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

Подождите немного. Документ загружается.

Ãëàâà 3 - Êîíñòðóêòèâíûå ñõåìû ÃÒÄ

150

Ðèñóíîê 3.2.2_2 - ÃÒÄ ñ ÑÒ è äâóõêàñêàäíûì òóðáîêîìïðåññîðîì

à)ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà ÃÒÄ ñ ÑÒ ñ äâóõêàñêàäíûì òóðáîêîìïðåññîðîì; á) ä

âèãàòåëü ÃÒÓ-

25Ï ÎÀÎ «Àâèàäâèãàòåëü» ìîùíîñòüþ 25 ÌÂò; â) ÃÒÄ Coberra 6000 ôèðìû Rolls-Royce

ìîùíîñòüþ 24…32 ÌÂò; ã) ÃÒÄ LM1600 ôèðìû General Electric ìîùíîñòüþ 14 ÌÂò

1 – âõîäíîå óñòðîéñòâî; 2 – ÊÍÄ; 3 – ÊÂÄ; 4 – ÊÑ; 5 – ÒÂÄ; 6 – ÒÍÄ; 7 – ÑÒ; 8 – çàäíÿÿ

îïîðà; 9 – âûõëîïíîé äèôôóçîð; 10 – âàë îòáîðà ìîùíîñòè

Ãëàâà 3 - Êîíñòðóêòèâíûå ñõåìû ÃÒÄ

151

Íà Ðèñ. 3.2.2_1 ïîêàçàí äâèãàòåëü ÃÒÓ-16Ï

ðàçðàáîòêè ÎÀÎ «Àâèàäâèãàòåëü» ìîùíîñòüþ

16 ÌÂò, âûïîëíåííûé ïî ñõåìå ñ ÑÒ ñ âûõîäîì

ñèëîâîãî âàëà íàçàä. Äâèãàòåëü èìååò âûñîêîíà-

ïîðíûé îäíîêàñêàäíûé êîìïðåññîð ñî ñòåïåíüþ

ñæàòèÿ

ππ

Êmax

= 23 â ÷åòûðíàäöàòè ñòóïåíÿõ è òðåõ-

ñòóïåí÷àòóþ êîíñîëüíóþ ñâîáîäíóþ ÑÒ. Íà ýòîì

æå ðèñóíêå ïîêàçàí àíàëîãè÷íûé ïî ñõåìå äâèãà-

òåëü ÃÒÓ-4Ï ìîùíîñòüþ 4 ÌÂò ñ âûõîäîì ñèëî-

âîãî âàëà âïåðåä â ñòîðîíó êîìïðåññîðà.

Â ñâÿçè ñ îáùåé òåíäåíöèåé ðàçâèòèÿ ÃÒÄ

íàïðàâëåíèè ïîâûøåíèÿ ñòåïåíè ñæàòèÿ, à òàê-

æå ñëîæíîñòüþ ðàçðàáîòêè îäíîêàñêàäíûõ âûñî-

êîíàïîðíûõ êîìïðåññîðîâ, â íàñòîÿùåå âðåìÿ ãà-

çîãåíåðàòîð (òóðáîêîìïðåññîð) ÷àñòî âûïîëíÿþò

äâóõâàëüíûì, àíàëîãè÷íî äâóõâàëüíîìó ãàçîãåíå-

ðàòîðó ÒÐÄÄ.

Äëÿ ïðîìûøëåííûõ ÃÒÄ ñî ñâîáîä-

íîé ÑÒ áîëåå òî÷íûì áóäåò èñïîëüçîâàíèå òåðìèíà

«äâóõâàëüíûé òóðáîêîìïðåññîð», ò.ê. çíà÷èòåëüíîå

êîëè÷åñòâî íàçåìíûõ ÃÒÄ, êîíâåðòèðîâàííûõ èç

àâèàöèîííûõ ÒÐÄÄ, ñîçäàíû íà áàçå îäíîâàëüíîãî

ãàçîãåíåðàòîðà è ìîäèôèöèðîâàííîãî êàñêàäà íèçêîãî

äàâëåíèÿ (ÊÍÄ è ÒÍÄ) áàçîâîãî äâèãàòåëÿ ñ äîáàâ-

ëåíèåì âíîâü ñïðîåêòèðîâàííîé ÑÒ

Íà Ðèñ. 3.2.2_2 ïîêàçàíû ïðèìåðû ÃÒÄ ñ

äâóõ-

êàñêàäíûì òóðáîêîìïðåññîðîì è ÑÒ:

- äâèãàòåëü ÃÒÓ-25Ï ìîùíîñòüþ 25 ÌÂò ðàç-

ðàáîòêè ÎÀÎ «Àâèàäâèãàòåëü», ñîçäàííûé íà áàçå

âûñîêîíàïîðíîãî ãàçîãåíåðàòîðà è ÊÍÄ ãðàæäàí-

ñêîãî ÒÐÄÄ ÏÑ-90À.

ÃÒÄ Coberra 6000 â êëàññå ìîùíîñòè

24…32 ÌÂò, ñîçäàííûé íà áàçå äâóõâàëüíîãî ãà-

çîãåíåðàòîðà òðåõâàëüíîãî ãðàæäàíñêîãî ÒÐÄÄ

RB211-24G ôèðìû Rolls-Royce;

- ÃÒÄ LM1600 ìîùíîñòüþ 14 ÌÂò, ñîçäàííûé

íà áàçå ãàçîãåíåðàòîðà è ìîäèôèöèðîâàííîãî êàñ-

êàäà íèçêîãî äàâëåíèÿ âîåííîãî ÒÐÄÄÔ F404 ôèð-

ìû General Electric;

Íà áàçå òðåõâàëüíûõ àâèàöèîííûõ ÒÐÄÄ âîç-

ìîæíî ñîçäàíèå íàçåìíûõ ÃÒÄ ñî ñâîáîäíîé ÑÒ,

èìåþùèõ òðåõâàëüíûé òóðáîêîìïðåññîð. Íà

Ðèñ. 3.2.2_3 ïîêàçàíà ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà

è ï

ðî

äîëüíûé ðàçðåç åäèíñòâåííîãî â ìèðîâîé

ïðàêòèêå ñåðèéíîãî ïðîìûøëåííîãî ÃÒÄ, âûïîë-

Ðèñóíîê 3.2.2_3 - ÃÒÄ ñ ÑÒ è òðåõêàñêàäíûì òóðáîêîìïðåññîðîì

à) ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà ÃÒÄ ñ ÑÒ ñ òðåõêàñêàäíûì òóðáîêîìïðåññîðîì; á) ÃÒÄ ÍÊ-36ÑÒ

«ÑÍÒÊ èì. Êóçíåöîâà» ìîùíîñòüþ 25…30 ÌÂò

1 – âõîäíîå óñòðîéñòâî; 2 – ÊÍÄ; 3 – ÊÑÄ; 4 – ÊÂÄ; 5 – ÊÑ; 6 – ÒÂÄ; 7 – ÒÑÄ; 8 – ÒÍÄ;

9 – ÑÒ; 10 – çàäíÿÿ îïîðà; 11 – âàë îòáîðà ìîùíîñòè

Ãëàâà 3 - Êîíñòðóêòèâíûå ñõåìû ÃÒÄ

152

íåííîãî ïî äàííîé ñõåìå. Ýòî ðîññèéñêèé äâèãà-

òåëü

ÍÊ-36ÑÒ â êëàññå ìîùíîñòè 25…30 ÌÂò, ðàç-

ðàáîòàííûé â «ÑÍÒÊ èì. Êóçíåöîâà» (ã. Ñàìàðà) íà

áàçå òðåõâàëüíîãî ÒÐÄÄÔ ÍÊ-32.

Îòìå÷åííûå âûøå ñóùåñòâåííûå íåäîñòàòêè

ñõåìû ÃÒÄ ñî ñâîáîäíîé ÑÒ â ýíåðãåòè÷åñêîì ïðè-

ìåíåíèè âûíóæäàþò ðàçðàáîò÷èêîâ ÃÒÄ ñîçäàâàòü

äëÿ ïðèâîäà ýëåêòðîãåíåðàòîðîâ îäíîâàëüíûå ìî-

äèôèêàöèè äâèãàòåëåé ïóòåì èñêëþ÷åíèÿ óçëà ÑÒ

ñ çàäíåé îïîðîé è ïîäñòàíîâêè äîïîëíèòåëüíîé

ñòóïåíè ê òóðáèíå ãàçîãåíåðàòîðà. Îäíîâàëüíóþ

è äâóõâàëüíóþ ìîäèôèêàöèè èìåþò ÃÒÄ ôèðìû

Solar (ÑØÀ) â êëàññå ìîùíîñòè 2…13 ÌÂò (ìî-

äåëè Centaur 40, Taurus 60, Taurus 70, Titan130)

è ôèðìû Siemens (ÔÐÃ) â êëàññå ìîùíîñòè

4…7 ÌÂò (ìîäåëè Typhoon, Tornado). Ñõåìà ïîäîá-

íîé ìîäåðíèçàöèè ïîêàçàíà íà Ðèñ. 3.2.2_4 íà ïðè-

ìåðå ïðîåêòà îäíîâàëüíîãî ÃÒÄ ÎÀÎ «Àâèàäâè-

ãàòåëü» íà áàçå äâèãàòåëÿ ÃÒÓ-12Ï, âûïîëíåííîãî

ïî ñõåìå ñî ñâîáîäíîé òóðáèíîé.

Ñõåìà ñî ñâîáîäíîé òóðáèíîé (ñ îäíîâàëü-

íûì è äâóõâàëüíûì ãàçîãåíåðàòîðîì) øèðîêî

ïðèìåíÿåòñÿ â ÃÒÄ ðàçëè÷íîãî íàçíà÷åíèÿ. Îíà

÷àñòî èñïîëüçóåòñÿ â ÃÒÄ, ðàçðàáîòàííûõ íà áàçå

àâèàöèîííûõ, êàê ïðàâèëî – ìíîãîâàëüíûõ, ïðî-

òîòèïîâ.

Ïî äàííîé ñõåìå âûïîëíåíî áîëüøîå

êîëè÷åñòâî ìîäåëåé ÃÒÄ â êëàññå ìîùíîñòè îò

0,5 äî 51 ÌÂò. Íàèáîëüøàÿ ìîùíîñòü 51 ÌÂò

ðåàëèçîâàíà â ýíåðãåòè÷åñêîì ÃÒÄ ôèðìû

General Electric LM5000STIG, ðàáîòàþùåì ïî

öèêëó ñ âïðûñêîì ïàðà.

Ðèñóíîê 3.2.2_4 - Ïðèìåð ìîäåðíèçàöèè ÃÒÄ ñ ÑÒ â ÃÒÄ îäíîâàëüíîé ñõåìû

1 – êîìïðåññîð; 2 – ÊÑ; 3 – ÒÂÄ; 4 – äîïîëíèòåëüíàÿ ñòóïåíü òóðáèíû; 5 – ÑÒ;

6 – çàäíÿÿ îïîðà; 7 – âàë îòáîðà ìîùíîñòè

3.2.3 - ÃÒÄ ñî «ñâÿçàííûì» ÊÍÄ

Ñõåìû ÃÒÄ ñî «ñâÿçàííûì» ÊÍÄ ïîêàçàíû íà

Ðèñ. 3.2.3_1. Â îòëè÷èå îò ðàññìîòðåííûõ âûøå ñõåì

ñî ñâîáîäíîé òóðáèíîé, â êîòîðûõ êîëè÷åñòâî êàñ-

êàäîâ òóðáèíû âñåãäà íà åäèíèöó áîëüøå, ÷åì êî-

ëè÷åñòâî êàñêàäîâ êîìïðåññîðà, â ñõåìå ñî «ñâÿçàí-

íûì» ÊÍÄ êîëè÷åñòâî êàñêàäîâ êîìïðåññîðà

è òóðáèíû îäèíàêîâî. Äëÿ ïðèâîäà ÊÍÄ èñïîëüçó-

åòñÿ ÑÒ, à ÒÍÄ îòñóòñòâóåò. Äàííàÿ ñõåìà ïîçâîëÿ-

åò ñóùåñòâåííî óäåøåâèòü ìíîãîâàëüíûå ÃÒÄ èç-çà

èñêëþ÷åíèÿ îäíîãî êàñêàäà òóðáèíû, óìåíüøåíèÿ

êîëè÷åñòâà îïîð, ïîäøèïíèêîâ è óïëîòíåíèé.

Ñõåìà ñî «ñâÿçàííûì» ÊÍÄ óäîáíà äëÿ êîí-

âåðñèè ìíîãîâàëüíûõ àâèàöèîííûõ ÒÐÄÄ ñ âûñî-

êîé ñòåïåíüþ äâóõêîíòóðíîñòè â ïðîìûøëåííûå

ÃÒÄ, ïîñêîëüêó ïîçâîëÿåò ìàêñèìàëüíî èñïîëü-

çîâàòü ìàòåðèàëüíóþ ÷àñòü áàçîâûõ äâèãàòåëåé.

Â äàííîì ñëó÷àå èñïîëüçóåòñÿ íå òîëüêî ãàçîãåíå-

ðàòîð, íî è êàñêàä ÍÄ áàçîâîãî äâèãàòåëÿ ñ òðàíñ-

ìèññèåé. ÊÍÄ áàçîâîãî ÒÐÄÄ (âåíòèëÿòîð è ïîä-

ïîðíûå ñòóïåíè) ìîäèôèöèðóþòñÿ äëÿ íàçåìíîãî

ïðèìåíåíèÿ, à òóðáèíà âåíòèëÿòîðà èñïîëüçóåòñÿ

è êàê ñèëîâàÿ, è êàê ïðèâîä ÊÍÄ. Âûñîêàÿ ñòåïåíü

óíèôèêàöèè ñ áàçîâûì àâèàäâèãàòåëåì ïîçâîëÿåò

äîïîëíèòåëüíî óäåøåâèòü ÃÒÄ çà ñ÷åò óâåëè÷åíèÿ

ñåðèéíîñòè ïðîèçâîäñòâà çíà÷èòåëüíîé ÷àñòè äå-

òàëåé èëè èñïîëüçîâàíèÿ äåòàëåé áàçîâûõ àâèàäâè-

ãàòåëåé, îòðàáîòàâøèõ ëåòíûé ðåñóðñ.

Ñõåìà ñî «ñâÿçàííûì» ÊÍÄ èìååò âîçìîæ-

íîñòü ïðèâîäà íàãðóçêè êàê ñî ñòîðîíû êîìïðåññî-

Ãëàâà 3 - Êîíñòðóêòèâíûå ñõåìû ÃÒÄ

153

Ðèñóíîê 3.2.3_1 - ÃÒÄ ñî «ñâÿçàííûì» ÊÍÄ

à)ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà ÃÒÄ ñî «ñâÿçàííûì» ÊÍÄ ñ äâóõêàñêàäíûì òóðáîêîìïðåññîðîì;

á) ÃÒÄ LM6000 ôèðìû General Electric ìîùíîñòüþ 43 ÌÂò; 1- âõîäíîå óñòðîéñòâî;

2 - ÊÍÄ; 3 - êîðïóñ ïåðåïóñêà âîçäóõà èç-çà ÊÍÄ; 4 - ÊÂÄ; 5 - ÊÑ; 6 - ÒÂÄ; 7 - ÑÒ (ÒÍÄ);

8 – çàäíÿÿ îïîðà; 9 – âàë îòáîðà ìîùíîñòè;

â) ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà ÃÒÄ ñî «ñâÿçàííûì» ÊÍÄ ñ òðåõêàñêàäíûì òóðáîêîìïðåññî-

ðîì;

ã) ÃÒÄ Trent ôèðìû Rolls-Royce ìîùíîñòüþ 52 ÌÂò; 1- âõîäíîå óñòðîéñòâî; 2 - ÊÍÄ;

3 – ÊÑÄ; 4 – ÊÂÄ; 5 – ÊÑ; 6 – ÒÂÄ; 7 – ÒÑÄ; 8 – ÑÒ (ÒÍÄ); 9 – çàäíÿÿ îïîðà; 10 – âàë îòáîðà

ìîùíîñòè

Ãëàâà 3 - Êîíñòðóêòèâíûå ñõåìû ÃÒÄ

154

ðà, òàê è ñî ñòîðîíû òóðáèíû. Êàê ïðèâîä ýëåê

òðî-

ãåíåðàòîðà äàííàÿ ñõåìà ïî òî÷íîñòè ïîääåðæàíèÿ

÷àñòîòû âðàùåíèÿ ÑÒ çàíèìàåò ïðîìåæóòî÷íîå

ïîëîæåíèå ìåæäó ñõåìàìè ñî ñâîáîäíîé ÑÒ è îä-

íîâàëüíîé ñõåìîé.

Íåäîñòàòêè ñõåìû – ýòî íåîáõîäèìîñòü ñî-

ãëàñîâàíèÿ õàðàêòåðèñòèê ÊÍÄ è çàãðóçêè, ñëîæ-

íîñòü îáåñïå÷åíèÿ óñòîé÷èâîñòè ÊÍÄ, îñîáåííî

ïðè ðàáîòå ÑÒ ñ ïîñòîÿííîé ÷àñòîòîé âðàùåíèÿ

â ýíåðãåòè÷åñêîì ïðèìåíåíèè. Äëÿ îáåñïå÷åíèÿ

óñòîé÷èâîñòè ïðèìåíÿþòñÿ ïîâîðîòíûå ÂÍÀ è ÍÀ

ÊÍÄ è ïåðåïóñê âîçäóõà èç-çà ÊÍÄ â àòìîñôåðó.

Íà Ðèñ. 3.2.3_1 ïîêàçàíû ÃÒÄ ñî «ñâÿçàííûì»

ÊÍÄ - äâóõâàëüíûé ÃÒÄ LM6000 ôèðìû General

Electric ìîùíîñòüþ 43 ÌÂò è òðåõâàëüíûé ÃÒÄ

TRENT ôèðìû Rolls-Royce ìîùíîñòüþ 52 ÌÂò,

ñîçäàííûå êîíâåðñèåé áàçîâûõ ÒÐÄÄ ïî îïèñàí-

íîé ñõåìå. LM6000 èìååò âîçìîæíîñòü ïðèâîäà

íàãðóçêè êàê ñî ñòîðîíû òóðáèíû, òàê è ñî ñòîðî-

íû êîìïðåññîðà.

Ñõåìà ñî «ñâÿçàííûì» ÊÍÄ ìîæåò áûòü èñ-

ïîëüçîâàíà äëÿ ìîäåðíèçàöèè (óâåëè÷åíèÿ ìîùíî-

ñòè) ÃÒÄ, âûïîëíåííûõ ïî ñõåìå ñî ñâîáîäíîé òóð-

áèíîé ïóòåì ïîäñòàíîâêè ÊÍÄ ïåðåä èìåþùèìñÿ

êîìïðåññîðîì. Ïðèâîä ÊÍÄ â ýòîì ñëó÷àå áóäåò

îò ñóùåñòâóþùåé ñâîáîäíîé ÑÒ. Êîíñòðóêöèÿ áà-

çîâîãî ÃÒÄ äîëæíà èìåòü âîçìîæíîñòü ïðîïóñêà

âàëà ïðèâîäà ÊÍÄ âíóòðè âàëà ãàçîãåíåðàòîðà,

à ÑÒ äîëæíà äîïóñêàòü ðàáîòó ñ óâåëè÷åííûì ðàñ-

õîäîì ãàçà èëè èìåòü âîçìîæíîñòü ïîäñòàíîâêè äî-

ïîëíèòåëüíîé ñòóïåíè íà âûõîäå. Íà Ðèñ. 3.2.3_2

ïîêàçàí ïðèìåð ïîäîáíîé ìîäåðíèçàöèè ïðîìûø-

ëåííîãî ÃÒÄ 601-Ê9 ìîùíîñòüþ 6,5 ÌÂò ôèðìû

Rolls-Royc

e â áîëåå ìîùíóþ ìîäèôèêàöèþ 601-

Ê11 ìîùíîñòüþ 8 ÌÂò ïóòåì ïîäñòàíîâêè ÊÍÄ

ê áàçîâîìó ÃÒÄ ñ ïðèâîäîì åãî îò ÑÒ.

Ðèñóíîê 3.2.3_2 - Ïðèìåð óâåëè÷åíèÿ ìîùíîñòè ÃÒÄ (ñõåìà ñî ñâîáîäíîé ÑÒ) ïóòåì ïîäñòàíîâêè ÊÍÄ

ñ ïðèâîäîì åãî îò ÑÒ (ñõåìà ÃÒÄ ñî «ñâÿçàííûì» ÊÍÄ)

Ãëàâà 3 - Êîíñòðóêòèâíûå ñõåìû ÃÒÄ

155

Ðèñóíîê 3.2.4_1 – Îáùèé âèä òàíêîâîãî ÃÒÄ ñ ðåêóïåðàòîðîì (AGT 1500 ôèðìû Honeywell)

Ôîòîãðàôèÿ ëþáåçíî ïðåäîñòàâëåíà êîìïàíèåé Honeywell

3.2.4 - Êîíñòðóêòèâíûå îñîáåííîñòè

íàçåìíûõ ÃÒÄ ðàçëè÷íîãî íàçíà÷åíèÿ

Â îñíîâíîì, ÃÒÄ ìåõàíè÷åñêîãî ïðèâîäà

â íà-

ñòîÿùåå âðåìÿ âûïîëíÿþòñÿ ïî ñõåìàì ñî ñâîáîä-

íîé òóðáèíîé, è, çíà÷èòåëüíî ðåæå – ïî ñõåìå

«ñî

ñâÿçàííûì» ÊÍÄ. Äëÿ ïðèâîäà ýëåêòðîãåíåðàòî-

ðîâ èñïîëüçóþòñÿ âñå ðàññìîòðåííûå âûøå ñõå-

ìû. Îäíàêî, ìîùíûå ýíåðãåòè÷åñêèå

ÃÒÄ

> 60 ÌÂò), êîòîðûå èñïîëüçóþòñÿ íà ýëåêòðî-

ñòàíöèÿõ, äëÿ ïîääåðæàíèÿ ÷àñòîòû òîêà â ñåòè

â áàçîâîì ðåæèìå, êàê ïðàâèëî, âûïîëíÿþòñÿ ïî

îäíîâàëüíîé ñõåìå.

Êîíñòðóêöèÿ ñîáñòâåííî äâèãàòåëÿ, ïðåäíàç-

íà÷åííîãî äëÿ ìåõàíè÷åñêîãî è ýíåðãåòè÷åñêîãî

ïðèâîäà, ïðàêòè÷åñêè èäåíòè÷íà. Îòëè÷èÿ ìîãóò

áûòü â êîíñòðóêöèè òðàíñìèññèè, ñîåäèíÿþùåé

ÃÒÄ ñ íàãðóçêîé, â óçëàõ êðåïëåíèÿ ÃÒÄ, â ñèñòå-

ìå òîïëèâîïèòàíèÿ (åñëè ïðåäóñìàòðèâàåòñÿ ðàáî-

òà íà ðàçëè÷íûõ âèäàõ òîïëèâà), â ñîñòàâå è ðàñ-

ïîëîæåíèè íåêîòîðûõ àãðåãàòîâ ñèñòåì äâèãàòåëÿ,

â ïðîãðàììíîì îáåñïå÷åíèè ÑÀÓ.

ÃÒÄ, èñïîëüçóåìûå â ñîñòàâå ñèëîâûõ àãðå-

ãàòîâ ìîðñêèõ ãðàæäàíñêèõ ñóäîâ è âîåííûõ êîðàá-

ëåé, âûïîëíÿþòñÿ, â îñíîâíîì, ïî ñõåìàì ñî ñâî-

áîäíîé ÑÒ. Ðåæå – ñî «ñâÿçàííûì» ÊÍÄ. Â ìîðñ-

êèõ óñëîâèÿõ èñïîëüçóþòñÿ êàê ÃÒÄ ñòàöèîíàðíî-

ãî òèïà, òàê è ÃÒÄ, êîíâåðòèðîâàííûå èç àâèàäâè-

ãàòåëåé. Êîíñòðóêöèÿ ìîðñêèõ ÃÒÄ äîëæíà

óäîâëåòâîðÿòü ðÿäó ñïåöèôè÷åñêèõ òðåáîâàíèé:

- ñòîéêîñòü ê êîððîçèè â óñëîâèÿõ àãðåññèâ-

íîé ìîðñêîé ñðåäû;

- ñïîñîáíîñòü âûäåðæèâàòü áîëüøèå óäàðíûå

íàãðóçêè (äëÿ ÃÒÄ áîåâûõ êîðàáëåé);

- âîçìîæíîñòü ðàáîòû íà íèçêîñîðòíîì æèä-

êîì òîïëèâå;

- âûñîêàÿ ýêîíîìè÷íîñòü íå òîëüêî íà íîìè-

íàëüíîì ðåæèìå, íî è íà ãëóáîêèõ äðîññåëüíûõ

ðåæèìàõ (0,2…0,3 îò N

ÍÎÌ

Âîçìîæíî òàêæå òðåáîâàíèå ðåâåðñèðîâàíèÿ

íàïðàâëåíèÿ âðàùåíèÿ ñâîáîäíîé ÑÒ.

Â ÃÒÄ äëÿ ìîðñêîãî ïðèìåíåíèÿ èñïîëüçó-

þòñÿ êîððîçèîííîñòîéêèå ìàòåðèàëû è ïîêðû-

òèÿ, óñèëåííûå îïîðû è ïîäøèïíèêîâûå óçëû.

Ïðè ðàáîòå íà íèçêîñîðòíûõ ñîðòàõ æèäêîãî òîï-

ëèâà èñïîëüçóþòñÿ ñèñòåìû òîïëèâîïîäãîòîâêè

äëÿ óäàëåíèé ïðèìåñåé âàíàäèÿ, íàòðèÿ, êàëüöèÿ,

ñåðû è äð. Ìîðñêèå ÃÒÄ äîëæíû áûòü îáîðóäî-

âàíû ýôôåêòèâíûìè ñèñòåìàìè î÷èñòêè (ïðî-

ìûâêè) ãàçîâîçäóøíîãî òðàêòà îò ñîëåâûõ îòëî-

Ãëàâà 3 - Êîíñòðóêòèâíûå ñõåìû ÃÒÄ

156

æåíèé.

Ïðè íåîáõîäèìîñòè ðåâåðñèðîâàíèÿ íàïðàâ-

ëåíèÿ âðàùåíèÿ, ÑÒ âûïîëíÿåòñÿ ñ äâóõÿðóñíûìè

ëîïàòêàìè. Ðåâåðñèðîâàíèå îñóùåñòâëÿåòñÿ ïåðå-

êëþ÷åíèåì ïîòîêà ãàçà çà òóðáîêîìïðåññîðîì íà

âíåøíèé ÿðóñ ÑÒ, ëîï

àòêè êîòîðîãî ñïðîôèëèðî-

âàíû äëÿ îáåñïå÷åíèÿ îáðàòíîãî âðàùåíèÿ ÑÒ.

Íåäîñòàòêîì ðåâåðñèâíûõ òóðáèí ÿâëÿåòñÿ ñíè-

æåíèå ê.ï.ä. ÑÒ è ÃÒÄ â öåëîì íà âåíòèëÿöèîí-

íûå ïîòåðè ïðè ïðÿìîì âðàùåíèè ðîòîðà ÑÒ.

Äëÿ óäîâëåòâîðåíèÿ òðåáîâàíèé ýêîíîìè÷íî-

ñòè íà äðîññåëüíûõ ðåæèìàõ èñïîëüçóþòñÿ ÃÒÄ

ñëîæíûõ öèêëîâ, íàïðèìåð, ñ ðåãåíåðàöèåé òåïëà

èëè ñ ïðîìåæóòî÷íûì îõëàæäåíèåì è ðåãåíåðàöè-

åé. Âûñîêàÿ ýêîíîìè÷íîñòü íà äðîññåëüíûõ ðåæè-

ìàõ äîñòèãàåòñÿ ïîääåðæàíèåì ïîñòîÿííî âûñîêîé

òåìïåðàòóðû ãàçà ïåðåä ðåêóïåðàòîðîì ïóòåì ïî-

âîðîòà («ïðèêðûòèÿ») ñîïëîâîãî àïïàðàòà ñâîáîä-

íîé ÑÒ èëè ÂÍÀ êîìïðåññîðà (â îäíîâàëüíîé ñõå-

ìå ÃÒÄ).

Â ÑÓ æåëåçíîäîðîæíûõ ëîêîìîòèâîâ ÃÒÄ

÷àùå èñïîëüçóþòñÿ äëÿ ïðèâîäà ýëåêòðîãåíåðàòî-

ðîâ, ïèòàþùèõ òÿãîâûå ýëåêòðîäâèãàòåëè. Çíà÷è-

òåëüíî ðåæå – äëÿ ìåõàíè÷åñêîãî ïðèâîäà êîëåñ

ëîêîìîòèâà. Â ïîñëåäíåì ñëó÷àå èñïîëüçóþòñÿ

ÃÒÄ ñî ñâîáîäíîé ÑÒ. Ëîêîìîòèâíûå ÃÒÄ ìîãóò

áûòü ñòàöèîíàðíîãî è êîíâåðòèðîâàííîãî òèïà,

à èõ êîíñòðóêòèâíîå èñïîëíåíèå íå îáëàäàåò îñî-

áîé ñïåöèôèêîé, çà èñêëþ÷åíèåì íåêîòîðûõ âñïî-

ìîãàòåëüíûõ ñèñòåì [3.4.2].

ÃÒÄ, íàðÿäó ñ äèçåëüíûìè äâèãàòåëÿìè, ïðè-

ìåíÿþòñÿ äëÿ ïðèâîäà íàçåìíîé áîåâîé òåõíèêè -

òàíêîâ,

êîìàíäíî-øòàáíûõ áðîíåìàøèí è ïð. Îñ-

íîâíàÿ êîíñòðóêòèâíàÿ îñîáåííîñòü òàíêîâûõ

ÃÒÄ

– íàëè÷èå ìîùíîé ñèñòåìû ïûëåî÷èñòêè öèê-

ëîâîãî âîçäóõà, ñèñòåìû óäàëåíèÿ ïûëåâûõ îòëî-

æåíèé.

Íàïðèìåð, ðîññèéñêèé òàíêîâûé äâèãàòåëü

ÃÒÄ-1000Ò/ÒÔ ìîùíîñòüþ 740…810 êÂò ðàçðàáîò-

êè ÃÓÍÏÏ èì. Êëèìîâà (ã. Ñàíêò-Ïåòåðáóðã) îáî-

ðóäîâàí ñïåöèàëüíûìè ïíåâìîóäàðíèêàìè, êîòîðûå

ïîçâîëÿþò äâèãàòåëþ ïðîïóñòèòü çà ñâîé ðåñóðñ

îêîëî 500 êã ïûëè áåç îáñëóæèâàíèÿ âîçäóõîî÷èñ-

òèòåëÿ. ÑÒ ÃÒÄ-1000Ò/ÒÔ âûïîëíåíà

ñ ïîâîðîòíûì

ñîïëîâûì àïïàðàòîì äëÿ óëó÷øåíèÿ äèíàìè÷åñêèõ

õàðàêòåðèñòèê ÃÒÄ, ïîâûøåíèÿ ýêîíîìè÷íîñòè íà

äðîññåëüíûõ ðåæèìàõ, à òàêæå äëÿ âîçìîæíîñòè

ðàáîòû ÑÒ â ðåæèìå ïîòðåáèòåëÿ ìîùíîñòè (ïðè

òîðìîæåíèè òàíêà). Äëÿ ïîâûøåíèÿ ýêîíîìè÷íî-

ñòè òàíêîâûå ÃÒÄ ìîãóò âûïîëíÿòüñÿ ñ ðåãåíåðà-

òîðàìè òåïëà (ñì. Ðèñ. 3.2.4_1).

Ïðèìåíåíèå ÃÒÄ â àâòîìîáèëüíîì òðàíñïîðòå

íå íàøëî ïîêà øèðîêîãî ïðèìåíåíèÿ èç-çà íèçêîé

ýêîíîìè÷íîñòè íà âñåõ ðåæèìàõ (äàæå ïðè èñïîëü-

çîâàíèè ðåãåíåðàöèè òåïëà) è

õóäøåé ïðèåìèñòîñ-

òè, íåñìîòðÿ íà ïðåèìóùåñòâà êîìïàêòíîñòè, ìà-

ëîãî âåñà, ìíîãîòîïëèâíîñòè è äð. ïî ñðàâíåíèþ

ñ òðàäèöèîííûìè êàðáþðàòîðíûìè è äèçåëüíûìè

äâèãàòåëÿìè. Êàê ïðàâèëî, àâòîìîáèëüíûå ÃÒÄ âû-

ïîëíÿþòñÿ ïî ñõåìå ñî ñâîáîäíîé ÑÒ. Èç-çà ìàëîé

ðàçìåðíîñòè (N

< 300 êÂò) â êîíñòðóêöèè øèðîêî

èñïîëüçóþòñÿ ðàäèàëüíûå òóðáîìàøèíû, à äëÿ ïî-

âûøåíèÿ ýêîíîìè÷íîñòè – ðåãåíåðàòîðû òåïëà.

3.2.5 - Êîíñòðóêòèâíûå îñîáåííîñòè

ÃÒÄ ñëîæíûõ öèêëîâ

Èç-çà íàëè÷èÿ äîïîëíèòåëüíûõ ñïåöèôè÷åñ-

êèõ óçëîâ êîíñòðóêòèâíûé îáëèê ÃÒÄ ñëîæíûõ

öèêëîâ ñóùåñòâåííî îòëè÷àåòñÿ îò ÃÒÄ ïðîñòîãî

öèêëà. Ê òàêèì óçëàì îòíîñÿòñÿ - ïðîìåæóòî÷íûå

îõëàäèòåëè, òåïëîîáìåííèêè-ðåêóïåðàòîðû, äî-

ïîëíèòåëüíûå ÊÑ, ñèñòåìû âïðûñêà âîäû è ïàðà

â ãàçîâîçäóøíûé òðàêò ÃÒÄ è äð.

ÃÒÄ ðåãåíåðàòèâíîãî öèêëà èìååò äîñòà-

òî÷íî ñëîæíóþ ñèñòåìó òðóáîïðîâîäîâ ïîäâîäà

è îòâîäà âîçäóõà è ãàçà ê ðåêóïåðàòîðó. Êðîìå

ýòîãî ìåíÿåòñÿ êîíñòðóêöèÿ óçëà ÊÑ – ââîäÿòñÿ

ôëàíöû îòâîäà è ïîäâîäà âîçäóõà. ÃÒÄ ðåãåíåðà-

òèâíîãî öèêëà äîñòàòî÷íî øèðîêî ïðèìåíÿëèñü

1950…1970 ã.ã. â êëàññå ìîùíîñòè äî 25 ÌÂò.

Ïîñêîëüêó ÃÒÄ ïåðâûõ ïîêîëåíèé èìåëè îòíîñè-

òåëüíî íèçêóþ ñòåïåíü ñæàòèÿ, ïðèìåíåíèå ðåãå-

íåðàöèè òåïëà ïîçâîëÿëî ïîâûñèòü èõ ýêîíîìè÷-

íîñòü äî 25%,. Ðåãåíåðàòèâíûé öèêë èñïîëüçóåòñÿ

â ñîâðåìåííûõ è ïåðñïåêòèâíûõ ìàëîðàçìåðíûõ

ÃÒÄ - â íèõ ñëîæíî ðåàëèçîâàòü âûñîêóþ ñòåïåíü

ñæàòèÿ ñ âûñîêèì ê.ï.ä.

Íà Ðèñ. 3.2.5_1 ïîêàçàí

íîâåéøèé îäíîâàëüíûé ýíåðãåòè÷åñêèé ÃÒÄ ñ ðå-

êóïåðàòîðîì ìîùíîñòüþ 4,6 ÌÂò ôèðìû Solar

(ÑØÀ). Äâèãàòåëü Mercury 50 èìååò îðèãèíàëü-

íóþ êîìïîíîâêó óçëîâ, îáåñïå÷èâàþùóþ ìèíè-

ìàëüíóþ äëèíó òðóáîïðîâîäîâ öèêëîâîãî âîçäó-

õà, è âûíîñíóþ ÊÑ

Íà Ðèñ. 3.2.5_2 ïîêàçàí ÃÒÄ WR-21 ìîùíîñ-

òüþ 25 ÌÂò ôèðìû Rolls-Royce ñ òðàäèöèîííîé

êîìïîíîâêîé óçëîâ è ñèñòåìû îòâîäà è ïîäâîäà

âîçäóõà ê ðåêóïåðàòîðó. Äâèãàòåëü ðàáîòàåò ïî áî-

ëåå ñëîæíîìó öèêëó ñ ïðîìåæóòî÷íûì îõëàæäå-

íèåì è ðåãåíåðàöèåé òåïëà. WR-21 ðàçðàáîòàí äëÿ

ÂÌÔ ÑØÀ, èìååò âûñîêóþ ýêîíîìè÷íîñòü íå

òîëüêî íà íîìèíàëüíîì, íî è íà ãëóáîêèõ äðîññåëü-

íûõ ðåæèìàõ. Òàêàÿ ýêîíîìè÷íîñòü îáåñïå÷èâàåò-

ñÿ ïîääåðæàíèåì ïîñòîÿííîé òåìïåðàòóðû ïåðåä

ðåêóïåðàòîðîì ïðè ñíèæåíèè ìîùíîñòè çà ñ÷åò

ðåãóëèðîâàíèÿ («ïðèêðûòèÿ») ÑÀ ñâîáîäíîé ÑÒ.

Ïðîìåæóòî÷íûé îõëàäèòåëü âûïîëíåí â âèäå êîì-

ïàêòíîãî âîçäóøíî-æèäêîñòíîãî òåïëîîáìåííèêà,

ðàñïîëîæåííîãî ìåæäó ÊÍÄ è ÊÂÄ ïî ïåðèìåòðó

âîêðóã äâèãàòåëÿ.

Ãëàâà 3 - Êîíñòðóêòèâíûå ñõåìû ÃÒÄ

157

Ðèñóíîê 3.2.5_1 - Êîíñòðóêòèâíàÿ êîìïîíîâêà ïåðñïåêòèâíîãî îäíîâàëüíîãî ÃÒÄ ñ ðåêóïåðàòîðîì

Mercury 50 ôèðìû Solar ìîùíîñòüþ 4,6 ÌÂò

1 – ðåêóïåðàòîð; 2 – êàíàë ïîäâîäà ãàçà îò òóðáèíû ê ðåêóïåðàòîðó; 3 – êàíàë ïîäâîäà

âîçäóõà îò ðåêóïåðàòîðà ê ÊÑ; 4 – âûíîñíàÿ ÊÑ; 5 – òóðáèíà; 6 – âõîäíîå óñòðîéñòâî;

7 – êîìïðåññîð; 8 – òðóáîïðîâîäû ïîäâîäà âîçäóõà îò êîìïðåññîðà ê ðåêóïåðàòîðó

Ïðîìåæóòî÷íîå îõëàæäåíèå ìîæåò áûòü

îñóùåñòâëåíî òàêæå ïðè âïðûñêå âîäû çà ÊÍÄ

- ïðîèñõîäèò îòáîð òåïëà îò âîçäóõà ïðè èñïà-

ðåíèè êàïåëü âîäû â êàíàëå ìåæäó ÊÍÄ è ÊÂÄ

è â ïåðâûõ ñòóïåíÿõ ÊÂÄ. Äëÿ áûñòðîãî èñïà-

ðåíèÿ ñèñòåìà ðàñïûëà äîëæíà îáåñïå÷èâàòü

äðîáëåíèå êàïåëü äî ðàçìåðà ìåíåå 20 ìêì. Ïî-

äîáíûé öèêë îñóùåñòâëåí â ÃÒÄ LM6000 ôèð-

ìû

General Electric, ïîëó÷èâøåì îáîçíà÷åíèå

LM6000 SPRINT. Íà Ðèñ. 3.2.5_3 ïîêàçàíà ñèñòå-

ìà ðàñïûëà âîäû â êàíàëå ìåæäó ÊÍÄ è ÊÂÄ.

Âïðûñê âîäû îñóùåñòâëÿåòñÿ îáû÷íî ïðè âûñî-

êèõ òåìïåðàòóðàõ àòìîñôåðíîãî âîçäóõà è ïîçâî-

ëÿåò çíà÷èòåëüíî ïîâûñèòü ìîùíîñòü ÃÒÄ ïðè

íåêîòîðîì ðîñòå ýôôåêòèâíîãî ê.ï.ä. Òàê, ïðè

= +30°Ñ ìîùíîñòü óâåëè÷èâàåòñÿ íà 20 %.

Íà Ðèñ. 3.2.5_4 ïîêàçàí ýíåðãåòè÷åñêèé ÃÒÄ,

ðàáîòàþùèé ïî öèêëó ñ ïðîìåæóòî÷íûì îõëàæ-

äåíèåì - ïðîåêò LMS100 ôèðìû General Electric

ìîùíîñòüþ 100 ÌÂò. Îõëàæäåíèå âîçäóõà çà ÊÍÄ

îñóùåñòâëÿåòñÿ â âîçäóøíî-æèäêîñòíîì èëè â âîç-

äóõî-âîçäóøíîì òåïëîîáìåííèêå.

ÃÒÄ, ðàáîòàþùèå ïî öèêëó ñ ïðîìåæóòî÷íûì

ïîäîãðåâîì â ïðîöåññå ðàñøèðåíèÿ, âêëþ÷àþò äî-

ïîëíèòåëüíóþ ÊÑ, ðàñïîëîæåííóþ ïîñëå ÷àñòè

ñòóïåíåé òóðáèíû. Íà Ðèñ. 3.2.5_5 ïîêàçàí îäíî-

âàëüíûé ýíåðãåòè÷åñêèé ÃÒÄ GT26 ìîùíîñòüþ

260…280 ÌÂò ôèðìû Alstom, âûïîëíåííûé ïî

äàííîé ñõåìå. Äîïîëíèòåëüíàÿ (âòîðàÿ) ÊÑ ðàñïî-

ëîæåíà ïîñëå ïåðâîé ñòóïåíè òóðáèíû. Äëÿ êîì-

ïåíñàöèè ñíèæåíèÿ ê.ï.ä. öèêëà â GT26 ïðèìåíå-

íà ïîâûøåííàÿ ñòåïåíü ñæàòèÿ

ππ

= 30…32,

ðåàëèçîâàííàÿ â 22-ñòóïåí÷àòîì îäíîêàñêàäíîì

êîìïðåññîðå.

Äâèãàòåëè, ðàáîòàþùèå ïî öèêëó ñ âïðûñêîì

ïàðà, îáîðóäóþòñÿ ñèñòåìîé ïîäà÷è ïàðà â ÊÑ è,

â ðÿäå ñëó÷àåâ, â òðàêò òóðáèíû. ×àñòü ïàðà, âïðûñ-

êèâàåìîãî â ÊÑ, ïîäàåòñÿ íåïîñðåäñòâåííî â çîíó

ãîðåíèÿ ÷åðåç îáúåäèíåííûå òîïëèâíî-ïàðîâûå ôîð-

ñóíêè äëÿ ñíèæåíèÿ ýìèññèè îêèñëîâ àçîòà (NOx).

Ýòî òàê íàçûâàåìûé ýêîëîãè÷åñêèé âïðûñê, âåëè-

÷èíà êîòîðîãî ïðèìåðíî ðàâíà ðàñõîäó òîïëèâà. Îñ-

íîâíàÿ ÷àñòü ïàðà âïðûñêèâàåòñÿ îáû÷íî â äèôôó-

çîð ÊÑ è íàçûâàåòñÿ ýíåðãåòè÷åñêèì

âïðûñêîì.

Ãëàâà 3 - Êîíñòðóêòèâíûå ñõåìû ÃÒÄ

158

Ðèñóíîê 3.2.5_2 - ÃÒÄ ñ ïðîìåæóòî÷íûì îõëàæäåíèåì è ðåãåíåðàöèåé WR-21 ôèðìû Rolls-Royce

ìîùíîñòüþ 25 ÌÂò

1 – âõîäíîå óñòðîéñòâî; 2 – ÊÍÄ; 3 – ÊÂÄ; 4 – ÒÂÄ; 5 – ÒÍÄ; 6 – ÑÒ; 7 – ÊÑ;

8 – òåïëîîáìåííèê-îõëàäèòåëü; 9 – ðåêóïåðàòîð; 10 – âàë îòáîðà ìîùíîñòè

Ðèñóíîê 3.2.5_3 - Ñèñòåìà ïðîìåæóòî÷íîãî îõëàæäåíèÿ âïðûñêîì âîäû çà ÊÍÄ â ÃÒÄ LM6000 SPRINT

ôèðìû General Electric

1 – ÊÍÄ; 2 – âîçäóøíûé êîëëåêòîð; 3 – âîäÿíîé êîëëåêòîð; 4 – ôîðñóíêè ìåëêîãî ðàñïûëà

âîäû; 5 – îòáîð âîçäóõà çà 8 ñòóï. ÊÂÄ äëÿ ñèñòåìû ðàñïûëà âîäû; 6 – ÊÂÄ

Ãëàâà 3 - Êîíñòðóêòèâíûå ñõåìû ÃÒÄ

159

Ðèñóíîê 3.2.5_4 - ÃÒÄ ñ ïðîìåæóòî÷íûì îõëàæäåíèåì âîçäóõà â òåïëîîáìåííèêå (ïðîåêò LMS100 ôèðìû

General Electric ìîùíîñòüþ 100 ÌÂò)

1 – âõîäíîå óñòðîéñòâî; 2 – ÊÍÄ; 3 – êîëëåêòîð îòâîäà âîçäóõà ê ïðîì. îõëàäèòåëþ;

4 – êîëëåêòîð ïîäâîäà âîçäóõà îò ïðîì. îõëàäèòåëÿ; 5 – ÊÂÄ; 6 – ÊÑ; 7 – ÒÂÄ; 8 – ÒÍÄ;

9 – ÑÒ; 10 – âûõëîïíîé äèôôóçîð

Ðèñóíîê 3.2.5_5 - ÃÒÄ ñ ïðîìåæóòî÷íûì ïîäîãðåâîì GT26 ôèðìû Alstom ìîùíîñòüþ 260 ÌÂò

1 – âõîäíîå óñòðîéñòâî; 2 – êîìïðåññîð; 3 – ïåðâàÿ (îñíîâíàÿ) ÊÑ; 4 – 1 ñòóïåíü òóðáèíû;

5 – âòîðàÿ (äîïîëíèòåëüíàÿ) ÊÑ; 6 – 2…5 ñòóïåíè òóðáèíû; 7 – âàë îòáîðà ìîùíîñòè