Конструкции газотурбинных установок - Шварц В.А.
Скачать (прямая ссылка):
корпус судна вместе с движителями экономического хода поднимается над водой и последние не оказывают сопротивления движению судна.
Передача большой мощности от двигателя к винту через вертикальные колонки встречает ряд конструктивных затруднений. С этой точки зрения может представить интерес предложенный В. Ю. Тихоплавом [26] конструктивный вариант схемы ГТУ с разделенным расходом газа. Подобная схема уже использовалась в корабельных установках (ГТУ EL-60 фирмы Инглиш Электрик). Применение этой схемы позволяет расположить силовую турбину с камерами сгорания непосредственно в подводной гондоле, чем исключается сложная кинематическая связь между двигателем и винтом (рис. 32). На палубе установлен
турбокомпрессор; после компрессора 1 около 2/3 воздуха поступает в камеры сгорания 2 и далее в компрессорную турбину 3, а около V3 воздуха ^поступает по трубопроводу 5 в пустотелой стойке к камере сгорания 9 и силовой турбине 10. Выпускные газы отводятся по трубопроводу 6. Момент от силовой турбины передается через планетарный редуктор 11 на винт 12.
If 3 2 1
Рис. 32. Схема ГТУ с разделенным расходом газа:
1 — компрессор; 2 — камера сгорания высокого давления;
3 — компрессорная турбина; 4 — выпускной патрубок компрессорной турбины- 5 — трубопровод для подвода воздуха к силовой турбине- 'б — выпускной трубопровод силовой турбины;
7 _ трубопровод подвода смазкн; 8 — топливный трубопровод; д — камера сгорания низкого давления; 10 — силовая турбина низкого давления: 11 — планетарный редуктор; 12 — винт
На малых ходах и при маневрировании топливо к камерам сгорания 9 можно не подводить — при этом турбина 10 работает на сжатом воздухе; ее мощность в этом режиме составляет 35— 45% максимальной. Такая схема возможна и с тянущим винтом.
Преимуществами этих схем наряду с упрощением передачи мощности от двигателя на винт является возможность располо-
47
жения турбокомпрессорного агрегата в кормовой части судна, эффективное глушение шума силового агрегата, находящегося в подводной гондоле, возможность доступа к силовой турбине, редуктору и винту при выполнении крыльев откидными. Тянущий винт может быть осуществлен суперкавитирующим, так как он работает в невозмущенном потоке. Недостатками служат повышенные потери давления в газовоздушном тракте, усложнение и удорожание конструкции собственно газотурбинной установки.
Особые требования предъявляются также к виду топлива для кораблей на подводных крыльях. При движении на крыльях в холодное время корпус судна полностью омывается воздухом и охлаждается сильнее, чем на обычных судах, где цистерны расположены в подводной части и температура корпуса определяется температурой воды. Вследствие этого в судах на подводных крыльях обычно применяемое дизельное топливо становится настолько вязким, что для его перекачки из цистерн насосами требуется предварительный разогрев. В данном случае желательно использование менее вязкого топлива.
Вспомогательные ГТУ
Вспомогательные ГТУ используют для привода бортовых и аварийных электрогенераторов, стационарных и переносных пожарных и осушительных насосов. Основные требования, предъявляемые к двигателям, приводящим в движение вспомогательные генераторы, сводятся к длительной их работе при малых удельных расходах топлива. Поскольку мощность генератора обычно не превышает 1000 квт, создание высокоэкономичной ГТУ для столь малой мощности является сложной проблемой. Фирма Аллен пошла в этой области по пути применения сложных схем. В установке мощностью 1000 квт был использован регенератор со степенью регенерации 70%, а в установке мощностью 500 квт — промежуточный воздухоохладитель. К. п. д. этих установок достигал соответственно 19,75 и 21,25%. Фирма Рустон предложила для привода вспомогательного генератора стандартную промышленную установку TA с к. п. д. 16%. Эти установки снабжены осевыми компрессорами. В установках меньшей мощности с центробежными компрессорами к. п. д. не лревышает 9—12%.
Так как ГТУ малой мощности по экономичности не могут конкурировать с дизельными двигателями, их применяют там, где необходимы малые размеры установки и небольшая ее масса, т. е. они имеют преимущество только для кораблей на подводных крыльях с ограниченным временем между заправками. При длительной работе малоэкономичной ГТУ сумма масс установки и
израсходованного топлива заметно больше, чем для дизельгене-ратора.
Существенный экономический эффект может быть получен при использовании уходящих газов вспомогательной ГТУ в утилизационном котле, вырабатывающем пар для судовых нужд во время стоянки. При этом появляется возможность отключения котлов основной паротурбинной установки. На американском лайнере «Пионер Мур» вспомогательный газотурбогенератор мощностью 600 квт фирмы Солар полностью обеспечивает паром судно на стояночных режимах. Общий расход топлива для вспомогательных ГТУ с утилизационным котлом в 1,3—1,5 раза меньше, чем для дизель-генератора с отдельным вспомогательным котлом [23].
Использование ГТУ для привода аварийных систем — электрогенераторов, пожарных и осушительных насосов, генераторов инертного газа и других эпизодически действующих механизмов — является наилучшим вариантом из всех ныне существующих. В этих установках экономичность не имеет существенного значения, а основную роль приобретают быстрый пуск, простота и надежность, малая масса и размеры, возможность ручного пуска, полностью автономная работа без каких-либо внешних источников энергии. ГТУ в отличие от двигателей внутреннего сгорания и паротурбинных установок всегда готовы к немедленному включению; они не нуждаются в присмотре и уходе в период длительного бездействия, поскольку их основные детали изготовлены из нержавеющих материалов.
