Конструкции газотурбинных установок - Шварц В.А.
Скачать (прямая ссылка):
В заключение следует оговорить еще один метод охлаждения, который был реализован на практике, но широкого промышленного применения не получил. Это экранный способ охлаждения, состоящий в том, что по обеим сторонам обода и полотна диска устанавливают неподвижные экраны, охлаждаемые водой. На рис. 143 показаны оребренные экранированные поверхности, расположенные по обеим сторонам роторов турбин высокого и низкого давления. Эти холодные элементы обеспечивают интенсивный отвод тепла от обода диска путем излучения. Экспериментальные исследования экранного охлаждения, проведенные на НЗЛ, показали, что по своей эффективности этот метод эквивалентен струйному охлаждению расходом 2¦—3% воздуха при температуре 50° С. С энергетической точки зрения охлаждение водой предпочтительнее воздушного охлаждения, однако практического применения этот метод не нашел вследствие присущих ему конструктивных и эксплуатационных сложностей (система охлаждения должна быть замкнутой с дистиллированной водой, затруднено крепление экранов и т. п.).
2?4
Роторы центростремительных турбин
Рабочие колеса центростремительных турбин ГТУ обычно выполняют в виде полузакрытых колес радиально-осевого или диагонального типа. Открытые колеса нашли только ограниченное применение вследствие их пониженного к. п. д., закрытые колеса не используют из-за их неудовлетворительных прочностных характеристик.
На рис. 69; 127, а—д, и, к и 128 показаны элементы роторов ГТУ малой мощности с центробежными компрессорами и центростремительными турбинами. Рабочие колеса турбины и компрессора, изображенные на рис. 128, а ив, выполнены как единое целое. Уплотнение между воздушной и газовой сторонами осуществлено по торцовой поверхности внешнего пояска рабочего колеса (ГТУ фирмы Аллен) или по цилиндрической поверхности ротора (ГТУ фирмы Форд). Такой ротор турбокомпрессора имеет простую конструкцию и хорошее охлаждение турбинного колеса вследствие отвода тепла к колесу компрессора, что позволяет применить менее качественный материал: в ГТУ фирмы Аллен при температуре газа перед турбиной 800° С для ротора используют ферритную сталь. В едином роторе отсутствуют потери на трение задних сторон рабочих колес о воздух и газ. Недостатками такого ротора являются сложность изготовления и балансировки, повышенные перетечки воздуха на газовую сторону, а также уменьшение к. п. д. компрессора в связи с нагревом воздуха теплом, отведенным от колеса турбины. В упомянутой ГТУ фирмы Аллен к. п. д. компрессора по этой причине падает на 1%. В ГТУ в основном используют составные роторы, в которых колеса турбины и компрессора непосредственно соединены одно с другим и закреплены на консоли (рис. 127, а—д, и и 128, а) или удалены одно от другого так, что между ними установлен опорный подшипник (рис. 69, 194).
Колесо турбины, показанное на рис. 127, д, закреплено на плотной посадке, а крутящий момент передается косо расположенными цилиндрическими штифтами (на рисунке штифты не показаны). Рабочие колеса выполнены прецизионным литьем или фрезерованием из поковки. Для упрощения изготовления колесо может быть составным: колесо выполнено с радиальными лопатками, а соединенный с ним выходной спрямляющий аппарат имеет изогнутые лопатки. Варианты крепления спрямляющего аппарата показаны на рис. 69 и 127, а.
Турбинные колеса охлаждаются воздухом, проходящим в зазоре между задней стороной колес и разделительной диафрагмой, или корпусом турбины. Если рабочее колесо турбины расположено на значительном расстоянии от колеса компрессора, необходимо предусматривать его охлаждение. На рис. 194 показано охлаждаемое рабочее колесо. Воздух из компрессора посту-18* 275
пает в цилиндрический корпус двигателя и часть его, пройдя через направляющие лопатки турбины, проникает в зазор между втулкой и валом турбины; охлаждающий воздух проходит затем вдоль задней стороны рабочего колеса турбины и поступает в газовый поток. Известные способы охлаждения рабочих колес турбовоздуходувок путем подачи охлаждающей среды (воздуха или воды) через каналы в лопатках или колесе или струйного охлаждения элементов колеса в газотурбинных установках не применяют.
Рис. 194. ГТУ GT-15 мощностью 15 л. с. фирмы Заурер:
/ — тахогенератор; 2 — промежуточный вал редуктора; 3, 4 — сдвоенный топливный насос; 5 — колесо компрессора; 6 — камера сгорания; 7 — свеча зажигания; 8 — колесо турбины; 9 — дренажный клапан; 10 — внутренний подшипник; U — внешний подшипник; 12 — регулирующий клапан; 13 — редуктор; 14 — выходной вал редуктора
Чтобы уменьшить передачу тепла от рабочего колеса турбины к колесу компрессора, между ними устанавливают промежуточные кольца с низким коэффициентом теплопроводности. Такой способ применен в ГТУ фирмы БМВ (рис. 127, и), где через промежуточное кольцо подают топливо в камеру сгорания (вращающаяся форсунка)—это позволяет дополнительно охладить кольца.
Во всех описанных выше конструкциях роторов предусматривалось консольное крепление рабочего колеса турбины. В одной установке — ГТУ фирмы Аллен (рис. 128, в) применен двухопор-
