Глава 3 - Конструктивные схемы ГТД

жений. При необходимости реверсирования направления вращения, СТ выполняется с двухярусными лопатками. Реверсирование осуществляется переключением потока газа за турбокомпрессором на внешний ярус СТ, лопатки которого спрофилированы для обеспечения обратного вращения СТ. Недостатком реверсивных турбин является снижение к.п.д. СТ и ГТД в целом на вентиляционные потери при прямом вращении ротора СТ.

Для удовлетворения требований экономичности на дроссельных режимах используются ГТД сложных циклов, например, с регенерацией тепла или с промежуточным охлаждением и регенерацией. Высокая экономичность на дроссельных режимах достигается поддержанием постоянно высокой температуры газа перед рекуператором путем поворота («прикрытия») соплового аппарата свободной СТ или ВНА компрессора (в одновальной схеме ГТД).

В СУ железнодорожных локомотивов ГТД чаще используются для привода электрогенераторов, питающих тяговые электродвигатели. Значи- тельно реже – для механического привода колес локомотива. В последнем случае используются ГТД со свободной СТ. Локомотивные ГТД могут быть стационарного и конвертированного типа, а их конструктивное исполнение не обладает особой спецификой, за исключением некоторых вспомогательных систем [3.4.2].

ГТД, наряду с дизельными двигателями, применяются для привода наземной боевой техники - танков, командно-штабных бронемашин и пр. Основная конструктивная особенность танковых ГТД – наличие мощной системы пылеочистки циклового воздуха, системы удаления пылевых отложений. Например, российский танковый двигатель ГТД-1000Т/ТФ мощностью 740…810 кВт разработки ГУНПП им. Климова (г. Санкт-Петербург) оборудован специальными пневмоударниками, которые позволяют двигателю пропустить за свой ресурс около 500 кг пыли без обслуживания воздухоочистителя. СТ ГТД-1000Т/ТФ выполнена с поворотным сопловым аппаратом для улучшения динамических характеристик ГТД, повышения экономичности на дроссельных режимах, а также для возможности работы СТ в режиме потребителя мощности (при торможении танка). Для повышения экономичности танковые ГТД могут выполняться с регенераторами тепла (см. Рис. 3.2.4_1).

Применение ГТД в автомобильном транспорте не нашло пока широкого применения из-за низкой экономичности на всех режимах (даже при использовании регенерации тепла) и худшей приемистости, несмотря на преимущества компактности, ма-

лого веса, многотопливности и др. по сравнению с традиционными карбюраторными и дизельными двигателями. Как правило, автомобильные ГТД выполняются по схеме со свободной СТ. Из-за малой размерности (Ne < 300 кВт) в конструкции широко используются радиальные турбомашины, а для повышения экономичности – регенераторы тепла.

3.2.5 - Конструктивные особенности ГТД сложных циклов

Из-за наличия дополнительных специфических узлов конструктивный облик ГТД сложных циклов существенно отличается от ГТД простого цикла. К таким узлам относятся - промежуточные охладители, теплообменники-рекуператоры, дополнительные КС, системы впрыска воды и пара в газовоздушный тракт ГТД и др.

ÃÒÄ регенеративного цикла имеет достаточно сложную систему трубопроводов подвода и отвода воздуха и газа к рекуператору. Кроме этого меняется конструкция узла КС – вводятся фланцы отвода и подвода воздуха. ГТД регенеративного цикла достаточно широко применялись

â1950…1970 г.г. в классе мощности до 25 МВт. Поскольку ГТД первых поколений имели относительно низкую степень сжатия, применение регенерации тепла позволяло повысить их экономич- ность до 25%,. Регенеративный цикл используется

âсовременных и перспективных малоразмерных ГТД - в них сложно реализовать высокую степень сжатия с высоким к.п.д. На Рис. 3.2.5_1 показан новейший одновальный энергетический ГТД с рекуператором мощностью 4,6 МВт фирмы Solar (США). Двигатель Mercury 50 имеет оригинальную компоновку узлов, обеспечивающую минимальную длину трубопроводов циклового воздуха, и выносную КС.

На Рис. 3.2.5_2 показан ГТД WR-21 мощностью 25 МВт фирмы Rolls-Royce с традиционной компоновкой узлов и системы отвода и подвода воздуха к рекуператору. Двигатель работает по более сложному циклу с промежуточным охлаждением и регенерацией тепла. WR-21 разработан для ВМФ США, имеет высокую экономичность не только на номинальном, но и на глубоких дроссельных режимах. Такая экономичность обеспечивается поддержанием постоянной температуры перед рекуператором при снижении мощности за счет регулирования («прикрытия») СА свободной СТ. Промежуточный охладитель выполнен в виде компактного воздушно-жидкостного теплообменника, расположенного между КНД и КВД по периметру вокруг двигателя.

156

Глава 3 - Конструктивные схемы ГТД

Рисунок 3.2.5_1 - Конструктивная компоновка перспективного одновального ГТД с рекуператором Mercury 50 фирмы Solar мощностью 4,6 МВт

1 – рекуператор; 2 – канал подвода газа от турбины к рекуператору; 3 – канал подвода воздуха от рекуператора к КС; 4 – выносная КС; 5 – турбина; 6 – входное устройство; 7 – компрессор; 8 – трубопроводы подвода воздуха от компрессора к рекуператору

Промежуточное охлаждение может быть	ГТД, работающие по циклу с промежуточным
осуществлено также при впрыске воды за КНД	подогревом в процессе расширения, включают до-
- происходит отбор тепла от воздуха при испа-	полнительную КС, расположенную после части
рении капель воды в канале между КНД и КВД	ступеней турбины. На Рис. 3.2.5_5 показан одно-
и в первых ступенях КВД. Для быстрого испа-	вальный энергетический ГТД GT26 мощностью
рения система распыла должна обеспечивать	260…280 МВт фирмы Alstom, выполненный по
дробление капель до размера менее 20 мкм. По-	данной схеме. Дополнительная (вторая) КС распо-
добный цикл осуществлен в ГТД LM6000 фир-	ложена после первой ступени турбины. Для ком-
мы General Electric, получившем обозначение	пенсации снижения к.п.д. цикла в GT26 примене-
LM6000 SPRINT. На Рис. 3.2.5_3 показана систе-	на повышенная степень сжатия π*Ê = 30…32,
ма распыла воды в канале между КНД и КВД.	реализованная в 22-ступенчатом однокаскадном
Впрыск воды осуществляется обычно при высо-	компрессоре.
ких температурах атмосферного воздуха и позво-	Двигатели, работающие по циклу с впрыском
ляет значительно повысить мощность ГТД при	ïàðà, оборудуются системой подачи пара в КС и,
некотором росте эффективного к.п.д. Так, при	в ряде случаев, в тракт турбины. Часть пара, впрыс-
tÍ = +30°С мощность увеличивается на 20 %.	киваемого в КС, подается непосредственно в зону
На Рис. 3.2.5_4 показан энергетический ГТД,	горения через объединенные топливно-паровые фор-
работающий по циклу с промежуточным охлаж-	сунки для снижения эмиссии окислов азота (NOx).
дением - проект LMS100 фирмы General Electric	Это так называемый экологический впрыск, вели-
мощностью 100 МВт. Охлаждение воздуха за КНД	чина которого примерно равна расходу топлива. Ос-
осуществляется в воздушно-жидкостном или в воз-	новная часть пара впрыскивается обычно в диффу-
духо-воздушном теплообменнике.	зор КС и называется энергетическим впрыском.

157

Глава 3 - Конструктивные схемы ГТД

Рисунок 3.2.5_2 - ГТД с промежуточным охлаждением и регенерацией WR-21 фирмы Rolls-Royce мощностью 25 МВт 1 – входное устройство; 2 – КНД; 3 – КВД; 4 – ТВД; 5 – ТНД; 6 – СТ; 7 – КС;

8 – теплообменник-охладитель; 9 – рекуператор; 10 – вал отбора мощности

Рисунок 3.2.5_3 - Система промежуточного охлаждения впрыском воды за КНД в ГТД LM6000 SPRINT фирмы General Electric

1 – КНД; 2 – воздушный коллектор; 3 – водяной коллектор; 4 – форсунки мелкого распыла воды; 5 – отбор воздуха за 8 ступ. КВД для системы распыла воды; 6 – КВД

158

Глава 3 - Конструктивные схемы ГТД

Рисунок 3.2.5_4 - ГТД с промежуточным охлаждением воздуха в теплообменнике (проект LMS100 фирмы General Electric мощностью 100 МВт)

1 – входное устройство; 2 – КНД; 3 – коллектор отвода воздуха к пром. охладителю; 4 – коллектор подвода воздуха от пром. охладителя; 5 – КВД; 6 – КС; 7 – ТВД; 8 – ТНД; 9 – СТ; 10 – выхлопной диффузор

Рисунок 3.2.5_5 - ГТД с промежуточным подогревом GT26 фирмы Alstom мощностью 260 МВт

1 – входное устройство; 2 – компрессор; 3 – первая (основная) КС; 4 – 1 ступень турбины; 5 – вторая (дополнительная) КС; 6 – 2…5 ступени турбины; 7 – вал отбора мощности

159