрических характеристик проточной части двигателя при изменении атмосферных условий, для этого используют имеющуюся ранее созданную, предпочтительно, на стадии серийного производства или создают новую уточненную математическую модель двигателя, корректируют ее по результатам стендовых испытаний по наличию, по меньшей мере, одного капитально отремонтированного двигателя, а затем по математической модели определяют параметры двигателя при стандартных атмосферных условиях и различных температурах атмосферного воздуха из заданного рабочего диапазона температур стендовых испытаний с учетом принятой программы регулирования двигателя на максимальных и форсированных режимах, причем фактические значения параметров при конкретных температурах атмосферного воздуха каждого режима испытаний относят к значениям параметров при стандартных атмосферных условиях и вычисляют поправочные коэффициенты к измеренным параметрам в зависимости от температуры атмосферного воздуха, а приведение измеренных параметров к стандартным атмосферным условиям осуществляют умножением измеренных значений на коэффициенты, учитывающие отклонение атмосферного давления от стандартного, и на поправочный коэффициент, отражающий зависимость измеренных значений параметров от температуры атмосферного воздуха, зарегистрированной при конкретных испытаниях капитально отремонтированных турбореактивных двигателей.
Капитальный ремонт двигателя могут производить при возникновении, по меньшей мере, одной из следующих причин, а именно выработки установленного ресурса по числу запусков, либо по исчерпании нормативного количества часов работы, либо допустимого межремонтного времени складского хранения, либо после получения ремонтопригодных повреждений любой совокупности жизненно важных частей, модулей, узлов и деталей двигателя, без устранения неисправности которых невозможно продолжение эксплуатации двигателя.
В процессе капитального ремонта могут производить регламентно необходимые обследование и демонтаж модулей и узлов двигателя, в том числе газогенератора с возможностью детального обследования корпусов основной камеры сгорания и жаровой трубы, системы коллекторов и каждой из топливных форсунок, равномерно разнесенных по замкнутому кольцу входного торца последней с угловой частотой (2,38÷3,35) ед/рад; турбины высокого давления, имеющей сопловый аппарат, ротор с валом и не менее чем одно рабочее колесо с диском, на котором съемно с возможностью охлаждения закреплены рабочие лопатки, равномерно разнесенные по периметру с угловой частотой (11,1÷14,3) ед/рад; также обследуют состоящий не менее чем из шестидесяти четырех трубчатых блок-модулей кольцевой воздухо-воздушный теплообменник, установленный вокруг корпуса основной камеры сгорания.
Поставленная задача в части ТРД решается тем, что турбореактивный двигатель, выполненный двухконтурным, двухвальным, согласно изобретению, капитально отремонтирован описанным выше способом.
Поставленная задача в способе капитального ремонта партии, пополняемой группы турбореактивных двигателей, конструктивно однотипных либо имеющих взаимозаменяемые модули, узлы и/или детали, решается тем, что согласно изобретению в составе капитального ремонта производят внешний осмотр и монтаж каждого ремонтируемого двигателя в вариабельно устанавливаемой последовательности на испытательный стенд, при этом производят проверку наличия и характера дефектов, передачу двигателя или двигателей в сборочный цех, в котором производят необходимый по содержанию капитального ремонта демонтаж наружных коммуникаций и разборку двигателя на функциональные модули, узлы и сборочные единицы, в том числе при необходимости демонтируют и разбирают любой из модулей, включая компрессор низкого давления с входным направляющим аппаратом, промежуточными направляющими и выходным спрямляющим аппаратами статора и с ротором КНД, требующие капитального ремонта узлы газогенератора и поворотного реактивного сопла, включающее в своем составе поворотное устройство и регулируемое реактивное сопло, прикрепленное к упомянутому поворотному устройству; в необходимой степени, предусмотренной регламентом, обследуют электрическую, воздушную, гидравлические топливную и масляную системы; до или в процессе капитального ремонта создают ротационно пополняемый текущий резервный запас снятых с заменой с предыдущих капитально отремонтированных двигателей и восстановленных в процессе ремонта модулей, узлов, деталей, сборочных единиц и устанавливаемых с заменой по мере необходимости на последующие из упомянутой партии, группы капитально ремонтируемых двигателей; направляют двигатель на механосборочные/механические посты и производят комплектацию необходимых для установки в конкретный ремонтируемый двигатель, восстановленных или новых частей, в том числе из упомянутого текущего резервного запаса, выполняют сборку и цеховые испытания узлов, модулей и сборку двигателя; при этом на завершающей стадии капитального ремонта после сборки двигатель подвергают стендовым испытаниям, по меньшей мере, на определение влияния климатических условий, оказываемого на изменение эксплуатационных характеристик ТРД; для этого подвергают испытанию капитально отремонтированный двигатель, при этом испытания проводят на различных режимах, параметры которых соответствуют параметрам полетных режимов в диапазоне, запрограммированном для конкретной серии или группы капитально ремонтируемых двигателей, производят замеры и осуществляют приведение полученных значений параметров к стандартным атмосферным условиям с учетом изменения свойств рабочего тела и геометрических характеристик проточной части двигателя при изменении атмосферных условий, для этого используют имеющуюся ранее созданную, предпочтительно, на стадии серийного производства или создают новую уточненную математическую модель двигателя, корректируют ее по результатам стендовых испытаний по наличию, по меньшей мере, одного капитально отремонтированного двигателя, а затем по математической модели определяют параметры двигателя при стандартных атмосферных условиях и различных температурах атмосферного воздуха из заданного рабочего диапазона температур стендовых испытаний с учетом принятой программы регулирования двигателя на максимальных и форсированных режимах, причем фактические значения параметров при конкретных температурах атмосферного воздуха каждого режима испытаний относят к значениям параметров при стандартных атмосферных условиях и вычисляют поправочные коэффициенты к измеренным параметрам в зависимости от температуры атмосферного воздуха, а приведение измеренных параметров к стандартным атмосферным условиям осуществляют умножением измеренных значений на коэффициенты, учитывающие отклонение атмосферного давления от стандартного, и на поправочный коэффициент, отражающий зависимость измеренных значений параметров от температуры атмосферного воздуха, зарегистрированной при конкретных испытаниях капитально отремонтированных турбореактивных двигателей.
Капитальный ремонт партии пополняемой группы упомянутых двигателей могут производить при возникновении, по меньшей мере, одной из следующих причин, а именно выработки установленного ресурса по числу запусков, либо по исчерпании нормативного количества часов работы, либо допустимого межремонтного времени складского хранения, либо после получения ремонтопригодных повреждений любой совокупности жизненно важных частей, модулей, узлов и деталей двигателя, без устранения неисправности которых невозможно продолжение эксплуатации двигателя.
Могут производить осмотр и при необходимости могут обследовать любой из узлов газогенератора - компрессор высокого давления, соединяющий КНД и КВД промежуточный корпус, основную камеру сгорания и турбину высокого давления, имеющую сопловый аппарат, ротор с валом и не менее чем одно рабочее колесо с диском, на котором съемно с возможностью охлаждения закреплены рабочие лопатки, равномерно разнесенные по периметру с угловой частотой (11,1÷14,3) ед/рад; осматривают основную камеру сгорания, в том числе с возможностью детального обследования корпусов камеры сгорания и жаровой трубы, системы коллекторов и каждой из топливных форсунок, равномерно разнесенных по замкнутому кольцу входного торца последней, преимущественно, с угловой частотой (2,38÷3,35) ед/рад; при необходимости аналогично обследуют и производят замену любого из не менее чем шестидесяти трубчатых блок-модулей кольцевой воздухо-воздушного теплообменника, установленного вокруг корпуса основной камеры сгорания; выполняют контроль состояния опор двигателя, турбины низкого давления, а также обследуют смеситель, фронтовое устройство, корпус форсажной камеры сгорания, поворотное реактивное сопло, включающее в своем составе поворотное устройство, неподвижно, предпочтительно, разъемно прикрепленное к форсажной камере сгорания, и регулируемое реактивное сопло, прикрепленное к поворотному устройству, а также коробку приводов сервисных двигательных агрегатов.
После разборки капитально ремонтируемого двигателя могут производить промывку, контроль состояния и при необходимости дефектацию модулей, узлов и деталей, и выполняют восстановительный ремонт, при необходимости конструктивно-технологическую доработку или постдефектационную замену по регламенту деталей на новые, а также комплектование прошедших ремонт и новых деталей и сборочных единиц.
При запуске двигателя в ремонт и подготовке деталей к нанесению восстановительных покрытий могут выполнять химическую, ультразвуковую промывку и/или пескоструйную обработку деталей, микрометрические обмеры, определение прочности неразрушающими видами контроля и выбраковку дефектных деталей.
В процессе капитального ремонта двигателя нанесение на детали при необходимости восстановительных покрытий могут выполнять вариантно хромированием, цинкованием, кадмированием, меднением, оксидированием, алитированием, оксидным фосфатированием, серебрением, химическим никелированием, пассивированием и/или нанесением лакокрасочных покрытий.
Нанесение на детали восстановительных покрытий в процессе капитального ремонта для повышения износостойкости поверхностей восстанавливаемых деталей при необходимости могут выполнять вариантно электроискровым легированием поверхностей, детонационным или плазменным напылением порошковых композитов.
Поставленная задача в части ТРД решается тем, что турбореактивный двигатель, выполненный двухконтурным, двухвальным, согласно изобретению, капитально отремонтирован описанным выше способом.
Технический результат, обеспечиваемый группой изобретений, связанных единым творческим замыслом, состоит в разработке вариантов способа капитального ремонта турбореактивного двигателя, партии, пополняемой группы турбореактивных двигателей с улучшенными качеством ремонта и эксплуатационными характеристиками отремонтированного двигателя, с более надежной оценкой влияния климатических условий, оказываемого на изменение эксплуатационных характеристик ТРД и получении указанных результатов группы изобретений при сокращении длительности ремонта, испытаний и энергоемкости при улучшении экономических показателей капитального ремонта. Это достигается за счет применения в капитальном ремонте ТРД, выполняемом в соответствии с группой изобретений, восполняемого в процессе ремонта резервного запаса восстановленных модулей, узлов, сборочных единиц и ротационной замены ими соответствующих элементов, частей конкретного ремонтируемого двигателя, а также за счет применения в процессе капитального ремонта отремонтированного двигателя испытания на влияния климатических условий, а именно более достоверного и корректного приведения экспериментально полученных параметров двигателя к параметрам, соответствующим стандартным атмосферным условиям, а также в повышении репрезентативности результатов испытаний для полного диапазона полетных циклов в различных климатических условиях.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображен турбореактивный двигатель, продольный разрез.
По первому варианту в способе капитального ремонта турбореактивного двигателя, выполненного двухконтурным, двухвальным, выполняют проверку наличия и характера дефектов, производят необходимый по содержанию ремонта демонтаж наружных коммуникаций и разборку двигателя на функциональные модули, узлы и сборочные единицы. При необходимости демонтируют и разбирают любой из модулей, в том числе двухкаскадный осевой компрессор, включающий компрессоры 1 и 2 соответственно низкого и высокого давления.
Компрессор 1 низкого давления включает входной направляющий аппарат 3, промежуточные направляющие аппараты 4 и выходной спрямляющий аппарат 5 статора, а также ротор с валом 6. Ротор включает до четырех рабочих колес 7 с дисками, наделенными рабочими лопатками 8. Количество лопаток 8 принято возрастающим в каждом последующем рабочем колесе 7 в направлении потока рабочего тела.
2
При необходимости демонтируют, по меньшей мере, частично проточную часть двигателя, которая на осевой длине двухкаскадного компрессора имеет переменно сужающееся в упомянутом направлении проходное сечение с разделением последнего за промежуточным корпусом 9 на внутренний и наружный контуры 10 и 11 соответственно с превышением при этом площади поперечного сечения проточной части внутреннего контура 10 относительно площади наружного контура 11 в (1,49÷1,65) раза. Конфузорное сужение площади поперечного сечения проточного канала КНД выполнено со средним градиентом конфузорности G=(0,51÷0,72) [м/м].
При необходимости разбирают требующие капитального ремонта узлы газогенератора - компрессор 2 высокого давления, промежуточный корпус 9, соединяющий КНД 1 и КВД 2. Также осматривают основную камеру 12 сгорания, в том числе с возможностью детального обследования корпусов камеры 12 сгорания и жаровой трубы, системы коллекторов и каждой из топливных форсунок, равномерно разнесенных по замкнутому кольцу входного торца последней с угловой частотой (2,38÷3,35) ед/рад.
Обследуют состоящий не менее чем из шестидесяти четырех трубчатых блок-модулей кольцевой воздухо-воздушный теплообменник 13, установленный вокруг корпуса основной камеры 12 сгорания. Обследуют турбину 14 высокого давления, имеющую сопловый аппарат, ротор с валом 15 и не менее чем одно рабочее колесо 16 с диском, на котором съемно с возможностью охлаждения закреплены рабочие лопатки 17, равномерно разнесенные по периметру с угловой частотой (11,1÷14,3) ед/рад.
Производят контроль состояния опор двигателя, турбины 18 низкого давления. Обследуют смеситель 19, фронтовое устройство 20, корпус форсажной камеры 21 сгорания, поворотное реактивное сопло, включающее в своем составе поворотное устройство 22, неподвижно, предпочтительно, разъемно прикрепленное к форсажной камере 21 сгорания, и регулируемое реактивное сопло 23, прикрепленное к поворотному устройству 22. Обследуют коробку приводов сервисных двигательных агрегатов. В необходимой степени, предусмотренной регламентом, обследуют электрическую, воздушную, гидравлические топливную и масляную системы.
Производят промывку, контроль состояния и дефектацию модулей, узлов и деталей. После чего направляют двигатель на механосборочные/механические посты и выполняют восстановительный ремонт и при необходимости конструктивно-технологическую доработку или постдефектационную замену деталей на новые. Затем выполняют комплектование прошедших ремонт и новых деталей и сборочных единиц, сборку и цеховые испытания узлов, модулей и сборку двигателя.
Капитальный ремонт производят при возникновении, по меньшей мере, одной из следующих причин, а именно, выработки установленного ресурса по числу запусков, либо по исчерпании нормативного количества часов работы, либо допустимого межремонтного времени складского хранения, либо после получения ремонтопригодных повреждений любой совокупности жизненно важных частей, модулей, узлов и деталей двигателя, без устранения неисправности которых невозможно продолжение эксплуатации двигателя.
В составе ремонта двигателя обследуют и при необходимости производят разборку и восстановление и/или заменяют поворотное реактивное сопло ТРД, включающее поворотное устройство 22 и регулируемое реактивное сопло 23, прикрепленное к поворотному устройству 22 с возможностью выполнения совместно с подвижным элементом последнего поворотов для изменения направления вектора тяги. Ось вращения поворотного устройства 22 относительно горизонтальной оси повернута на угол не менее 30°, предпочтительно, на (32÷34)° по часовой стрелке (вид по направлению полета) для правого положения двигателя в двигательной установке и на угол не менее 30°, предпочтительно, на (32÷34)° против часовой стрелки (вид по направлению полета) для левого положения двигателя в двигательной установке.
Количество рабочих лопаток 8 ротора КНД 1 принято возрастающим в каждом последующем рабочем колесе 7 с общим превышением числа лопаток в последней ступени относительно числа лопаток на входе в КНД первом колесе ротора в (1,58÷2,7) раза.
При запуске двигателя в ремонт и подготовке деталей к нанесению восстановительных покрытий выполняют химическую, ультразвуковую промывку и/или пескоструйную обработку деталей, микрометрические обмеры, определение прочности неразрушающими видами контроля и выбраковку дефектных деталей.
В процессе капитального ремонта двигателя нанесение на детали при необходимости восстановительных покрытий выполняют вариантно хромированием, цинкованием, кадмированием, меднением, оксидированием, алитированием, оксидным фосфатированием, серебрением, химическим никелированием, пассивированием и/или нанесением лакокрасочных покрытий.
Нанесение на детали восстанавливаемых защитных покрытий в процессе капитального ремонта для повышения износостойкости поверхностей деталей при необходимости вариантно выполняют электроискровым легированием поверхностей, детонационным или плазменным напылением порошковых композитов.
На завершающей стадии капитального ремонта двигатель подвергают стендовым испытаниям, по меньшей мере, на определение влияния климатических условий, оказываемого на изменение эксплуатационных характеристик ТРД. Для этого подвергают испытанию капитально отремонтированный двигатель. Испытания проводят на различных режимах. Параметры режимов соответствуют параметрам полетных режимов в диапазоне, запрограммированном для конкретной серии или группы капитально ремонтируемых двигателей. Производят замеры и осуществляют приведение полученных значений параметров к стандартным атмосферным условиям с учетом изменения свойств рабочего тела и геометрических характеристик проточной части двигателя при изменении атмосферных условий. Для этого используют имеющуюся ранее созданную, предпочтительно, на стадии серийного производства или создают новую уточненную математическую модель двигателя. Корректируют модель по результатам стендовых испытаний по наличию, по меньшей мере, одного капитально отремонтированного двигателя.
Затем по математической модели определяют параметры двигателя при стандартных атмосферных условиях и различных температурах атмосферного воздуха из заданного рабочего диапазона температур стендовых испытаний с учетом принятой программы регулирования двигателя на максимальных и форсированных режимах. Фактические значения параметров при конкретных температурах атмосферного воздуха каждого режима испытаний относят к значениям параметров при стандартных атмосферных условиях. Вычисляют поправочные коэффициенты к измеренным параметрам в зависимости от температуры атмосферного воздуха. Приведение измеренных параметров к стандартным атмосферным условиям осуществляют умножением измеренных значений на коэффициенты, учитывающие отклонение атмосферного давления от стандартного, и на поправочный коэффициент, отражающий зависимость измеренных значений параметров от температуры атмосферного воздуха, зарегистрированной при конкретных испытаниях капитально отремонтированных турбореактивных двигателей.
Турбореактивный двигатель капитально отремонтирован описанным выше способом.
По второму варианту в составе капитального ремонта в заявленном способе капитального ремонта турбореактивного двигателя производят осмотр двигателя, необходимый по содержанию ремонта демонтаж наружных коммуникаций и разборку двигателя на функциональные модули, узлы и сборочные единицы. При необходимости демонтируют и разбирают любой из модулей, включая компрессор 1 низкого давления с входным направляющим аппаратом 3, промежуточными направляющими аппаратами 4 и выходным спрямляющим аппаратом 5 статора и ротором с валом 6, включающим до четырех наделенных рабочими лопатками 8 дисков рабочих колес 7, количество которых принято возрастающим в каждом последующем рабочем колесе КНД 1.
При необходимости разбирают требующие капитального ремонта узлы газогенератора - компрессор 2 высокого давления, соединяющий КНД 1 и КВД 2 промежуточный корпус 9, основную камеру 12 сгорания и турбину 14 высокого давления. Производят контроль состояния опор двигателя, турбины 18 низкого давления, обследуют смеситель 19, фронтовое устройство 20, корпус форсажной камеры 21 сгорания, поворотное реактивное сопло, включающее в своем составе поворотное устройство 22, неподвижно, предпочтительно, разъемно прикрепленное к форсажной камере 21 сгорания, и регулируемое реактивное сопло 23, прикрепленное к упомянутому поворотному устройству 22. Обследуют коробку приводов сервисных двигательных агрегатов. В необходимой степени, предусмотренной регламентом, обследуют также электрическую, воздушную, гидравлические топливную и масляную системы.
Производят промывку, контроль состояния и дефектацию модулей, узлов и деталей. После чего направляют двигатель на механосборочные/механические посты и выполняют восстановительный ремонт, при необходимости конструктивно-технологическую доработку или постдефектационную замену деталей на новые. Выполняют комплектование прошедших ремонт и новых деталей и сборочных единиц, сборку и цеховые испытания узлов, модулей и сборку двигателя.
После чего при необходимости производят послеремонтную доводку капитально отремонтированного двигателя, которую завершают испытанием двигателя, по меньшей мере, на определение влияния климатических условий, вызывающего изменение эксплуатационных характеристик ТРД.
Испытания проводят на различных режимах. Параметры режимов соответствуют параметрам полетных режимов в диапазоне, запрограммированном для конкретной серии или группы капитально ремонтируемых двигателей. Производят замеры и осуществляют приведение полученных значений параметров к стандартным атмосферным условиям с учетом изменения свойств рабочего тела и геометрических характеристик проточной части двигателя при изменении атмосферных условий. Для этого используют имеющуюся ранее созданную, предпочтительно, на стадии серийного производства или создают новую уточненную математическую модель двигателя. Корректируют модель по результатам стендовых испытаний по наличию, по меньшей мере, одного капитально отремонтированного двигателя.
Затем по математической модели определяют параметры двигателя при стандартных атмосферных условиях и различных температурах атмосферного воздуха из заданного рабочего диапазона температур стендовых испытаний с учетом принятой программы регулирования двигателя на максимальных и форсированных режимах. Фактические значения параметров при конкретных температурах атмосферного воздуха каждого режима испытаний относят к значениям параметров при стандартных атмосферных условиях и вычисляют поправочные коэффициенты к измеренным параметрам в зависимости от температуры атмосферного воздуха. Приведение измеренных параметров к стандартным атмосферным условиям осуществляют умножением измеренных значений на коэффициенты, учитывающие отклонение атмосферного давления от стандартного, и на поправочный коэффициент. Поправочный коэффициент отражает зависимость измеренных значений параметров от температуры атмосферного воздуха, зарегистрированной при конкретных испытаниях капитально отремонтированных турбореактивных двигателей.
Капитальный ремонт двигателя производят при возникновении, по меньшей мере, одной из следующих причин, а именно выработки установленного ресурса по числу запусков, либо по исчерпании нормативного количества часов работы, либо допустимого межремонтного времени складского хранения, либо после получения ремонтопригодных повреждений любой совокупности жизненно важных частей, модулей, узлов и деталей двигателя, без устранения неисправности которых невозможно продолжение эксплуатации двигателя.
В процессе капитального ремонта производят регламентно необходимые обследование и демонтаж модулей и узлов двигателя, в том числе газогенератора с возможностью детального обследования корпусов основной камеры 12 сгорания и жаровой трубы, системы коллекторов и каждой из топливных форсунок, равномерно разнесенных по замкнутому кольцу входного торца последней с угловой частотой (2,38÷3,35) ед/рад. Обследуют турбину 14 высокого давления, имеющей сопловый аппарат, ротор с валом 15 и не менее чем одно рабочее колесо 16 с диском, на котором съемно с возможностью охлаждения закреплены рабочие лопатки 17, равномерно разнесенные по периметру с угловой частотой (11,1÷14,3) ед/рад. Также обследуют состоящий не менее чем из шестидесяти четырех трубчатых блок-модулей кольцевой воздухо-воздушный теплообменник 13, установленный вокруг корпуса основной камеры 12 сгорания.
Турбореактивный двигатель, выполненный двухконтурным, двухвальным, капитально отремонтирован описанным выше способом.
По третьему варианту в составе капитального ремонта в способе капитального ремонта партии, пополняемой группы турбореактивных двигателей, конструктивно однотипных либо имеющих взаимозаменяемые модули, узлы и/или детали производят внешний осмотр и монтаж каждого ремонтируемого двигателя в вариабельно устанавливаемой последовательности на испытательный стенд. При этом производят проверку наличия и характера дефектов, передачу двигателя или двигателей в сборочный цех. В сборочном цехе производят необходимый по содержанию капитального ремонта демонтаж наружных коммуникаций и разборку двигателя на функциональные модули, узлы и сборочные единицы. При необходимости демонтируют и разбирают любой из модулей, включая компрессор 1 низкого давления. КНД 1 содержит входной направляющий аппарат 3, промежуточные направляющие аппараты 4 и выходной спрямляющий аппарат 5 статора и ротор с валом 6, требующие капитального ремонта узлы газогенератора и поворотного реактивного сопла, включающего в свой состав поворотное устройство 22 и регулируемое реактивное сопло 23, прикрепленное к поворотному устройству 22. В необходимой степени, предусмотренной регламентом, обследуют электрическую, воздушную, гидравлические топливную и масляную системы.
До или в процессе капитального ремонта создают ротационно пополняемый текущий резервный запас снятых с заменой с предыдущих капитально отремонтированных двигателей и восстановленных в процессе ремонта модулей, узлов, деталей, сборочных единиц и устанавливаемых с заменой по мере необходимости на последующие из упомянутой партии, группы капитально ремонтируемые двигатели. Направляют двигатель на механосборочные/механические посты и производят комплектацию необходимых для установки в конкретный ремонтируемый двигатель, восстановленных или новых частей, в том числе из упомянутого текущего резервного запаса. Выполняют сборку и цеховые испытания узлов, модулей и сборку двигателя.
На завершающей стадии капитального ремонта после сборки двигатель подвергают стендовым испытаниям, по меньшей мере, на определение влияния климатических условий, оказываемого на изменение эксплуатационных характеристик ТРД. Подвергают испытанию капитально отремонтированный двигатель.
Испытания проводят на различных режимах. Параметры режимов соответствуют параметрам полетных режимов в диапазоне, запрограммированном для конкретной серии или группы капитально ремонтируемых двигателей. Производят замеры и осуществляют приведение полученных значений параметров к стандартным атмосферным условиям с учетом изменения свойств рабочего тела и геометрических характеристик проточной части двигателя при изменении атмосферных условий. Для этого используют имеющуюся ранее созданную, предпочтительно, на стадии серийного производства или создают новую уточненную математическую модель двигателя. Корректируют модель по результатам стендовых испытаний по наличию, по меньшей мере, одного капитально отремонтированного двигателя.
По математической модели определяют параметры двигателя при стандартных атмосферных условиях и различных температурах атмосферного воздуха из заданного рабочего диапазона температур стендовых испытаний с учетом принятой программы регулирования двигателя на максимальных и форсированных режимах. Фактические значения параметров при конкретных температурах атмосферного воздуха каждого режима испытаний относят к значениям параметров при стандартных атмосферных условиях и вычисляют поправочные коэффициенты к измеренным параметрам в зависимости от температуры атмосферного воздуха. Приведение измеренных параметров к стандартным атмосферным условиям осуществляют умножением измеренных значений на коэффициенты, учитывающие отклонение атмосферного давления от стандартного, и на поправочный коэффициент, отражающий зависимость измеренных значений параметров от температуры атмосферного воздуха, зарегистрированной при конкретных испытаниях капитально отремонтированных турбореактивных двигателей.
Капитальный ремонт партии, пополняемой группы упомянутых двигателей производят при возникновении, по меньшей мере, одной из следующих причин, а именно выработки установленного ресурса по числу запусков, либо по исчерпании нормативного количества часов работы, либо допустимого межремонтного времени складского хранения, либо после получения ремонтопригодных повреждений любой совокупности жизненно важных частей, модулей, узлов и деталей двигателя, без устранения неисправности которых невозможно продолжение эксплуатации двигателя.
Производят осмотр и при необходимости обследуют любой из узлов газогенератора - компрессор 2 высокого давления, соединяющий КНД 1 и КВД 2 промежуточный корпус 9, основную камеру 12 сгорания и турбину 14 высокого давления, имеющую сопловый аппарат, ротор с валом 15 и не менее чем одно рабочее колесо 16 с диском, на котором съемно с возможностью охлаждения закреплены рабочие лопатки 17, равномерно разнесенные по периметру с угловой частотой (11,1÷14,3) ед/рад. Осматривают основную камеру 12 сгорания, в том числе с возможностью детального обследования корпусов камеры 12 сгорания и жаровой трубы, системы коллекторов и каждой из топливных форсунок, равномерно разнесенных по замкнутому кольцу входного торца последней, преимущественно, с угловой частотой (2,38÷3,35) ед/рад. При необходимости аналогично обследуют и производят замену любого из не менее чем шестидесяти трубчатых блок-модулей кольцевой воздухо-воздушного теплообменника 13, установленного вокруг корпуса основной камеры 12 сгорания. Выполняют контроль состояния опор двигателя, турбины 18 низкого давления. Обследуют смеситель 19, фронтовое устройство 20, корпус форсажной камеры 21 сгорания, поворотное реактивное сопло, включающее в свой состав поворотное устройство 22, неподвижно, предпочтительно, разъемно прикрепленное к форсажной камере 21 сгорания, и регулируемое реактивное сопло 23, прикрепленное к поворотному устройству 22, а также коробку приводов сервисных двигательных агрегатов.
После разборки капитально ремонтируемого двигателя производят промывку, контроль состояния и при необходимости дефектацию модулей, узлов и деталей, и выполняют восстановительный ремонт, при необходимости конструктивно-технологическую доработку или постдефектационную замену по регламенту деталей на новые, а также комплектование прошедших ремонт и новых деталей и сборочных единиц.
При запуске двигателя в ремонт и подготовке деталей к нанесению восстановительных покрытий выполняют химическую, ультразвуковую промывку и/или пескоструйную обработку деталей, микрометрические обмеры, определение прочности неразрушающими видами контроля и выбраковку дефектных деталей.
В процессе капитального ремонта двигателя нанесение на детали при необходимости восстановительных покрытий выполняют вариантно хромированием, цинкованием, кадмированием, меднением, оксидированием, алитированием, оксидным фосфатированием, серебрением, химическим никелированием, пассивированием и/или нанесением лакокрасочных покрытий.
Нанесение на детали восстановительных покрытий в процессе капитального ремонта для повышения износостойкости поверхностей восстанавливаемых деталей при необходимости выполняют вариантно электроискровым легированием поверхностей, детонационным или плазменным напылением порошковых композитов.
Турбореактивный двигатель, выполненный двухконтурным, двухвальным, капитально отремонтирован описанным выше способом.
Пример реализации испытания турбореактивного двигателя.
ВХ
Испытаниям подвергают капитально отремонтированный ТРД. При этом используют предварительно разработанную математическую модель двигателя. Испытания ТРД проводят при температуре t=0°C, Ba=745 мм рт.ст.
По результатам замеров и их статистического обобщения получают значения параметров: усилия тяги двигателя R=985 кгс и частоту вращения n=98,8%.
ВХ
Для последующей оценки результатов испытаний используют математическую модель двигателя, по которой проводят расчет параметров на различных режимах работы двигателя в диапазоне температур воздуха на входе в двигатель, в том числе и при t=+15°C. Результаты расчета представлены в Табл.1
Табл.1
t<sub>ВХ</sub>, °C
-15
0
+15
+30
Температура на входе в ТРД
R, кгс
1000
980
970
950
Усилие тяги
n, %
частота вращения
98
99
100
100
ВХ
Сопоставляют полученные выше данные и вычисляют поправочные коэффициенты путем отношения значения параметра при t=+15°C к значениям параметра в заданном диапазоне температур на входе в двигатель (Табл.2)
Табл.2
t<sub>ВХ</sub>, °C
-15
±0
+15
+30
K<sub>R</sub>
0,97
0,99
1
1,021
Kn
1,02
1,01
1
1
Затем определяют параметры при стандартных атмосферных условиях (МСА)
,
MCA
n=n×Kn=98,8×1,01=99,79%
и вносят полученные данные в сопроводительную документацию соответствующей группы ТРД.
ВХ
Используют полученные выше параметры ТРД для вычисления соответствующих параметров применительно к температурно-климатическим условиям конкретных районов эксплуатации двигателей в диапазоне рабочих температур наружного воздуха t=±50°C. Экстремальные для указанного диапазона температур значения параметров ТРД, полученные на основе результатов испытаний с использованием математической модели и данных при стандартных атмосферных условиях (МСА), представлены в Табл.3 и Табл.4.
Табл.3
t<sub>ВХ</sub>, °C
-50
-15
0
+15
+20
+50
Температура на входе в ТРД
R, кгс
1200
1000
980
970
950
900
Усилие от тяги
n, %
96
98
99
100
100
100
частота вращения
Табл.4
t<sub>ВХ</sub>, °C
-50
-15
0
+15
+20
+50
K<sub>R</sub>
0,81
0,97
0,99
1
1,021
1,078
Kn
1,042
1,02
1,01
1
1
1
Из табл.3 и табл.4 видно, что тяга в экстремальном диапазоне температур от (-50)°C до (+50)°C изменяется на одну треть при изменении оборотов на 4%.
Таким образом, изобретение позволяет повысить достоверность результатов испытаний турбореактивных двигателей с учетом принятых программ управления.
Изобретение позволяет улучшить эксплуатационные характеристики капитально отремонтированного двигателя и обеспечить более надежное определение изменения тяги для различных температурно-климатических условий и режимов работы турбореактивного двигателя при меньших энергетических и трудовых затратах и сокращении длительности ремонта и испытаний двигателя.