- •Оглавление
- •Введение.
- •Тепловые двигатели и история создания гту
- •Принятые сокращения
- •1 Принципиальные схемы газотурбинных установок
- •1.1 Газоперекачивающий агрегат: состав, виды приводов и систем гту
- •1.2 Принципиальные схемы гту, их преимущества и недостатки
- •Принципиальные схемы гту.
- •1.3 Основы термодинамики, теплотехники и рабочие процессы гту. Циклы гту в координатах р-V, t-s диаграммах.
- •Энтальпия.
- •Энтропия.
- •2 Осевые турбомашины
- •2.1 Осевой компрессор, назначение, типы. Состав. Газовая динамика осевого компрессора
- •Конструкция лопатки.
- •Опоры (подшипники) ротора.
- •Лабиринтные уплотнения.
- •Газовая динамика осевого компрессора.
- •2.2 Газовая турбин, назначение, классификация по принципам работы. Основные узлы. Режимы работы. Газовая динамика турбины Газовая турбина.
- •Охлаждение деталей турбины.
- •Газовая динамика турбины.
- •2.3 Система запуска гту. Валоповоротные устройства (впу). Валоповоротное устройство.
- •Работа валоповоротного устройства двигателя гтк-10-4.
- •2.4 Турбодетандер. Назначение и режимы работы Турбодетандер гтк-10-4.
- •Работа турбодетандера и управление кранами на пусковом газе.
- •3. Топливная система гту
- •3.1 Назначение топливной системы и основные функции.
- •3.2 Горение топлива газотурбинных установок. Физические и химические процессы.
- •Горение газообразного топлива
- •3.3 Камера сгорания. Назначение, типы, коэффициент избытка топлива. Основные узлы кс и рабочие процессы. Камера сгорания.
- •Типы камер сгорания.
- •Основные узлы камеры сгорания:
- •3.4 Системы топливного, пускового и импульсного газа. Назначение, состав, рабочие параметры.
- •3.5 Способы регулирования гту.
- •3.6 Совмещенная характеристика ок и гт (одновальная)
- •4. Маслосистема газотурбинной установки.
- •4.1 Система маслоснабжения гту, назначение, функции и состав.
- •5 Центробежный нагнетатель
- •5.1 Назначение, типы, состав
- •Состав нагнетателя.
- •Повышение давления в центробежном колесе.
- •Принцип повышения давления в центробежном колесе
- •5.2 Рабочая характеристика нагнетателя, характерные точки и зоны. Пуск нагнетателя
- •2. Критическая точка с зоной помпажа.
- •4. Нулевая точка.
- •5. Зона низких степеней сжатия
- •Пуск нагнетателя
- •6 Конструкция газотурбинного двигателя гтк -10-4
- •6.1 Технические данные гтк-10-4, основные узлы
- •6.2 Блок турбогруппы: компрессор, передний блок, турбины, рама-маслобак, подшипник силового ротора.
- •Осевой компрессор
- •Передний блок
- •Вкладыши ротора турбокомпрессора
- •Средний подшипник
- •Переднее лабиринтное уплотнение
- •Заднее лабиринтное уплотнение.
- •Сбросные клапаны
- •Рама – маслобак
- •Турбины твд и тнд
- •Корпус турбин
- •Передняя часть корпуса
- •Диффузор
- •Выхлопные патрубки
- •Диафрагма с уплотнением
- •Обойма направляющих лопаток турбины
- •Диск турбины высокого давления
- •Ротор силовой турбины
- •Переднее уплотнение турбины
- •Уплотнение силовой турбины
- •Подшипник силового ротора
- •Вкладыши подшипника силового ротора
- •Импеллер
- •Муфта зубчатая
- •Воздухоподогреватель
- •6.3 Камера сгорания
- •6.4 Маслосистема гтк-10-4 Назначение системы маслоснабжения
- •Работа системы
- •Параметры работы системы
- •Узлы системы маслоснабжения Главный маслонасос
- •Инжектор главного маслонасоса
- •Пусковой маслонасос смазки
- •Сдвоенный обратный клапан
- •Регулятор давления "после себя"
- •Маслоохладитель
- •Фильтр масляный
- •Резервный маслонасос смазки
- •Система отсоса масляных паров
- •Рама-маслобак
- •6.5 Система автоматического регулирования и защиты
- •Функции системы автоматического регулирования
- •Состав системы автоматического регулирования
- •Воздушные связи
- •Устройство системы регулирования
- •Агрегаты (назначение, конструкция, принцип работы). Регулятор скорости.
- •Принцип работы.
- •Стопорный клапан
- •Принцип работы
- •Регулирующий клапан
- •Принцип работы
- •Ограничитель приемистости
- •Принцип работы
- •Выпускной воздушный клапан
- •Принцип работы.
- •Отсечной золотник
- •Регулирующее устройство турбодетандера
- •Принцип работы регулирующего устройства.
- •Принцип работы.
- •Импеллер
- •Принцип работы
- •Реле осевого сдвига
- •Принцип работы
- •Автоматы безопасности
- •Реле давлении воздуха
- •Принцип работы
- •Золотник с электромагнитным приводом малоинерционного регулятора температуры (мирт).
- •Предпусковое состояние системы регулирования
- •Работа системы регулирования при пуске турбины
- •Работа системы регулирования при поддержании заданной скорости силового вала
- •Работа системы регулирования при остановке турбины
- •7 Техническая эксплуатация гтк-10-4
- •7.1 Система технического обслуживания и ремонта гпа.
- •Регламент технического обслуживания
- •7.2 Особенности эксплуатации гтк-10-4 при отрицательных температурах
- •7.3 Очистка ок в процессе эксплуатации
- •7.4 Пути совершенствования гту
- •7.5 Современные гпа применяемые на компрессорных станциях.
- •Газотурбинная установка гту-16п
- •Агрегат газоперекачивающий
- •Агрегат газоперекачивающий
- •Литература
2 Осевые турбомашины
2.1 Осевой компрессор, назначение, типы. Состав. Газовая динамика осевого компрессора
Осевой компрессор представляет собой лопаточную машину, в которой механическая работа преобразуется в потенциальную энергию сжатого газа с помощью вращающегося ротора, снабженного лопатками.
Лопатки – аэродинамические профили, равномерно расположенные на вращающихся или неподвижных ободах (венцах).
ω – угловая
скорость или частота вращения (об/мин)
С – окружная
линейная скорость (м/сек)
Рис. 12. Распределение скоростей лопатки при работе
Конструкция лопатки.
Лопатка состоит из профильной части, которая обтекается потоком воздуха или газов и замковой части, с помощью которой она крепится к ротору.
По высоте перо лопатки имеет геометрическую закрутку в соответствии с законом изменения скоростей: чем дальше от центра вращения, тем больше линейная скорость при одной и той же угловой частоте вращения ротора.
Рис. 13. Рекомендуемый угол обтекания лопатки
Условием эффективной работы лопаток является режим безотрывного обтекания их профиля набегающим потоком воздуха. Максимальная эффективность достигается при направлении потока воздуха по касательной к профилю лопатки – на номинальном режиме работы двигателя. Номинальный режим является расчетным режимом работы двигателя.
Безотрывное обтекание обеспечивается в узком диапазоне угол обтекания 100-150, за пределами которого начинается срыв потока с профиля лопаток, вызывающий помпажные явления.
Помпаж: нерасчетный режим работы, вызванный срывом потока воздуха с профиля лопаток и возникновением вихреобразных процессов «запирающих» проточную часть компрессора. Внешние проявления помпажа:
– нехарактерный гул;
– повышенная вибрация;
– хлопки, удары;
– обратный выброс воздуха на вход и т. п.
Помпаж характеризуется нерасчетными знакопеременными нагрузками на все узлы и детали компрессора вплоть до их разрушения.
К лопаткам предъявляются самые жесткие требования по аэродинамическим качествам, механической прочности и высокой точности изготовления.
Способы крепления лопаток (типы замковой части):
Осевой компрессор:
– замок типа «ласточкин хвост»;
– замок зубчикового типа;
– трацевидные;
– т-образные.
Турбина:
– замки елочного типа.
По сравнению с компрессорными, лопатки турбины толще, массивнее, имеют большие радиусы скругления, что объясняется тяжелыми высокотемпературными условиями их работы.
Материал лопаток.
Компрессорные: Al (алюминий), Ti (титан), сталь.
Турбинные: жаропрочные сплавы на основе хрома, никеля, кобальта и др.
В осевом компрессоре осуществяется первый из рабочих процессов ГТУ, а именно: сжатие рабочего тела. Таким образом:
Назначение компрессора – сжатие воздуха и подача его в камеру сгорания.
Типы компрессоров:
– центробежные (к.п.д. 0,82 – 0,85);
– осевые (к.п.д. 0,87 – 0, 91).
Состав осевого компрессора:
– ротор;
– статор;
– опоры ротора.
Основной элемент – ротор, конструкция которого и определяет тип всего компрессора.
Рис. 14. Ротор дискового типа
Ротор дискового типа на мощных ГТУ не применяется.
Рис. 15. Ротор барабанного типа
Ротор барабанного типа самый прочный, дешевый и простой. Очень большая масса.
Рис. 16. Ротор смешанного типа (барабанно-дискового)
Ротор барабанно-дискового (смешанного) типа имеет более сложную технологию производства, но в 3-4 раза меньшую массу. Основной тип для авиационных ГТУ.
Статор – корпус компрессора – основная деталь силовой схемы ГТУ, внутри которого на опорах монтируется ротор и крепятся спрямляющие аппараты.
Спрямляющий аппарат – кольцевой набор неподвижных профилированных лопаток, образующих расширяющиеся (диффузорные) каналы, в которых:
– продолжается повышение давления воздуха за счет снижения его скорости в межлопаточных каналах;
– организуется подача воздуха в рабочее колесо следующей ступени под требуемым углом.
Ступень компрессора состоит из рабочего колеса (РК) и спрямляющего аппарата (СА). Именно наличие СА создает условия для работы следующей ступени, то есть продолжения процесса сжатия. Степень сжатия (π) одной ступени невелика (1,15-1,35), поэтому все осевые компрессоры многоступенчатые. Степень сжатия осевого компрессора равна произведению степеней сжатия всех его ступеней:
Очень большое влияние на эффективность компрессора оказывает величина радиального зазора (S) между концом лопатки и корпусом. Эту величину стремятся свести к нулю, чтобы исключить бесполезные перетечки воздуха. Увеличение отношения s/h (h – высота лопатки) на 1% уменьшает к.п.д. компрессора на 3%.
Рис. 17. Радиальный зазор