Конструкции газотурбинных установок - Шварц В.А.
Скачать (прямая ссылка):
Представляет интерес конструкция дисковой матрицы опытного регенератора фирмы Парсонс (рис. 289). Регенератор
Рис. 289. Дисковая матрица регенератора ГТУ фирмы Парсонс
38?
предназначен для автомобильного двигателя мощностью 120 л. с. Набивка матрицы выполнена из металлической проволоки и во избежание перетекания воздуха в тангенциальном направлении размещена в 24 отдельных камерах. Каждая камера имеет круглые входной и выходной патрубки, которыми она закреплена в общих кольцевых стенках диска. Этим достигается свобода температурных расширений каждой камеры и эффективность работы уплотнений, соприкасающихся с плоскими поверхностями кольцевых стенок. Исследования аппарата на стенде показали,
что перетечки воздуха при полной нагрузке (давление воздуха 3 ата) не превышают 4%. Отношение проходных сечений по газу и воздуху — 2:1, поверхность теплообмена около 0,2 м2, расход воздуха 1,36 кг!сек, число оборотов матрицы 30 в минуту.
На рис. 290 показан экспериментальный регенератор с дисковой матрицей фирмы Форд. Набивка матрицы образована плоской и гофрированной лентами, намотанными на втулку. Диаметр втулки 102 мм, внешний диаметр диска 560 мм, ширина ленты 76 мм, ее толщина 0,05 мм. Общая длина ленты 535 м, ее масса
16 кг, число каналов 250 тыс., эквивалентный размер канала 0,66 мм, коэффициент плотности набивки 5040 м2/м3. Материал ленты — нержавеющая сталь. Отношение проходных сечений по газовой и воздушной стороне составляет 2:1, степень регенерации — 80%, потери давления по газовой стороне — менее 7%, число оборотов ротора — 20 в минуту. Ротор вращается в двух графитовых подшипниках, расположенных внутри втулки.
Наряду с дисковыми матрицами в автомобильных двигателях получили применение и барабанные матрицы. В ряде случаев барабанные матрицы обеспечивают определенные компоновочные преимущества двигателя. Использование барабанных матриц характерно для двигателей фирмы Дженерал Моторе (см. рис. 66). Регенератор представляет собой два барабана, расположенных по обеим сторонам корпуса турбин. Между боковыми стенками барабанов размещена металлическая набивка. Воздушная и газовая полости разграничены перемычкой 8 и уплотнениями 7. Отношение проходных сечений по газу и воздуху— примерно 2: 1. Барабаны приводятся в движение шестер-384
1 Z 3
¦Рис. 290. Экспериментальный дис-ковый регенератор фирмы Форд:
J — матрица; 2 — корпус; 3 — уплотнение
ней 11, получающей вращение от гидромотора, питаемого от электронасоса. Этим обеспечивается постоянство числа оборотов (20—30 в минуту) независимо от режима работы установки. Опорой барабана служит ролик 12. Внутренняя полость барабана является воздухосборником; в ней помещены четыре камеры 17, сгруппированные попарно по обе стороны турбины в плоскости, перпендикулярной к оси установки. Камеры представляют собой перфорированные пламенные трубы без корпусов, так как воздухосборник является их общим корпусом. Компоновка не имеет трубопроводов, соединяющих элементы установки с регенератором, поэтому потери давления в газовоздушном тракте минимальные. Степень регенерации составляет 80%.
Более совершенный двигатель GT-305 «Огненный вихрь» мощностью 225 л. с. имеет аналогичную конструктивную схему регенератора. Степень регенерации поднята до 86%, число оборотов барабанов составляет 30 в минуту. Набивка матрицы выполнена из проволоки. Внешний диаметр матрицы 542 мм, ширина 206 мм, глубина в радиальном направлении 50,8 мм. Привод барабанов осуществляется от вала турбокомпрессора через систему косозубчатых шестерен и червячную передачу с общим передаточным отношением около 1000. Перетечки воздуха на газовую сторону в уплотнениях составляют 2,5% при холостом ходе и 4% при полной нагрузке. Дополнительная перетечка воздуха в обход матрицы не превышает 1 % — эта величина в данной конструкции относительно мала благодаря низким потерям давления при проходе воздуха через матрицу [116].
Периодические изменения температуры в набивке, свойственные регенеративным теплообменникам, весьма незначительны: так, максимальная неравномерность в окружном направлении не превышает 55° С; в то же время благодаря высокой эффективности поверхности теплообмена в радиальном направлении на длине всего 50,8 мм перепад температур достигает 470° С.
Двигатель GT-309 мощностью 280 л. с. фирмы Дженерал Моторе (см. рис. 65) имеет аналогичный по конструкции регенератор со степенью регенерации 90%. Привод барабанов осуществляется через зубчатую передачу с фрикционной муфтой от вала силовой турбины низкого давления. Число оборотов барабана 30 в минуту. Регенератор исключает необходимость в глушителе шума выпуска и вместе с тепловой изоляцией существенно понижает излучение тепла в окружающую среду.
В литературе указывается также, что можно создать турборегенератор — матрицу с небольшими турбинными лопатками на периферии или с радиальными перемычками, которым придана изогнутая форма. Матрица вращается под воздействием на лопатки потока, движущегося через регенератор. На рис. 291 показан турборегенератор фирмы Парсонс. Неподвижные лопат-25 Заказ 1063 385
