Конструкции газотурбинных установок - Шварц В.А.
Скачать (прямая ссылка):
181
газа и высокой степени сжатия на частичных нагрузках. Для этого же используют поворотные сопла и в турбинах — как радиальных, так и осевых. Поводом для использования поворотных направляющих аппаратов в свободных силовых турбинах низкого давления является возможность создания тормозящего момента (в автомобильных ГТУ) или реверсирования (в центростремительных турбинах судовых ГТУ).
Поворотные направляющие аппараты турбин необходимо проектировать с учетом их работы при высоких температурах. Однако кинематика перемещения элементов привода остается общей как для компрессоров, так и для турбин. Исходя из этого рассмотрим две группы поворотных направляющих аппаратов: для осевых турбомашин и для радиальных ¦— центробежных компрессоров и центростремительных турбин.
Поворотные направляющие аппараты осевых турбомашин. Одним из основных требований, предъявляемых к конструкции поворотных лопаток, является обеспечение одинаковой геометрии всех межлопа-точных каналов. Это достигается соблюдением точного положения оси лопаток и минимальными зазорами во всех звеньях поворотного механизма. Поворотный механизм может фиксировать или любое промежуточное положение лопаток в зависимости от режима работы турбокомпрессора, или одно из крайних положений: «Прикрыто» при пуске и «Открыто» под нагрузкой.
Лопатки можно крепить в корпусе консольно или на двух цилиндрических цапфах. Консольное крепление приемлемо для коротких лопаток и требует поддержания точного радиального положения оси лопаток. Кроме того, при консольном креплении длинных лопаток не всегда достигается необходимая их изгиб-ная и вибрационная прочность.
На рис. 112 показан направляющий аппарат компрессора с консольными лопатками. Для фиксации радиального положения оси лопатки выполнена круглая торцовая бобышка, а радиальные и осевые зазоры в поворотном соединении сведены к минимуму. На рис. 113 показан поворотный входной направляющий аппарат компрессора стационарной ГТУ с консольными лопатками; их цапфы имеют значительную длину, благодаря чему 182
ющий аппарат компрессора авиационной ГТУ
на каждой цапфе размещено по две подшипниковых втулки и тем самым обеспечена точная фиксация радиального положения лопаток. Аналогичную конструкцию имеют и поворотные сопла автомобильных ГТУ фирмы Крайслер (рис. 114 и 115) с радиальным расположением осей лопаток и фирмы Ровер
Рис. 113. Поворотный направляющий аппарат компрессора стационарной ГТУ мощностью 5000 квт фирмы Дженерал — Электрик:
1 — электродвигатель; 2 — редуктор; 3 — кольцо; 4 — рычаг; 5 — опора качения; 6 — поворотная лопатка
(см. рис. 67) с наклонным расположением осей.
Консольные лопатки можно крепить не во внешнем корпусе, а во внутреннем кольце входной части. Аналогично крепят лопатки направляющего аппарата воздушной турбины фирма Зульцер (рис. 116).
В большинстве поворотных направляющих аппаратов применяют двухопорные лопатки, несмотря на свойственную им сложность конструкции. На рис. 117 и 118 изображены поворотные направляющие аппараты с двухопорными лопатками. Для возможности сборки такого аппарата одно из колец, в котором закреплены втулки подшипников, выполняют с вертикальным разъемом по оси лопаток.
Рис. 114. Поворотный направляющий аппарат турбины низкого давления ГТУ CR-2A фирмы Крайслер:
I — система регулирования; II — положение лопаток на малых нагрузках; III — положение лопаток на режиме полной мощности; IV — положение лопаток при . торможении двигателем
183
Каждая лопатка на внешней или внутренней цапфе имеет рычаг, или зубчатый сектор, которыми лопатка соединена с об-
Рис. 115. Поворотный направляющий аппарат турбины низкого давления ГТУ А-831 фирмы Крайслер:
а — подача масла от насоса, связанного с трансмиссией автомобиля; б — вход масла; / — положение лопаток при торможении двигателем; Il — положение лопаток на малых нагрузках; Ill — положение лопаток на режиме полной мощности; I — золотник; 2 — поворотный клапан; 3 — педаль подачи топлива; 4 — поворотные лопатки в сборе с кольцом
щим поворотным кольцом. Кольцо поворачивается с помощью привода на небольшой угол, перемещая одновременно все лопатки. Рычажный привод изображен на рис. 112, 114 и 117. Поворотное кольцо имеет радиальные пазы, в которые входят сферические наконечники рычагов лопаток. Необходимость в сферических наконечниках вызвана тем, что при повороте рычаг перемещается в плоскости, касательной к корпусу компрессора, а кольцо поворачивается в плоскости, перпендикулярной к оси компрессора, поэтому точка соприкосновения наконечника рычага и прорези кольца при повороте движется по радиусу и под углом
Поворотное кольцо можно разместить как внутри ... _ _ корпуса (рис. 117), так и сна-
Рис. 116. Поворотный направляющим 1 , ію\ и
аппаоат воздушной турбины фирмы ружи (рис. 113). Наружное Зульцер крепление требует уплотне-
184
ния каждой лопатки в месте выхода ее из корпуса специальным манжетом или за счет минимальных зазоров в цапфах.
Направляющий аппарат с зубчатыми секторами, закрепленными на цапфах лопаток и соединенными с общим коническим зубчатым колесом, показан на рис. 115.
