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

Подождите немного. Документ загружается.

Ãëàâà 8 - Òóðáèíû ÃÒÄ

390

Äëÿ îõëàæäåíèÿ îáîäà äèñêà, çàìêà è ðàáî÷åé

ëîïàòêè ÒÂÄ èñïîëüçóåòñÿ âîçäóõ èç-çà êîìïðåñ-

ñîðà, ïîäàâàåìûé èç âòîðè÷íîé çîíû 16 ÊÑ ÷åðåç

àïïàðàò çàêðóòêè 17 íà âõîäå â ðîòîð. Îñíîâíàÿ

÷àñòü âîçäóõà ïîñòóïàåò ÷åðåç îòâåðñòèÿ â äåôëåê-

òîðå â ðàáî÷óþ ëîïàòêó, à ìåíüøàÿ ÷àñòü óõîäèò

â îñåâîé çàçîð ïåðåä äèñêîì, çàêðûâàÿ çàçîð îò âòå-

êàíèÿ ãàçà è îõëàæäàÿ çàìêîâîå ñîåäèíåíèå 16 ëî-

ïàòêè è äèñêà.

Ïåðåäíèé äåôëåêòîð 15 äèñêà ÒÂÄ ñëóæèò äëÿ

óïðàâëåíèÿ ðàñõîäîì îõëàæäàþùåãî âîçäóõà íà

ðàáî÷óþ ëîïàòêó, îáåñïå÷èâàÿ íåîáõîäèìîå äàâëå-

íèå âîçäóõà â ïîëîñòè ìåæäó äåôëåêòîðîì è äèñ-

êîì ñ ïîìîùüþ ñèñòåìû ëàáèðèíòîâ íàä àïïàðà-

òîì çàêðóòêè è ïîä íèì. Çàäíÿÿ ñòîðîíà äèñêà

è çàäíåå óïëîòíåíèå 19 äèñêà ÒÂÄ îõëàæäàþòñÿ

âîçäóõîì ïðîìåæóòî÷íîé (÷åòâåðòîé) ñòóïåíè êîì-

ïðåññîðà, ïîäàâàåìûì ïî òðóáàì 20. ×åðåç ïåðâóþ

âíóòðåííþþ ïîëîñòü 2ÑË 21 ÒÍÄ ýòîò âîçäóõ çà-

ïîëíÿåò ïîëîñòü 22 è èñïîëüçóåòñÿ äëÿ óïëîòíå-

íèÿ îñåâîãî çàçîðà çà äèñêîì ÒÂÄ.

Âîçäóõ ÷åòâåðòîé ñòóïåíè ÊÂÄ, ïîäàâàåìûé

÷åðåç âòîðóþ âíóòðåííþþ ïîëîñòü 2ÑË, èñïîëü-

çóåòñÿ äëÿ íàääóâà ïåðåäíåé ïîëîñòè 23 ðîòîðà

ÒÍÄ. Ýòîò âîçäóõ îõëàæäàåò ïåðâûå äâå ñòóïåíè

ðîòîðà è âûõîäèò â ïðîòî÷íóþ ÷àñòü, à ÷àñòü åãî

÷åðåç ñèñòåìó ëàáèðèíòîâ ÷åðåç ïîëîñòü 14 ñáðà-

ñûâàåòñÿ çà ÒÍÄ â ïðîòî÷íóþ ÷àñòü.

Ê îñîáåííîñòÿì ñèñòåìû îõëàæäåíèÿ òóðáè-

íû ìîæíî îòíåñòè:

- ýôôåêòèâíîå îõëàæäåíèå îáîèõ âàëîâ îòíî-

ñèòåëüíî õîëîäíûì âîçäóõîì èç-çà ïîäïîðíûõ ñòó-

ïåíåé;

- îõëàæäåíèå ñòóïèö äåôëåêòîðà è äèñêà ÒÂÄ

âîçäóõîì ïîäïîðíûõ ñòóïåíåé (òåìïåðàòóðà êîòî-

ðîãî íà ñîòíè ãðàäóñîâ ìåíüøå, ÷åì òåìïåðàòóðà

âîçäóõà çà ÊÂÄ, îáû÷íî èñïîëüçóåìîãî äëÿ îõëàæ-

äåíèÿ äèñêîâ ÒÂÄ).

Òóðáèíà äâèãàòåëÿ PW6000

(Pratt&Whitney, MTU). [8.1.4.22]

Òóðáèíà PW6000 (ñì. Ðèñ. 8.1.2.5_3) èìååò

äâóõâàëüíóþ ñõåìó ñ îäíîñòóïåí÷àòîé ÒÂÄ 1 è ÷å-

òûðåõñòóïåí÷àòîé ÒÍÄ 2 (ðàçðàáîòêà MTU). Ðàáî-

÷àÿ ëîïàòêà 3 ÒÂÄ áåç áàíäàæíîé ïîëêè.

Ðîëèêîâûé ïîäøèïíèê 4 âàëà 5 ÒÂÄ ðàñïîëî-

æåí ïîä ÊÑ è êîðïóñ 6 ÊÑ èñïîëüçóåòñÿ â êà÷åñòâå

îïîðû ïîäøèïíèêà. Ðîëèêîâûé ïîäøèïíèê 7 âàëà

8 ÒÍÄ ðàñïîëîæåí ïîä çàäíåé îïîðîé 9 ÒÍÄ, ñòîé-

êè êîòîðîé 10 èñïîëüçóþòñÿ äëÿ ñâÿçè ðîòîðà ÒÍÄ

ñ êîðïóñîì.

Ìàñëÿíàÿ ïîëîñòü 11 ïîäøèïíèêà ÒÂÄ êîì-

ïàêòíà è èçîëèðîâàíà îò ïîëîñòè ïîä ÊÑ 12 (ïîëî-

ñòè ïåðåä ïåðåäíèì äåôëåêòîðîì 13 ÒÂÄ) äâîéíû-

ìè ñòåíêàìè 14. Ïðèíöèï îõëàæäåíèÿ ìàñëÿíîé

ïîëîñòè òàêîãî òèïà ñ êîíòàêòíûìè ãðàôèòîâûìè

óïëîòíåíèÿìè 15 ïîêàçàí íà Ðèñ. 8.1.2.4_4. Ïîëîñòü

ïîäøèïíèêà íàääóâàåòñÿ îõëàæäåííûì

â òåïëîîá-

ìåííèêå âîçäóõîì âûñîêîãî äàâëåíèÿ (îòáèðàåìûì

çà ÊÂÄ), êîòîðûé çàòåì ñáðàñûâàåòñÿ â ïîëîñòü 12.

Äàâëåíèå âîçäóõà â ïîëîñòè 12 çíà÷èòåëüíî íèæå

äàâëåíèÿ çà ÊÂÄ (îíî ðåãóëèðóåòñÿ ëàáèðèíòîì çà

ÊÂÄ) è ïðèìåðíî ñîîòâåòñòâóåò äàâëåíèþ çà àï-

ïàðàòîì çàêðóòêè, î ÷åì ñâèäåòåëüñòâóåò îòñóò-

ñòâèå ëàáèðèíòíîãî óïëîòíåíèÿ ìåæäó ïîëîñòüþ

çà àïïàðàòîì çàêðóòêè è ïîëîñòüþ 12.

Îõëàæäåíèå ðàáî÷åé ëîïàòêè, äåôëåêòîðà,

ïåðåäíåé ñòîðîíû è ñòóïèöû 17 äèñêà ÒÂÄ îñó-

ùåñòâëÿåòñÿ âîçäóõîì èç-çà ÊÂÄ. Äëÿ îõëàæäåíèÿ

çàäíåé ñòîðîíû äèñêà ÒÂÄ è ðîòîðà ÒÍÄ èñïîëü-

çóåòñÿ âîçäóõ ïðîìåæóòî÷íîé (÷åòâåðòîé èç øåñ-

òè) ñòóïåíè ÊÂÄ. Ýòî âîçäóõ îòáèðàåòñÿ âíóòðü

ðîòîðà ÊÂÄ è ïîñòóïàåò ÷åðåç ïîëîñòü 18 ìåæäó

âàëîì 5 ÒÂÄ è âàëîì 8 ÒÍÄ â ïîëîñòü 19 ðîòîðà

ÒÍÄ. Ýòà ïîëîñòü óïëîòíåíà çàäíèì óïëîòíåíèåì

(äåôëåêòîðîì) äèñêà ÒÂÄ è äâóìÿ ëàáèðèíòàìè

ïîä 2ÑË 21 ÒÍÄ. Ëîïàòêà 21 îõëàæäàåìàÿ – âîç-

äóõ ïðîìåæóòî÷íîé ñòóïåíè êîìïðåññîðà ïîäàåò-

ñÿ ïî òðóáàì 22. Âîçäóõ îòíîñèòåëüíî íèçêîé òåì-

ïåðàòóðû èç ïîëîñòè 19 èñïîëüçóåòñÿ äëÿ çàêðûòèÿ

îñåâîãî çàçîðà çà ÒÂÄ, îõëàæäàåò çàäíþþ ñòîðîíó

äèñêà ÒÂÄ, äèñêè è çàìêîâûå ñîåäèíåíèÿ ÒÍÄ

è âûõîäèò â ïðîòî÷íóþ ÷àñòü ÒÍÄ.

Êîíñòðóêöèÿ òóðáèíû è åå ñèñòåìû îõëàæäåíèÿ

ñîõðàíÿåò òðàäèöèîííûå äëÿ Pratt&Whitney ïîäõî-

äû ê ðàçìåùåíèþ îïîðû, à òàêæå ê îõëàæäåíèþ äèñ-

êà è äåôëåêòîðà ÒÂÄ âîçäóõîì âûñîêîé òåìïåðàòó-

ðû, íåñìîòðÿ íà ïîâûøåííûé óðîâåíü íàïðÿæåíèé

â ðîòîðå ÒÂÄ. Ïîâûøåííûé óðîâåíü íàïðÿæåíèé

ÿâëÿåòñÿ ñëåäñòâèåì óâåëè÷åííîé äî 19000 îá/ìèí

(ïî ñðàâíåíèþ ñ ïðèìåðíî 12000

îá/ìèí äëÿ ÒÂÄ

V2500) ÷àñòîòû âðàùåíèÿ ïðè âûñîêîé (îêîëî 4.0)

ñòåïåíè ðàñøèðåíèÿ ÒÂÄ.

Òóðáèíà äâèãàòåëÿ F119

(Pratt&Whitney).[8.1.4.22].

Òóðáèíà F119 (ñì. Ðèñ. 8.1.2.5_4) èìååò äâóõ-

âàëüíóþ ñõåìó ñ îäíîñòóïåí÷àòîé ÒÂÄ 1 è îäíîñ-

òóïåí÷àòîé ÒÍÄ 2. Ðàáî÷àÿ ëîïàòêà 3 ÒÂÄ áåç áàí-

äàæíîé ïîëêè. ÒÂÄ èìååò áîëåå íèçêóþ (îêîëî 3,0)

ñòåïåíü ðàñøèðåíèÿ ïî ñðàâíåíèþ ñ PW6000

è CFM56, íî çíà÷èòåëüíî áîëåå âûñîêèé óðîâåíü

òåìïåðàòóðû ãàçà. À íåâûñîêàÿ ñòåïåíü ðàñøèðå-

íèÿ îçíà÷àåò, ÷òî òåìïåðàòóðà ãàçà â ïðîòî÷íîé

÷àñòè ñíèæàåòñÿ ìåäëåííåå, ÷åì â óïîìÿíóòûõ òóð-

áèíàõ.

Ðîëèêîâûé ïîäøèïíèê 4 ÒÂÄ ðàçìåùåí ìåæ-

äó ôëàíöåì 5 äèñêà ÒÂÄ è ôëàíöåì 6 âàëà 7 ÒÍÄ.

Òàêèì îáðàçîì, ïîäøèïíèê ÒÂÄ ÿâëÿåòñÿ ìåæâàëü-

íûì (åãî îïîðîé ñëóæèò âàë ÒÍÄ). Âàë ÒÍÄ ÷åðåç

Ãëàâà 8 - Òóðáèíû ÃÒÄ

391

Ðèñóíîê 8.1.2.5_3 – Òóðáèíà PW6000

1 – ÒÂÄ; 2 – ÒÍÄ; 3 – ðàáî÷àÿ ëîïàòêà ÒÂÄ; 4 - ïîäøèïíèê ÒÂÄ; 5 – âàë ÒÂÄ; 6 – êîðïóñ

ÊÑ; 7 – ïîäøèïíèê ÒÍÄ; 8 – âàë ÒÍÄ; 9 – îïîðà ÒÍÄ; 10 – ñòîéêè îïîðû ÒÍÄ; 11 – ìàñ-

ëÿíàÿ ïîëîñòü ïîäøèïíèêà ÒÂÄ; 12 – ïîëîñòü ïåðåä ðîòîðîì ÒÂÄ; 13 – ïåðåäíèé äåôëåê-

òîð äèñêà ÒÂÄ; 14 – ñòåíêè ìàñëÿíîé ïîëîñòè; 15 – êîíòàêòíûå óïëîòíåíèÿ; 16 – àïïà-

ðàò çàêðóòêè; 17 – ñòóïèöà äèñêà ÒÂÄ; 18 – ïîëîñòü ìåæäó âàëàìè ÒÂÄ è ÒÍÄ; 19 –

ïîëîñòü ðîòîðà ÒÍÄ; 20 – çàäíåå óïëîòíåíèå (äåôëåêòîð) äèñêà ÒÂÄ; 21 – ÑË ÒÍÄ; 22 –

òðóáû ïîäâîäà îõëàæäàþùåãî âîçäóõà; 23 – òðóáîïðîâîä äëÿ âîçäóõà íà îõëàæäåíèå êîð-

ïóñà ÒÂÄ; 24 – òðóáîïðîâîäû äëÿ âîçäóõà íà îõëàæäåíèå êîðïóñà ÒÍÄ

Ãëàâà 8 - Òóðáèíû ÃÒÄ

392

Ðèñóíîê 8.1.2.5_4 – Òóðáèíà F119 (Pratt&Whitney)

1 - ÒÂÄ; 2 - ÒÍÄ; 3 - ðàáî÷àÿ ëîïàòêà ÒÂÄ; 4 - ïîäøèïíèê ÒÂÄ; 5 - ôëàíåö äèñêà ÒÂÄ; 6 -

ôëàíåö ðîòîðà ÒÍÄ; 7 - âàë ÒÍÄ; 8 - ïîäøèïíèê ÒÍÄ; 9 - îïîðà ÒÍÄ; 10 - ñòîéêè îïîðû

ÒÍÄ; 11 - ìàñëÿíûå êîììóíèêàöèè; 12 - ïîëîñòü îõëàæäàþùåãî âîçäóõà; 13 - àïïàðàò

çàêðóòêè ÒÂÄ; 14 - äåôëåêòîð ÒÂÄ; 15 - äèñê ÒÂÄ; 16 - ñòóïèöà äèñêà ÒÂÄ; 17 - âàë ÒÂÄ;

18 - òðóáû ïîäâîäà âîçäóõà; 19 - ïîëîñòè êîðïóñà; 20 - êîììóíèêàöèè âîçäóõà; 21 - àïïà-

ðàò çàêðóòêè ÒÍÄ; 22 - ïåðåäíèé äåôëåêòîð ÒÍÄ; 23 - çàäíèé äåôëåêòîð ÒÍÄ

ðîëèêîâûé ïîäøèïíèê 8 îïèðàåòñÿ íà îïîðó 9

ÒÍÄ. Ñâÿçü ñ êîðïóñîì îñóùåñòâëÿåòñÿ ÷åðåç ñòîé-

êè 10 çàäíåé îïîðû òóðáèíû. Â îòëè÷èå îò ìåæ-

âàëüíîãî ïîäøèïíèêà ÒÂÄ CFM56 êîíñòðóêöèÿ

óñëîæíåíà – íà âàëó ÒÂÄ ðàçìåùåíà âíóòðåííÿÿ

îáîéìà ïîäøèïíèêà, à íà âàëó ÒÍÄ – íàðóæíàÿ

îáîéìà. Â îòëè÷èå îò CFM56 ìàñëÿíûå ïîëîñòè

ïîäøèïíèêîâ ÒÂÄ è ÒÍÄ ðàçìåùåíû îòäåëüíî,

õîòÿ è ñîîáùàþòñÿ ìåæäó ñîáîé ÷åðåç ïîëîñòü 11.

Ðàçìåùåíèå îïîðû çà òóðáèíàìè ïîçâîëèëî íàä-

äóâàòü ìàñëÿíóþ ïîëîñòü âîçäóõîì ïðîìåæóòî÷-

íîé ñòóïåíè êîìïðåññîðà èç ïîëîñòè 12, îõëàæäà-

þùèì ñòóïèöû îáîèõ äèñêîâ òóðáèíû.

Âñëåäñòâèå âûñîêîãî óðîâíÿ òåìïåðàòóðû ãàçà

îõëàæäàþòñÿ âñå ëîïàòêè òóðáèíû. Ðàáî÷àÿ ëîïàò-

êà ÒÂÄ îõëàæäàåòñÿ âòîðè÷íûì âîçäóõîì ÊÑ, ïî-

äàâàåìûì ÷åðåç àïïàðàò çàêðóòêè 13 è îòâåðñòèÿ

â äåôëåêòîðå 14. Ýòèì æå âîçäóõîì îõëàæäàþòñÿ

ïåðåäíÿÿ ñòîðîíà äèñêà 15 ÒÂÄ è äåôëåêòîð 14.

Ñòóïèöà äèñêà 16 îõëàæäàåòñÿ âîçäóõîì ïðîìåæó-

òî÷íîé ñòóïåíè êîìïðåññîðà, ïîñòóïàþùèì ìåæ-

äó âàëîì 17 (ñîåäèíÿþùèì ðîòîðû ÊÂÄ è ÒÂÄ)

è âàëîì 7 ÒÍÄ.

Äëÿ îõëàæäåíèÿ ÒÍÄ èñïîëüçóåòñÿ âîçäóõ

ïðîìåæóòî÷íîé ñòóïåíè ÊÂÄ, ïîñòóïàþùèé ïî

òðóáàì 18 â ïîëîñòü 19 íàä ñîïëîâîé ëîïàòêîé ÒÍÄ

è ïî êîììóíèêàöèÿì 20 â àïïàðàò çàêðóòêè 21 ÒÍÄ.

×åðåç àïïàðàò çàêðóòêè è îòâåðñòèÿ â ïåðåäíåì

äåôëåêòîðå 22 âîçäóõ ïîñòóïàåò â ðàáî÷óþ ëîïàò-

êó ÒÍÄ. Äèñê ÒÍÄ èìååò è çàäíèé äåôëåêòîð 23,

Ãëàâà 8 - Òóðáèíû ÃÒÄ

393

Ðèñóíîê 8.1.2.6_1 - Ïðîäîëüíûé ðàçðåç òóðáèíû äâèãàòåëÿ RB211-535E4

1 – ÒÂÄ; 2 – ÒÑÄ; 3 – ÒÍÄ; 4 – ïîäøèïíèê ÒÂÄ; 5 – ïîäøèïíèê ÒÑÄ; 6 – îïîðà ÒÂÄ

è ÒÑÄ; 7 – ìàñëÿíàÿ ïîëîñòü; 8 – ñòîéêè; 9 – ÑË ÒÑÄ; 10 – ïîäøèïíèê ÒÍÄ; 11 – îïîðà

ÒÍÄ; 12 – ñòîéêè çàäíåé îïîðû; 13 – âàë ÒÂÄ; 14 – âàë ÒÑÄ; 15 – âàë ÒÍÄ; 16 – ÐË ÒÂÄ;

17 – ñòóïèöà äèñêà ÒÂÄ; 18 – âåðõíÿÿ ïîëîâèíà äèñêà ÒÂÄ; 19 – ïîëîñòü ïåðåä äèñêîì

ÒÂÄ; 20 – âòîðè÷íàÿ çîíà ÊÑ; 21 – àïïàðàò çàêðóòêè; 22 – íèæíèé ëàáèðèíò àïïàðàòà

çàêðóòêè; 23 – âåðõíèé ëàáèðèíò àïïàðàòà çàêðóòêè

óïëîòíÿþùèé âîçäóøíóþ ïîëîñòü çà äèñêîì ÒÍÄ

îò ïðîòî÷íîé ÷àñòè.

Îñîáåííîñòÿìè òóðáèíû ìîæíî ñ÷èòàòü êîí-

ñòðóêöèþ ìåæâàëüíîãî ïîäøèïíèêà ÒÂÄ, ïðèìå-

íåíèå àïïàðàòîâ çàêðóòêè è äåôëåêòîðîâ äëÿ îáå-

èõ òóðáèí.

8.1.2.6 – Êîíñòðóêöèè ãàçîâûõ òóð-

áèí òðåõâàëüíîé ñõåìû

Òóðáèíà äâèãàòåëÿ RB211-535E4 (Rolls-

Royce). [8.1.4.25]

Òóðáèíà RB211-535E4 (ñì. Ðèñ. 8.1.2.6_1,

8.1.2.6_2) ÿâëÿåòñÿ òèïè÷íûì (õîòÿ è íå ñàìûì

ñîâðåìåííûì) ïðåäñòàâèòåëåì ñåìåéñòâà RB211/

Trent. Òóðáèíà èìååò òðåõâàëüíóþ êîíñòðóêöèþ

ñ îäíîñòóïåí÷àòîé ÒÂÄ 1, îäíîñòóïåí÷àòîé ÒÑÄ

2 è òðåõñòóïåí÷àòîé ÒÍÄ 3.

Òðåõâàëüíàÿ êîíñòðóêöèÿ ÿâëÿåòñÿ îñíîâíîé

îòëè÷èòåëüíîé ÷åðòîé ñåìåéñòâà RB211/Trent. Íå-

ñìîòðÿ íà îïðåäåëåííûå ïðåèìóùåñòâà (áîëåå îï-

òèìàëüíîå ðàñïðåäåëåíèå àýðîäèíàìè÷åñêîé íà-

ãðóçêè ïî òóðáèíàì) ýòà ñõåìà èìååò ñóùåñòâåííûé

êîíñòðóêòèâíûé íåäîñòàòîê – ñëîæíîñòü. Â ðàáî-

òå [8.1.4.26] ïðèâåäåíî ñðàâíåíèå òðåõâàëüíîé òóð-

áèíû (íà ïðèìåðå Trent 900) è äâóõâàëüíîé (íà

ïðèìåðå GP7200). Ñäåëàí âûâîä, ÷òî òðåõâàëüíàÿ

òóðáèíà ïðîèãðûâàåò â ìàññå, åé íåîáõîäèìû äî-

ïîëíèòåëüíûå âàë è ïîäøèïíèê, à òàêæå äîïîëíè-

òåëüíàÿ ìàñëÿíàÿ ïîëîñòü â îòíîñèòåëüíî ãîðÿ÷åé

ñðåäå ìåæäó òóðáèíàìè ÂÄ è ÍÄ.

Ðîëèêîâûé ïîäøèïíèê 4 ÒÂÄ è ðîëèêîâûé ïîä-

øèïíèê 5 ÒÑÄ èìåþò îáùóþ îïîðó 6 è ìàñëÿíóþ

Ãëàâà 8 - Òóðáèíû ÃÒÄ

394

ïîëîñòü 7, ðàçìåùåííûå ìåæäó òóðáèíàìè. Îáùàÿ

îïîðà 7 ïðîõîäèò ÷åðåç ïðîòî÷íóþ ÷àñòü

ñ ïîìîùüþ

ñòîåê 8, êîòîðûå ñîâìåùåíû ñ ñîïëîâûìè ëîïàòêà-

ìè 9 ÒÑÄ. Ñîâìåùåíèå îïîð è ìàñëÿíûõ ïîçâîëè-

ëî íåñêîëüêî óïðîñòèòü êîíñòðóêöèþ. Ñîâìåùåíèå

ÑË ÒÑÄ è ñòîåê

îïîðû ïîçâîëèëî èçáåæàòü óäëè-

íåíèÿ ïðîòî÷íîé ÷àñòè (è ñîîòâåòñòâóþùåãî óâå-

ëè÷åíèÿ ìàññû), à òàêæå ñýêîíîìèòü ðàñõîä îõëàæ-

äàþùåãî âîçäóõà (îòäåëüíî ðàñïîëîæåííûå ñòîéêè

ïîòðåáîâàëè áû íå ìåíüøåãî äîïîëíèòåëüíîãî îõ-

ëàæäåíèÿ, ÷åì ÑË ÒÑÄ).

Ðîëèêîâûé ïîäøèïíèê 10 ÒÍÄ ðàñïîëîæåí çà

òóðáèíîé è ñâÿçàí ñ êîðïóñîì ÷åðåç çàäíþþ îïî-

ðó 11 è åå ñòîéêè 12. Ìàñëÿíàÿ ïîëîñòü 7 óïëîòíå-

íà ëàáèðèíòàìè è íàääóâàåòñÿ îòíîñèòåëüíî õî-

ëîäíûì âîçäóõîì ïðîìåæóòî÷íûõ ñòóïåíåé

êîìïðåññîðà, ïîñòóïàþùèì ìåæäó âàëîì 13 ÒÂÄ

Ðèñóíîê 8.1.2.6_2 - Òóðáèíà RB211-535E4 (îáîçíà÷åíèÿ ñîîòâåòñòâóþò Ðèñ. 8.1.2.6_1)

è âàëîì 14 ÒÑÄ. Ìåæäó âàëîì 14 ÒÑÄ è âàëîì 15

ÒÍÄ ïîñòóïàåò îõëàæäàþùèé âîçäóõ åùå áîëåå

íèçêîé òåìïåðàòóðû íà îõëàæäåíèå ðîòîðà ÒÍÄ,

îäíîâðåìåííî îõëàæäàÿ ñî ñòîðîíû âàëà ÒÑÄ ìàñ-

ëÿíóþ ïîëîñòü 7.

Îäíîñòóïåí÷àòàÿ ÒÂÄ ñ áàíäàæèðîâàííîé

ðàáî÷åé ëîïàòêîé 16 ÿâëÿåòñÿ â îïðåäåëåííîé ñòå-

ïåíè óíèêàëüíîé êîíñòðóêöèåé. Äàæå â äâóõñòó-

ïåí÷àòûõ ÒÂÄ (êîòîðûå â ñâÿçè ñ ìåíüøåé ñòåïå-

íüþ ðàñøèðåíèÿ íà îäíîé ñòóïåíè ïðèìåíÿþò

ìåíüøóþ îêðóæíóþ ñêîðîñòü) áàíäàæèðîâàííûå

ðàáî÷èå ëîïàòêè ïðèìåíÿþòñÿ î÷åíü ðåäêî è òîëü-

êî íà îäíîé èç ñòóïåíåé. Ïðåèìóùåñòâî áàíäàæ-

íîé ïîëêè â ê.ï.ä.

òóðáèíû çàâèñèò îò àáñîëþò-

íîé âåëè÷èíû ðàäèàëüíîãî çàçîðà è åãî ìîæíî

îöåíèòü â 1.5…2.5%. Îäíàêî äëÿ îáåñïå÷åíèÿ íå-

îáõîäèìîé ïðî÷íîñòè ðàáî÷åé ëîïàòêè ñ óâåëè-

Ãëàâà 8 - Òóðáèíû ÃÒÄ

395

Ðèñóíîê 8.1.2.6_3 – Ïîïåðå÷íîå ñå÷åíèå ñîïëîâîé (1)

è ðàáî÷åé (2) ëîïàòî÷íûõ ðå-

øåòîê ÒÂÄ â ñðàâíåíèè ñ ñîïëî-

âûìè ëîïàòêàìè (3) ÒÑÄ â äâè-

ãàòåëå Trent

÷åííûìè íàïðÿæåíèÿìè íåîáõîäèìî óòîëñòèòü åå

ñòåíêè è

ñíèçèòü ðàáî÷óþ òåìïåðàòóðó. Äëÿ îáåñ-

ïå÷åíèÿ ïðî÷íîñòè äèñêà ñ óâåëè÷åííîé çà ñ÷åò

áîëåå ìàññèâíîé ëîïàòêè íàãðóçêîé íà îáîä íåîá-

õîäèìî óâåëè÷èòü åãî ìàññó èëè ñíèçèòü òåìïåðà-

òóðó.

Â ðàññìàòðèâàåìîì ñëó÷àå çàäà÷à íåñêîëüêî

îáëåã÷åíà, òàê êàê îäíîñòóïåí÷àòàÿ ÒÂÄ ñåìåéñòâà

RB211/Trent èìååò ñòåïåíü ðàñøèðåíèÿ îêîëî 3.0.

Ýòî ñóùåñòâåííî ìåíüøå, ÷åì â CFM56 è PW6000,

ïîýòîìó íåîáõîäèìà ìåíüøàÿ îêðóæíàÿ ñêîðîñòü

è ðåàëèçóåòñÿ ìåíüøèé óðîâåíü öåíòðîáåæíîé

íàãðóçêè. Îäíàêî ìåíüøàÿ ñòåïåíü ðàñøèðåíèÿ

óâåëè÷èâàåò îòíîñèòåëüíóþ òåìïåðàòóðó ãàçà ïå-

ðåä ðàáî÷åé ëîïàòêîé. Ñèñòåìà îõëàæäåíèÿ ÒÂÄ

ïðåäóñìàòðèâàåò îõëàæäåíèå ñòóïèöû 17 äèñêà

ÒÂÄ âîçäóõîì áîëåå íèçêîé òåìïåðàòóðû, ÷òî óâå-

ëè÷èâàåò äîïóñòèìûé óðîâåíü íàïðÿæåíèé çà ñ÷åò

ñíèæåíèÿ òåìïåðàòóðû ìåòàëëà.

Âåðõíÿÿ ÷àñòü 18 äèñêà ñïåðåäè îõëàæäàåòñÿ

âîçäóõîì íåïîñðåäñòâåííî èç-çà ÊÂÄ, ïîñòóïàþ-

ùèì ïî ïîëîñòè 19. Ðàáî÷àÿ ëîïàòêà ÒÂÄ îõëàæ-

äàåòñÿ âîçäóõîì èç âòîðè÷íîé çîíû 20 ÊÑ ÷åðåç

àïïàðàò çàêðóòêè 21. Äèñê ÒÂÄ íå èìååò äåôëåê-

òîðîâ è óïëîòíåíèå ïîëîñòè çà àïïàðàòîì çàêðóò-

êè îñóùåñòâëÿåòñÿ äâóõñòîðîííèìè ëàáèðèíòàìè

22 è 23, âûïîëíåííûìè çàîäíî ñ äèñêîì.

Ñîïëîâàÿ ëîïàòêà 9 ÒÑÄ îõëàæäàåòñÿ âîçäó-

õîì ïðîìåæóòî÷íîé ñòóïåíè êîìïðåññîðà, ïîäàâà-

åìûì ñâåðõó ÷åðåç ïîëîñòè â êîðïóñå. Ðàáî÷àÿ ëî-

ïàòêà ÒÑÄ íåîõëàæäàåìàÿ.

Ñîâìåùåíèå ñòîåê îïîðû è ñîïëîâûõ ëîïàòîê

ÒÑÄ èñêàæàåò àýðîäèíàìèêó ñîïëîâûõ ëîïàòîê.

Â òàêîé êîíñòðóêöèè òðóäíî ðåàëèçîâàòü îïòèìàëü-

íûé àýðîäèíàìè÷åñêèé ïðîôèëü ñîïëîâûõ ëîïàòîê

ÒÑÄ (ñðàâíåíèå ïðîôèëåé ýòèõ ëîïàòîê ñ ïðîôè-

ëÿìè ëîïàòîê ÒÂÄ ïðèâåäåíî íà Ðèñ. 8.1.2.6_3).

Êðîìå òîãî, îòíîñèòåëüíî áîëüøàÿ îñåâàÿ

øèðèíà ëîïàòîê ïðè ìàëîé äëèíå ïðèâîäèò ê îòíî-

ñèòåëüíî âûñîêîìó óðîâíþ âòîðè÷íûõ ïîòåðü (èç-

âåñòíî, ÷òî ïðè îòíîøåíèè äëèíû ëîïàòêè

ê îñå-

âîé øèðèíå ïðîôèëÿ ìåíåå 1.5 âòîðè÷íûå ïîòåðè

ðåçêî âîçðàñòàþò; çäåñü æå ýòî îòíîøåíèå ìåíåå

1.0).

Rolls-Royce ñîõðàíÿåò ðàññìîòðåííûå âûøå

êîíñòðóêòèâíûå îñîáåííîñòè (òðåõâàëüíóþ ñõåìó,

áàíäàæèðîâàííóþ ëîïàòêó ÒÂÄ, ñîâìåùåííûå ñî

ñòîéêàìè ëîïàòêè ÒÑÄ) âî âñåõ ðàçðàáîòêàõ äâè-

ãàòåëåé ñåìåéñòâà Trent, ñîõðàíÿÿ íàêîïëåííûé

îïûò ïî íàäåæíîñòè è äîëãîâå÷íîñòè.

8.1.2.7 – Êîíñòðóêöèè ñòàöèîíàðíûõ

ãàçîâûõ òóðáèí

Òóðáèíû ñòàöèîíàðíûõ äâèãàòåëåé íàçåìíî-

ãî ïðèìåíåíèÿ ìîãóò áûòü êàê îäíîâàëüíûìè, òàê

è äâóõâàëüíûìè.

Íàèáîëåå ïðîñòîé ÿâëÿåòñÿ îäíîâàëüíàÿ ñõå-

ìà, êîòîðàÿ è íàèáîëåå ïîïóëÿðíà â ñòàöèîíàðíûõ

äâèãàòåëÿõ, îñîáåííî â ýíåðãåòè÷åñêèõ äâèãàòåëÿõ

áîëüøîé ìîùíîñòè. Â ýòîì ñëó÷àå ìíîãîñòóïåí-

÷àòàÿ òóðáèíà îäíîâðåìåííî ïðèâîäèò êîìïðåññîð

è îòäàåò ÷àñòü ìîùíîñòè ãåíåðàòîðó èëè ìåõàíè-

÷åñêîìó ïðèâîäó. Â ñëó÷àå äâóõâàëüíîé ñõåìû îäíà

òóðáèíà ñëóæèò òóðáèíîé ãàçîãåíåðàòîðà (ÒÂÄ),

à äðóãàÿ òóðáèíà (íà îòäåëüíîì âàëó) ñëóæèò ÑÒ

è íàçûâàåòñÿ òàêæå ñâîáîäíîé òóðáèíîé.

Íåñìîòðÿ íà îòíîñèòåëüíóþ ñëîæíîñòü, äâóõ-

âàëüíàÿ ñõåìà ñî ñâîáîäíîé òóðáèíîé èìååò çíà-

÷èòåëüíî áîëüøóþ ãèáêîñòü äëÿ êîíêðåòíûõ ïðè-

ìåíåíèé. Îäíà ìîäåëü ïðîìûøëåííîãî äâèãàòåëÿ

ìîæåò èìåòü íåñêîëüêî ÑÒ äëÿ ðàçëè÷íûõ ïðèìå-

íåíèé: äëÿ ãåíåðàòîðà íà 3000 îá/ìèí, äëÿ ãåíåðà-

òîðà íà 3600 îá/ìèí, äëÿ ìåõàíè÷åñêîãî ïðèâîäà

(ÃÏÀ, ñóäîâîãî âèíòà è òàê äàëåå).

Îäíîé èç îñîáåííîñòåé ñòàöèîíàðíûõ òóðáèí

ÿâëÿåòñÿ àêòèâíîå èñïîëüçîâàíèå ïîäøèïíèêîâ

ñêîëüæåíèÿ (âìåñòî ïîäøèïíèêîâ êà÷åíèÿ, ïðèìå-

íÿåìûõ â àâèàöèîííûõ òóðáèíàõ). Âìåñòî øàðè-

êîâûõ ïîäøèïíèêîâ, âîñïðèíèìàþùèõ îñåâûå

óñèëèÿ â àâèàöèîííûõ òóðáèíàõ, ïðèìåíÿþòñÿ

Ãëàâà 8 - Òóðáèíû ÃÒÄ

396

Ðèñóíîê 8.1.2.7_2 – Òóðáèíà MS6001C (GE Power

Systems)

1 - 1ÐË; 2 - 2ÐË; 3 - 3ÐË; 4- àï-

ïàðàò çàêðóòêè; 5 - 1ÑÀ;

6 - 2ÑÀ; 7 – äåôëåêòîð; 8 – êîð-

ïóñ; 9 – ïðîñòàâêè íàä ÐË

óïîðíûå ïîäøèïíèêè ñêîëüæåíèÿ. ×àñòî ýòî íå-

ñêîëüêî óïðîùàåò êîíñòðóêöèþ çà ñ÷åò èñêëþ÷å-

íèÿ íåîáõîäèìîñòè ïðèìåíåíèÿ ðàçãðóçî÷íûõ ïî-

ëîñòåé äëÿ ðåãóëèðîâàíèÿ îñåâîãî óñèëèÿ ðîòîðîâ,

íî òðåáóåò óâåëè÷åíèÿ ìàññû îïîð è áîëüøèõ ðàñ-

õîäîâ ìàñëà.

Ôèðìà European Gas Turbines (ïðèíàäëåæàùàÿ

êîìïàíèè Siemens) ïðîèçâîäèò ñòàöèîíàðíûå äâè-

ãàòåëè óìåðåííîé ïîëåçíîé ìîùíîñòè (äî 15 ÌÂò).

Íà Ðèñ. 8.1.2.7_1 ïðèâåäåíû òóðáèíû äâóõ ìîäè-

ôèêàöèé îäíîãî ñòàöèîíàðíîãî äâèãàòåëÿ (Tempest

è Cyclone)[ 8.1.4.27].

Â ìîäèôèêàöèè Tempest âñå ðàñøèðåíèå ãàçà

ïðîèñõîäèò â äâóõñòóïåí÷àòîé îäíîâàëüíîé òóðáè-

íå 1 è ïîëåçíàÿ ìîùíîñòü (ìîùíîñòü òóðáèíû, ïðå-

âûøàþùàÿ ìîùíîñòü êîìïðåññîðà) îòáèðàåòñÿ ñ îá-

ùåãî âàëà òóðáîêîìïðåññîðà. Â ìîäèôèêàöèè

Cyclone ñòåïåíü ðàñøèðåíèÿ ãàçà â äâóõñòóïåí÷àòîé

ÒÂÄ 2 óìåíüøåíà äî âåëè

÷èíû, íåîáõîäèìîé äëÿ

ïðèâîäà êîìïðåññîðà,

à îñòàëüíàÿ ýíåðãèÿ ãàçà

ïðåîáðàçóåòñÿ â ïîëåçíóþ ìîùíîñòü â íîâîé ñâî-

áîäíîé ÑÒ 3. Ïîëåçíàÿ ìîùíîñòü îòáèðàåòñÿ ñ ïî-

ìîùüþ âàëà ÑÒ 4,

êîòîðûé èìååò äâå îïîðû ñ ïîä-

øèïíèêàìè ñêîëüæåíèÿ, îäíà èç êîòîðûõ èñïîëüçóåò

óïîðíûé ïîäøèïíèê

Ïî ñðàâíåíèþ ñ àâèàöèîííûìè òóðáèíàìè

êîíñòðóêöèÿ î÷åíü ìàññèâíà – çà ñ÷åò èñïîëüçîâà-

íèÿ äâîéíûõ êîðïóñîâ (5 è 6), à òàêæå èñïîëüçîâà-

íèÿ ñïëîøíîé (áåç âíóòðåííåé ïîëîñòè) êîíñòðóê-

öèè âàëà 4 ÑÒ è âàëà 7 ÒÂÄ. Ïðèìåíåíèå áîëåå

ìàññèâíûõ êîíñòðóêöèé ÷àñòî äàåò âîçìîæíîñòü

èñïîëüçîâàòü áîëåå äåøåâûå ìàòåðèàëû.

Òèïè÷íàÿ òóðáèíà îäíîâàëüíîãî ñòàöèîíàð-

íîãî äâèãàòåëÿ MS6001C General Electric Power

Systems ïîëåçíîé ìîùíîñòüþ 42,3 ÌÂò ïðèâåäå-

íà íà Ðèñ. 8.1.2.7_2. Ýòó òóðáèíó ìîæíî íàçâàòü

òèïè÷íîé (àâòîðû ðàáîòû [8.1.4.28] íàçûâàþò åå

«êëàññè÷åñêîé»), òàê êàê ïîäàâëÿþùåå áîëüøèí-

ñòâî òóðáèí GE Power Systems ñîçäàíî íà áàçå «ýâî-

ëþöèîííîé ôèëîñîôèè» ìåòîäîì ìàñøòàáèðîâà-

íèÿ ðàíåå ñîçäàííûõ óñïåøíûõ êîíñòðóêöèé.

Ýòî îäíîâàëüíàÿ òóðáèíà ñ ÷àñòîòîé âðàùå-

íèÿ 7100 îá/ìèí è òåìïåðàòóðîé çà ÊÑ 1600Ê (îöå-

íî÷íûé óðîâåíü òåìïåðàòóðû ïåðåä ðîòîðîì â ñå-

÷åíèè 4.1 ñîñòàâèò 1500…1520Ê). Ðàáî÷èå ëîïàòêè

1 è 2 (ïåðâûõ äâóõ ðàáî÷èõ êîëåñ òóðáèíû) íå èìå-

þò áàíäàæíûõ ïîëîê. 3ÐË èìååò áàíäàæ äëÿ îáåñ-

ïå÷åíèÿ âèáðàöèîííîé ïðî÷íîñòè. Êàê îòìå÷åíî

â [8.1.4.28], ýòî îòñòóïëåíèå îò ñòàíäàðòíîé ïðàê-

òèêè GE â îòíîøåíèè 2ÐË, êîòîðàÿ îáû÷íî âûïîë-

Ðèñóíîê 8.1.2.7_1 – Òóðáèíû ñòàöèîíàðíûõ äâèãà-

òåëåé Tempest è Cyclone

1 - îäíîâàëüíàÿ òóðáèíà;

2 – òóðáèíà ãàçîãåíåðàòîðà

(ÒÂÄ); 3 – ÑÒ; 4 – âàë ÑÒ;

5 – âíóòðåííèé êîðïóñ; 6 – íà-

ðóæíûé êîðïóñ; 7 – âàë ÒÂÄ

Ãëàâà 8 - Òóðáèíû ÃÒÄ

397

íÿåòñÿ ñ áàíäàæíîé ïîëêîé. Îòêàç îò áàíäàæà äëÿ

2ÐË ïîçâîëèë «óìåíüøèòü êîëè÷åñòâî ëîïàòîê,

îðãàíèçîâàòü áîëåå ýôôåêòèâíîå îõëàæäåíèå è áî-

ëåå ðàâíîìåðíîå ðàñïðåäåëåíèå òåìïåðàòóðû â ëî-

ïàòêå» [8.1.4.28].

1ÐË îõëàæäàåòñÿ âîçäóõîì èç-çà êîìïðåññîðà

÷åðåç àïïàðàò çàêðóòêè 4 â îïîðå 5 ïåðâîãî ÑÀ.

Ñîïëîâîé àïïàðàò 6 âòîðîé ñòóïåíè è ðàáî÷èå ëî-

ïàòêè 2 âòîðîé ñòóïåíè îõëàæäàþòñÿ âîçäóõîì èç-

çà ïðîìåæóòî÷íîé âîñüìîé (èç 12) ñòóïåíè êîìï-

ðåññîðà. Âîçäóõ äëÿ ðàáî÷èõ ëîïàòîê îòáèðàåòñÿ

âíóòðü ðîòîðà êîìïðåññîðà è ïîäàåòñÿ â ëîïàòêè

÷åðåç ïàçû â äåôëåêòîðå (ïðîñòàâêå) 7. Ëîïàòêè

òðåòüåé ñòóïåíè íåîõëàæäàåìûå.

Óïîðíûé ïîäøèïíèê ñêîëüæåíèÿ ðàñïîëîæåí

çà ðîòîðîì òóðáèíû. Îáðàùàåò íà ñåáÿ âíèìàíèå

ìàññèâíîñòü êîíñòðóêöèè, îñîáåííî êîðïóñà òóð-

áèíû 8 è ïðîñòàâîê 9 íàä ðàáî÷èìè ëîïàòêàìè.

Íà Ðèñ. 8.1.2.7_3 ïðèâåäåí ñíèìîê ðîòîðà ñòà-

öèîíàðíîãî ÃÒÄ áîëüøîé ìîùíîñòè 9Í (GE Power

Systems) [8.1.4.29] ñ ÷åòûðåõñòóïåí÷àòîé òóðáèíîé

Ðèñóíîê 8.1.2.7_3 - Ñáîðêà äâèãàòåëÿ 9Í (GE Power Systems)

1-òóðáèíà

1, äàþùèé ïðåäñòàâëåíèå î ðàçìåðàõ ìîùíûõ ñòà-

öèîíàðíûõ ãàçîâûõ òóðáèí êëàññà ìîùíîñòè

250 ÌÂò.

8.1.3 – Ìåòîäîëîãèÿ ïðîåêòèðîâà-

íèÿ òóðáèí

Ìåòîäîëîãèÿ ïðîåêòèðîâàíèÿ âêëþ÷àåò ñòðóê-

òóðó, ëîãè÷åñêóþ îðãàíèçàöèþ, ìåòîäû è ñðåäñòâà

ïðîåêòèðîâàíèÿ.

Çàäà÷åé ìåòîäîëîãèè ïðîåêòèðîâàíèÿ òóðáè-

íû ÿâëÿåòñÿ îáåñïå÷åíèå ýêîíîìè÷åñêîé ýôôåêòèâ-

íîñòè ðàçðàáîòêè ïîñðåäñòâîì:

- Óäîâëåòâîðåíèÿ îñíîâíûõ òðåáîâàíèé ïî-

òðåáèòåëÿ.

- Ìèíèìàëüíîãî óðîâíÿ çàòðàò íà ðàçðàáîòêó

(îêóïàåìîñòè ïðîåêòà).

- Ïðèåìëåìîãî óðîâíÿ ðèñêà.

- Ìèíèìàëüíîé ñåáåñòîèìîñòè â ïðîèçâîäñòâå

(òî åñòü ïðèáûëüíîñòè èçãîòîâëåíèÿ).

- Ìèíèìàëüíîé ñòîèìîñòè îáñëóæèâàíèÿ (òî

Ãëàâà 8 - Òóðáèíû ÃÒÄ

398

åñòü ïðèáûëüíîñòè êîíòðàêòîâ íà îáñëóæèâàíèå

ñ ïî÷àñîâîé îïëàòîé).

Òðåáîâàíèÿ ïîòðåáèòåëÿ â êîíå÷íîì ñ÷åòå ñâî-

äÿòñÿ ê ìèíèìàëüíîé âåëè÷èíå ïðÿìûõ ýêñïëóà-

òàöèîííûõ ðàñõîäîâ, è íà ïðàêòèêå âûðàæàþòñÿ

â ìèíèìàëüíîé ñòîèìîñòè ïðèîáðåòåíèÿ + ìèíè-

ìàëüíîé ñòîèìîñòè ýêñïëóàòàöèè. Ñòîèìîñòü ýêñ-

ïëóàòàöèè ñîñòîèò èç çàòðàò íà òîïëèâî è ñòîèìî-

ñòè îáñëóæèâàíèÿ (çàï÷àñòåé è ðåìîíòà).

Ìåòîäîëîãèÿ ïðîåêòèðîâàíèÿ òóðáèíû

ðåøàåò ýòó çàäà÷ó çà ñ÷åò:

- Ìåòîäîâ ïðîåêòèðîâàíèÿ.

- Ïðîåêòèðîâàíèÿ íà öåëåâóþ ñåáåñ-

òîèìîñòü òóðáèíû.

- Ïðîåêòèðîâàíèÿ íà öåëåâóþ ñòî-

èìîñòü îáñëóæèâàíèÿ.

- Ìèíèìèçàöèè ðèñêà ïðîåêòà.

- Ñðåäñòâ ïðîåêòèðîâàíèÿ (êëþ÷åâûõ òåõíî-

ëîãèé ðàçðàáîòêè òóðáèíû).

- Ýôôåêòèâíîé ñòðóêòóðû è îðãàíèçàöèè ïðî-

öåññà ïðîåêòèðîâàíèÿ.

8.1.3.1 – Ïðîåêòèðîâàíèå íà

öåëåâóþ ñåáåñòîèìîñòü òóðáèíû

Ïðîåêòèðîâàíèå íà çàäàííóþ ñåáåñòîèìîñòü

(Design-to-cost) ïîçâîëÿåò óæå íà ïðîåêòíîé ñòà-

äèè çàëîæèòü îñíîâó îáåñïå÷åíèÿ ìèíèìàëüíî

âîçìîæíîé ïðîèçâîäñòâåííîé ñåáåñòîèìîñòè.

Óæå íà ñòàäèè ïðåäâàðèòåëüíîãî ïðîåêòèðî-

âàíèÿ ïðèíèìàåòñÿ îñíîâíàÿ ÷àñòü ðåøåíèé, ïðå-

äîïðåäåëÿþùèõ ïðîèçâîäñòâåííóþ ñåáåñòîèìîñòü.

Âî-ïåðâûõ, ýòî âûáîð òåìïåðàòóðû ãàçà è ÷à-

ñòîòû âðàùåíèÿ (ïðè âûðàáîòêå òðåáîâàíèé ê òóð-

áèíå â ñîñòàâå äâèãàòåëÿ). Óðîâåíü òåïëîâîé è öåí-

òðîáåæíîé íàãðóçêè îïðåäåëÿåò íåîáõîäèìîñòü

ðàçðàáîòêè èëè èñïîëüçîâàíèÿ íîâûõ òåõíîëîãèé

è ìàòåðèàëîâ ñ ñîîòâåòñòâåííûì óâåëè÷åíèåì ñå-

áåñòîèìîñòè îòíîñèòåëüíî ïðîòîòèïà.

Âî-âòîðûõ, ýòî óíèôèêàöèÿ – èñïîëüçîâàíèå

ìàêñèìàëüíîãî êîëè÷åñòâà äåòàëåé ñ óæå îñâîåííûõ

â ïðîèçâîäñòâå êîíñòðóêöèé. Ñåðèéíàÿ êîíñòðóêöèÿ

ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàíà â êà÷åñòâå áàçîâîé «ïëàò-

ôîðìû» ñ

èçìåíåíèÿìè, îáåñïå÷èâàþùèìè òðåáî-

âàíèÿ ê õàðàêòåðèñòèêàì íîâîé òóðáèíû. Ýòèìè

èçìåíåíèÿìè ìîãóò áûòü ïåðåïðîåêòèðîâàíèå ëî-

ïàòî÷íîé ÷àñòè òóðáèíû (àýðîäèíàìè÷åñêèõ ïðî-

ôèëåé ëîïàòîê è/èëè èõ ñèñòåìû îõëàæäåíèÿ), óâå-

ëè÷åíèå èëè óìåíüøåíèå ðàñõîäà îõëàæäàþùåãî

âîçäóõà. Ñ ïîÿâëåíèåì ñ ñåðåäèíû 1990-õ ãîäîâ

òåõíîëîãèé ïðîñòðàíñòâåííîãî òâåðäîòåëüíîãî

ìîäåëèðîâàíèÿ ãåîìåòðèè äåòàëåé (Unigraphics,

CATIA) ñòàëî ïðèìåíÿòüñÿ è ïîëíîå ìîäåëèðîâà-

íèå ñóùåñòâóþùåé òóðáèíû íà íåîáõîäèìûé ðàñ-

õîä ãàçà. Ðàíåå òàêîé ïîäõîä ïðèìåíÿëñÿ òîëüêî äëÿ

êîìïðåññîðîâ è äëÿ òóðáèí ñòàöèîíàðíûõ äâèãà-

òåëåé.

Â-òðåòüèõ, ýòî âûáîð êîëè÷åñòâà ñòóïåíåé

òóðáèíû. Ìèíèìèçàöèÿ êîëè÷åñòâà ñòóïåíåé âíî-

ñèò çíà÷èòåëüíûé âêëàä ìèíèìèçàöèþ ñåáåñòîè-

ìîñòè.

Ýôôåêòèâíîñòü ïðîèçâîäñòâåííûõ ïðîöåñ-

ñîâ îïðåäåëÿåò îáùåå êîëè÷åñòâî ìàòåðèàëîâ äëÿ

èñïîëüçîâàíèÿ â ïðîöåññå ïðîèçâîäñòâà. Èç-çà ïî-

òåðü â ïðîöåññå ïðîèçâîäñòâà îòíîøåíèå îáùåé

ìàññû èñïîëüçîâàííûõ ìàòåðèàëîâ ê ìàññå âîøåä-

øèõ

â òóðáèíó äåòàëåé îáû÷íî ñîñòàâëÿåò îò 6 äî

10, ÷àñòî äîõîäÿ äî 15 èëè äàæå 25 [8.1.4.30].

Ñîîò-

âåòñòâåííî, ÷åì ìåíüøå ýòà âåëè÷èíà, òåì áîëåå

ýôôåêòèâíà êîíñòðóêöèÿ è ïðîèçâîäñòâåííàÿ òåõ-

íîëîãèÿ, òåì íèæå ñåáåñòîèìîñòü òóðáèíû. Ïðè-

ìåðîì ýôôåêòèâíîé êîíñòðóêöèè ÿâëÿåòñÿ òóðáè-

íà äâèãàòåëÿ Pratt&Whitney PW6000, äëÿ êîòîðîé

ýòî îòíîøåíèå çàÿâëåíî íà óðîâíå 4.

Ñåáåñòîèìîñòü òóðáèíû íå ìîæåò áûòü îïðå-

äåëåíà áåç ïðèâÿçêè ê êîíêðåòíûì óñëîâèÿì ïðî-

èçâîäñòâà, òàê êàê çàâèñèò îò åãî òåõíîëîãè÷åñêîé

áàçû. Íàèáîëåå íàäåæíûé ñïîñîá ìîäåëèðîâàíèÿ

ñåáåñòîèìîñòè ïîäðàçóìåâàåò èñïîëüçîâàíèå â êà-

÷åñòâå áàçû ìîäåëåé ñåáåñòîèìîñòè ïðîòîòèïîâ

îñíîâíûõ äåòàëåé. Óïðàâëåíèå ñåáåñòîèìîñòüþ

ïðåäïîëàãàåò ñîâìåñòèìîñòü êîíñòðóêöèè ñ èìå-

þùèìèñÿ èëè ïëàíèðóåìûìè ïðîöåññàìè ïðîèç-

âîäñòâà, à òàêæå ïîâûøåíèå ýôôåêòèâíîñòè ñàìèõ

ýòèõ ïðîöåññîâ.

Â ïðîöåññå ïðîåêòèðîâàíèÿ äîëæíû ðàññìàò-

ðèâàòüñÿ ñ òî÷êè çðåíèÿ ñåáåñòîèìîñòè ðàçëè÷íûå

âàðèàíòû êàæäîãî âàæíîãî òåõíè÷åñêîãî ðåøåíèÿ.

Òîëüêî âàðèàíòíûé ïîäõîä ìîæåò îáåñïå÷èòü ïðè-

íÿòèå äåéñòâèòåëüíî îïòèìàëüíîãî ïî ñåáåñòîèìî-

ñòè ðåøåíèÿ.

Îáîñíîâàíèå âûáîðà çàâèñèò îò èìåþùåãîñÿ

îïûòà, ïðèíÿòîé â êîìïàíèè ïðàêòèêè è íàëè÷èÿ

ñîîòâåòñòâóþùåãî ìàòåìàòè÷åñêîãî îáåñïå÷åíèÿ

äëÿ ýêîíîìè÷åñêîé îöåíêè âàðèàíòîâ êîíñòðóêöèè.

Èç îïóáëèêîâàííûõ â îòêðûòîé ëèòåðàòóðå ìåòî-

äîâ ýêîíîìè÷åñêîé îöåíêè âàðèàíòîâ êîíñòðóêöèè

òóðáèíû ñëåäóåò îòìåòèòü ðàáîòó ñïåöèàëèñòîâ

Alstom Power Uniturbo [8.1.4.31].

8.1.3.2 – Ïðîåêòèðîâàíèå íà öåëå-

âóþ ñòîèìîñòü îáñëóæèâàíèÿ òóð-

áèíû

Ñòàòèñòèêà [8.1.4.32] ïîêàçûâàåò, ÷òî ïîëíàÿ

ñòîèìîñòü îáñëóæèâàíèÿ òóðáèíû ñîñòîèò èç ñòî-

èìîñòè çàï÷àñòåé (55…65% - ëîïàòêè, 15…25% -

ðîòîðíûå äåòàëè îãðàíè÷åííîãî öèêëè÷åñêîãî ðå-

Ãëàâà 8 - Òóðáèíû ÃÒÄ

399

ñóðñà - äèñêè, âàëû), ñòîèìîñòè ïðîâåäåíèÿ íåïîñ-

ðåäñòâåííî ðåìîíòîâ (10…20%) è ñòîèìîñòè îá-

ñëóæèâàíèÿ â ýêñïëóàòàöèè (5%).

Ñîîòâåòñòâåííî, ìèíèìèçàöèÿ ñòîèìîñòè îá-

ñëóæèâàíèÿ äîñòèãàåòñÿ óìåíüøåíèåì ðàñõîäîâ íà

çàï÷àñòè (óìåíüøåíèåì èõ êîëè÷åñòâà è óâåëè÷å-

íèåì ðåñóðñà) è ðåìîíò (óìåíüøåíèåì êîëè÷åñòâà

ðåìîíòîâ).

Ñòîèìîñòü çàìåíû îõëàæäàåìûõ ëîïàòîê

ÒÂÄ ìîæåò ñîñòàâëÿòü äî 50% îáùåé ñòîèìîñòè

ðåìîíòà âñåãî äâèãàòåëÿ [8.1.4.33], à öåíà îäíîé

ëîïàòêè äîñòèãàåò 3…5 òûñÿ÷ äîëëàðîâ [8.1.4.34]

Ïðàêòèêà ýêñïëóàòàöèè ñîâðåìåííûõ äâèãàòå-

ëåé (ÏÑ-90À, PW2000 [8.1.4.35], PW4000 [8.1.4.36],

CFM56 [8.1.4.9, 8.1.4.37], V2500 [8.1.4.38]) ïîêàçû-

âàåò, ÷òî àáñîëþòíî âñå ÒÂÄ

â õîäå ýêñïëóàòàöèè

ïîäâåðãàþòñÿ íåîäíîêðàòíîé ìîäåðíèçàöèè ñ óâå-

ëè÷åíèåì ðàñõîäà îõëàæäàþùåãî âîçäóõà äëÿ ðà-

áî÷èõ ëîïàòîê, ïðèìåíåíèåì ìàòåðèàëà ëîïàòîê

ñ ëó÷øèìè õàðàêòåðèñòèêàìè, âíåäðåíèåì òåïëî-

çàùèòíûõ ïîêðûòèé, óëó÷øåíèåì ñèñòåì îõëàæ-

äåíèÿ ëîïàòîê è äàæå óìåíüøåíèåì òåìïåðàòóðû

ãàçà çà ñ÷åò óâåëè÷åíèÿ ðàñõîäà âîçäóõà ÷åðåç ãà-

çîãåíåðàòîð äâèãàòåëÿ.

Âñå ýòè ìåðû íàïðàâëåíû

íà óâåëè÷åíèå äîëãîâå÷íîñòè èìåííî ëîïàòîê è

âñå

îíè îïðàâäàíû óâåëè÷åíèåì èõ ðåñóðñà.

Òàêèì îáðàçîì, ýêîíîìèÿ â ïðîöåññå ïðîåê-

òèðîâàíèÿ íà îõëàæäàþùåì âîçäóõå, íà ñòîèìîñ-

òè ìàòåðèàëà, íà òðóäîåìêîñòè ñèñòåìû îõëàæäå-

íèÿ íå îïðàâäûâàåòñÿ â ýêñïëóàòàöèè. Ïîýòîìó

ëîïàòêè äîëæíû ïðîåêòèðîâàòüñÿ ñ ìàêñèìàëüíûì

çàïàñîì ïî òåìïåðàòóðå ãàçà, êîòîðûé è äîëæåí

îáåñïå÷èòü èõ äîëãîâå÷íîñòü è ðåìîíòîïðèãîä-

íîñòü.

Óìåíüøåíèå êîëè÷åñòâà ëîïàòîê òóðáèíû

òîæå óìåíüøàåò ñòîèìîñòü îáñëóæèâàíèÿ (è ñåáå-

ñòîèìîñòü), òàê êàê óìåíüøàåò êîëè÷åñòâî íåîá-

õîäèìûõ çàï÷àñòåé.

Ïîýòîìó óìåíüøåíèå êîëè÷åñòâà ëîïàòîê ñòà-

ëî îäíèì èç îñíîâíûõ íàïðàâëåíèé ïðè ïðîåêòè-

ðîâàíèè òóðáèí. Äëÿ ýòîãî ðàçðàáàòûâàþòñÿ è óæå

ïðèìåíÿþòñÿ òåõíîëîãèè àýðîäèíàìè÷åñêîãî ïðî-

åêòèðîâàíèÿ ðåøåòîê ñ «âûñîêîé» è «óëüòðàâûñî-

êîé ïîäúåìíîé ñèëîé» (Rolls-Royce, MTU), à òàê-

æå «ðåäêèõ» è «óëüòðà-ðåäêèõ» ðåøåòîê (GE

Aircraft Engines). Ýòè òåõíîëîãèè ñîêðàùàþò êî-

ëè÷åñòâî ëîïàòîê íà 10…20% - ïðè ñîõðàíåíèè

ýôôåêòèâíîñòè òóðáèíû.

Ìàêñèìàëüíûé öèêëè÷åñêèé ðåñóðñ ðîòîðà

òóðáèíû. Óâåëè÷åíèå äîïóñòèìîé íàðàáîòêè äèñ-

êîâ, âàëîâ, äåôëåêòîðîâ (à îíà âàðüèðóåòñÿ â äèà-

ïàçîíå îò 10000 äî 25000 öèêëîâ) ðàñïðåäåëÿåò ñòî-

èìîñòü èõ çàìåíû íà áîëüøèé ñðîê ýêñïëóàòàöèè

è ñíèæàåò ñòîèìîñòü îáñëóæèâàíèÿ ëåòíîãî ÷àñà.

Öèêëè÷åñêèé ðåñóðñ äåòàëåé ïðè ïðîåêòèðî-

âàíèè óâåëè÷èâàåòñÿ çà ñ÷åò:

- îïòèìèçàöèè óðîâíÿ è ðàçìàõà íàïðÿæåíèé

â ðàáî÷åì öèêëå ïðè ïîìîùè ìåòîäîâ ìîäåëèðî-

âàíèÿ íåñòàöèîíàðíîãî òåïëîíàïðÿæåííîãî ñîñòî-

ÿíèÿ è ìåòîäîâ êîíå÷íî-ýëåìåíòíîãî àíàëèçà;

- îïòèìèçàöèè óðîâíÿ ðàáî÷èõ òåìïåðàòóð

äåòàëåé çà ñ÷åò ñèñòåìû îõëàæäåíèÿ.

Ñòàáèëüíîñòü ïàðàìåòðîâ òóðáèíû â ýêñï-

ëóàòàöèè çàìåäëÿåò âûðàáîòêó çàïàñà ïî òåìïåðà-

òóðå çà òóðáèíîé è óâåëè÷èâàåò íàðàáîòêó íà ðå-

ìîíò.

Ñòàáèëüíîñòü ïàðàìåòðîâ îáåñïå÷èâàåòñÿ:

- îïòèìàëüíîé âåëè÷èíîé ðàäèàëüíûõ çàçîðîâ

ÐË è ÑË â ðàáî÷åì öèêëå;

- çàùèòîé îò îêèñëåíèÿ è îáãîðàíèÿ òîðöà ðà-

áî÷èõ ëîïàòîê ÒÂÄ è êîðïóñíûõ âñòàâîê íàä íèìè

çà ñ÷åò ýôôåêòèâíîãî îõëàæäåíèÿ è ïðèìåíåíèÿ

ñòîéêèõ ê îêèñëåíèþ è êîððîçèè ìàòåðèàëîâ.

8.1.3.3 – Ìèíèìèçàöèÿ ðèñêà ïðîåêòà

Îñíîâíûå ìåòîäû ìèíèìèçàöèè ðèñêà:

- Ýâîëþöèîííûé ïîäõîä ê ïðîåêòèðîâàíèþ.

- Ñîçäàíèå è èñïîëüçîâàíèå áàçû íàêîïëåííî-

ãî îïûòà.

- Îáåñïå÷åíèå ãîòîâíîñòè ïðèìåíÿåìûõ òåõ-

íîëîãèé.

- Èñïîëüçîâàíèå çàïàñîâ ïî òåìïåðàòóðå ãàçà

è ÷àñòîòå âðàùåíèÿ.

Ýâîëþöèîííûé ïîäõîä (âûáîð îïòèìàëüíî-

ãî âàðèàíòà êîíñòðóêöèè ñ èñïîëüçîâàíèåì îäíîé

èç óæå ðàçðàáîòàííûõ êîíñòðóêöèé â êà÷åñòâå áà-

çîâîé) ÿâëÿåòñÿ îñíîâíûì â òåõíè÷åñêîé ïîëèòè-

êå ëþáîé ôèðìû.

Îí äàåò âîçìîæíîñòü ñóùåñòâåííî óìåíüøèòü

ðèñê, òàê êàê çàòðàòû íà äîâîäêó íîâîé êîíñòðóê-

öèè òóðáèíû (òàê íàçûâàåìîé òóðáèíû ñ îñåâîé

ëèíèè) ìîãóò áûòü (è î÷åíü ÷àñòî áûâàþò) íåïðè-

åìëåìî âåëèêè.

ßðêèé ïðèìåð ýâîëþöèîííîãî ïîäõîäà äàåò

Rolls-Royce. Â äâèãàòåëÿõ ñåìåéñòâ RB211 (â ýêñï-

ëóàòàöèè ñ 1972 ãîäà) è Trent (â ýêñïëóàòàöèè ñ 1995

ãîäà) ïðàêòè÷åñêè ñîõðàíåíû áàçîâûå ðàçìåðû

è êîíñòðóêòèâíûå îñîáåííîñòè òóðáèí (òðåõâàëü-

íàÿ êîíñòðóêöèÿ, îäíîñòóïåí÷àòàÿ ÒÂÄ ñ áàíäàæè-

ðîâàííîé ðàáî÷åé ëîïàòêîé, îäíîñòóïåí÷àòàÿ ÒÑÄ,

ñîïëîâàÿ ëîïàòêà êîòîðîé ñîâìåùåíà ñ îïîðîé ïîä-

øèïíèêîâ ðîòîðîâ ÒÂÄ è ÒÑÄ). Äëÿ ñåìåéñòâà Trent

âïåðâûå áûëî ïðèìåíåíî ïðÿìîå ãåîìåòðè÷åñêîå

ìîäåëèðîâàíèå òóðáèíû. Ïðè ýòîì ñ 1545 äî 1850Ê

âûðîñëà òåìïåðàòóðà ïåðåä ðîòîðîì ÒÂÄ [8.1.4.39].

Íåñìîòðÿ íà óâåëè÷åíèå êîíñòðóêòèâíîé

è òåõíîëîãè÷åñêîé ñëîæíîñòè òóðáèíû, ïðååì-