Описание конструкции газотурбинного двигателя

5 Описание конструкции

Газотурбинный двигатель представляет из себя конструкцию, состоящую из шестиступенчатого компрессора низкого давления с входным поворотным направляющим аппаратом, девятиступенчатого компрессора высокого давления,  приводимых  одноступенчатыми турбинами низкого и высокого давления, а также трехступенчатой силовой турбины, вращающей ротор турбогенератора. Все турбомашины размещены в едином корпусе. Перед КНД по ходу воздуха располагается входной конфузор. За компрессором низкого давления размещена нагнетательная камера, из которой воздух отводится в промежуточный воздушно-жидкостный охладитель. Из охладителя по патрубкам воздух подводится в сборную камеру компрессора высокого давления. За КВД располагается аналогичная нагнетательная камера, из которой воздух поступает сначала в рекуператор, а затем в выносную камеру сгорания, где его температура увеличивается до температуры цикла – 1450 К. Затем продукты сгорания поступаю в сборную камеру турбины высокого давления, расширяются в турбинах и через выходной диффузор удаляются в выхлопные патрубки. Корпус двигателя имеет как вертикальные, так и горизонтальные разъемы. Применены традиционные материалы корпусов ГТД и роторов компрессоров.

ГТД представляет собой блок, смонтированный на раму-маслобак, массой 90 тонн, пригодный для перевозки на железнодорожном и автомобильном транспорте. Монтаж ГТУ осуществляется в индивидуальном укрытии на фундаменте с 0 отметкой. Помещение имеет ремонтную площадку, отопление и оснащено современными грузоподъемными механизмами. ГТУ оснащена комплексным воздухоочистительным устройством и двумя дымовыми трубами с рекуперативными установками.

5.1 Входное устройство

Входной патрубок предназначен для формирования воздушного потока с целью обеспечения равномерного поля скоростей и в сочетании с остальными узлами статора образует корпус ГТУ.

На корпусе входного патрубка с левой стороны установлено валоповоротное устройство, а с правой – пусковой турбодетандер.

Корпус патрубка изготовлен из углеродистой стали и выполнен сварно-литым. Воздушный канал образован концентричными обечайками патрубка, имеющего горизонтальный разъём.

Нижняя половина входного устройства служит опорой для подшипника №1. ВУ с помощью фланцев соединено с корпусом КНД.

5.2 Компрессор

Нагнетательная камера КНД выполнена заодно с корпусом КНД, размещающем ступени НА, входной поворотный направляющий аппарат, служащий для предотвращения помпажных режимов компрессора при пуске установки, и лабиринтные уплотнения, а также является опорой для подшипника №2. Приводом ВНА является сервомотор и качающийся рычаг.

Сборная камера КВД двумя фланцевыми соединениями крепится к нагнетательной камере КНД и корпусу КВД. Она является опорой для подшипника №3.

Корпуса и ротора компрессоров имеют системы лабиринтных уплотнений.

С помощью фланцевых соединений нагнетательная камера КВД крепится к корпусу КВД и сборной камере ТВД [3], [4], [5].

Роторы компрессоров выполнены дисковыми. Материалы – компрессорные стали. У ротора КНД центровка дисков относительно друг друга осуществляется по малым диаметрам их втулок (что обеспечивает точность соединения), а в единое целое ротор объединяется двенадцатью стяжными болтами. При помощи зубчатой муфты ротор КНД длинным валом соединен с диском ТНД.

Ротор низкого давления имеет два опорных и один опорно-упорный подшипники скольжения. Ротор высокого давления установлен на один опорный и один опорно-упорный подшипник. Направляющие лопатки Т-образными хвостовиками набираются в окружные пазы литого корпуса статора. Направляющие лопатки компрессора высокого давления обандажены, бандажи снабжены лабиринтными уплотнениями, минимальный радиальный зазор обеспечивается легкосрабатываемым графитовым покрытием.

Лопаточный аппарат компрессоров изготовлен из стали с 13 % хрома.

Диски КВД крепятся друг к другу кольцами с фланцами П-образного сечения при помощи коротких болтов. Пустотелым валом сложной формы ротор КВД через опору соединен с диском ТВД при помощи фланца.

5.3 Турбина

Сборная камера ТВД, имеющая тепловую изоляцию и обшивку с помощью второго фланцевого соединения крепится к корпусу ТВД и ТНД. В тело сборной камеры заведен ряд сопловых лопаток ТВД. Также она имеет с ротором высокого давления систему лабиринтных уплотнений и является опорой подшипника № 4.

В корпус турбин с помощью тангенциальной заводки заведен ряд сопловых лопаток ТНД. И имеется система уплотнений с дисками турбин высокого и низкого давления. Все основные и промежуточные корпуса турбин имеют тепловую изоляцию и обшивку.

С помощью двух фланцевых соединений корпус промежуточного кольцевого патрубка между ТНД и СТ крепится к основным корпусам турбин. Патрубок является опорой подшипников № 5 и 6, имеет с роторами турбин лабиринтные уплотнения. В патрубок тангенциальной заводкой заведен сопловой аппарат первой ступени силовой турбины.

Корпус СТ состоит из двух частей, соединенных фланцами и являющимися местом установки сопловых аппаратов второй и третьей ступеней турбины.

Посадка диска ТВД осуществляется фланцевым соединением, а диск ТНД садится на радиальные пальцы.

Перед лопаточным аппаратом турбины высокого давления располагается сборная камера, в которую поступает газовоздушная смесь из камеры сгорания.

ТВД включает в себя охлаждаемый сопловой аппарат и охлаждаемые рабочие лопатки. Хвостовики рабочих лопаток всех турбин – елочного типа. Диск ТВД охлаждается струйным обдувом в обод.

Лопаточный аппарат турбин изготовлен из никелевых жаропрочных сплавов. Рабочие лопатки изготавливаются литьем направленной структуры (кристаллизации), что увеличивает их жаропрочность и пластичность. Применяется коррозионно-стойкое защитное покрытие для увеличения коррозионной стойкости.

Диск ТВД изготовлен из никелевого сплава, диски ТНД и СТ – из жаропрочной хромистой стали.

Диски силовой турбины соединены шестнадцатью стяжными болтами. Это соединение заканчивается фланцем вала силовой турбины, передающим через муфту вращение валу турбогенератора. Ротор силовой турбины опирается на один опорный и один опорно-упорный подшипник скольжения.

5.4 Выходной диффузор

Выходной диффузор фланцами соединен с корпусом СТ. К нему приболчены выхлопные камеры с тепловой изоляцией. Диффузор является опорой подшипника №7, также к нему прибалчивается корпус промвала и муфты. Диффузор устанавливается на раму. Кроме этого на раму опираются 6 опорных стоек ГТД.

5.5 Подшипники

В ГТД использованы четыре опорных и три опорно-упорных подшипника. Конструкция опорных частей однотипная – крышка подшипников устанавливается в корпусе ГТД, в крышку помещены подушки и вкладыши подшипников с баббитовой заливкой. Во вкладышах имеются маслоотбойные кольца для задержания масла, а также в крышку устанавливаются масляные уплотнения.

Крышки опорно-упорных подшипников выполнены заодно с корпусными частями ГТД, кроме последнего подшипника, который закреплен в корпусе выходного диффузора. Аналогично устанавливаются опорные вкладыши с баббитовой заливкой и маслоотбойными кольцами. В крышке имеются масляные уплотнения, плавающие уплотнения. Упорный подшипник состоит из упорных колодок, упирающихся в упорный гребень, выточенный на валах ГТД, он препятствует осевому перемещению роторных частей относительно статорных.

Рабочие поверхности подшипников покрыты слоем антифрикционного материала – баббитовой заливкой.