|
|
|
|
|
|
Описание конструкции ГТУ на базе авиационного двигателя НК-37
НК-37 состоит из двух основных частей: газогенератора (ГГ) и свободной турбины (СТ). Двигатель двухконтурный, трехвальный, имеет пятнадцатиступенчатый компрессор, четырехступенчатую турбину, кольцевую камеру сгорания.Оболочки внешнего контура образуют защитный контур – кожух, куда направляется часть воздуха, сжатого в первом контуре, с целью снижения температуры наружной поверхности двигателя.Рама газогенератора состоит из платформы и арки. Рама предназначена для транспортировки и установки газогенератора в рабочее положение в газо-турбогенераторном модуле. Конструктивно предусмотрены элементы, необходимые для транспортировки газогенератора и элементы подвески газогенератора в рабочем положении. На кронштейны рамы выделены элементы подсоединения всех коммуникаций, подводимых к двигателю от систем модуля газотурбинного оборудования (МГО).Модуль газогенератора соединяется с входным устройством, входящим в состав МГО, при помощи телескопического соединения, позволяющего компенсировать температурные деформации в направлении продольной оси ГТД. В модуль свободной турбины входит свободная турбина и рама. Свободная турбина спроектирована вновь, с учетом опыта эксплуатации ГТД-16СТ и опыта проектирования ГТД НК-36СТ. Турбина четырехступенчатая, сопловые и рабочие лопатки неохлаждаемые. Внутренняя и промежуточная оболочки, соединяющие газогенератор и свободную турбину образуют газовый тракт. Внутренняя оболочка крепится канально и непосредственно в контакт с газогенератором не входит. Промежуточная оболочка соединяется с газогенератором с помощью болтов и входит в силовую схему ГГ-СТ. Внешняя оболочка образует контур, по которому проходит охлаждающий воздух. С газогенератором она соединяется при помощи гибкой ленты, обеспечивающей при съеме доступ к болтовым соединениям стыка модулей ГГ-СТ, в силовую схему не входит. Она состоит из трех частей соединяемых стяжными болтами. Жесткое соединение газогенератора и свободной турбины выбрано в связи с тем, что оно позволяет уменьшить осевые нагрузки на опоры, увеличить ресурс и снизить вес двигателя. Как показала эксплуатация ГТД НК-16СТ с гибким соединением модулей, не обеспечивает исключение взаимного вибрационного влияния ГГ и СТ, на ответную гибкую щеку муфты приводного вала. Рама предназначена для транспортировки и установки свободной турбины в рабочее положение в модуль газо-турбогенераторного оборудования.Конструктивно предусмотрены элементы, необходимые для транспортировки, регулировки и установки свободной турбины в рабочее положение. Как и на раме газогенератора, две колесные пары обеспечивают закатку модуля СТ в МГО по направляющим и регулировку СТ вместе с рамой в вертикальном положении. Рамы СТ и ГГ центрируются и крепятся между собой болтами. Подвеска ГТД в рабочем положении осуществляется на средней опоре газогенератора при помощи двух регулирующих упоров, воспринимающих весовые нагрузки и момент от роторов, на опоре силовой турбины при помощи двух горизонтально расположенных цепей, воспринимающих осевые, весовые нагрузки и момент ротора.Подвеска газогенератора в раме при транспортировке модуля осуществляется на двух консолях, введенных в гнезда на средней опоре, двух тендерах и вертикальной регулируемой стойке на нижней точки опоры турбины. Подвеска СТ в раме при транспортировке модуля осуществляется на двух опорах, опоры СТ и регулируемой тяге, соединяющей раму и кронштейн на нижней точке опоры силовой турбины.Центровка ГТД относительно нагнетателя в вертикальном направлении производится с помощью колес и подвесок газогенератора, а в горизонтальном направлении с помощью специальных захватов на рамах модулей.Входное устройствоКонструкция и параметры входного патрубка оказывают большое влияние на КПД газотурбинного двигателя и газодинамическую устойчивость компрессора. К входному патрубку предъявляются следующие основные требования:- минимальные потери давления;
- равномерное поле давлений, скоростей и постоянное направление потока перед лопаточной решеткой;
- приемлемые габариты и вес;
КомпрессорКомпрессор спроектирован на базе серийного двухконтурного, трехкаскадного компрессора авиационного двигателя. Состоит из:- трехступенчатого компрессора низкого давления (КНД);
- пятиступенчатого компрессора среднего давления (КСД);
- семиступенчатого компрессора высокого давления (КВД).
Основное отличие от базового компрессора заключается в том, что КНД перепроектирован для работы на внутренний контур. Это достигается посредством смешения периферийного обвода проточной части КНД на меньшие диаметральные размеры, соответствующие заданному расходу воздуха, устранения наружной части лопаток, организацией новой наружной трактовой поверхности.Геометрия проточной части КСД и КВД сохраняется неизменной.Для исключения подогрева блока главного привода из-за возможной не герметичности стыков, наружной оболочки, образующие второй контур вокруг двигателя, продувается воздухом, отбираемым за первой ступенью каскада НД. Для обеспечения нормальной работы двигателя на всех режимах эксплуатации, компрессор снабжен противосрывным пальцем под первым рабочим колесом КНД, четвертым и пятым в КСД, клапанами перепуска за шестой ступенью в КСД и двенадцатой ступенью КВД. При отработке устойчивой работы на первых двигателях предусмотрены клапана перепуска воздуха из-за третьей ступени КНД. С целью предотвращения льдообразования, входной направляющий аппарат обдувается горячим воздухом, отбираемым из двенадцатой ступени компрессора. При температуре окружающего воздуха ниже -40 ℃ предусмотрен обогрев передней опоры КНД, перед запуском, горячим воздухом. Для осмотра лопаток компрессора в конструкции оболочки и корпуса предусмотрены лючки. Отборы воздуха от компрессора на нужды модулей газо-турбогенераторного оборудованияНа двигателе НК-37-2 предусмотрены отборы воздуха от КНД и КВД, на нужды газо-турбогенераторного модуля, аналогично отборам на ГТД НК-16СТ.Располагаемые параметры отбираемого воздуха из КНД:- расход не более 2 кг/с;
- давление 1,82 кгс/см2;
- температура 102 °С.
Отбор выполняется через 2 трубопровода dy=100 мм. Воздух предполагается использовать для эжекции при продувке отсека двигателя при достижении температуры выше допустимой.Для обогрева ВНО компрессора при температуре наружного воздуха tH<±5°C и технологических нужд газо-турбогенераторного модуля предусмотрен отбор воздуха за двенадцатой ступенью КВД.Располагаемые параметры воздуха на фланце отбора за двенадцатой ступенью КВД составляют:- расход 2 кг/с;
- давление 12,65 кгс/см2;
- температура 353 °С.
Отбор выполняется через трубку dy=80 мм, при необходимости в нее может быть установлен дроссель для снижения давления.Камера сгоранияКамера сгорания предназначена для сжигания топлива с целью получения рабочего тепла, необходимого для работы турбины газогенератора и свободной турбины.Камера сгорания кольцевого типа, состоит из следующих узлов:- наружного и внутреннего корпусов;
- жаровой трубы;
- топливного коллектора;
- двух воспламенителей.
Для использования природного газа в качестве топлива, в камере сгорания базового авиационного двигателя, были проведены конструкционные изменения.Наличие смотровых и технологических лючков позволяет эксплуатировать камеру сгорания по состоянию, обеспечивать своевременный осмотр и замену некоторых деталей без съема двигателя.Турбина газогенератораУзел турбины газогенератора состоит из трех одноступенчатых турбин (по числу каскадов двигателя) и опоры. В техническом проекте узла турбины учтен опыт эксплуатации, как базового авиационного двигателя НК-16СТ, имеющего большие наработки в составе газоперекачивающего агрегата ГПА-У16.Турбина высокого давления (ТВД) предназначена для привода компрессора высокого давления. Лопатки турбины высокого давления полые, литые из жаропрочного сплава, с жаростойким покрытием. Лопатки охлаждаются воздухом, отбираемым из КВД.Турбина среднего давления (ТСД) предназначена для привода компрессора среднего давления. Лопатки турбины среднего давления полые, охлаждаются воздухом отбираемым из КВД.Опора турбины — один из элементов силовой части двигателя, воспринимающий радиальные нагрузки от роторов турбин и газодинамических сил. Конструктивных отличий от опоры базового двигателя нет. Состоит из наружного и внутреннего корпусов соединенных между собой стойками, проходящими внутри сопловых лопаток третьей ступени.Турбина низкого давления (ТНД) одноступенчатая, предназначена для привода компрессора низкого давления. Лопатки литые, из жаропрочного сплава, с жаростойким покрытием, не охлаждаемые.Свободная турбинаПредназначена для привода электрогенератора. На ГТД НК-37 свободная турбина спроектирована вновь. При проектировании учтен опыт эксплуатации ГТД НК-16СТ. Турбина четырехступенчатая. Газовый тракт выбран таким образом, что выход из турбины по своим параметрам одинаков с выходом из силовой турбины ГТД НК-16СТ и НК-36СТ. Учитывая, что расход газа через турбину и его относительная скорость на входе в опору свободной турбины мало отличается от аналогичных параметров в перечисленных выше ГТД, корпус и опоры с выхлопным устройством можно заимствовать с двигателя НК-16СТ. С целью унификации, муфта приводного вала оставлена без изменений. Лопатки турбины литые из жаропрочного сплава, с жаростойким покрытием, не охлаждаемые.Всасывающая шахтаВоздухоочистительное устройство (ВОУ) предназначено для очистки от пыли и других механических включений циклового воздуха, поступающего из атмосферы в приводной газотурбинный двигатель, с целью уменьшения эрозионного износа лопаток и других элементов компрессора до допустимых (по условиям ресурса двигателя) пределов, а также уменьшения отложений пыли в тракте, снижающих экономические показатели двигателя.Единый блок ВОУ представляет собой каркас, выполненный сваркой из профильного проката, обшитый сварным листом. На торцевых его стенках, закрытых погодными колпаками, установлены инерционно- жалюзийные сепараторы.Сепаратор выполнен в виде сужающейся камеры с прямоугольным входным окном. Вертикальные боковые стенки снабжены просечными отгибами.Для обеспечения аварийного заброса воздуха, например, при критическом засорении фильтров, на фронтальной стенке камеры ВОУ, между фильтрами тонкой очистки, имеются три байпасных клапана, закрывающие три прямоугольных окна в стенке ВОУ.При засорении фильтров, под действием разряжения давления в межфильтровом промежутке, открываются клапаны, и воздух поступает, минуя фильтры, через три прямоугольных окна. Длительная работа с открытыми клапанами запрещена.Для перепуска воздуха из межфильтрового промежутка, в случае появления в нем избыточного давления, на крышке ВОУ предусмотрено отверстие, закрытое клапаном перепуска. Под действием давления клапан автоматически открывается.Под действием разряжения, создаваемого осевым компрессором приводного двигателя, цикловой воздух засасывается через воздухоочистительные элементы первой ступни очистки. За счет инерции механические примеси, находящиеся в потоке воздуха, переметают в короба при резком повороте основного потока воздуха в просечки. За счет этого происходит первичная очистка воздуха от пыли в других механических примесей. Из коробов через воздуховоды с помощью вентиляторов, установленных на земле рядом со всасывающей шахтой, отсепарированные примеси отсасываются. Механические примеси, оставшиеся в воздушном потоке после инерционно-жалюзийных фильтров улавливаются фильтроэлементами второй ступени очистки.Очищенный до требуемой чистоты цикловой воздух поступает в шумоглушитель всасывающей камеры.Блок шумоглушения Две боковые панели и две поперечные образуют блок шумоглушения, внутри которого расположены семнадцать звукопоглощающих щитов. Силовые каркасы боковых и поперечных панелей изготовлены из стандартного профиля с ячейками, заполненных теплозвукоизолирующих щитов. Силовые каркасы боковых и поперечных панелей изготовлены из стандартного профиля с ячейками, заполненных теплозвукоизолирующим материалом из супертонкого волокна, сформированного в маты. С наружной стороны каркасы обшиты сплошным листом, с внутренней — перфорированным. Силовой каркас звукопоглощающего щита выполнен из алюминиевого профиля, изготовленного из листа.Камера всасыванияКамера всасывания состоит из панели передней, двух боковых панелей и внутренней перегородки. Силовые каркасы перечисленных узлов изготовлены из стандартного профиля и имеют ячейки, заполненные теплозвукоизолирующим материалом.На передней панели на шарнирах смонтированы ворота для закатки двигателя в турбоблок по направляющим рельсам. Ворота закрываются изнутри камеры всасывания с помощью балки и штурвала. На створках ворот выполнены по одному цилиндрическому окну для подсветки и осмотра работы. Через отверстие, образующееся при сдвинутых шторах, проходит расходомерный коллектор. Герметичность в зазоре между расходомерным коллектором и шторами обеспечивается уплотнением, выполненным из брезента.Выхлопная системаВыхлопная система представляет собой участок газоотвода от среза корпуса наружной опоры СТ газотурбинного двигателя до котла - утилизатора.В состав выхлопной системы входят:- выхлопная улитка с осерадиальным диффузором, газосборником и опорами крепления;
- рама крепления улитки;
- компенсатор 1;
- газоходы (первый и второй);
- портал;
- опорная рама;
- шумоглушитель выхлопа;
- компенсатор 2.
Выхлопная улитка предназначена для плавного торможения, за счет расширения, и поворота на 90° потока выхлопных газов приводного двигателя с последующим выбросом их в атмосферу через выхлопной тракт. В улитке происходит превращение струи выхлопных газов в струю прямоугольного сечения с направлением потока вверх.Образованное пространство между газосборником и диффузором является каналом для отвода выхлопных газов. Наружная поверхность газосборника и внутренний корпус осерадиального диффузора имеют «рубашку» из теплозвукопоглощающего материала.Крепление осерадиального диффузора выполнено через компенсирующие звенья, не препятствующие температурному расширению. Две задние опоры закреплены шарнирно, а передние пять подвижные, что обеспечивает перемещение улитки вперед вдоль оси двигателя при температурном расширении.Передней частью улитка подвижно соединяется с наружным корпусом СТ через плавающее уплотнительное кольцо с набивкой из термоизомирующего материала. Заднее уплотнение улитки с корпусом вала СТ обеспечивается с помощью подвижного уплотнительного кольца. Верхней частью улитка через компенсатор 1 соединяется с газоходом.Компенсатор 1 устанавливается между улиткой и газоходом для обеспечения возможности их температурного расширения. Он состоит из двух обойм и представляет собой телескопический узел, заполненный теплозвукоизолирующим материалом. Обоймы компенсатора 1 соединяются с улиткой и газоходом с помощью приваренных пластин.Газоход обеспечивает превращение закрученного кольцевого потока в прямоугольный и снижает его скорость. Установленные в газоходе ребра разбивают поток на отдельные струи, обеспечивающие неразрывность газового потока и равномерное поле скорости на входе в шумоглушитель. Газоходы 1 и 2 представляют собой диффузоры прямоугольного сечения. В газоходе 1 имеются два ребра, делящие газовый поток на три части. Газоходы 1 и 2 между собой соединяются фланцами. Пространство между наружными и внутренними стенками газоходов заполнено теплозвукоизолирующим материалом. Газоход 2 верхним фланцем устанавливается на опорную раму. Положение газохода относительно вертикальной оси обеспечивается четырьмя направляющими, которые расположены в стыке газохода с опорной рамой. В стыке газохода 2 расположен люк - лаз для доступа во внутренний канал системы выхлопа.Описание работы ГТДПри работе двигателя воздух из воздухоочистительного устройства (ВОУ) газо-турбогенераторного модуля поступает во входной коллектор, затем сжимается в трехступенчатом КНД. Из КНД через промежуточную опору воздух направляется в пятиступенчатый КСД. Из КСД, сжатый воздух, пройдя каналы в средней опоре попадает на вход в семиступенчатый КВД, сжимается и направляется в камеру сгорания (КС).В камере сгорания - воздух делится на два потока: первичный и вторичный. Воздух первичного потока, перемешиваясь с топливом (природный газ), подаваемый через форсунки, участвует в процессе горения. Воздух вторичного потока используется для охлаждения стенок камеры сгорания, постоянно подмешивается к продуктам сгорания, участвует в создании необходимой эпюры температуры газа перед турбиной. Воспламенение смеси производится через запальники системой зажигания. Продукты сгорания поступает последовательно на три ступени турбины:- ступень турбины высокого давления — обеспечивает вращение компрессора высокого давления.
- ступень турбины среднего давления - приводит во вращение компрессор среднего давления.
- ступень турбины низкого давления тратит энергию на вращение компрессора низкого давления.
Все три ротора связаны между собой только газодинамически. Далее по тракту, образованному внутренней и промежуточной оболочками, продукты сгорания поступают на четырехступенчатую свободную турбину (СТ), обеспечивающую привод электрогенератора. Расширившиеся в СТ продукты сгорания через выходной кольцевой диффузор поступают в выхлопную шахту. Часть воздуха, минуя камеру сгорания, используется для охлаждения лопаток турбины газогенератора, дисков газогенератора и СТ, наддув лабиринтов уплотнений. Для предотвращения обледенения системы двигателя и технологических нужд модуля газо-турбогенераторного оборудования, от двенадцатой ступени КВД имеются отборы воздуха.Компоновка ГТД НК-37 в газо-турбогенераторном модуле и особенности его эксплуатации.Газотурбинный двигатель НК-37 спроектирован с учетом опыта эксплуатации ГТД НК-16СТ, имеющего модульную конструкцию, прекрасно зарекомендовавшую себя. Модульная конструкция позволяет производить быструю замену вышедшего из строя модуля на новый, что обеспечивает высокий коэффициент использования турбогенераторного модуля. Затраты времени на техническое обслуживание на месте эксплуатации при этом минимальны. Замена модулей не требует высокой квалификации от обслуживающего персонала. Вышедший из строя модуль после отстыковки отправляется на ремонтный завод, где имеется соответствующее оборудование и технический персонал высокой квалификации.- ГТУ с ГТД НК-37 спроектирована в блочно-контейнерном исполнении и включает в себя:
- блок забора воздуха с системой фильтрации и акустической защиты;
- блок главного привода;
- блок электрогенератора;
- блок выхлопа;
- блок вспомогательного оборудования;
- блок управления.
Блочно-модульная конструкция упрощает транспортировку в удаленные и труднодоступные местности, позволяет отказаться от использования дорогого ремонтного оборудования на месте эксплуатации. Транспортировка модуля возможна всеми видами транспорта. Полную замену модуля можно произвести за 8-16 часов.Общий вид ГТУ НК-37
 Разрез ГТУ НК-37
|
| Категория: Турбоустановки | Добавил: Альянс-ТеплоЭффект (05.03.2013)
| Автор: Михаил Дмитриевич Петров E W
|
| Просмотров: 13127
|
|
|
|
|
|
|
+7 (846) 243-23-70
