Приводной газотурбинный двигатель

Приводной газотурбинный двигатель
Полезная модель относится к газотурбостроению, в частности, к устройствам газотурбинных приводов для нривода нагнетателя в составе газоперекачивающих агрегатов.
Известен приводной газотурбинный двигатель, содержащий компрессор пятнадцатиступенчатый осевой с входным направляющим аппаратом и клапанами перепуска воздуха, камеру сгорания, турбину газогенератора и силовую турбину (см. свидетельство на полезную модель RU 10425 U1, F 02 С 1/00, 16.07.99). Данный приводной газотурбинный двигатель не вполне соответствует современным экономическим и экологическим требованиям.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является расширение арсенала приводных газотурбинных двигателей, служащих для привода нагнетателя в составе газоперекачивающих агрегатов, за счет повышения его номинальной мощности при обеспечении следующих требований: взаимозаменяемость приводного газотурбинного двигателя с существующими серийными двигателями; взаимозаменяемость нагнетателя газа; уровень КПД двигателя должен соответствовать лучшим образцам в этом классе мощности для газоперекачивающих агрегатов с простым циклом (,0...34,7%), а также максимальное использование узлов и деталей серийно выпускаемых двигателей.
Поставленная задача решается тем, что в приводном газотурбинном двигателе, содержащем пятнадцатиступенчатый осевой компрессор с входным направляющим аппаратом и клапанами перепуска воздуха, камеру сгорания, турбину газогенератора и силовую турбину, входной направляющий аппарат компрессора выполнен с возможностью раскрытия
MHiiniii.ii™,Hp36
2 a-- 5- «niiif Ilia I/Ill II
F 02 С 1/00
на основных рабочих режимах на 4 ио углу установки лопаток, а турбина газогенератора выполнена трехступенчатой.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен ротор компрессора; на фиг.2 - статор компрессора; на фиг.З лопатка входного направляющего аппарата.
Приводной газотурбинный двигатель содержит компрессор, камеру сгорания турбину газогенератора и силовую турбину.
Компрессор служит для повышения давления воздуха, поступающего в камеру сгорания, выполнен пятнадцатиступенчатым осевым и состоит из ротора 1 и статора 2. Ротор 1 компрессора имеет барабанно-дисковую конструкцию и установлен с возможностью вращения на двух подшипниках качения. Передний подшипник - роликовый, допускающий осевое перемещение для компенсации изменения размеров ротора 1 и статора 2 под влиянием температур и деформации от осевых сил. Фиксирование ротора 1 в осевом направлении производится в заднем радиально-упорном шариковом подшипнике. Соединение переднего вала 3 компрессора с приводным валом центрального привода и заднего вала 4 компрессора с передним валом турбины - шлицевое. Статор 2 компрессора состоит из картера 5 компрессора, направляющих аппаратов 6 и рабочих колец 7. Передним фланцем картер 5 компрессора жестко крепится к заднему фланцу корпуса передней опоры, а к заднему фланцу картера 5 крепится передний фланец камеры сгорания. Для нормальной работы компрессора на нерасчетных режимах на картере 5 компрессора монтируют четыре клапана перепуска, которые обеспечивают перепуск воздуха из соответствующих ступеней компрессора.
Для обеспечения устойчивой работы компрессора в процессе запуска и расширения диапазона рабочих режимов двигателя предназначен входной направляющий аппарат. Одновременное изменение угла установки всех лопаток на входе в компрессор позволяет обеспечить оптимальные условия
для работы первой ступени компрессора. Входной направляющий аппарат компрессора на основных рабочих режимах раскрыт на 4 по углу установки лопаток.
Положением лопаток 8 входного направляющего аппарата в зависимости от режима работы двигателя управляет агрегат управления системы регулирования двигателя. Входной направляющий аппарат прикреплен на входе в компрессор в задней части корпуса передней опоры и состоит из направляющих поворотных лопаток 8, внутреннего кольца, разъемного наружного кольца, поворотных рычагов и ведущего кольца с зубчатым сектором. Поворотные лопатки 8 имеют две цапфы. Нижняя цапфа 9 установлена во втулке 10 внутреннего кольца, а верхняя цапфа 11 пустотелая, установлена во втулке наружного кольца. Вдоль тела всей лопатки 8 по входной кромке выполнен канал 12 обогрева лопаток горячим воздухом для исключения их обледенения. Пачало канала 12 соединено с верхней цапфой 11. В конце канала 12 сделаны два овальных выходных отверстия 13. На нижних цапфах 9 лопаток 8 смонтированы и соединены с ними поворотные рычаги. Имеющийся на лопатках 8 бурт и торцевая плоскость поворотного рычага препятствуют выпадению лопатки 8 и фиксируют ее от радиального перемещения. Внутреннее кольцо служит для установки лопаток 8, размещения поворотного механизма и крепления входного направляющего аппарата к передней опоре. Во внутреннем кольце с помощью затвора байонетного типа смонтировано ведущее кольцо. Байонетный тип затвора обеспечивает возможность необходимого углового поворота ведущего кольца. На ведущем кольце установлен зубчатый сектор, входящий в зацепление с приводной шестерней 14 и используемый для углового поворота ведущего кольца. Ведущее кольцо имеет радиальные пазы, в которых располагаются бочкообразные головки поворотных рычагов. Наружное кольцо удерживает лопатки в радиальном направлении. Входной направляющий аппарат центрируется в передней опоре.
Поворот лопаток входного направляющего аппарата происходит следующим образом. Приводная шестерня 14, входящая в зацепление с установленным в переднюю опору входного направляющего аппарата зубчатым сектором, при вращении вместе с ведущим кольцом совершает угловой поворот. Бочкообразные головки поворотных рычагов, находящиеся в пазах ведущего кольца, следуя за ним, обеспечивают одновременный поворот всех направляющих лопаток 8, Эксплуатационное ограничение поворота лопаток предусмотрено в гидроусилителе входного направляющего аппарата. В случае отказа гидроусилителя происходит «аварийный упор зубчатого сектора в щеки специального ограничителя, установленного на передней опоре.
Турбина газогенератора предназначена для привода во вращение ротора компрессора, а также агрегатов, обслуживающих двигатель, с целью увеличения КПД выполнена трехступенчатой осевой и состоит из ротора турбины и статора. Ротор турбины состоит из трех рабочих колес, сцентрированных между собой и стянутых шпильками. Ротор вращается на двух роликовых подшипниках. Передний подшипник установлен в корпусе подшипника картера турбины, а задний - в промежуточной опоре турбины. Осевые силы воспринимаются шарикоподшипником ротора компрессора. Рабочие лопатки 1 и 2 ступени охлаждаются воздухом. Статор турбины состоит из соплового аппарата первой ступени с охлаждаемыми лопатками и сопловых аппаратов второй и третьей ступеней. Наружные и внутренние кольца со вставленными лопатками образуют каналы для газа, поступающего на лопатки ротора. С целью ограничения утечки газа между ступенями турбины установлены газовые лабиринтные уплотнения.
Приводной газотурбинный двигатель работает следующим образом.
поступает в компрессор, где сжимается и поступает в камеру сгорания, в которой смешивается с поступающим туда топливным газом. Сгорая, топливно-воздушная смесь поступает на вход в турбину газогенератора, проходя через которую, расходует свою энергию на вращение ротора газогенератора, попадает в свободную турбину, где, расширяясь, приводит во вращение ротор свободной турбины, которая в свою очередь, раскручивает нагнетатель. При этом содержание окислов азота NOx в выхлопных газах двигателя не превышает 50 мг/нм (в осушенной пробе при 0°С, 0,1013 МПа и условной объёмной концентрации кислорода 15 %). Содержание окиси углерода СО в выхлопных газах двигателя не превышает 100 мг/нм (в осушенной пробе при 0°С, 0,1013 МПа и условной объёмной концентрации кислорода 15 %).
Таким образом, предложенная полезная модель позволяет расширить арсенал газотурбинных двигателей, служащих для привода нагнетателя в составе газоперекачивающих агрегатов, за счет конструктивного исполнения полезной модели, которое определяет повышенную мощность и КПД, улучшенные экологические характеристики двигателя при одновременном увеличении его ресурса.