книги / Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок. Т. 1 Общие сведения. Основные параметры и требования. Конструктивные и силовые схемы
.pdfTaurus 60, Taurus 70, Titan 130) и фирмы Siemens (ФРГ) в классе мощности 4...7 МВт (модели Typhoon, Tornado). Схема подобной модерниза ции показана на рис. 3.31 на примере проекта одновального ГТД ОАО «Авиадвигатель» на ба зе двигателя ГТУ-12П, выполненного по схеме со свободной турбиной.
Схема со свободной турбиной (с одновальным и двухвальным газогенератором) широ ко применяется в ГТД различного назначения. Она часто используется в ГТД, разработанных на базе авиационных, как правило - многовальных, прототипов. По данной схеме выполне но большое количество моделей ГТД в классе мощности от 0,5 до 51 МВт. Наибольшая мощ ность 51 МВт реализована в энергетическом ГТД фирмы General Electric LM5000STIG, ра ботающем по циклу с впрыском пара.
3.2.3. ГТД со «связанным» КНД
Схемы ГТД со «связанным» КНД показаны на рис. 3.32. В отличие от рассмотренных выше схем со свободной турбиной, в которых количес тво каскадов турбины всегда на единицу больше, чем количество каскадов компрессора, в схеме со «связанным» КНД количество каскадов комп рессора и турбины одинаково. Для привода КНД используется СТ, а ТНД отсутствует. Данная схе ма позволяет существенно удешевить многовальные ГТД из-за исключения одного каскада турби ны, уменьшения количества опор, подшипников и уплотнений.
Схема со «связанным» КНД удобна для кон версии многовальных авиационных ТРДД с высо кой степенью двухконтурности в промышленные ГТД, поскольку позволяет максимально исполь зовать материальную часть базовых двигателей. В данном случае используется не только газогене ратор, но и каскад НД базового двигателя с транс миссией. КНД базового ТРДД (вентилятор и под порные ступени) модифицируются для наземного применения, а турбина вентилятора используется и как силовая, и как привод КНД. Высокая степень унификации с базовым авиадвигателем позволяет дополнительно удешевить ГТД за счет увеличения серийности производства значительной части де талей или использования деталей базовых авиа двигателей, отработавших летный ресурс.
Схема со «связанным» КНД имеет возмож ность привода нагрузки как со стороны комп рессора, так и со стороны турбины. Как привод электрогенератора данная схема по точности под держания частоты вращения СТ занимает проме жуточное положение между схемами со свобод ной СТ и одновальной схемой.
3.2. Конструктивные схемы наземных и морских ГТД
Недостатки схемы - необходимость согласо вания характеристик КНД и загрузки, сложность обеспечения устойчивости КНД, особенно при ра боте СТ с постоянной частотой вращения в энерге тическом применении. Для обеспечения устойчи вости применяются поворотные ВНА и НА КНД и перепуск воздуха из-за КНД в атмосферу.
На рис. 3.32 показаны ГТД со «связанным» КНД - двухвальный ГТД LM6000 фирмы General Electric мощностью 43 МВт и трехвальный ГТД Trent фирмы Rolls-Royce мощностью 52 МВт, созданные конверсией базовых ТРДД по описан ной схеме. LM6000 имеет возможность привода нагрузки как со стороны турбины, так и со сто роны компрессора.
Схема со «связанным» КНД может быть ис пользована для модернизации (увеличения мощ ности) ГТД, выполненных по схеме со свобод ной турбиной путем подстановки КНД перед имеющимся компрессором. Привод КНД в этом случае будет от существующей свободной СТ. Конструкция базового ГТД должна иметь воз можность пропуска вала привода КНД внут ри вала газогенератора, а СТ должна допускать работу с увеличенным расходом газа или иметь возможность подстановки дополнительной сту пени на выходе. На рис. 3.33 показан пример подобной модернизации промышленного ГТД 601-К9 мощностью 6,5 МВт фирмы Rolls-Royce в более мощную модификацию 601-К11 мощнос тью 8 МВт путем подстановки КНД к базовому ГТД с приводом его от СТ.
3.2.4. Конструктивные особенности наземных ГТД различного назначения
В основном ГТД механического привода в на стоящее время выполняются по схемам со сво бодной турбиной и, значительно реже, - по схеме «со связанным» КНД. Для привода электрогене раторов используются все рассмотренные выше схемы. Однако мощные энергетические ГТД (Ne >60 МВт), которые используются на элект ростанциях для поддержания частоты тока в сети в базовом режиме, как правило, выполняются по одновальной схеме.
Конструкция собственно двигателя, предна значенного для механического и энергетичес кого привода, практически идентична. Отличия могут быть в конструкции трансмиссии, соеди няющей ГТД с нагрузкой, в узлах крепления ГТД, в системе топливопитания (если предус матривается работа на различных видах топли ва), в составе и расположении некоторых агре гатов систем двигателя, в программном обеспе чении САУ.
133
Глава 3. Конструктивные схамы ГТД
одновальный энергетический ГТД GT26 мощнос тью 260...280 МВт фирмы Alstom, выполненный по данной схеме. Дополнительная (вторая) КС расположена после первой ступени турбины. Для компенсации снижения КПД цикла в GT26 при менена повышенная степень сжатия я ’к = 30...32, реализованная в 22-ступенчатом однокаскадном компрессоре.
Двигатели, работающие по циклу с впрыском пара, оборудуются системой подачи пара в КС и, в ряде случаев, в тракт турбины. Часть пара, впрыскиваемого в КС, подается непосредственно в зону горения через объединенные топливно-па ровые форсунки для снижения эмиссии окислов азота (NOx). Это так называемый экологический впрыск, величина которого примерно равна рас ходу топлива. Основная часть пара впрыскивает ся обычно в диффузор КС и называется энерге тическим впрыском.
Контрольные вопросы
1.В чем достоинства и недостатки двухвальных схем ТРД перед одновальными?
2.В чем достоинства и недостатки схем ТРДД без смешения потоков и со смешением?
3.Почему ТРДД одновальной схемы не полу чили широкого применения?
4.Для чего предназначены подпорные ступе ни в ТРДД?
5.В чем основной недостаток трехвальных ТРДД? В чем достоинства?
6.Почему в двигателях высокой степени двухконтурности может оказаться выгодным редук торный привод вентилятора?
7.Почему не получила распространения схе ма ТРДД с задним расположением вентилятора?
8.Как и для чего может изменяться в зависи мости от режима полета степень двухконтурности ТРДД?
9.В чем состоит основной недостаток одно вальной схемы ТВД?
10.Что представляет собой схема двухвального ТВД со «связанным» КНД?
11.В чем особенности схем вертолетных ГТД?
12.Для каких летательных аппаратов предна значены подъемные двигатели?
13.В чем особенности требований к подъем ным двигателям?
14.В чем недостаток силовых установок на базе подъемно-маршевых двигателей с поворот ными соплами?
15.Как обеспечивается устойчивость и управ ление СВВП при взлете и висении?
16.В чем достоинства и недостатки одноваль ной схемы наземных ГТД ?
17.В чем достоинства и недостатки схемы на земных ГТД со свободной силовой турбиной?
18.В чем достоинства и недостатки схемы на земных ГТД с двухвальным турбокомпрессором?
19.В чем достоинства и недостатки схемы на земных ГТД со связанным КНД?
20.Для чего в некоторых конструкциях на земных ГТД предусматривается впрыск водяного пара в камеру сгорания?
Англо-русский словарь-минимум
architecture - схема (двигателя)
counter-rotational fan - биротативный вентилятор direct fan drive - прямой привод вентилятора engine - двигатель
bare engine - изолированный двигатель combustion engine - ГТД наземного применения installed engine - установленный двигатель
mixed flow engine - двигатель со смешением потоков separate flow engine - двигатель с раздельным истечением single-shaft engine - одновальный двигатель
twin-shaft (two-shaft) engine - двухвальный двигатель twin-spool core engine - двухкаскадный тур-бокомпрессор two-spool engine - двухкаскадный двигатель
varied cycle engine - двигатель изменяемого цикла free (power) - turbine свободная (силовая) турбина
gas turbine - ГТД наземного применения
geared fan drive - редукторный привод вентилятора heat exchanger - теплообменник
jopping combustor - выносная камера сгорания recuperator - рекуператор
single-rotation fan - однорядный вентилятор turbofan - ТРДД
turbofan with augmentor (afterburner) - ТРДДФ turbojet - ТРД
turbojet with augmentor (afterburner) - ТРДФ turboprop - турбовинтовой двигатель turboshaft - турбовальный двигатель
Список литературы
3.1.Теория воздушно-реактивных двигателей / С.М. Шляхтенко [и др.]. - М.: Машиностроение, 1975.
3.2.Шварц В.А. Конструкции газотурбинных установок / В.А. Шварц. - М.: Машиностроение, 1970.