Иноземцев А.А., Сандрацкий В.Л. Газотурбинные двигатели

Подождите немного. Документ загружается.

Ãëàâà 3 - Êîíñòðóêòèâíûå ñõåìû ÃÒÄ

140

âûáðàíà ñõåìà ñî ñâîáîäíîé òóðáèíîé ñ ïðèâîäîì

ÊÍÄ îò îòäåëüíîé òóðáèíû

Äëÿ ïåðåäà÷è ìîùíîñòè îò ÑÒ âîçäóøíîìó

âèíòó èñïîëüçóþòñÿ âñòðîåííûå è âûíîñíûå ðå-

äóêòîðû. Ñõåìû ÒÂÄ ñî âñòðîåííûì ðåäóêòîðîì

Ðèñóíîê 3.1.3_3 – Îáùèé âèä ÒÂÄ ñ ïîâîðîòîì ïîòîêîâ âîçäóõà è âûõëîïíûõ ãàçîâ íà 180 ° (Walter M601-E)

1 – âõîäíîå óñòðîéñòâî ñ ïîâîðîòîì ïîòîêà íà 180 °; 2 – îñåöåíòðîáåæíûé êîìïðåññîð;

3 – ÊÑ; 4 – òóðáèíà ãàçîãåíåðàòîðà; 5 – ÑÒ; 6 – ðåäóêòîð;

7 – âûõëîïíîå óñòðîéñòâî ñ ïîâîðîòîì ïîòîêà ãàçà íà 180 °; 8 – âàë âèíòà

Ðèñóíîê 3.1.3_4 – Îáùèé âèä ÒÂÄ ñ ïîâîðîòîì ïîòîêîâ âîçäóõà è âûõëîïíûõ ãàçîâ íà 180 ° (Walter M601-E)

1 – âèíò èçìåíÿåìîãî øàãà; 2 – ðåäóêòîð; 3 – ÊÍÄ íà âûñîêîîáîðîòíîì âàëó ÍÄ; 4 –ÊÂÄ;

5 – êîëüöåâàÿ ÊÑ; 6 – òóðáèíà ÂÄ; 7 – òóðáèíà ÍÄ (ÑÒ); 8 – âàë ÂÄ; 9 – âàë ÍÄ

ïîêàçàíû íà Ðèñ. 3.1.3_1, 3.1.3_3, 3.1.3_4. Îáùèé

âèä ÒÂÄ ñ âûíîñíûì ðåäóêòîðîì ïîêàçàí íà

Ðèñ. 3.1.3_5.

ÑÓ âåðòîëåòîâ òàêæå âûïîëíÿþòñÿ ñ âûíîñ-

íûìè ðåäóêòîðàìè. Âåðòîëåòíûå ðåäóêòîðû çíà-

Ãëàâà 3 - Êîíñòðóêòèâíûå ñõåìû ÃÒÄ

141

Ðèñóíîê 3.1.3_5 – Îáùèé ÒÂÄ ñ âûíîñíûì ðåäóêòîðîì (CT7 ôèðìû GE AE)

1 – âàë âèíòà; 2 – ýëåìåíòû êðåïëåíèÿ; 3 – äâèãàòåëü; 4 – âûíîñíîé ðåäóêòîð;

5 – òðàíñìèññèÿ

÷èòåëüíî ïðåâûøàþò ïî ãàáàðèòàì ðåäóêòîðû

ÒÂÄ, ïîñêîëüêó èìåþò áîëüøåå ïåðåäàòî÷íîå ÷èñ-

ëî èç-çà áîëåå íèçêîé ÷àñòîòû âðàùåíèÿ íåñóùåãî

âèíòà. ÑÓ âåðòîëåòîâ äëÿ ïîâûøåíèÿ áåçîïàñíîñ-

òè ýêñïëóàòàöèè, êàê ïðàâèëî, âêëþ÷àþò äâà ÃÒÄ,

êîòîðûå ïåðåäàþò ìîùíîñòü íà âèíò ÷åðåç îáùèé

ðåäóêòîð.

Íà ñàìîëåòàõ ñ ÒÂÄ îáû÷íî ïåðåäíåå ðàñïîëî-

æåíèå âèíòà (îòíîñèòåëüíî äâèãàòåëÿ è ìîòîãîíäî-

ëû), êîòîðûé â äàííîì ñëó÷àå ÿâëÿåòñÿ «òÿíóùèì».

Ñóùåñòâóþò ÑÓ ñ ÒÂÄ è ñ çàäíèì ðàñïîëîæåíèåì

âèíòà («òîëêàþùèé» âèíò). Êîíñòðóêòèâíàÿ ñõåìà

ÃÒÄ è îáùèé âèä ÑÓ ñ ÒÂÄ è «òîëêàþùèì» âèíòîì

ïîêàçàíû íà Ðèñ. 3.1.3_6.

Íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî ïðèâîä äâóõðÿäíî-

ãî òîëêàþùåãî âèíòà ìîæåò áûòü îñóùåñòâëåí

è áåç ðåäóêòîðà - ñ ïîìîùüþ áèðîòàòèâíîé òóðáè-

íû. Ñõåìà ÒÂÄ â ýòîì ñëó÷àå àíàëîãè÷íà ñõåìå

ÒÐÄÄ ñ çàäíèì ðàñïîëîæåíèåì äâóõðÿäíîãî âåí-

òèëÿòîðà è áèðîòàòèâíîé òóðáèíîé, ïîêàçàííîé íà

Ðèñ. 3.1.2_8, íî áåç îáòåêàòåëÿ íàðóæíîãî êîíòó-

ðà. Îïûòíûé ÒÂÂÄ GE36 ôèðìû General Electric,

âûïîëíåííûé ïî äàííîé ñõåìå, ïðîõîäèë ëåòíûå

èñïûòàíèÿ â 1986 ã.

Ðèñóíîê 3.1.3_6 – Îáùèé è êîíñòðóêòèâíàÿ ñõåìà ÒÂÄ ñ òîëêàþùèì âèíòîì (TPF351-20)

1 – «òîëêàþùèé» âèíò; 2 – âõîäíîå óñòðîéñòâî; 3 – äâóõñòóïåí÷àòûé öåíòðîáåæíûé

êîìïðåññîð; 4 – ïðîòèâîòî÷íàÿ ÊÑ; 5 – äâóõñòóïåí÷àòàÿ òóðáèíà ãàçîãåíåðàòîðà;

6 – òðåõñòóïåí÷àòàÿ ñâîáîäíàÿ òóðáèíà; 7 – âûõëîïíîå óñòðîéñòâî;

8 – ðåäóêòîð; 9 – âàë âèíòà; 10 – ïðèâîä àãðåãàòîâ

Ãëàâà 3 - Êîíñòðóêòèâíûå ñõåìû ÃÒÄ

142

3.1.4 - Ïîäúåìíûå è ïîäúåìíî-ìàð-

øåâûå ÃÒÄ

Â êà÷åñòâå îñíîâíûõ êîìïîíåíòîâ ÑÓ âåðòè-

êàëüíî âçëåòàþùèõ ñàìîëåòîâ èñïîëüçóþòñÿ ñëå-

äóþùèå òèïû äâèãàòåëåé:

- ïîäúåìíûå äâèãàòåëè, ðàáîòàþùèå òîëüêî

ïðè âçëåòå è ïîñàäêå;

- ïîäúåìíî-ìàðøåâûå äâèãàòåëè ñ óñòðîéñòâà-

ìè äëÿ ïîâîðîòà ðåàêòèâíîé ñòðóè, ðàáîòàþùèå

ïðè âçëåòå-ïîñàäêå è â êðåéñåðñêîì ïîëåòå;

- ïîäúåìíî-ìàðøåâûå äâèãàòåëè ñ ïîäúåìíûì

âåíòèëÿòîðîì, ïðèâîäèìûì îò äâèãàòåëÿ ïðè âçëå-

òå è ïîñàäêå è îòêëþ÷àåìûì â êðåéñåðñêîì ïîëåòå.

ÑÂÂÏ è ÑÓÂÂÏ ìîãóò èìåòü ðàçëè÷íûå ñõå-

ìû ñ èñïîëüçîâàíèåì óêàçàííûõ òèïîâ äâèãàòåëåé.

Ê íàñòîÿùåìó âðåìåíè ïðàêòè÷åñêîå ïðèìåíåíèå

ïîëó÷èëè òðè òèïà ÑÓ:

1) ÑÓ, ñîñòîÿùàÿ èç îäíîãî ïîäúåìíî-ìàðøå-

âîãî äâèãàòåëÿ (ÒÐÄÄ), ðàñïîëîæåííîãî âáëèçè

öåíòðà ìàññ ñàìîëåòà è èìåþùåãî ïîâîðîòíûå ñî-

ïëà âíóòðåííåãî è íàðóæíîãî êîíòóðîâ. Äâèãàòåëü

îáåñïå÷èâàåò âåðòèêàëüíóþ òÿãó è ñòàáèëèçàöèþ

ñàìîëåòà íà ðåæèìàõ âçëåòà-ïîñàäêè è ãîðèçîí-

òàëüíóþ òÿãó â êðåéñåðñêîì ïîëåòå. Òàêàÿ ñõåìà

èñïîëüçóþòñÿ íà ÑÓÂÂÏ «Harrier» ñ ïîäúåìíî-

ìàðøåâûì äâèãàòåëåì «Pegasus»;

2) ÑÓ, ñîñòîÿùàÿ èç íåñêîëüêèõ ïîäúåìíûõ

äâèãàòåëåé è ïîäúåìíî-ìàðøåâîãî äâèãàòåëÿ. Ïî

äàííîé ñõåìå âûïîëíåíû ÑÓ ðîññèéñêèõ ÑÓÂÂÏ

ßÊ-38 è ßÊ-141;

3) ÑÓ ñ ïîäúåìíî-ìàðøåâûì äâèãàòåëåì

è ïîäúåìíûì âåíòèëÿòîðîì. Òàêîé òèï ÑÓ èñïîëü-

çóåòñÿ â îïûòíîì ÑÓÂÂÏ F-35 ôèðìû Lockheed

Martin, ðàçðàáàòûâàåìîì ïî ïðîãðàììå JSF.

Ñõåìû è ïàðàìåòðû ðàçëè÷íûõ ÑÓ äëÿ ÑÂÂÏ/

ÑÓÂÂÏ ïðèâåäåíû íà Ðèñ. 3.1.4_6.

Ïîäúåìíûå äâèãàòåëè ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ

ñîçäàíèÿ âåðòèêàëüíîé òÿãè íà ýòàïàõ âçëåòà

è ïîñàäêè. Òàê êàê â ãîðèçîíòàëüíîì ïîëåòå ýòè

äâèãàòåëè íå èñïîëüçóþòñÿ, îíè äîëæíû èìåòü

ìèíèìàëüíûé âåñ è îáúåì, ÷òîáû óìåíüøèòü îò-

ðèöàòåëüíîå âëèÿíèå íà õàðàêòåðèñòèêè ñàìîëå-

òà. Â êà÷åñòâå ïîäúåìíûõ äâèãàòåëåé îáû÷íî

ïðèìåíÿþòñÿ ÒÐÄ. Äëÿ óìåíüøåíèÿ ýðîçèîííî-

ãî âîçäåéñòâèÿ íà àýðîäðîìíîå ïîêðûòèå ðàñ-

ñìàòðèâàåòñÿ èñïîëüçîâàíèå ÒÐÄÄ, èìåþùèõ

áîëåå íèçêóþ ñêîðîñòü èñòå÷åíèÿ è òåìïåðàòóðó

âûõëîïíûõ ãàçîâ, íî è çíà÷èòåëüíî áîëüøèå ãà-

áàðèòû.

Óäåëüíàÿ ìàññà ïîäúåìíûõ ÒÐÄ äîñòèãàåò

âåëè÷èíû

γ γ

= 0,07…0,05. Íèçêàÿ ìàññà îáåñïå÷è-

âàåòñÿ ïðîñòîòîé êîíñòðóêöèè äâèãàòåëÿ è åãî ñè-

ñòåì, à òàêæå øèðîêèì èñïîëüçîâàíèåì ëåãêèõ

êîíñòðóêöèîííûõ ìàòåðèàëîâ, â òîì ÷èñëå êîìïî-

çèöèîííûõ.

Êîíñòðóêöèÿ ïîäúåìíîãî äâèãàòåëÿ äîëæíà

îáåñïå÷èâàòü åãî ðàáîòîñïîñîáíîñòü â âåðòèêàëü-

íîì ïîëîæåíèè. Òàê êàê äâèãàòåëü ðàáîòàåò î÷åíü

êîðîòêîå âðåìÿ, âîçìîæíî ìàêñèìàëüíîå óïðîùå-

íèå òîïëèâíîé ñèñòåìû èëè åå îáúåäèíåíèå ñ òîï-

ëèâíîé ñèñòåìîé ìàðøåâîãî äâèãàòåëÿ. Ìàñëîñèñ-

òåìà ïîäúåìíîãî äâèãàòåëÿ ìîæåò áûòü ðàñõîäíîãî

òèïà, êîãäà ìàñëî èç ìàñëîñèñòåìû âûáðàñûâàåòñÿ

çà áîðò. Àãðåãàòû ìàñëîñèñòåìû ìîãóò áûòü ðàçìå-

ùåíû â êîêå êîìïðåññîðà. Äâèãàòåëü ìîæåò áûòü

îñíàùåí ïîâîðîòíûì ñîïëîì, ÷òîáû îáåñïå÷èòü

îïðåäåëåííîå óïðàâëåíèå âåêòîðîì òÿãè. Çàïóñê

ïîäúåìíîãî äâèãàòåëÿ ìîæåò ïðîèçâîäèòüñÿ ïîäà-

÷åé ñæàòîãî âîçäóõà îò ìàðøåâîãî äâèãàòåëÿ íåïîñ-

Ðèñóíîê 3.1.4_1 – Ïîäúåìíûé ÒÐÄ (ÐÄ-38)

1 – àãðåãàòû äâèãàòåëÿ â êîêå

êîì

ïðåññîðà; 2 – íåðåãóëèðóåìûé

øåñòèñòóïåí÷àòûé êîìïðåññîð;

3 – êîðîòêàÿ êàìåðà ñãîðàíèÿ ñî

âñòðîåííûì òîïëèâíûì êîëëåê-

òîðîì; 4 – îõëàæäàåìàÿ òóðáèíà

ñ äèñêîì èç òèòàíîâîãî ñïëàâà;

5 – äâóõïîçèöèîííîå ïîâîðîòíîå

ñîïëî

Ãëàâà 3 - Êîíñòðóêòèâíûå ñõåìû ÃÒÄ

143

ðåäñòâåííî íà òóðáèíó. Íà Ðèñ. 3.1.4_1 ïîêàçàíà

êîíñòðóêòèâíàÿ ñõåìà ïîäúåìíîãî ÒÐÄ ÐÄ-38 ðàç-

ðàáîòêè ÍÏÎ «Ñàòóðí».

Ïîäúåìíî-ìàðøåâûå äâèãàòåëè îáåñïå÷èâàþò

ãîðèçîíòàëüíóþ è âåðòèêàëüíóþ òÿãó ïîñðåäñòâîì

èçìåíåíèÿ âåêòîðà òÿãè. Äëÿ ýòîãî ïðåäíàçíà÷åíà

ñïåöèàëüíàÿ îòêëîíÿþùàÿ ñèñòåìà, ñîñòîÿùàÿ èç

îäíîãî, äâóõ èëè ÷åòûðåõ ïîâîðîòíûõ ñîïåë. Òàê,

íàïðèìåð, ïîäúåìíî-ìàðøåâûé ÒÐÄÄ «Pegasus»

äëÿ ÑÂÂÏ «Harrier» (ñì. Ðèñ. 3.1.4_2) èìååò ÷åòû-

ðå ïîâîðîòíûõ ñîïëà - ïî äâà â êàæäîì êîíòóðå

äâèãàòåëÿ. Ñîïëà îáåñïå÷èâàþò óñòîé÷èâîñòü ñà-

ìîëåòà ïðè âçëåòå-ïîñàäêå áåç èñïîëüçîâàíèÿ äî-

ïîëíèòåëüíûõ ïîäúåìíûõ äâèãàòåëåé.

Íåäîñòàòêîì òàêîãî òèïà ÑÓ, ñîñòîÿùåé èç

îäíîãî äâèãàòåëÿ, ÿâëÿåòñÿ íåîáõîäèìîñòü çíà÷è-

òåëüíîãî ïåðåðàçìåðèâàíèÿ äâèãàòåëÿ äëÿ îáåñïå-

÷åíèÿ ïîòðåáíîé òÿãîâîîðóæåííîñòè ñàìîëåòà ïðè

âåðòèêàëüíîì âçëåòå. Êàê ðåçóëüòàò - â ãîðèçîíòàëü-

íîì êðåéñåðñêîì ïîëåòå ïîäúåìíî-ìàðøåâûé äâè-

ãàòåëü ðàáîòàåò íà ãëóáîêèõ äðîññåëüíûõ ðåæèìàõ

ñ ïîâûøåííûì óäåëüíûì ðàñõîäîì òîïëèâà.

Óëó÷øåíèå ýêîíîìè÷íîñòè ïîäúåìíî-ìàðøå-

âîãî äâèãàòåëÿ íà êðåéñåðñêèõ ðåæèìàõ ìîæåò

áûòü äîñòèãíóòî äâóìÿ ñïîñîáàìè. Ïåðâûé - óñòà-

íîâêà ïåðåä ïîâîðîòíûìè ñîïëàìè ÔÊ, âêëþ÷àå-

ìûõ ïðè âåðòèêàëüíîì âçëåòå (ïðè ýòîì óìåíüøà-

åòñÿ ïîòðåáíàÿ ðàçìåðíîñòü äâèãàòåëÿ è ñòåïåíü

Ðèñóíîê 3.1.4_2 – Ñõåìà ðàáîòû è îáùèé âèä ïîäúåìíî-ìàðøåâîãî ÒÐÄÄ (Pegasus)

1 – âåíòèëÿòîð; 2 – ïîâîðîòíûå ñîïëà íàðóæíîãî êîíòóðà; 3 – ïîâîðîòíûå ñîïëà

âíóòðåííåãî êîíòóðà; 4 – ÊÂÄ; 5 – ÊÑ; 6 – ÒÂÄ; 7 – ÒÍÄ

Ãëàâà 3 - Êîíñòðóêòèâíûå ñõåìû ÃÒÄ

144

äðîññåëèðîâàíèÿ â êðåéñåðñêîì ïîëåòå). Âòîðîé -

ïðèìåíåíèåì ÑÓ ñ ïîäúåìíûìè äâèãàòåëÿìè, ñî-

çäàþùèìè ÷àñòü âåðòèêàëüíîé òÿãè [3.4.1].

Íà Ðèñ. 3.1.4_3 ïîêàçàíû ïîäúåìíî-ìàðøåâûå

äâèãàòåëè R-27B-300 ñ äâóìÿ ïîâîðîòíûìè ñîïëà-

ìè äëÿ ÑÂÂÏ ßÊ-38 è R-79B-300 ñ îäíèì ïîâîðîò-

íûì ñîïëîì äëÿ ïåðâîãî â ìèðå ñâåðõçâóêîâîãî

ÑÓÂÂÏ ßÊ-141. ÑÓ ñàìîëåòîâ ßÊ-38 è ßÊ-141

ñîñòîÿò èç äâóõ ïîäúåìíûõ è îäíîãî ïîäúåìíî-

ìàðøåâîãî äâèãàòåëÿ. Îñîáåííîñòè óñòðîéñòâà ïî-

âîðîòíûõ ñîïåë ïîäúåìíî-ìàðøåâûõ äâèãàòåëåé

áóäóò ðàññìîòðåíû â ãëàâå 9.

Íà Ðèñ. 3.1.4_4 ïîêàçàíà ÑÓ ñ ïîäúåìíî-ìàð-

øåâûì äâèãàòåëåì è ïîäúåìíûì âåíòèëÿòîðîì,

ðàçðàáîòàííàÿ äëÿ ÑÓÂÂÏ F-35. Äâóõñòóïåí÷àòûé

áèðîòàòèâíûé âåíòèëÿòîð (ñì. Ðèñ. 3.1.4_5) èìååò

ìåõàíè÷åñêèé ïðèâîä îò òóðáîêîìïðåññîðà ÍÄ

ïîäúåìíî-ìàðøåâîãî äâèãàòåëÿ. Òðàíñìèññèÿ ïðè-

âîäà âêëþ÷àåò âàë, ôðèêöèîííóþ ìóôòó äëÿ ïëàâ-

íîãî ïîäêëþ÷åíèÿ âåíòèëÿòîðà è êîíè÷åñêèé ðåäóê-

òîð äëÿ ðàçäà÷è ìîùíîñòè íà îáà âàëà âåíòèëÿòî-

ðà. Ïîäúåìíûé âåíòèëÿòîð èìååò ðåãóëèðóåìûå

ÂÍÀ è ÍÀ è ðåãóëèðóåìîå ñîïëî ñ âîçìîæíîñòüþ

îòêëîíåíèÿ âåêòîðà òÿãè.

Ïîäúåìíî-ìàðøåâûå äâèãàòåëè äîëæíû îáåñ-

ïå÷èâàòü ñòàáèëèçàöèþ è óïðàâëåíèå ñàìîëåòîì ïðè

âçëåòå, íà ðåæèìå âèñåíèÿ è ïðè ìàëûõ ñêîðîñòÿõ

äâèæåíèÿ, êîãäà àýðîäèíàìè÷åñêèå ðóëè ñàìîëåòà

íå ýôôåêòèâíû. Äëÿ ýòèõ öåëåé ïðèìåíÿþò ñèñòå-

ìû ðåàêòèâíîãî óïðàâëåíèÿ ñàìîëåòîì - óïðàâëå-

íèå ñ ïîìîùüþ èçìåíåíèÿ âåðòèêàëüíîé òÿãè ñàìèõ

ïîäúåìíûõ è ïîäúåìíî-ìàðøåâûõ äâèãàòåëåé, è óï-

ðàâëåíèå ñ ïîìîùüþ ñæàòîãî âîçäóõà, îòáèðàåìîãî

çà êîìïðåññîðîì äâèãàòåëåé è âûïóñêàåìîãî ÷åðåç

ñïåöèàëüíûå ðåàêòèâíûå ñîïëà, ðàñïîëîæåííûå íà

êîíöàõ êðûëüåâ è ôþçåëÿæà [3.4.2].

Ðèñóíîê 3.1.4_3 – Ïîäúåìíî-ìàðøåâûå ÒÐÄ è ÒÐÄÄ

Ãëàâà 3 - Êîíñòðóêòèâíûå ñõåìû ÃÒÄ

145

Ðèñóíîê 3.1.4_4 – Ñèëîâàÿ óñòàíîâêà ñ ïîäúåìíî-ìàðøåâûì äâèãàòåëåì è ïîäúåìíûì âåíòèëÿòîðîì

äëÿ ÑÓÂÂÏ (F-35)

1 – ïîäúåìíûé âåíòèëÿòîð; 2 – ìóôòà; 3 – òðàíñìèññèÿ; 4 – ðóêàâà îòáîðà âîçäóõà

â ñèñòåìó ñòàáèëèçàöèè ñàìîëåòà; 5 – ïîâîðîòíîå ñîïëî â ïîëîæåíèè âåðòèêàëüíîé

òÿãè; 6 – ïîäúåìíî-ìàðøåâûé äâèãàòåëü

Ðèñóíîê 3.1.4_5 – Ñèëîâàÿ óñòàíîâêà ñ ïîäúåìíî-

ìàðøåâûì äâèãàòåëåì è ïîäúåì-

íûì âåíòèëÿòîðîì äëÿ ÑÓÂÂÏ

(F-35)

1 – ïîäúåìíûé âåíòèëÿòîð;

2 – ìóôòà; 3 – òðàíñìèññèÿ;

4 – ðóêàâà îòáîðà âîçäóõà â ñèñ

òåìó ñòàáèëèçàöèè ñàìîëåòà;

5 – ïîâîðîòíîå ñîïëî â ïîëîæå-

íèè âåðòèêàëüíîé òÿãè;

6 – ïîäúåìíî-ìàðøåâûé äâèãà-

òåëü

Ãëàâà 3 - Êîíñòðóêòèâíûå ñõåìû ÃÒÄ

146

Ðèñóíîê 3.1.4_6 – Ñõåìû è ïàðàìåòðû ðàçëè÷íûõ ñèëîâûõ óñòàíîâîê äëÿ ÑÂÂÏ/ÑÓÂÂÏ

Ãëàâà 3 - Êîíñòðóêòèâíûå ñõåìû ÃÒÄ

147

3.2 - Êîíñòðóêòèâíûå ñõåìû

íàçåìíûõ è ìîðñêèõ ÃÒÄ

Ðàññìîòðåííûå â ãëàâå 1 òèïû íàçåìíûõ

è ìîðñêèõ ÃÒÄ ìîãóò áûòü âûïîëíåíû ñ ïîìîùüþ

ðàçëè÷íûõ êîíñòðóêòèâíûõ ñõåì.

3.2.1 - Îäíîâàëüíûå ÃÒÄ

Îäíîâàëüíàÿ ñõåìà ÿâëÿåòñÿ êëàññè÷åñêîé äëÿ

íàçåìíûõ ÃÒÄ è ïðèìåíÿåòñÿ âî âñåì äèàïàçîíå ìîù-

íîñòè îò 30 êÂò äî 350 ÌÂò. Ïî îäíîâàëüíîé ñõåìå

ìîãóò áûòü âûïîëíåíû ÃÒÄ ïðîñòîãî è ñëîæíîãî

öèêëîâ, â òîì ÷èñëå è ïàðîãàçîâûå óñòàíîâêè (ÏÃÓ).

Êîíñòðóêòèâíî îäíîâàëüíûé íàçåìíûé èëè

ìîðñêîé ÃÒÄ àíàëîãè÷åí îäíîâàëüíûì àâèàöèîí-

íûì ÒÂÄ è âåðòîëåòíûì ÃÒÄ è âêëþ÷àåò êîìïðåñ-

ñîð, ÊÑ è òóðáèíó (ñì. Ðèñ. 3.2.1_1).

Ðàñøèðåíèå ãàçà â òóðáèíå îäíîâàëüíîãî íà-

çåìíîãî ÃÒÄ ïðîèñõîäèò ïðàêòè÷åñêè äî àòìîñ-

ôåðíîãî äàâëåíèÿ, ïîýòîìó ìîùíîñòü òóðáèíû

çíà÷èòåëüíî áîëüøå ìîùíîñòè

êîìïðåññîðà, à èç-

áûòî÷íàÿ ìîùíîñòü ñ âàëà ÃÒÄ ïåðåäàåòñÿ ïîòðå-

áèòåëþ. Âàë îòáîðà ìîùíîñòè ìîæåò áûòü âûïîë-

íåí êàê ñî ñòîðîíû êîìïðåññîðà, òàê è ñî ñòîðîíû

òóðáèíû (ñì. Ðèñ. 3.2.1_1). Ýòî îáåñïå÷èâàåò áîëü-

øóþ ãèáêîñòü ïðè êîìïîíîâêå ÃÒÄ â ñîñòàâå ðàç-

ëè÷íûõ îáúåêòîâ ïðèìåíåíèÿ.

Îäíîâàëüíàÿ ñõåìà ïðîñòà ïî êîíñòðóêöèè –

îíà èìååò ìèíèìàëüíîå êîëè÷åñòâî îïîð, ïîäøèï-

íèêîâ, óïëîòíåíèé. Â îäíîâàëüíûõ ïðîìûøëåí-

íûõ ÃÒÄ íåò äîðîãîñòîÿùèõ óçëîâ ÑÒ è çàäíåé

îïîðû, ãàçîâîäà ìåæäó òóðáèíîé ãàçîãåíåðàòîðà

è ÑÒ (ñì. Ðèñ. 3.2.2_4), ÷òî ñóùåñòâåííî ñíèæàåò

ñòîèìîñòü ÃÒÄ.

Íåäîñòàòêè ñõåìû îáóñëîâëåíû ñîåäèíåíèåì

âàëà òóðáîêîìïðåññîðà ÃÒÄ è ïðèâîäèìîãî îáîðó-

äîâàíèÿ. Ïðè çàãðóçêå ñ ïåðåìåííîé ÷àñòîòîé âðà-

ùåíèÿ ëèíèè ðàáî÷èõ ðåæèìîâ êîìïðåññîðà îäíî-

âàëüíîãî ÃÒÄ çàâèñÿò îò õàðàêòåðà ôóíêöèè

«ìîùíîñòü çàãðóçêè - ÷àñòîòà âðàùåíèÿ» (N = f(n)),

à òàêæå îò òåìïåðàòóðû íà âõîäå â ÃÒÄ. Ýòî âûçû-

âàåò òðóäíîñòè ðåãóëèðîâàíèÿ ÃÒÄ, ïîääåðæàíèÿ

íåîáõîäèìûõ çàïàñîâ óñòîé÷èâîñòè êîìïðåññîðà

è ïðèåìëåìîãî òåìïåðàòóðíîãî ñîñòîÿíèÿ äâèãà-

òåëÿ. Íåäîñòàòêîì îäíîâàëüíîé ñõåìû ÿâëÿåòñÿ

òàêæå áîëüøàÿ ïîòðåáíàÿ ìîùíîñòü ñòàðòåðà.

Ïî ïðè÷èíå óêàçàííûõ îñîáåííîñòåé îäíî-

âàëüíûå ÃÒÄ â íàñòîÿùåå âðåìÿ ïðàêòè÷åñêè íå

ïðèìåíÿþòñÿ äëÿ ìåõàíè÷åñêîãî ïðèâîäà. Â êîíöå

1950-õ…íà÷àëå 1960-õ ã.ã. îíè èñïîëüçîâàëèñü íà

ãàçîïðîâîäàõ, íî çàòåì áûëè ïîëíîñòüþ çàìåíåíû

íà ÃÒÄ ñî ñâîáîäíîé òóðáèíîé. Îñíîâíîå ïðèìå-

íåíèå ÃÒÄ îäíîâàëüíîé ñõåìû – ýòî ïðèâîä ýëåêò-

ðîãåíåðàòîðîâ ñ ïîñòîÿííîé ÷àñòîòîé âðàùåíèÿ.

Âàæíåéøèì ïðåèìóùåñòâîì ýíåðãåòè÷åñêèõ ÃÒÄ

îäíîâàëüíîé ñõåìû ÿâëÿåòñÿ âûñîêàÿ òî÷íîñòü

ïîääåðæàíèÿ ÷àñòîòû âðàùåíèÿ, îïðåäåëÿþùàÿ

âûñîêîå êà÷åñòâî ýëåêòðîýíåðãèè. Çàïóñê ÃÒÄ ìî-

æåò îñóùåñòâëÿòüñÿ îò ïðèâîäèìîãî ãåíåðàòîðà,

ðàáîòàþùåãî âî âðåìÿ çàïóñêà â ðåæèìå ýëåêòðî-

äâèãàòåëÿ.

Ïðè ðàáîòå îäíîâàëüíîãî ÃÒÄ â ñîñòàâå ÏÃÓ

èëè ÃÒÓ-ÒÝÖ âûïîëíÿåòñÿ ðåãóëèðîâàíèå (ïðè-

êðûòèå) ÂÍÀ êîìïðåññîðà íà äðîññåëüíûõ ðåæè-

ìàõ äëÿ ïîääåðæàíèÿ ïîñòîÿííîé òåìïåðàòóðû ãà-

çîâ íà âûõëîïå ÃÒÄ, ÷òî áëàãîïðèÿòíî ñêàçûâàåòñÿ

íà ê.ï.ä. ïàðîâîãî êîíòóðà è ýíåðãåòè÷åñêîé óñòà-

íîâêè â öåëîì.

3.2.2 - ÃÒÄ ñî ñâîáîäíîé ñèëîâîé

òóðáèíîé

Ñõåìà ÃÒÄ ñî ñâîáîäíîé ÑÒ ïîêàçàíà íà

Ðèñ. 3.2.2_1. Â ýòîé ñõåìå òóðáèíà ðàçäåëåíà íà äâà

êàñêàäà. Ïåðâûé êàñêàä – ÒÂÄ – èñïîëüçóåòñÿ äëÿ

ïðèâîäà êîìïðåññîðà, à âòîðîé êàñêàä – ñâîáîäíàÿ

ÑÒ – ïðèâîäèò íàãðóçêó (íàãíåòàòåëü, ýëåêòðîãå-

íåðàòîð, íàñîñ è ò.ä.) ÒÂÄ è ÑÒ ìåõàíè÷åñêè íå

ñâÿçàíû è èìåþò âîçìîæíîñòü âðàùàòüñÿ ñ ðàçëè÷-

íîé ÷àñòîòîé. Êîìïðåññîð, ÊÑ è ÒÂÄ îáðàçóþò

åäèíûé êîíñòðóêòèâíûé ìîäóëü – ãàçîãåíåðàòîð

(òóðáîêîìïðåññîð ÂÄ), êîòîðûé ñëóæèò äëÿ ïîäà-

÷è ðàáî÷åãî ãàçà ñ çàäàííûìè ïàðàìåòðàìè íà ñâî-

áîäíóþ ÑÒ. ×àñòîòà âðàùåíèÿ ãàçîãåíåðàòîðà îï-

ðåäåëÿåòñÿ ïîòðåáíûì ðàñõîäîì âîçäóõà äëÿ

îáåñïå÷åíèÿ çàäàííîé ìîùíîñòè ÃÒÄ. ×àñòîòà âðà-

ùåíèÿ ÑÒ îïðåäåëÿåòñÿ íàãðóçêîé.

Íåçàâèñèìîñòü ÷àñòîò âðàùåíèÿ ãàçîãåíåðà-

òîðà è ÑÒ îáóñëàâëèâàþò îñíîâíûå ïðåèìóùåñòâà

äàííîé ñõåìû:

- óíèâåðñàëüíîñòü ïðèìåíåíèÿ ÃÒÄ äëÿ ïðèâî-

äà ðàçëè÷íûõ íàãðóçîê êàê ñ ïîñòîÿííîé, òàê è ñ ïå-

ðåìåííîé ÷àñòîòîé âðàùåíèÿ

;

- ñòàáèëüíîñòü ïðîòåêàíèÿ ëèíèè ðàáî÷èõ ðå-

æèìîâ íà õàðàêòåðèñòèêå êîìïðåññîðà ïðè èçìå-

íåíèè óñëîâèé çàãðóçêè ÑÒ è àòìîñôåðíûõ óñëî-

âèé;

- ìåíüøàÿ ïîòðåáíàÿ ìîùíîñòü ïóñêîâîãî óñ-

òðîéñòâà.

Îñíîâíûìè íåäîñòàòêàìè ñõåìû ñî ñâîáîäíîé

ÑÒ ÿâëÿåòñÿ óñëîæíåíèå è óäîðîæàíèå êîíñòðóê-

öèè ïî ñðàâíåíèþ ñ îäíîâàëüíîé ñõåìîé (ñì.

Ðèñ. 3.2.2_4). À â ñëó÷àå ïðèâîäà ýëåêòðîãåíåðàòî-

ðà – òàêæå è ìåíüøàÿ òî÷íîñòü ïîääåðæàíèÿ ÷àñ-

òîòû âðàùåíèÿ ÑÒ ïðè ðåçêèõ êîëåáàíèÿõ çàãðóç-

êè è íà ïåðåõîäíûõ ðåæèìàõ.

Ãëàâà 3 - Êîíñòðóêòèâíûå ñõåìû ÃÒÄ

148

Ðèñóíîê 3.2.1_1 - Îäíîâàëüíûå ÃÒÄ

à) ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà îäíîâàëüíîãî ÃÒÄ; á) Îäíîâàëüíûé ÃÒÄ V84.3A ôèðìû Siemens

ìîùíîñòüþ 180 ÌÂò; â) îäíîâàëüíûé ÃÒÄ PG9171(E) ôèðìû General Electric ìîùíîñòüþ

123 ÌÂò

1 – âõîäíîå óñòðîéñòâî; 2 – êîìïðåññîð; 3 – ÊÑ; 4 – òóðáèíà; 5 – âûõëîïíîé äèôôóçîð;

6 – âàë îòáîðà ìîùíîñòè

Ãëàâà 3 - Êîíñòðóêòèâíûå ñõåìû ÃÒÄ

149

Ðèñóíîê 3.2.2_1 - ÃÒÄ ñ ÑÒ è îäíîêàñêàäíûì òóðáîêîìïðåññîðîì

à) ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà ÃÒÄ ñ ÑÒ ñ âûõîäîì ñèëîâîãî âàëà íàçàä; á) äâèãàòåëü ÃÒÓ-16Ï

ÎÀÎ «Àâèàäâèãàòåëü» ìîùíîñòüþ 16 ÌÂò;

â)

ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà ÃÒÄ ñ ÑÒ è âûõî-

äîì ñèëîâîãî âàëà âïåðåä; ã)

Äâèãàòåëü ÃÒÓ-4Ï ÎÀÎ «Àâèàäâèãàòåëü» ìîùíîñòüþ 4 ÌÂò

1 – âõîäíîé êîðïóñ; 2 – êîìïðåññîð; 3 – êàìåðà ñãîðàíèÿ; 4 – ÒÂÄ; 5 – ÑÒ; 6 – çàäíÿÿ îïîðà; 7 – âàë îòáîðà

ìîùíîñòè

1 – âõîäíîå óñòðîéñòâî; 2 – êîìïðåññîð; 3 – êàìåðà ñãîðàíèÿ; 4 – ÒÂÄ; 5 – ÑÒ; 6 – çàäíÿÿ îïîðà; 7 – âûõëîï-

íîé äèôôóçîð; 8 – âàë îòáîðà ìîùíîñòè