Газотурбинные установки для транспорта природного газа (пособие, 2012 год) - часть 2

1.3.1.4. Ступень компрессора

Диффузор способен непрерывно превращать кинетическую энергию потока газа в энергию давления. Так как угол раскрытия диффузора небольшой (14... 18°), то степень повышения давления в нем невелика (1,1---1,15). С увеличением угла раскрытия вышеуказанных пределов рез-

ко падает КПД диффузора из-за интенсивного отрыва пограничных слоев.

Лопатки осевых компрессоров обычно рассчитываются и изготовляются с переменным по длине углом установки элементов лопасти по ее длине, и лопатка получается винтовой (рис. 1.33).

Типовой метод фиксирования рабочих лопаток на диске ротора показан на рис. 1.34, фиксирование может быть по окружности или по оси для удовлетворения специальных требований ступени. Вообще целью является создать средства крепления, которые создают наименьшую из возможных нагрузку на диск и этим минимизировать общий вес диска. Хотя большинство конструкций компрессора имеют отдельные лопатки по требованиям изготовления и обслуживания, это делает затруднительным на маленьких двигателях создание их крепежа. Однако это можно обойти путем изготовления лопаток совместно с диском.

Каждая ступень многоступенчатого компрессора обладает определенными характеристиками воздействия на воздушный поток, которые отличают ее от соседней; таким образом, для создания работоспособного и эффективного компрессора, характеристики каждой ступени должны тщательно подбираться. Это относительно простой процесс для введения одного набора условий (расчетный поток воздуха, перепад давления и скорость вращения), но намного труднее, если приемлемое соответствие должно сохраниться в работе компрессора в широком диапазоне условий, таких, на которые предусмотрен авиадвигатель.

1.3.1.7. Помпажные явления и способы защиты от них при эксплуатации многоступенчатых осевых компрессоров

Помпаж двигателя (франц. pompage) - различные нестационарные явления, возникающие в результате потери устойчивости течения воздуха в компрессоре при работе его в системе газотурбинного двигателя.

Помпаж - это неустойчивая работа компрессора, характеризуемая резкими колебаниями напора и расхода воздуха. При помпаже появляются сильные пульсации потока воздуха, проходящего через компрессор, возникают вибрации лопаток и тряска, которые могут вызвать разрушение компрессора. Поэтому при эксплуатации двигателя помпаж недопустим.

Явления помпажа связаны с появлением в отдельных элементах компрессора срывов потока воздуха значительной интенсивности, обычно сопровождаются выбрасыванием воздуха из компрессора в

Восстановление величины зазоров осевых компрессоров на примере ГТК 10-4

1.3.2. Газовая турбина

Осевая газовая турбина состоит из одной или ряда последовательных ступеней, в которых происходит преобразование потенциальной энергии в кинетическую. На рис. 1.38 показана схема простой одноступенчатой турбины. Основными частями её являются: корпус (цилиндр) турбины 1, в котором укреплены направляющие лопатки 2, рабочие лопатки 3, установленные по всей окружности на ободе диска 4, закрепленного на валу 5. Вал турбины вращается в подшипниках 6. В местах выход вала из корпуса установлены концевые уплотнения 7, ограничивающие утечку горячих газов из корпуса турбин. Все вращающиеся части турбины (рабочие лопатки, диск, вал) составляют её ротор. Корпус с неподвижными направляющими лопатками и уплотнениями образует статор турбины. Диск с лопатками образует рабочее колесо.

Входная часть корпуса А конструктивно связана с камерой сгорания и обеспечивает равномерный подвод газа к лопаткам турбины. Промежуточные патрубки Б являются частью общего корпуса ТВД и ТНД. При встроенных подшипниках скольжения в промежуточных патрубках располагаются трубки подвода-слива масла, трубопроводы охлаждающего воздуха, датчики температуры и т. д.

Корпус турбины составной и включает внешний корпус, внутренний корпус и слой тепловой изоляции. Несущим является внешний корпус, изготовленный литьевым способом и имеющий горизонтальный разъем. Внутренний корпус выполнен из жаропрочного листового материала и служит для локализации газового потока в рабочем пространстве между направляющими и рабочими лопатками ТВД И ТНД. Изоляционный

Конструкции рабочих лопаток турбин существенным образом отличаются от рабочих лопаток осевого компрессора наличием внутрен-

них полостей, предназначенных для протекания через них охлаждающего воздушного потока (рис. 1.45). Возможны два варианта конструктивного исполнения рабочих лопаток - умеренно охлаждаемые и интенсивно охлаждаемые. Последние более сложны в изготовлении, но обеспечивают наиболее полное охлаждение поверхности лопаток и подачу охлаждающего воздуха в межлопаточное пространство (рис. 1.46). Умеренно охлаждаемые лопатки более просты в изготовлении, но поток охлаждающего их воздуха с выхода лопаток поступает в зазор между корпусом турбины и лопатками, что может привести к дополнительной рециркуляции газовой смеси.

1.3.3. Камеры сгорания газотурбинных установок

1.3.3.1. Конструктивные особенности камер сгорания

В газотурбинных установках роль горячего источника выполняет камера сгорания, в которой рабочему телу передается тепло, выделяющееся в результате горения топлива. Таким образом, камера сгорания является одним из самых ответственных и теплонапряженных узлов ГТУ. В камерах сгорания совершается процесс подвода тепла к рабочему телу. Этот процесс, осуществляемый в результате протекания реакции горения топливного газа, является эффективным в случае обеспечения полноты и устойчивости сгорания топлива на различных режимах работы ГТУ.

Сгорание будет полным, если продукты сгорания не способны дальше окисляться, то есть процесс протекает с минимальными физическими и химическими недожогами. Все это является важным условием, которое необходимо выполнять при проектировании любой камеры сгорания, характеризующейся высоким значением КПД и рассчитанной на определенные тепловые нагрузки.

Данные проблемы на протяжении многих лет решали различные ученые мирового сообщества. Рассмотрим основные этапы истории развития камер сгорания.

Первые камеры сгорания имели форму прямой цилиндрической трубы (рис. 1.47). Такая форма не могла обеспечить постоянство давления в зоне горения и, следовательно, часть энергии сжатия, создаваемого компрессором, тратилась впустую. Это не обеспечивало полноты

Отрыв пламени - это перемещение фронта пламени в направлении движения газовоздушной смеси, сопровождающееся погасанием пламени. Отрыв приводит к наполнению камеры сгорания газовоздушной смесью, а затем может произойти хлопок или даже взрыв. При этом явлении скорость выхода газа или газовоздушной смеси больше скорости распространения пламени. Причина такого явления - резкое повышение давления газа или воздуха, нарушение соотношения расходов газ - воздух, резкое увеличение разрежения на выходе из камеры сгорания, работа камеры сгорания за верхним пределом производительности, указанным в техническом паспорте.

Так как в камерах сгорания (газотурбинных установок, двигателях внутреннего сгорания, реактивных двигателях) происходит преобразование химической энергии топлива в кинетическую энергию поступательного движения продуктов сгорания, то данный процесс сопровождается выделением большого количества тепла и продуктов сгорания, имеющих высокую температуру (от 1100 С и более). Поэтому перед исследователями встал вопрос о защите стенок камер сгорания от прогара.

содержание .. 1 2 3 ..