Глава 3 - Конструктивные схемы ГТД

ненного по данной схеме. Это российский двигатель НК-36СТ в классе мощности 25…30 МВт, разработанный в «СНТК им. Кузнецова» (г. Самара) на базе трехвального ТРДДФ НК-32.

Отмеченные выше существенные недостатки схемы ГТД со свободной СТ в энергетическом применении вынуждают разработчиков ГТД создавать для привода электрогенераторов одновальные модификации двигателей путем исключения узла СТ с задней опорой и подстановки дополнительной ступени к турбине газогенератора. Одновальную

èдвухвальную модификации имеют ГТД фирмы Solar (США) в классе мощности 2…13 МВт (модели Centaur 40, Taurus 60, Taurus 70, Titan130)

èфирмы Siemens (ФРГ) в классе мощности 4…7 МВт (модели Typhoon, Tornado). Схема подобной модернизации показана на Рис. 3.2.2_4 на примере проекта одновального ГТД ОАО «Авиадвигатель» на базе двигателя ГТУ-12П, выполненного по схеме со свободной турбиной.

Схема со свободной турбиной (с одновальным и двухвальным газогенератором) широко применяется в ГТД различного назначения. Она часто используется в ГТД, разработанных на базе авиационных, как правило – многовальных, прототипов. По данной схеме выполнено большое количество моделей ГТД в классе мощности от 0,5 до 51 МВт. Наибольшая мощность 51 МВт реализована в энергетическом ГТД фирмы General Electric LM5000STIG, работающем по циклу с впрыском пара.

3.2.3 - ГТД со «связанным» КНД

Схемы ГТД со «связанным» КНД показаны на Рис. 3.2.3_1. В отличие от рассмотренных выше схем со свободной турбиной, в которых количество каскадов турбины всегда на единицу больше, чем количество каскадов компрессора, в схеме со «связанным» КНД количество каскадов компрессора

èтурбины одинаково. Для привода КНД используется СТ, а ТНД отсутствует. Данная схема позволяет существенно удешевить многовальные ГТД из-за исключения одного каскада турбины, уменьшения количества опор, подшипников и уплотнений.

Схема со «связанным» КНД удобна для конверсии многовальных авиационных ТРДД с высокой степенью двухконтурности в промышленные ГТД, поскольку позволяет максимально использовать материальную часть базовых двигателей. В данном случае используется не только газогенератор, но и каскад НД базового двигателя с трансмиссией. КНД базового ТРДД (вентилятор и подпорные ступени) модифицируются для наземного применения, а турбина вентилятора используется

èкак силовая, и как привод КНД. Высокая степень унификации с базовым авиадвигателем позволяет дополнительно удешевить ГТД за счет увеличения серийности производства значительной части деталей или использования деталей базовых авиадвигателей, отработавших летный ресурс.

Схема со «связанным» КНД имеет возможность привода нагрузки как со стороны компрессо-

Рисунок 3.2.2_4 - Пример модернизации ГТД с СТ в ГТД одновальной схемы

1 – компрессор; 2 – КС; 3 – ТВД; 4 – дополнительная ступень турбины; 5 – СТ; 6 – задняя опора; 7 – вал отбора мощности

152

Глава 3 - Конструктивные схемы ГТД

Рисунок 3.2.3_1 - ГТД со «связанным» КНД а)принципиальная схема ГТД со «связанным» КНД с двухкаскадным турбокомпрессором;

б) ГТД LM6000 фирмы General Electric мощностью 43 МВт; 1- входное устройство; 2 - КНД; 3 - корпус перепуска воздуха из-за КНД; 4 - КВД; 5 - КС; 6 - ТВД; 7 - СТ (ТНД); 8 – задняя опора; 9 – вал отбора мощности;

в) принципиальная схема ГТД со «связанным» КНД с трехкаскадным турбокомпрессором;

г) ГТД Trent фирмы Rolls-Royce мощностью 52 МВт; 1- входное устройство; 2 - КНД;

3 – КСД; 4 – КВД; 5 – КС; 6 – ТВД; 7 – ТСД; 8 – СТ (ТНД); 9 – задняя опора; 10 – вал отбора мощности

153

Глава 3 - Конструктивные схемы ГТД

ра, так и со стороны турбины. Как привод электро-	нагрузки как со стороны турбины, так и со сторо-
генератора данная схема по точности поддержания	ны компрессора.
частоты вращения СТ занимает промежуточное	Схема со «связанным» КНД может быть ис-
положение между схемами со свободной СТ и од-	пользована для модернизации (увеличения мощно-
новальной схемой.	сти) ГТД, выполненных по схеме со свободной тур-
Недостатки схемы – это необходимость со-	биной путем подстановки КНД перед имеющимся
гласования характеристик КНД и загрузки, слож-	компрессором. Привод КНД в этом случае будет
ность обеспечения устойчивости КНД, особенно	от существующей свободной СТ. Конструкция ба-
при работе СТ с постоянной частотой вращения	зового ГТД должна иметь возможность пропуска
в энергетическом применении. Для обеспечения	вала привода КНД внутри вала газогенератора,
устойчивости применяются поворотные ВНА и НА	а СТ должна допускать работу с увеличенным рас-
КНД и перепуск воздуха из-за КНД в атмосферу.	ходом газа или иметь возможность подстановки до-
На Рис. 3.2.3_1 показаны ГТД со «связанным»	полнительной ступени на выходе. На Рис. 3.2.3_2
КНД - двухвальный ГТД LM6000 фирмы General	показан пример подобной модернизации промыш-
Electric мощностью 43 МВт и трехвальный ГТД	ленного ГТД 601-К9 мощностью 6,5 МВт фирмы
TRENT фирмы Rolls-Royce мощностью 52 МВт,	Rolls-Royce в более мощную модификацию 601-
созданные конверсией базовых ТРДД по описан-	К11 мощностью 8 МВт путем подстановки КНД
ной схеме. LM6000 имеет возможность привода	к базовому ГТД с приводом его от СТ.

Рисунок 3.2.3_2 - Пример увеличения мощности ГТД (схема со свободной СТ) путем подстановки КНД с приводом его от СТ (схема ГТД со «связанным» КНД)

154

Глава 3 - Конструктивные схемы ГТД

3.2.4 - Конструктивные особенности наземных ГТД различного назначения

В основном, ГТД механического привода в настоящее время выполняются по схемам со свободной турбиной, и, значительно реже – по схеме «со связанным» КНД. Для привода электрогенераторов используются все рассмотренные выше схемы. Однако, мощные энергетические ГТД (Ne > 60 МВт), которые используются на электростанциях, для поддержания частоты тока в сети

âбазовом режиме, как правило, выполняются по одновальной схеме.

Конструкция собственно двигателя, предназначенного для механического и энергетического привода, практически идентична. Отличия могут быть в конструкции трансмиссии, соединяющей ГТД с нагрузкой, в узлах крепления ГТД, в системе топливопитания (если предусматривается работа на различных видах топлива), в составе и расположении некоторых агрегатов систем двигателя,

âпрограммном обеспечении САУ.

ГТД, используемые в составе силовых агрегатов морских гражданских судов и военных кораблей, выполняются, в основном, по схемам со сво-

бодной СТ. Реже – со «связанным» КНД. В морских условиях используются как ГТД стационарного типа, так и ГТД, конвертированные из авиадвигателей. Конструкция морских ГТД должна удовлетворять ряду специфических требований:

-стойкость к коррозии в условиях агрессивной морской среды;

-способность выдерживать большие ударные нагрузки (для ГТД боевых кораблей);

-возможность работы на низкосортном жидком топливе;

-высокая экономичность не только на номинальном режиме, но и на глубоких дроссельных

режимах (0,2…0,3 от NÍÎÌ).

Возможно также требование реверсирования направления вращения свободной СТ.

В ГТД для морского применения используются коррозионностойкие материалы и покрытия, усиленные опоры и подшипниковые узлы. При работе на низкосортных сортах жидкого топлива используются системы топливоподготовки для удалений примесей ванадия, натрия, кальция, серы и др. Морские ГТД должны быть оборудованы эффективными системами очистки (промывки) газовоздушного тракта от солевых отло-

Рисунок 3.2.4_1 – Общий вид танкового ГТД с рекуператором (AGT 1500 фирмы Honeywell) Фотография любезно предоставлена компанией Honeywell

155