Конструкции газотурбинных установок - Шварц В.А.
Скачать (прямая ссылка):
Необычно подключается пусковая паровая турбина судовой ГТУ мощностью 20 000 л. с, фирмы Дженерал — Электрик (см. рис. 26). В этой установке пусковая турбина мощностью 1000 л. с. постоянно соединена с валом турбокомпрессора и при работе установки непрерывно получает пар от утилизационного котла, расположенного в выпускном тракте ГТУ. Отработавший 408
в пусковой турбине пар при противодавлении 0,35 ат подается к опреснительной и отопительной системам судна, после чего пар сбрасывается в конденсатор.
Турбостартеры. В авиационной практике для пуска мощных газотурбинных двигателей применяют компрессорные турбостартеры, представляющие собой ГТУ небольшой мощности. При одиовальном исполнении эта ГТУ должна быть снабжена гидравлической муфтой для плавного включения основного двигателя после того, как турбостартер наберет необходимое число оборотов. Кроме гидравлической муфты обычно предусматривается и механическое разобщение ведомого вала муфты с ротором турбокомпрессора. Если в установке предусмотрен двух-вальный турббстартер со свободной силовой турбиной, необходимость в гидромуфте отпадает. Турбокомпрессорные стартеры могут быть использованы не только в авиационных ГТУ, но и в стационарных или транспортных автономных установках, где отсутствуют внешние источники энергии для пуска.
В качестве пусковых двигателей для авиационных ГТУ используют также бескомпрессорные турбостартеры — высокооборотные турбины, на лопатках которых срабатывается перепад давлений какого-либо газообразного вещества. Один из турбостартеров с питанием от внешнего источника сжатого воздуха описан в разделе «Пневматические двигатели». Мощность такого стартера может быть значительно повышена, если воздух перед поступлением на лопатки турбины будет подогрет в камере сгорания. В связи с тем, что стартер работает несколько секунд, температура газа перед турбиной может быть поднята до 2000° С. Такой топливо-воздушный стартер применен в частности на турбореактивном двигателе «Эвон», который широко используется в стационарных ГТУ в качестве турбокомпрессора. Топливо-воздушный стартер мощностью 300—500 л. с. имеет массу немногим более 30 кг вместе со всеми пусковыми устройствами.
На аналогичном принципе основана работа турбостартеров, работающих на пороховых газах. Рабочим телом высокооборотной турбины явлются газы, полученные в результате горения порохового пиропатрона. Эти стартеры нашли применение не только в авиационных ГТУ, но и во многих стационарных и транспортных установках малой мощности.
Пороховые стартеры использует фирма Аллен для судовых вспомогательных ГТУ мощностью 200 л. с. и 350 квт. В ГТУ мощностью 200 л. с. стартер содержит два патрона с зарядами по 750 г пороха. Турбина, работающая на пороховых газах, раскручивает ротор ГТУ до 9000 об/мин за 3 сек (номинальное число оборотов 23 000 в минуту). В случае неудачного пуска автоматически включается второй патрон. Время с момента пуска до принятия полной нагрузки равно 35 сек.
409
Двигатели внутреннего сгорания. Газотурбинные установки энергопоездов пускают с помощью двигателей внутреннего сгорания —• карбюраторных или дизельных. Эти двигатели характерны тем, что наибольшая мощность может быть получена при числе оборотов, близком к максимальному, в то время как при пуске ГТУ наибольшая мощность потребляется в начальный период разворота установки; по достижении 50% числа оборотов пускового двигателя потребляемая мощность начинает падать, уменьшаясь до нуля в момент отключения двигателя при максимальном числе его оборотов. Из-за несоответствия характеристик двигателя внутреннего сгорания и ГТУ мощность пускового двигателя приходится выбирать с большим запасом.
Отношение мощности пускового двигателя к мощности, потребляемой ГТУ в период пуска, составляет около 2 для карбюраторного двигателя, для дизельного — несколько выше. Для установки ГТУ-4 мощностью 4000 кет Калужского турбинного завода мощность пускового двигателя должна составлять 325 л. с. для дизельного и около 270 л. с. для карбюраторного двигателя, в то время как фактическая потребная пусковая мощность равна 140 л. с. [4].
Пусковой дизель американской ГТУ мощностью 8500 кет имеет мощность 500 л. с. Такие мощные двигатели внутреннего сгорания обычно выполняют низкооборотными и для соединения с валом турбокомпрессора они требуют применения специальной повышающей передачи. Передача может быть объединена с коробкой приводов вспомогательных механизмов или с редуктором вспомогательного генератора. При этом необходимо предусмотреть муфту сцепления между пусковым двигателем внутреннего сгорания и валом турбокомпрессора.
Фрикционные муфты сцепления очень быстро изнашиваются, особенно при тяжелом роторе турбокомпрессора. Гидравлическая муфта имеет значительно лучшую характеристику, чем фрикционная: ликвидируется вероятность остановки пускового двигателя в случае его перегрузки, устраняется износ элементов, муфты и достигается возможность автоматизации пуска вследствие регулирования муфты. Наиболее простой способ регулирования — по степени заполнения муфты жидкостью. При полном опорожнении муфта не передает крутящий момент. Однако при опорожнении гидромуфты ее турбинное колесо и ротор ГТУ должны быть механически разобщены во избежание вентиляционных потерь и перегрева муфты из-за циркуляции в ее контуре воздуха.
