ГАЗОТУРБИННЫЙ ПРИВОД
GAS TURBINE DRIVE

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в качестве газотурбинного привода внешней нагрузки, в частности электрогенераторов в составе стационарных или блочно-контейнерных электростанций или газоперекачивающих агрегатов, или агрегатов транспортного назначения.
Известен газотурбинный привод внешней нагрузки - насоса, содержащий газотурбинный двигатель и соединенный с ним переходным валом редуктор, который расположен перед входным устройством двигателя, причем часть передней торцевой стенки входного устройства размещена на редукторе, а часть задней торцевой стенки входного устройства расположена на газотурбинном двигателе (см. патент РФ №2386834, МПК 9 F02C 7/32, F02C 7/00, F02C 6/00, F02D 13/00, опубл. 20.04.2010 г.). Однако известный газотурбинный привод в составе насосного агрегата содержит газотурбинный двигатель с многоступенчатым осевым компрессором, что увеличивает себестоимость привода, его массогабаритные характеристики и стоимость его эксплуатации, а применяемая конструкция входного устройства с проходящим через него валом, соединяющим двигатель с редуктором, вынужденно имеет телескопические соединения для обеспечения герметичности и тем самым обусловливает усложнение конструкции привода и снижение его надежности.
Наиболее близким к предлагаемому по своей технической сущности является газотурбинный привод внешней нагрузки - винта вертолета, содержащий входное устройство, центробежный компрессор, камеру сгорания, турбину, выходное устройство и редуктор, корпус которого пристыкован фланцевым соединением к корпусу входного устройства газотурбинного привода (см. Зрелов В.А. "Отечественные газотурбинные двигатели, основные параметры и конструктивные схемы" Москва, Машиностроение, 2005 г. с.148, ТВлД ТВ-0-100). Однако известный газотурбинный привод не снабжен дополнительным модулем подключения агрегатов, который может быть применен в качестве привода для стартера (в тех случаях, когда электрогенератор не может работать в стартерном режиме), или привода необходимых дополнительных агрегатов, которые могут быть востребованы в эксплуатации (масляных, топливных насосов и др.), что снижает его функциональные возможности и общие эксплуатационные показатели в случае использования его, например, в составе стационарных, передвижных и блочно-контейнерных электростанций. Кроме того, кинематическая схема редуктора двигателя ТВ-0-100 не является многопоточной зубчатой передачей, а следовательно, и не в состоянии равномерно распределить по всем потокам расчетную мощность зацеплений, силы в зубчатых соединениях и подшипниковых опорах, и тем самым обеспечить требуемую, особенно для электростанций и газоперекачивающих агрегатов, долговечность редуктора в целом с использованием стандартных серийных подшипников в опорах и охлаждение их с использованием масел общехозяйственного применения.
Задачей изобретения является улучшение функциональных и эксплуатационных показателей газотурбинного привода, обеспечения требуемого межремонтного ресурса, повышение надежной работы и удешевление стоимости в целом.
Указанный технический результат достигается тем, что газотурбинный привод содержит входное устройство, центробежный компрессор, камеру сгорания, турбину, выходное устройство, редуктор, между редуктором и входным устройством с помощью фланцевых соединений установлен промежуточный корпус с узлом передачи крутящего момента внутри и образованием между ними общей масляной полости, при этом промежуточный корпус дополнительно снабжен фланцем со сквозным отверстием в стенке с возможностью разъемного соединения с фланцем корпуса дополнительного модуля подключения агрегатов, дополнительный модуль подключения агрегатов включает в себя ведущую шестерню, которая находится в зацеплении, по крайней мере, с двумя колесами, закрепленными на опорах в корпусе, одно колесо из которых находится в зацеплении с шестерней, рессора которой соединена со стартером, другое колесо выполнено с возможностью передачи крутящего момента дополнительным приводным агрегатам, дополнительный модуль подключения агрегатов соединен с узлом передачи крутящего момента посредством рессоры и независим от передаточного отношения редуктора, при этом рессора проходит через сквозное отверстие в стенке промежуточного корпуса и находится в соединении одним концом с ведущей шестерней дополнительного модуля, а другим - с коническим колесом узла передачи крутящего момента, находящимся в зацеплении с конической шестерней, закрепленной на промежуточном валу узла передачи крутящего момента, центральная ось которого совпадает с осью вращения газотурбинного привода, один конец промежуточного вала посредством первой рессоры соединен с валом газотурбинного привода, а другой - посредством второй рессоры соединен с ведущей шестерней редуктора с возможностью передачи ему крутящего момента от газотурбинного привода.
Редуктор выполнен, по крайней мере, по трехступенчатой многопоточной кинематической схеме, каждая шестерня и каждое колесо закреплены на опорах в корпусе редуктора, при этом ведущая шестерня находится в зацеплении с двумя колесами первой ступени, каждое колесо первой ступени рессорой соединено с соответствующей шестерней второй ступени, каждая шестерня второй ступени находится в зацеплении с двумя колесами второй ступени, причем каждое колесо второй ступени с левой и правой своих сторон соединено соответствующими рессорами с шестернями третьей ступени, которые попарно находятся в зацеплении с левым и правым колесами третьей ступени, закрепленными на выходном валу редуктора.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 представлена принципиальная схема газотурбинного привода с редуктором, промежуточным корпусом с узлом передачи крутящего момента и дополнительным модулем подключения агрегатов.
На фиг.2 представлен элемент А фиг.1 (узел передачи крутящего момента).
На фиг.3 представлен вид газотурбинного привода со стороны редуктора.
На фиг.4 представлена кинематическая схема редуктора.
Принципиальная схема газотурбинного привода содержит входное устройство, например, улиточного типа 1, центробежный компрессор 2, камеру сгорания 3, турбину 4, выходное устройство 5, трехступенчатый многопоточный редуктор 6. Между редуктором и входным устройством с помощью разъемных фланцевых соединений 7 и 8 размещен промежуточный корпус 9 с узлом 10 передачи крутящего момента. Промежуточный корпус снабжен фланцем 11 со сквозным отверстием 12 в стенке корпуса с возможностью разъемного соединения с фланцем 13 корпуса 14 дополнительного модуля подключения агрегатов 15. Дополнительный модуль 15 включает в себя ведущую шестерню 16, по крайней мере, два зубчатых колеса 17 и 18, шестерню 19, соединенную со стартером 20 (на схеме не показан), шестерню 21, места 22, 23 подсоединения различных приводных агрегатов (агрегаты на схеме не показаны) и шлицевую рессору 24. Узел передачи крутящего момента содержит коническое колесо 25, коническую шестерню 26, промежуточный вал 27, рессору 28, соединенную с промежуточным валом и валом 29 газотурбинного привода, и рессору 30, соединенную промежуточным валом и ведущей шестерней 31 редуктора.
Кинематическая схема первой ступени редуктора состоит из ведущей шестерни 31, колес 32 и 33, вторая ступень включает в себя две шестерни 34 и 35, каждая из которых находится в зацеплении с колесами 36, 37 и 38, 39 соответственно. Первая и вторая ступени редуктора соединены рессорами 40 и 41. Колеса второй ступени с левой и правой своих сторон рессорами 42, 43, 44, 45 и 46, 47, 48, 49 соединены соответственно с шестернями 50, 51, 52, 53 и 54, 55, 56, 57 третьей ступени. Шестерни третьей ступени попарно находятся в зацеплении с левым и правым колесами 58 и 59, закрепленными на выходном валу 60 редуктора.
Кроме того, на принципиальной схеме указаны: выходной радиальный диффузор - 61, подвод и отвод 62 и 63 масла на охлаждение задней опоры 64 и подвод масла 65 на охлаждение передней опоры 66 газотурбинного привода и узла передачи крутящего момента, а также опор 67 с подшипниками в корпусе редуктора 6. Масляная полость 68 образована между передней опорой 66, узлом 10 передачи крутящего момента, редуктором 6 и дополнительным модулем 15 подключения агрегатов.
Газотурбинный привод работает следующим образом.
После запуска газотурбинного привода атмосферный воздух по входному устройству 1 поступает в центробежный компрессор 2 и, после повышения давления в нем, по выходному радиальному диффузору 61 - в кольцевую камеру сгорания 3, куда одновременно подводится топливо и происходит сгорание топлива в смеси с воздухом. Продукты сгорания из камеры сгорания 3 поступают в газовую турбину 4, которая осуществляет привод центробежного компрессора 2, вала 29 газотурбинного привода и соединенной с ним рессоры 28 узла 10 передачи крутящего момента. Рессора 28, соединенная с промежуточным валом 27, передает ему крутящий момент от газотурбинного привода. Промежуточный вал 27 одновременно передает крутящий момент посредством рессоры 30 ведущей шестерни 31 первой ступени редуктора 6 и закрепленной на нем конической шестерни 26, которая находится в зацеплении с коническим колесом 25, закрепленным на опорах в промежуточном корпусе 9. Коническое колесо 25 при зацеплении со шлицевой рессорой 24 и зацеплении ее другого конца с ведущей шестерней 16 дополнительного модуля 15 обеспечивает передачу крутящего момента ведущей шестерни 16 независимо от передаточного отношения редуктора. В свою очередь ведущая шестерня 16 находится в зацеплении, по крайней мере, с двумя колесами 17 и 18, закрепленными на опорах в корпусе 14 дополнительного модуля 15. Колесо 17 находится в зацеплении с шестерней 19, рессора которой, например, может быть соединена со стартером 20 для обеспечения запуска газотурбинного привода в тех случаях, когда электрогенератор не может работать в стартерном режиме, а колесо 18 выполнено с возможностью передачи крутящего момента с созданием мест 22 и 23 подсоединения различных приводных агрегатов, например масляного и топливного насосов (на схеме не показано), необходимых для нужд газотурбинного привода.
1 ступени
2 ступени
3 ступени
редуктора
1 ступени
2 ступени
3 ступени
Каждая шестерня и каждое колесо редуктора 6 закреплены на опорах 67 в его корпусе. Ведущая шестерня 31 передает вращение двум колесами 32 и 33 первой ступени, обеспечивая при этом деление передаваемой мощности на два равных потока с передаточным отношением i. Рессоры 40 и 41 соединяют колеса 32 и 33 первой ступени с шестернями соответственно 34 и 35 второй ступени редуктора 6, передают им вращение, которое в свою очередь передает вращение находящимся с ними в зацеплении колесам 36, 37 и 38, 39 соответственно, обеспечивая при этом деление передаваемой мощности на четыре равных потока с передаточным отношением i. Колеса 36, 37 и 38, 39 второй ступени с левой и правой от своих сторон соединены рессорами 42, 43, 44, 45 и 46, 47, 48, 49 соответственно шестерни 50, 51, 52, 53 и 54, 55, 56, 57 третьей ступени, которые попарно находятся в зацеплении с соответствующими им колесами 58 и 59, закрепленными на выходном валу 60 редуктора 6, обеспечивая при этом деление передаваемой мощности на восемь равных потоков с передаточным отношением i и требуемым передаточным отношением редуктора i=i·i·i., обеспечивая тем самым требуемую частоту вращения в частности электрогенератора (на схеме не показано) в составе стационарных или блочно-контейнерных электростанций или газоперекачивающих агрегатов, или агрегатов транспортного назначения.
Введение промежуточного корпуса с размещенным в нем узлом передачи крутящего момента позволяет одновременно обеспечить передачу крутящего момента от газотурбинного привода редуктору и дополнительному модулю подключения агрегатов с требуемой частотой вращения.
Введение фланцевого разъемного соединения между корпусами редуктора, входного устройства и дополнительного модуля позволяет:
- производить замены как редуктора с одним передаточным отношением на другой, а также производить замену дополнительного модуля с одним комплектом агрегатов на другой, не влияя на их работу в отдельности;
- обеспечить возможность по желанию заказчика демонтировать или установить дополнительный модуль подключения агрегатов непосредственно в эксплуатации без демонтажа и разборки редуктора и газотурбинного привода, не нарушая передачу крутящего момента от газотурбинного привода выходному валу редуктора;
- образовать единую масляную полость между передней опорой газотурбинного привода, узлом передачи крутящего момента, редуктором и дополнительным модулем подключения агрегатов и тем самым упростить схему масляной системы газотурбинного привода за счет сокращения количества агрегатов масляной системы.
Наличие входного устройства, например, улиточного типа, через которое не проходят непосредственно вал привода и рессора, позволяет не применять для обеспечения герметичности различного типа телескопические соединения, что упрощает конструкцию и тем самым повышает надежность привода.
Введение, по крайней мере, трехступенчатого многопоточного редуктора дает возможность обеспечить равномерное распределение по всем потокам редуктора расчетной мощности зубчатых зацеплений, силы в зубчатых соединениях и подшипниковых опорах, находящихся в зацеплении пар зубчатых колес и шестерен, позволяет обеспечить требуемую прочность рессор, зубьев шестерен и долговечность подшипниковых опор редуктора в течение заданного ресурса с использованием подшипниковых опор обычного стандартного производства и с применением для их охлаждения масел общехозяйственного применения и, тем самым, улучшить эксплуатационные показатели газотурбинного привода.
Компактность габаритных размеров газотурбинного привода, его конструктивная простота, высокая эксплуатационная надежность, универсальность, доступность и возможность использования стандартных средств визуального и инструментального контроля позволяет прогнозировать ему хорошую коммерческую перспективу при использовании его в различных отраслях народного хозяйства как в пределах нашей страны, так и за рубежом.
Таким образом, реализация предложенного комплекса технических решений позволяет создать высокоэффективный универсальный дешевый газотурбинный привод внешней нагрузки с использованием освоенных материалов, технологий, конструктивных достижений, с хорошей коммерческой перспективой, с высокой эксплуатационной надежностью в течение заданного ресурса для использования его в различных отраслях народного хозяйства, в том числе в составе стационарных, передвижных и блочно-контейнерных электростанций или газоперекачивающих агрегатов, или агрегатов транспортного назначения.