Конструкции газотурбинных установок - Шварц В.А.
Скачать (прямая ссылка):
Аналогичная схема охлаждения применена в ГТУ G-9 мощностью 25 ООО квт Народных предприятий ГДР (рис. 193, в). Максимальная температура ротора турбины высокого давления равна 450° С при начальной температуре газа 650° С (установка работает на тяжелом топливе).
В установке ГТ-6-750 Турбомоторного завода турбину высокого давления также охлаждают продувкой воздуха под полками лопаток [9]. В отличие от описанных выше систем последовательного охлаждения ступеней ротора в этой установке применена параллельно-последовательная система. Охлаждающий воздух поступает через полый ротор (рис. 193, б) в кольцевую камеру 8 между дисками первой и второй ступени, откуда он двумя параллельными потоками идет на охлаждение первой ступени 7 и на охлаждение второй и третьей ступеней 9. Расход воздуха второго потока ограничен калиброванными отверстиями, выполненными в дроссельном диске 10. Рабочие лопатки (рис. 188, г) имеют консольные полки, прилегающие одна к другой. Между лопатками устанавливают уплотнительные пластинки (рис. 193, г) с тонкими эластичными перемычками. Такие же пластинки установ-
.272
лены между лопатками третьей ступени и дроссельным диском.
Наличие полок на рабочих лопатках, хотя и усложняет их обработку, однако снижает число стыков в системе охлаждения и надежно предохраняет ротор от воздействия горячего потока. Эксперименты показали, что при расходе воздуха на охлаждение ротора, равном 1,7%, максимальная температура металла не превышает 335° С (температура газа перед турбиной 750—760° С). Это позволило применить для ротора перлитную сталь, имеющую при данной температуре значительно лучшие прочностные свойства, чем аустенитная. Использованная в этой установке параллельно-последовательная система охлаждения позволяет отказаться от дополнительных дисков и других промежуточных элементов, прочность которых обеспечить весьма затруднительно; кроме того, при такой схеме сокращается число уплотняемых стыков в тракте охлаждающего воздуха.
В установках фирмы Вестингауз предусмотрена продувка воздуха через донышки пазов рабочих лопаток (см. рис. 157).
В пятиступенчатом роторе охлаждению подвержены только три первых диска. Воздух через радиальные отверстия около первого диска проникает во внутреннюю полость ротора и поступает в донышки пазов рабочих лопаток. Для сокращения расхода воздуха исключена его подача к уплотнениям промежуточных диафрагм, это позволяет устанавливать между заплечиками дисков уплотнительные пластинки.
На рис. 193, д изображена схема воздушного охлаждения сварного ротора турбины с тангенциальной заводкой рабочих лопаток. Воздух подается по центральному отверстию ротора через радиальные отверстия, откуда он проходит между хвостами рабочих лопаток и через зазор между ротором и экранирующими сегментами поступает в общий газовый поток. При расходе охлаждающего воздуха, равном 2%, температура поверхности ротора на 250° С ниже температуры газового потока.
В отечественной практике газотурбостроения последний метод охлаждения нашел преимущественное применение. Основным недостатком его является опасность засорения узких щелей для прохода охлаждающего воздуха. Эта опасность особенно велика при сжигании тяжелых топлив. Закупорка щелей продуктами сгорания или коррозии может привести к резкому повышению температуры ротора. В установке ГТ-6-750 ТМЗ, чтобы в охлаждающий тракт не попадали продукты коррозии, исключены внешние трубопроводы и длина воздушного тракта сведена к минимуму; радиальные отверстия в роторе являются эффективным сепа-.ратором для частиц пыли, содержащихся в воздухе. Система приобретает повышенную надежность также благодаря тому, что При износе лабиринтных уплотнений расход охлаждающего воздуха только увеличивается, в то время как в конструкции, пока-
273
занной на рис. 150, а, при износе уплотнений расход воздуха сокращается.
В ряде случаев комбинируют перечисленные методы охлаждения. Так, при струйном обдуве диска обычно подают небольшое количество воздуха к средней части диска — этим уменьшается приток тепла к валу и исключается возможность проникновения газа к полотну диска и лабиринтному уплотнению (ГТ-700-5 НЗЛ). Продувку воздуха через щели комбинируют также с охлаждением полотна диска. В ГТУ ЕМ-85 фирмы Инглиш Электрик с температурой газа 790° С диски двухступенчатой турбины высокого давления выполнены из ферритного материала благодаря интенсивному охлаждению: охлаждается полотно дисков и строго дозированное количество воздуха подается к донышкам пазов осевых елочных хвостов лопаток; этот охлаждающий воздух отводит основную долю тепла. Охлаждение ротора турбины низкого давления этой ГТУ выполнено аналогично, но расход воздуха дается с учетом более низкого уровня температур.
На рис. 193, е показана схема охлаждения двухступенчатой турбины высокого давления ГТУ ЕМ-27Р. Охлаждающий воздух поступает к ступице диска, проходит в радиальном направлении вдоль полотна и затем ¦— в продольные осевые канавки в донышках пазов рабочих лопаток. Между ступенями установлены проставки, имеющие форму хвостов рабочих лопаток. При полной нагрузке перепад температуры по радиусу составляет всего 200е С, что существенно снизило термические напряжения и обеспечило возможность быстрого пуска. Конструкция диска силовой турбины этой ГТУ аналогична, но в нем предусмотрено только охлаждение полотна.
