Конструкции газотурбинных установок - Шварц В.А.
Скачать (прямая ссылка):
Вращающиеся регенераторы выполняют с дисковыми или с барабанными матрицами (рис. 287). Дисковые имеют осевое движение теплоносителей (относительно оси вращения матрицы), барабанные — радиальное. В статоре 2 регенератора выполнены каналы для подвода и отвода воздуха. Газ проходит в направлении, обратном движению воздуха. Матрица 4 приводится в движение внешним приводом 6. Между воздушным и газовым каналами, а также на периферии матрицы устанавливают скользящие уплотнения 7 и 8, которые ограничивают утечки с воздушной стороны на газовую и с газовой стороны в атмосферу.
Расчет и проектирование вращающихся регенераторов подробно освещены в работе В. Хринижака [30].
Рассмотрим конструкции некоторых дисковых и барабанных регенераторов автомобильных ГТУ и их параметры.
В двигателе мощностью 120 л. с. фирмы Крайслер применен дисковый регенератор с вертикальной осью вращения. Диаметр теплообменного элемента 485 мм, толщина 76 мм. Воздух из компрессора поступает по напорному патрубку в воздухосборник, расположенный в верхней части двигателя, откуда идет вниз через матрицу; газ движется снизу вверх. Степень регенерации составляет 83% на полной нагрузке и 87% при одной четверти нагрузки. Двигатель CR-2A мощностью 140 л. с. (см. рис. 64, а) также снабжен дисковым регенератором с вертикальной осью, расположенным в цилиндрической камере в верхней части двигателя. Привод диска осуществляется от вала турбокомпрессора с передаточным отношением 2800, что обеспечивает число оборотов диска 16—17 в минуту. Степень регенерации составляет 90%, потеря давления — 4%, утечки воздуха — 4%. Аналогичный дисковый регенератор применен и в автомобильном двигателе мощностью 250 л. с. шведской фирмы Волво (см. рис. 69). Отличительной особенностью регенератора является крепление диска на подшипниках качения. Степень регенерации равна 86%.
Расположение регенератора в верхней части двигателя оказалось не вполне удачным, и в дальнейшем фирма Крайслер отказалась от подобной компоновочной схемы и взяла схему, принятую фирмами Дженерал Моторе и Ровер: в двигателях этих фирм регенератор выполнен в виде двух вращающихся матриц, расположенных по обеим сторонам корпуса турбин. При 380
этом сокращается высота двигателя, что облегчает его компоновку на автомобиле (особенно в задней части кузова), уменьшаются размеры матриц и достигается симметрия газовоздушного тракта.
На рис. 64, б показан двигатель А-831 мощностью 140 л. с. фирмы Крайслер. Две дисковых матрицы регенератора расположены по бокам корпуса, их оси размещены на уровне оси двигателя под углом 90° к ней. Диаметр диска 383 мм, число оборотов от 9 в минуту на холостом ходу до 22 в минуту при максимальной нагрузке. Диск приводится в движение зубчатой
Рис. 288. Элементы керамического регенератора ГТУ 2S/150 фирмы Ровер
передачей от редуктора вспомогательных механизмов турбокомпрессора. Матрица имеет набивку из листовой омедненной нержавеющей стали в виде сотовой конструкции. Диск не разделен на отсеки; перетекание воздуха предотвращается торцовыми уплотнениями, вплотную прилегающими к набивке.
Подобная схема размещения регенератора, использованная и в автомобильном двигателе фирмы Остин (см. рис. 68), дает общее представление о размерах и компоновке регенератора.
Принципиально новое решение в создании высокоэффективных регенераторов приняла английская фирма Ровер. В автомобильном двигателе на базе ГТУ 2S/150 (см. рис. 67) применен регенератор с матрицами из керамического материала «Керкор», разработанного американской фирмой Корнинг Гласс Уоркс. Ранее эта фирма участвовала в создании матрицы со стеклянной набивкой. Материал «Керкор» имеет высокую теплостойкость и малый коэффициент расширения. Исследования показали, что материал сохраняет работоспособность при температуре 900° С, в то время как предельный уровень температуры для металлических матриц не превышает 650° С. На рис. 288 показаны эле-382
менты регенератора. Диск выполнен из керамического материала, набивка имеет ячеистую структуру, а втулка и обод — сплошные. Диаметр диска 445 мм, толщина 76 мм. Каналы для прохода теплоносителей имеют треугольное сечение длиной 0,96 мм, высотой 0,5 мм; толщина перемычек 0,125 мм. Степень регенерации 90%, утечка воздуха менее 3%, число оборотов матрицы при полной нагрузке 20 в минуту, мощность, затрачиваемая на привод матрицы, 0,5 л. с. В регенераторе использованы новые конструктивные решения в части привода диска. Так, зубчатый венец на ободе склепан из двух частей и соединен с матрицей не жестко, а соосно дистанционирован относительно*
керамической матрицы кольцевыми пружинами из сплава Ни-моник 90; материал зубчатого венца — углеродистая сталь. Диск приводится в движение цепной передачей и поддерживается в радиальном направлении тремя опорами скольжения — башмаками.
Применение керамических матриц ряд лет привлекало внимание конструкторов. До разработки материала «Керкор» предпринимались попытки создания регенераторов с керамическими матрицами, но в предыдущие годы не могли получить керамические диски необходимого размера, поэтому фирма Парсонс предложила конструкцию регенератора с четырьмя малыми дисковыми матрицами вместо одной большой. Автомобильный двигатель мощностью 120 л. с. с подобным регенератором изображен на рис. 70. Каждый диск имеет на периферии зубчатый венец, входящий в зацепление с центральной шестерней, приводимой в движение от гидромотора. Насос, питающий гидромотор, связан с турбокомпрессором.
