книги / Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок. Т. 3 Зубчатые передачи и муфты. Пусковые устройства. Трубопроводные и электрические коммуникации. Уплотне

Глава 13. Уплотнения в ГГД

Список литературы

13.1.Скубачевский Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей /Г.С. Скубачев­ ский.-М .: Машиностроение, 1974.

13.2.Фалалеев С.В. Торцовые бесконтактные уплотне­ ния двигателей летательных аппаратов /С.В. Фалалеев, Д.Е. Чегодаев. - М.: Изд-во МАИ, 1998.

13.3.Конструкция и проектирование авиационных га­ зотурбинных двигателей /под ред. Д.В. Хронина. - М.: Ма­ шиностроение, 1989.

13.4.Классификация и перспективы развития уплотне­ ний типа «воздух-воздух» в газотурбинных двигателях /

А.А.Иноземцев [и др.]//Вестник ПГТУ. Аэрокосмическая техника. - Пермь, 2004. - № 17.

13.5.Уплотнения и уплотнительная техника: справоч­ ник /под ред. А.И.Голубева, Л.А.Кондакова. - М.: Маши­ ностроение, 1994.

13.6.Turnquist Norman A., Tseng Tom, McNicIe A.D. Analysis and full testing of an aspirating face seal with improved flow isolation. A 98-35139, AIAA Paper, 98-3285.

Газотурбинные двигатели (ГТД), первона­ чально применявшиеся благодаря своим высо­ ким удельным характеристикам только в авиа­ ции, нашли применение и в других транспортных средствах. Сначала как ускорительные двига­ тели в торпедных катерах, затем в качестве маршевых для противолодочных и других ко­ раблей, танковых ГТД, для большегрузных карьерных автомобилей и локомотивов.

С 1970-х гг. в связи с начавшейся широкой добычей полезных ископаемых в труднодоступ­ ных районах ГТД стали применяться в качестве силового привода в передвижных газотурбин­ ных электростанциях (ГТЭС), размещаемых в автомобильных прицепах, энергопоездах и бар­ жах, а также в газоперекачивающих агрега­ тах (ГПА) для транспортировки газа. На базе ГТД были созданы ГПА мощностью 25 МВт и более.

Самые большие ГТД мощностью до 270 МВт созданы для ГТЭС. Они имеют КПД до 42 %, а с утилизацией тепла - до 86 %. Их ресурс до­ стигает 200 000 ч.

14.1. ГТД в силовом приводе ГТЭС и ГПА

Двигатели наземного применения, даже со­ зданные на базе авиационных, имеют некоторые конструктивные особенности. Это связано с тем, что они должны работать без остановки не­ сколько тысяч часов, а также с тем, что требова­ ния по весу и габаритам не такие высокие, как у авиационных. Поэтому за счет увеличения мас­ сы и габаритов двигателя можно обеспечить:

-удобный доступ для осмотра двигателя

вэксплуатации и замены его частей, вплоть до полной разборки двигателя и выемки его ротора с заменой дисков и лопаток турбины в эк­ сплуатации;

-более высокий ресурс;

-возможность применения более дешевых материалов.

Создание специальных двигателей для на­ земного применения требует длительного вре­ мени и больших затрат на освоение его в произ­ водстве, поэтому у предприятий, производящих авиационные двигатели, есть возможность изго­ тавливать наземные двигатели доработкой авиа­ ционных, что позволяет:

-сократить время на разработку;

-использовать узлы авиационных двигате­ лей, бывших в эксплуатации, так как они имеют достаточный остаточный ресурс, а повреждае­ мость двигателей наземного применения от экс­ плуатационных режимов в десятки раз меньше,

чем в авиации;

-получить двигатели наземного применения

сдостаточно невысокой массой и габаритами. Это дает возможность при небольших затратах на транспортировку значительную часть ремон­ тных работ выполнять на заводе-изготовителе, что обеспечивает их высокое качество.

Общая компоновка двигателя определяется тем, что большинство двигателей создается для реконструкции уже существующих электро­ станций и газоперекачивающих агрегатов, что определяет расположение выходного вала.

Так, на передвижных электростанциях, уста­ новленных в труднодоступных районах, приме­ няется дизельное топливо. При этом топливная

в качестве топлива природный или попутный не­ фтяной газ, топливные агрегаты могут распола­ гаться как на двигателе, так и рядом с ним - на стене в отсеке двигателя или в специальном шкафу.

Если у электростанций, работающих в основ­ ном на газообразном топливе, в качестве резер­ вного используется жидкое топливо, то в таком случае оба комплекта топливной аппаратуры располагаются в отдельном шкафу, при этом топливные насосы приводятся во вращение электромоторами.

Маслосистема двигателей наземного приме­ нения по составу аналогична авиационной, но расположение агрегатов отличается. Это обу­ словлено тем, что межрегламентные периоды работы двигателя составляют 1500 ч и более без остановки. Маслобаки и фильтры распола­ гаются не на двигателе, а в отдельной маслокомнате, воздушные маслоохладители - на кры­ ше отсека двигателя. Емкость маслобака по­ зволяет двигателю работать без дозаправки весь межрегламентный период, или обеспе­ чивается возможность дозаправки маслобака во время работы двигателя. Фильтры выпол­ няются двухсекционными, что позволяет заме­ нять секции во время работы двигателя.

Глава 14. Газотурбинные двигатели как силовой привод

Возможна также компоновка, когда все маслоагрегаты устанавливаются не на двигателе,

иприводятся во вращение электромоторами. Этот вариант позволяет полностью продуб­ лировать все маслоагрегаты для повышения надежности системы смазки.

Внастоящее время сложился ряд мощностей ГТД наземного применения, определенный по­ требными мощностями уже имеющегося обору­ дования - электрогенераторов, компрессоров

идр.: 2,5; 4; 6; 10; 12; 16 и 25 МВт.

Рассмотрим создание вышеперечисленного ряда мощностей ГТД на примере ОАО «Авиад­ вигатель», которым для этого были использова­ ны два авиационных двигателя - Д-30 и ПС-90А с тягой на номинальном режиме соответственно 5,6 и 16 т.

Для создания двигателя Д-ЗОЭУ-1 мощнос­ тью 2,5 МВт был использован двигатель Д-30 (рис. 14.1). С него убрали КНД 1, а мощность ТНД 2 передавалась на электрогенератор 3 че­ рез редуктор 4 (рис. 14.2). Двигатели Д-ЗОЭУ-2 мощностью 4 МВт иД-ЗОЭУ-6 мощностью 6 МВт являются дальнейшим развитием дви­ гателя Д-ЗОЭУ-1. Их мощность увеличена за счет увеличения подачи топлива и повышения КПД компрессора и турбины.

Двигатель ПС-90ГП-1 мощностью 12 МВт создан на базе газогенератора двигателя ПС-90А. Двухступенчатая свободная турбина была спроектирована специально для привода газового компрессора, перекачивающего природ­ ный газ (рис. 14.3).

Для исключения недопустимой раскрутки свободной турбины 1 при внезапном снятии на­ грузки в переходном канале 2 между турбиной 3 высокого давления и свободной турбиной 1 были установлены клапаны 4, перепускающие при необходимости газ в выходное устройство (ВУ) 5.

Для получения мощности 16 МВт на двига­ теле ПС-90ГП-2 был модифицирован газогене­ ратор двигателя ПС-90ГП-1, у которого для увеличения расхода воздуха в компрессоре пе­ ред первой ступенью была добавлена еще одна ступень. Свободная трехступенчатая турбина была спроектирована вновь под уже сущест­ вующий газовый компрессор.

Двигатель ПС-90ГП-25 мощностью 25 МВт создан на базе двигателя ПС-90А следующим образом: убран наружный контур 1\ лопатки 2 вентилятора укорочены; подпорные ступени компрессора 3, КВД 4 и ТВД 5 сохранены. Турбина 6 для привода вентилятора и подпор­ ных ступеней, а также свободная турбина 7 были спроектированы вновь (рис. 14.4).

14.2. ГТД в силовых (энергетических) установках кораблей и судов

В этом разделе представлены краткие све­ дения об особенностях ГТД, предназначенных для применения в главных энергетических ус­ тановках кораблей (рис. 14.5) и судов (рис. 14.6) [14.1; 14.2]. Главной энергетической установкой (ГЭУ) корабля или судна называется совокуп­ ность взаимосвязанных агрегатов, устройств и систем, предназначенных для создания энер­ гии движения корабля или судна. В состав ГЭУ входят двигатели, редукторы, трансмиссии, системы управления и обеспечения и т.д.

Корабельные и судовые главные ГТД (ГГТД) по своей общей компоновке представляют собой турбовальные ГТД со свободной силовой турбиной, специально спроектированные или конвертированные для работы в составе кора­ бельной или судовой ГЭУ. Мощность ГГТД

По виду конструктивного исполнения ГГТД могут быть разделены на двигатели «промыш­ ленного» или «авиационного» типа. Примеры конструктивного исполнения ГГТД «промыш­ ленного» типа представлены в работе [14.3]. ГГТД «авиационного» типа, благодаря своим преимуществам в массогабаритных характери­

всего на кораблях, как находящихся в эксплуа­ тации, так и строящихся, а также вновь разра­ батываемых [14.4].

Двигатели такого типа часто являются пред­ почтительными также на скоростных судах с ди­ намическим принципом поддержания (на подвод­ ных крыльях и т.п.). ГГТД «авиационного» типа в зависимости от степени изменения конструкции можно дополнительно подразделить на конвер­ тированные и специализированные. К первым можно отнести ГГТД, созданные на базе хо­ рошо зарекомендовавших себя авиадвигателей путем внесения минимально необходимого объ­ ема изменений, например: ГТД LM2500 фирмы General Electric (США), ГТД семейства Spay фирмы Rolls-Royse (Великобритания); ГТД FT-4, FT-8 фирмы Pratt&Whitney (США) и др.

Ко вторым можно отнести ГГТД разработки фирмы «Зоря-Машпроект» (Украина), которые лишь изначально создавались на базе конкрет­ ного авиационного прототипа, а затем в несколь­ ких поколениях развивались исключительно как специализированные корабельные двигатели, в наибольшей степени отвечающие специфиче­ ским требованиям флота.