Оглавление цикла «Тушкины потроха»
Другой цикл канала — «ТЭД — труженик электродвигатель»
...Трубный рёв, надоевший за полчаса предполётной подготовки, внезапно разбавился залихватским свистком — включился стартёр второго двигателя. Через несколько секунд, перебив свист, пошёл по нарастающей высокий звон — воздух отступал под ударами сотен лопаток, почти весь покорно шёл в камеру сгорания, а те молекулы, которым повезло спастись, разносили вокруг весть — запускается мощный авиадвигатель!
Указатель температуры закрутил стрелкой, за самолётом заклубилось облако ряби, на уши накатила мощная волна — начали набирать обороты три диска компрессора низкого давления. Рябь потянулась назад, оформилась в кривую воронку — двигатель, вначале неуверенно цеплявшийся лопатками за воздух, набирал свою тонну тяги малого газа... В руководстве сказано — 940 кгс, не более, а градус на улице сегодня крепкий, воздух густой словно мёд — явно будет «940 кгс, не менее». Звон разносился далеко.
Двигатель Д-30КУ в прошлом году отметил 50-летний юбилей полётов — впервые он поднялся в небо в 1970-м на дальнем лайнере Ил-62М. Потом, в 1971 году, он вознёс в небо грузовой Ил-76, через несколько лет сгодился и на Ту-154М, а когда пришла пора проектировать самолёты нового поколения Ил-96 и Ту-204 — то Д-30КУ лёг в основу экономичного двигателя ПС-90.
Развиваясь, ПС-90 породил газоперекачивающую версию ПС-90ГП-2 (да, отлетавший своё авиадвигатель пересобирается в новом корпусе и качает газ по магистральному трубопроводу, кормясь этим же газом) и занял место под крыльями новых модификаций того же Ил-76 — ТД-90ВД и МД-90А, последний больше известен как 476. Живучее семейство. А начиналось всё, как уже рассказано в 14-й статье цикла, с малыша Д-20П для ближнего лайнера Ту-124.
Пришёл черёд разобрать вторую половину первого советского двухкаскадника Д-20П, его прямого потомка Д-30 и внука Д-30КУ-154 — посмотреть в разрезе камеру сгорания, турбину и реверс, посмотреть как семейство развивалось. Вот сердце Д-20:
Зелёным изнутри выкрашена часть камеры сгорания — жаровая труба. Вроде всё выглядит похожим на осмотренный в 15-й статье НК-8 — воздух после компрессора обволакивает камеру сгорания, проходит через отверстия внутрь неё, смешивается со впрыснутым форсункой топливом...
Только камера тут не в форме бублика, не кольцевая — она выполнена из 12 отдельных жаровых труб. В каждой стоит одна-единственная форсунка — в этом важное отличие от «конкурента», НК-8, с его кольцевой камерой сгорания с полтораста форсунками. Камера с жаровыми трубами называется трубчато-кольцевой.
Для запуска двигателя в 2 трубах из 12 стоят воспламенители со свечами, а чтобы разгорелись все 12 труб — они связаны пламеперебрасывающими патрубками. Через газосборники раскалённые газы подаются на турбину. Конечно, идеально выровнять скорости потоков перед турбиной невозможно, и это — главный недостаток трубчато-кольцевой камеры: лопатка, проходя при вращении через зоны с разной скоростью потока, испытывает колебания.
Обороты ТВД на взлётном режиме составляют около 10 тыс. об/мин, то есть, вращаясь в двенадцати факелах, лопатка и удерживающее её посадочное место диска (а в какой-то степени — и весь двигатель) испытывают колебания с частотой 1 — 2 кГц, в зависимости от режима, что жизнь им не продлевает. Достоинство же такой камеры — можно заменять прогоревшие трубы без полной разборки двигателя.
Внутри камеры сгорания, в защитном кожухе, спрятаны валы — как и у любого 2-вального двигателя, широкий вал ротора высокого давления, передающий мощность от турбины ВД к компрессору ВД, и тонкий вал ротора НД — связь турбины низкого давления с компрессором НД. Компенсатор — обыкновенный сильфон, «гармошка» из металла, отрабатывает тепловые расширения.
В очередной раз предостерегаю от рвачества сложных прилагательных вроде «2-вальный», «3-комнатный», «4-секционный» и так далее. Что в буквенной форме («шестиосный»), что в смешанной («6-осный») числительное от основного слова НЕ отделяется. Никаких «-х», «-ти», «-ми» и пробелов — только через дефис. Ошибка в таких словах сразу выдаёт то, что человек не знает языка.
Переход компрессора в камеру сгорания крупно. Когда-то тут свистел спрессованный лопатками воздух... Непонятная кривая серая труба — наддув кожуха валов для охлаждения. Двигаемся дальше, к турбине:
По-моему, тут всё понятно и без лишних слов — 1-ступенчатая турбина высокого давления, 2-ступенчатая турбина низкого давления... Непонятная тонкая трубка, идущая внутри вала НД — трубка подачи масла к межвальному подшипнику (МВП), упрятанному внутри вала ВД между камерой сгорания и компрессором. Попробуйте найти его на первом снимке камеры сгорания! Выноска «Вал ВД» показывает почти точно на него.
МВП служит передней опорой вала турбины НД — в точке, где он соединён с валом компрессора НД. Этот подшипник — самая, пожалуй, известная ахиллесова пята семейства Д-20 — Д-30 — ПС-90, он установлен очень глубоко в двигателе, не отличается надёжностью и требует постоянного контроля. Но об этом позже.
И задняя часть двигателя — выходное устройство. Никаких изысков, никакого смешения потоков, никакого реверса — воздух второго контура (от КНД) и газы первого покидают двигатель раздельно. Это ещё в какой-то степени предохраняет фюзеляж — ведь на семействе Ту-16/104/124 двигатели стоят очень близко к фюзеляжу и горячие газовые струи сильно действуют на конструкцию, а струи Д-20П «на лицо прохладные, жаркие внутри».
Ещё, как видим, торец вала ТНД «висит в воздухе» — или, выражаясь языком сопромата, турбина низкого давления установлена консольно, часть конструкции находится за пределами крайней опоры, а крайняя опора — подшипник с предыдущего снимка. Казалось бы, поставь за диском второй ступени ТНД второй подшипник, чтобы стабилизировать этот вал шаткого поведения, да убери межвальный — но нет, на более поздних двигателях опору перенесли назад, а МВП не убрали.
Так плавно переходим к Д-30 серий II и III — двигателю Ту-134:
Этот двигатель разрезан для изучения в эксплуатационных подразделениях, а не в конструкторских, поэтому осталось много «лишнего», что важно при обслуживании двигателя в эксплуатации. Но даже на таком разрезе сразу видно, что двигатель очень похож по конструкции на Д-20. На Д-30КУ камера ещё увеличилась в размерах, но конструкция жаровых труб и кожухов, число труб — 12 — не изменились. Вот более общий вид камеры сгорания:
Внутренний мир валов почти не виден, в будущем я заменю снимок на более удачный, но знайте — межвальный подшипник есть!
Это общий вид турбины, для наглядности ТНД подкручена и на фото выглядит красно-серым туманом. Вот вид этой 4-ступенчатой турбины в профиль:
Синими стрелками на фото показаны каналы охлаждения сопловых аппаратов ТВД — через них проходит воздух от компрессора. Турбина высокого давления, как видим, по-прежнему стоит консольно — подшипник прячется со стороны камеры сгорания, а вот подшипник ТНД переместился за турбину, стоит в задней опоре. Между валами здесь — только уплотнения.
Почему не отказались от межвального — большой вопрос, возможно, это связано с иным исполнением камеры сгорания и дисков ротора, из-за чего валы выполнены значительно меньшего относительного размера, чем на двигателях НК. Это сразу бросается в глаза при сравнении снимков Д-30 и НК-8 — на последнем вал ВД огромен, недаром на жаргоне он зовётся валом-бочкой, и внутри него спокойно, с большим запасом проходит вал НД.
И выполнен вал НД очень точно — допуск на биение у нового вала всего 0,01 мм или 10 мкм. По всей длине! На соловьёвских двигателях, как видим, валы узкие, а нагрузки на них при работе чудовищные, валы скручивает с «выбросом» в сторону, поэтому есть опасность их соударения. От этого и защищает МВП.
Фирма «Пратт Уитни», например, вообще отказалась от применения в своих двигателях межвальных подшипников, нет их и в двигателях многих других фирм — например, в знаменитых запорожских Д-36 и Д-18Т (а это, между прочим, двигатель Ан-124, «Руслана») три ротора стоят всего на шести подшипниках, каждый на своих двух отдельных! Уникальная конструкция. Грех не показать Д-36:
На «маленьком» Д-30 МВП особых проблем не доставлял, а вот на его «большой» версии Д-30КУ/КП почему-то иногда разваливается в самый неподходящий момент. Из-за этого 11 октября 1989 года произошла первая тяжёлая катастрофа — упал в море Ил-76, началось всё с пожара первого двигателя, повредившего левое крыло.
Поэтому была введена звуковая диагностика МВП — по шумности при вращении, за несколько десятков часов до отказа шумность работы подшипника резко возрастает. Диагностика делается специальным прибором при прокручивании двигателя на земле. Межвальный убрали лишь на свежих сериях ПС-90.
Переходим к «заключительной части» двигателя:
Реверс, как ни странно, чрезвычайно похож на кузнецовский — пневмопривод, спрятанные внутри двигателя створки, две решётки, а термопары (датчики температуры газов) стоят немного иначе — не на периферии, а в центре. На Д-30КУ ступеней ТНД больше — не 2, а 4, поэтому в целом турбина 6-ступенчатая. Вот как она выглядит сзади:
Конструкция реверса же на Д-30КУ совершенно иная:
Створки находятся за выходным устройством, установлены не на простых шарнирах, а на тягах и приводятся не пневматическими цилиндрами, а гидравлическими. Для привода реверса на двигателе имеется своя гидросистема — маленький приводной насос и гидроаккумуляторы, они показаны зелёной стрелкой. Насос потихоньку качает весь полёт, а гидроаккумуляторы обеспечивают надёжное срабатывание реверса. Где стоит насос — будет показано в статье о навесных агрегатах.
На Ту-154М реверсом оборудованы боковые двигатели (1-й и 3-й), на Ил-62М — тоже (1-й и 4-й), на Ил-76 — все двигатели, но там реверс установлен поперечно, а не вертикально:
А что же «маленький» Д-30 — летает лишь на Ту-134? Нет, в модификации Д-30Ф-6 он без реверса, но с форсажной камерой и регулируемым соплом летает на МиГ-31. Форсажная камера вскользь рассмотрена в предыдущей статье, а регулируемое сопло меняет своё сечение в зависимости от режима. На запуске и малом газе оно раскрыто и не мешает двигателю «дышать легко»:
На больших режимах оно закрывается, увеличивая скорость истечения газов, а после и вовсе образует сверхзвуковое сопло Лаваля («песочные часы»). В критическом сечении (самой узкой части) сопла Лаваля скорость достигает звуковой и дальше растёт уже при увеличении сечения — это перевёрнутое с ног на голову поведение сверхзвукового потока:
На этом, пожалуй, о проточной части семейства Д-30 всё. Следующая статья — о навесных агрегатах НК-8-2У и Д-30КУ-154!
Оглавление цикла «Тушкины потроха»
Другой цикл канала — «ТЭД — труженик электродвигатель»