Конструкции газотурбинных установок - Шварц В.А.
Скачать (прямая ссылка):
Таким образом, существует множество факторов, влияющих на выбор числа 'ступеней турбины, причем как мало-, так и многоступенчатые конструкции вполне жизнеспособны и имеют достаточно широкое применение. На выбор конструкции оказывают влияние также традиции и производственные возможности за-вода-изготовителя. Предприятия, специализированные на выпу-
211
ске компактных и легких авиационных газотурбинных двигателей, тяготеют и в стационарных ГТУ к турбинам с малым числом ступеней и консольными роторами, а заводам, изготовляющим паровые турбины, более свойственны ГТУ с многоступенчатыми турбинами.
В установках, работающих на тяжелом топливе, приемлемый к. п. д. установки может быть достигнут только при большом числе ступеней в турбинах. Таким образом выполнены судовые установки фирмы Бритиш Томпсон Хаустон, предназначенные для работы на мазуте. В ГТУ мощностью 5500 л. с. при степени повышения давления 6,1 общее число ступеней в турбинах высокого и низкого давления равно 13. Из внешних факторов, влияющих на число ступеней турбины, может иметь значение концентрация взвешенных частиц в потоке газа (установки на твердом топливе, на доменном газе или турбокомпрессоры, включенные в цикл нефтеперегонных и химических предприятий). Чтобы избежать эрозии лопаток при большой концентрации взвешенных частиц, в подобных установках применяют осевой вход газа и малое число ступеней. При осевом входе взвешенные частицы распределяются равномерно, а не сосредотачиваются на каком-либо радиусе. Вследствие этого износ лопаток первой ступени получается также равномерным по всей высоте, в то время как на второй и последующих ступенях взвешенные частицы сепарируются к периферии и вызывают усиленный местный износ.
В ГТУ с малым объемным расходом рабочего тела высота лопаток осевых турбин столь незначительна, что концевые потери даже при минимальном радиальном зазоре не позволяют обеспечить высокий к. п. д. проточной части. В этом случае более целесообразно применение центростремительных турбин, которые обладают преимуществами, присущими радиальным турбомашинам по сравнению с осевыми: простота изготовления рабочих колес, их повышенная прочность, меньшая чувствительность к нарушению геометрии проточной части. Увеличение к. п. д. ступени радиальной турбины связано также с тем, что потери с выходной скоростью в центростремительных турбинах почти в 2 раза меньше, чем в осевых. Недостатками радиальных турбомашин является увеличенный поперечный размер корпуса, сложность осуществления многоступенчатой конструкции и большое число оборотов ротора.
Центростремительные турбины в сочетании с центробежными компрессорами нашли очень широкое применение в наддувочных агрегатах дизельных двигателей. В газотурбинных установках область их распространения ограничена двигателями малой мощности. В ГТУ большой мощности центростремительные турбины используют иногда в качестве турбин высокого давления в сочетании с осевыми турбинами низкого давления, а в
212
одновальных ГТУ с двухступенчатой турбиной — как первую ступень при второй осевой ступени.
Центростремительные турбины по своим характеристикам пригодны для замкнутых ГТУ малой и средней мощности с высоким уровнем давления в цикле и, в частности, для транспортабельных установок на ядерном топливе.
Характерной особенностью центростремительных турбин является возможность изменения направления вращения ротора путем поворота сопловых лопаток.
Это создает предпосылки для их использования в транспортных установках с реверсивной свободной турбиной — в первую очередь в судовых ГТУ.
В газотурбинных двигателях малой мощности иногда применяют двухроторные центростремительные турбины. ГТУ «Титан» мощностью 55 л. с. фирмы Солар (рис. 135) имеет турбину с двумя радиальными ступенями. Первая ступень служит для привода компрессора и вспомогательных механизмов, вторая, представляющая собой колесо диагонального типа, является свободной силовой турбиной, вал которой проходит внутри полого вала турбокомпрессора. Более сложную конструктивную схему имеет
ГТУ «Турбо-Мит» мощностью 10 л. с. фирмы Кертис-Райт (рис. 136). Воздух через вращающийся направляющий аппарат 2 компрессора поступает в рабочее колесо 3 компрессора и проходит далее через воздушную центробежную турбину 4 в камеру сгорания 7. Горячие газы из камеры направляются в двухроторную центростремительную турбину — турбину высокого давления и низкого давления. Турбина 5 высокого давления — силовая, она связана с генератором 1 через воздушную турбину 4 и направляющий аппарат 2 компрессора. Турбина 6 низкого дав-
Рис. 135. ГТУ «Титан» фирмы Conap мощностью 55 л. с.
21,4
ления служит только для привода компрессора; их рабочие колеса выполнены, как одно целое, а вал вращается внутри полого вала — привода генератора. Число оборотов турбины высокого давления 24 ООО в минуту, турбины низкого давления 90 ООО в минуту.
Рис. 136. ГТУ «Турбо-Мит» фирмы Кертис — Райт
Подробные сведения о методах расчета и профилирования центростремительных турбин различного назначения, а также описание конструкции их элементов даны в работе Г. Ш. Розенберга [22].
