Конструкции газотурбинных установок - Шварц В.А.
Скачать (прямая ссылка):
Для сокращения расстояния между опорами в двухопорных роторах или уменьшения величины консоли в консольном роторе турбокомпрессора можно использовать такое конструктив-
197
CO
OO
Рис. 127. Роторы одноступенчатых центробежных компрессоров:
л rTV мпгттипгтып 2^0 л с Лиомы Стандаот Motodi б — ГТУ 2S/150 фирмы Ровер; в — ГТУ «Брилл Марк II» фирмы Бадворт, г _ ГТУ Т-16 фирмы Дейт'ц; д — ГПЖН завода «Экономайзер»; е — ГТУ «Артуст» фирмы Турбомека; :wc— ГТУ TE фирмы Рустон; з ____________ гху фирмы Ричардсоне Вестгарт (цикл Худри); и — ГТУ 6002 фирмы БМВ; к — ГТУ 520 фирмы Боинг
ное решение, при котором BHA или всю крыльчатку выполняют с увеличенной расточкой, а внутри крыльчатки располагают суппорт с подшипником (рис. 127, в). Лабиринтное уплотнение компрессора в такой конструкции может быть вынесено на внутреннюю сторону расточки крыльчатки. Лабиринтное уплотнение может быть расположено внутри выточки на передней части ВНА, благодаря чему передний подшипник двухопорного ротора придвинут вплотную к рабочему колесу (рис. 127, е). Таким же образом организовано уплотнение в двигателе ГПЖН завода «Экономайзер» (рис. 127, <Э). Консольный ротор турбокомпрессора имеет очень глубокую выточку на валу, которая позволяет до минимума сократить расстояние от подшипника до центра тяжести ротора (рис. 127, г).
ГТУ малой мощности, применяемые для аварийной службы и другой кратковременной работы, должны отличаться простотой конструкции и иметь малый вес, что достигается даже в ущерб экономичности. В этих установках большой популярностью пользуются радиальные роторы с центробежными компрессорами и центростремительными турбинами. Роторы такого типа используют также в установках с очень малым расходом воздуха (рис. 127, а — д и 128). Ротор, изображенный на рис. 128, в, характерен тем, что рабочие колеса компрессора и турбины совмещены в одной поковке. Недостатком подобной схемы являются повышенные перетечки воздуха из компрессора к турбине, так как лабиринтное уплотнение вынесено на периферию рабочего колеса компрессора. Кроме того, благодаря интенсивному отводу тепла от горячего диска турбины к крыльчатке компрессора происходит нагрев воздуха при сжатии его в компрессоре; к. п. д. компрессора поэтому понижается примерно на 1%, но вследствие отвода тепла появилась возможность выполнить колесо турбины из ферритной стали.
Аналогичный ротор, выполненный из одной поковки, был применен также в турбокомпрессоре высокого давления автомобильного газотурбинного двигателя 704 фирмы Форд (рис. 128, а). Использование такой схемы было вызвано высокой температурой перед турбиной (/= 927° С) и большими напряжениями в рабочем колесе турбины (число оборотов ротора 91 500 в минуту).
Ротор турбокомпрессора, показанный на рис. 128, в, опирается на подшипники, расположенные по обеим сторонам рабочих колес, все остальные ГТУ подобного типа имеют консольные роторы с расположением обоих подшипников со стороны компрессора и отдельными рабочими колесами компрессора и турбины. Это позволяет устанавливать лабиринтное уплотнение на малом диаметре между рабочими колесами.
Роторы с малым диаметром валов и большими консолями обычно имеют очень низкое критическое число оборотов рото-200
pa — значительно ниже числа оборотов холостого хода. Так, в ГТУ фирмы Стандарт Мотор (рис. 127, а) критическое число оборотов ротора составляет 4000 в минуту при рабочем числе оборотов 24 ООО в минуту.
Необычное рабочее колесо компрессора выполнила фирма Крайслер. Крыльчатка имеет двухрядный ВНА, лопатки которого свободно установлены в пазах вала и стянуты предварительно нагретым стальным бандажом. Лопатки BHA и крыльчатка закрытого типа изготовлены из алюминиевого сплава.
Рис. 128. Общий вид роторов центробежных компрессоров:
а — модели 704 фирмы Форд (турбокомпрессор высокого давления); б — ГТУ 520 фирмы Боинг; в — ГТУ мощностью 200 л. с. фирмы Аллен
В последующей модели двигателя фирма отказалась от крыльчатки закрытого типа, но сохранила двухступенчатый ВНА. На рис. 64, б показана ГТУ мощностью 140 л. с. Первая ступень BHA отлита из стали, вторая ступень выполнена как одно целое с крыльчаткой из алюминиевого сплава и образована отогнутыми входными кромками лопаток. Кромка каждой второй лопатки отогнута, остальные лопатки имеют укороченный входной участок. (Такую же конструкцию имеет рабочее колесо с одноступенчатым BHA в двигателе CR-2A, рис. 64).
Чтобы повысить расход воздуха в центробежных компрессорах, применяют двусторонний вход. Эта схема, хорошо известная в авиационной практике, на нашла сколько-нибудь широкого использования в стационарном и транспортном газотурбостроении, так как при повышенных расходах воздуха целесообразнее
201
выполнять осевой компрессор. Только в одной ГТУ мощностью 400 л. с. модели 520 фирмы Боинг применен центробежный компрессор с двойным входом (рис. 128, б). Расход воздуха составляет 2,27 кг/сек. Благодаря очень большой окружной скорости (530 м/сек) достигнута необычно высокая степень повышения давления (6,5). К крыльчатке из алюминиевого сплава с обеих сторон прикреплены на штифтах направляющие аппараты, изготовленные из стальных поковок.
