Конструкции газотурбинных установок - Шварц В.А.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 117: Поворотный направляющий аппарат компрессора
ГТУ мощностью 50 000 квт:
1 — ведущая лопатка; 2 — неподвижное кольцо; S — шестерня; 4 — рычаг; 5 — подвижное кольцо; 6 — ведомая лопатка
Привод каждой лопатки можно выполнить со стороны внешней или внутренней цапфы — это в одинаковой степени приемлемо для рычажного и зубчатого привода.
Существует два варианта перемещения поворотного зубчатого кольца: непосредственным воздействием сервомеханизма (электрического, пневматического, гидравлического) на поворотное кольцо (рис. 114 и 115) и воздействием механизма на одну ведущую лопатку, с которой связано кольцо, соединенное с остальными ведомыми лопатками (рис. 117 и 118). В аппарате, изображенном на рис. 118, крутящий момент передается с внешней цапфы ведущей лопатки через ее тело на внутреннюю цапфу и далее через рычаг на поворотное кольцо.
В связи с большим диаметром и малой жесткостью поворотного кольца возможно заклинивание или заедание его в направляющих. При передаче момента от поворотного механизма к кольцу через ведущую лопатку возможны деформации и поломки ее элементов — цапф, шпонок, штифтов или тела лопат-
185.
жи. Чтобы избежать этого, а также чтобы уменьшить перестановочные усилия, в опорах лопаток и кольца можно установить тела качения — ролики или шарики. В поворотном аппарате, показанном на рис. 116, рычаг каждой лопатки соединен с общим торцовым диском при помощи отдельных стяжек. Перемещением диска в осевом направлении достигается поворот рычагов с лопатками. Стяжки в местах крепления имеют сферические шарниры. Особенностью конструкции этого аппарата является простота установки лопаток под одинаковым углом при сборке узла (это достигается путем индивидуальной регулировки длины каждой стяжки). Обычно же при сборке поворотных направляющих аппаратов лопатки устанавливают в •одинаковом положении, после чего их рычаги или зубчатые секторы жестко фиксируют на цапфах с помощью шпонок и штифтов. Высокая температура газа накладывает специфический отпечаток на конструкцию поворотного направляющего аппарата турбины. В ГТУ фирмы Дженерал — Электрик поверхности цапф ¦лопаток закалены; втулки выполнены из алюминиевой бронзы. Во втулках выполнены осевые отверстия, через которые циркулирует охлаждающая вода. Во избежание значительных перетечек газа по торцам поворотных лопаток соответственно подбирают их конфигурацию, а также форму прилегающих сегментов. Кроме того, на каждой лопатке имеются пружинные элементы, создающие постоянное нажатие лопатки в радиальном направлении и плотное прилегание ее к сегментам.
В некоторых конструкциях турбин опорные втулки лопаток выполняют графитными или выносят их как можно дальше от потока горячего газа.
Поворотные направляющие аппараты радиальных турбомашин. Конструктивное оформление поворотных направляющих аппаратов центробежных компрессоров и центростремительных турбин обычно проще, чем осевых, так как цапфы лопаток размещают параллельно оси ротора на общей окружности.
В осевых турбомашинах, лопатки можно крепить как консольно (см. рис. 67, 68), так и на двух опорах.
Направляющие аппараты с различными приводными механизмами изображены на рис. 119 [22]. В рычажном приводе пред-
186
Вид А
Рис. 118. Поворотный направляющий аппарат компрессора ГТУ A-129 фирмы Блекборн:
1 — корпус компрессора; 2 — ведущая лопатка; 3 — ведомые лопатки; 4 — поворотное кольцо
усмотрены винтовые стяжки, допускающие индивидуальную регулировку угла установки каждой лопатки. Отличительной особенностью конструкции привода, изображенного на рис. 119, о, является расположение его внутри корпуса компрессора, благодаря чему отпадает необходимость в уплотнении цапф лопаток в местах их выхода из корпуса (компрессор предназначен не для ГТУ, но применение такого привода в газотурбинных компрессорах не исключено).
Рис. 119. Поворотные направляющие аппараты радиальных турбомашин:
а — диффузор компрессора фирмы Броун-Бовери; б, в, г — турбин ГТУ и нагне
тателей
Для сохранения постоянного радиального зазора между выходной кромкой лопатки и рабочим колесом турбины необходимо, чтобы ось поворота лопатки проходила через выходную кромку. Это может быть достигнуто применением круглых бобышек, расположенных по обеим сторонам лопатки (рис. 119, б); ¦бобышки позволяют упростить организацию уплотнения цапфы в месте выхода ее из корпуса. Практически неизменный радиальный зазор сохраняется и в конструкциях, показанных на рис. 119, в, г, где в отличие от описанных выше конструкций привод лопатки осуществлен не через ее цапфу, а с помощью пальца, в го время как ось поворота лопатки фиксирована штифтом, расположенным вблизи выходной кромки.
187
В судовой реверсивной центростремительной турбине низкого давления (см. рис. 33, а) сопла выполнены в виде фигурных каналов в цилиндрических поворотных цапфах. При повороте сопел на любой угол сечение их горла не меняется, благодаря чему нагрузка турбокомпрессора остается неизменной — этим упрощается регулирование установки и достигаются высокие маневренные показатели при реверсировании.
