Основные вопросы

Тема 1.6 Конструкция основных элементов судовых ГТД

Лекция №9

Устройство роторов осевых компрессоров и турбин.

Их конструкции имеют много общего. Они состоят из входных (выходных) устройств, рабочих колес, безлопаточного и лопаточного диффузоров (сопловых аппаратов) и улиток.

Рабочие колеса обоих типов турбомашин чаще всего выполняются полузакрытыми. Лопатки рабочего колеса образуют радиальные межлопаточные каналы, по которым движется воздух или газ.

Различия этих турбомашин заключены в следующем:

- компрессор является потребителем механической энергии, турбина ее вырабатывает;

- направление движения газа в компрессоре: от корневых сечений к периферийным, а в турбине - в противоположном направлении;

- неподвижные элементы в компрессоре (направляющие аппараты и диффузор) служат для уменьшения скорости, кинетической энергии потока и увеличения давления и температуры (потенциальной энергии), а в сопловом аппарате турбины - наоборот.

К основным характеристикам рабочих колес относятся: наружный диаметр D_H внутренний диаметр рабочего колеса - D_BH , диаметр втулки - D_BM , количество лопаток Z, ширина рабочего колеса - B.

Важными параметрами, характеризующими геометрию рабочего колеса, являются высоты рабочих лопаток на наружном l_H и внутреннем l_BH диаметрах, шаг лопаток t_H , t_BH , а также относительные размеры d _BM =D_BM /D_H , d _BH = D_BH /D_H , b=B/ D_H.

1. Камера сгорания. Выходное устройство.

2.Обслуживающие системы, насосы, электроагрегаты, топливная аппаратура, редукторы,

1. Камера сгорания. Выходное устройство

Камеры сгорания ГТД предназначена для преобразования химической энергии топлива в тепловую. Рабочий процесс в камере сгорания включает смесеобразование, воспламенение и горение топливовоздушной смеси, смешение продуктов сгорания со вторичным воздухом.

По направлению движения газового потока различают камеры сгорания прямой и противоточной схем. При многообразии конструктивных схем все камеры сгорания имеют внутренний и наружный корпуса, диффузор, жаровую трубу, стабилизаторы, коллектор форсунок, а также устройства, обеспечивающие воспламенение топливовоздушной смеси.

Наибольшее распространение в ГТД получили камеры сгорания трех основных типов: трубчатая, кольцевая и трубчато-кольцевая.

В трубчатой камере сгорания цилиндрическая жаровая труба расположена внутри цилиндрического корпуса.

В кольцевой (тороидальной) камере сгорания жаровая труба расположена концентрично в кольцевом пространстве, образованном наружным и внутренним корпусами.

В трубчато-кольцевой камере сгорания несколько цилиндрических жаровых труб устанавливаются внутри кольцевого корпуса. Жаровые трубы соединены между собой патрубками для выравнивания давления воздуха и газов и переброса пламени.

Жаровые трубы обычно состоят из нескольких секций соединенных сваркой. В целях предотвращения образования трещин от термических напряжений в местах стыков отдельных, различно нагретых, секций делают компенсирующие прорези.

Диффузорные участки, расположенные во входной части камер сгорания, предназначены для снижения скорости потока воздуха на входе в жаровую трубу и преобразования части кинетической энергии во внутреннюю энергию потока.

Для распыливания топлива в камерах ГТД используются, как правило, двухканальные центробежные форсунки, состоящие из корпуса со штуцерами и трубопроводами основного и дополнительного контуров.

Фронтовая часть жаровой трубы и завихрители (стабилизаторы горения) формирует структуру воздушного потока и определяет процессы смесеобразования, стабилизации пламени и выгорания топлива. В ней также расположены один или два ряда отверстий для подвода первичного воздуха.

Завихрители могут быть лопаточного, конусного или струйного типа. Они обеспечивают созданием в головной части жаровой трубы пониженного давления, вследствие чего образуется зона обратных токов, в которой часть горячих газов движется навстречу основному потоку воздуха и распыленного топлива. В результате происходит образование топливовоздушной смеси, ее воспламенение и устойчивое горение.

Масса воздуха, подведенного в эту зону с учетом расхода через фронтовое устройство и пояса охлаждения, составляет 50-60 % от общего расхода через камеру сгорания.

Через отверстия в основной части жаровой трубы через ряды круглых или овальных отверстий подводится воздух, необходимый для завершения процесса сгорания топлива.

Между последним рядом отверстий для подвода воздуха в зону горения и первым рядом отверстий зоны смешения стенка жаровой трубы выполняется сплошной (без отверстий), что необходимо для поддержания высокой температуры процесса без замораживания его струями холодного смесительного воздуха.

В смесительную часть жаровой трубы воздух подводится через отверстия с отбортовками, которые увеличивают глубину проникновения струй вторичного воздуха в газовый поток, что улучшает смешение воздуха с продуктами сгорания и повышает равномерность температурного поля на входе в турбину.

Ресурс и надежность жаровых труб определяются уровнем и равномерностью нагрева их стенок.

Наиболее нагретым (до 1000 - 1300 К) местом жаровой трубы является ее середина, где выделение тепла уже заканчивается, а вторичный воздух еще только начинает подмешиваться к продуктам сгорания.

Для поддержания приемлемой температуры стенок жаровых труб применяется комбинированное конвективно-пленочное охлаждение: охлаждение перфорированных стенок, когда охладитель подается перпендикулярно скорости горячего потока газов через большое число отверстий небольшого диаметра, и струйное комбинированное охлаждение, при котором охладитель подается параллельно скорости горячего потока через специальные щели.

Жаровые трубы изготавливаются штамповкой из жаропрочных сплавов на никелевой основе типа Х20Н80Т, ЭИ602, ЭИ868 и др. Для изготовления других узлов камеры сгорания (диффузора, корпусов и др.) используются стали типа Х17Н2, 1Х18Н9Т.

Выходное устройство - часть двигателя, расположенная за силовой турбиной и предназначенная для отвода газов из ее проточной части.

Оно должно иметь минимальное гидравлическое сопротивление, обладая при этом высокой стойкостью против коробления, прогара и газовой коррозии.

Выходное устройство состоит из наружного и внутреннего оболочек, соединенных стойками. Внутренний конус-обтекатель служит для предотвращения резкого расширения газа за турбиной и плавного перехода потока из кольцевого сечения за турбиной в сплошное за конусом.

Выходное устройство также является элементом силовой схемы ГТУ и служит задней опорой ротора силовой турбины.

На наружном корпусе выходного устройства имеются:

· штуцера для подвода масла к подшипникам и для его отвода;

· электрические разъемы для снятия сигнала от индуктивных датчиков частоты вращения ротора силовой турбины, размещенных во внутреннем конусе;

· фланцами для отбора горячих газов.

Угол внутреннего конуса у вершины составляет 30-50 ⁰. Устойчивое разряжение вокруг конуса использовано для организации воздушного охлаждения размещенных в нем подшипников ротора силовой турбины.

К заднему фланцу наружной обечайки корпуса выходного устройства крепится поворотный патрубок, который может монтироваться как при правом, так и левом варианте установки двигателя.

Детали конструкции выходных устройств работают в условиях обтекания химически активными газами при высокой температуре, достигающей 900 - 1000 К. Поэтому для изготовления деталей выходного устройства используются жаропрочные нержавеющие стали типа 1Х18Н9Т, 0Х18Н12Б или титанового сплава.

Дата добавления: 2014-01-05