ратной тяги), сигнализаторы замков, сигнализатор давления жидкости в гидросистеме. Сигналы с них подаются в бортовую систему контроля двигателя ((1СКД).

6.4.Работа реверсивного устройства

На режиме прямой тяги створки и проставки образуют внешнюю поверхность про­ точной части канала наружного контура (см.рис. 1.1). Решетки закрыты со стороны на­ ружного контура корпусом створок, а с внешней стороны - подвижным наружным об­ текателем РУ Подвижный корпус с помощью переднего и заднего резиновых уплотне­ ний трубчатого сечения (см.рисДЗ) герметизирует канал наружного контура. В этом по­ ложении упор замка препятствует самопроизвольному перемещению подвижного корпу­ са и перекладке РУ

Перевод РУ в положение обратной тяги осуществляется переключением КР. Рабочая жидкость под давлением подается в гидроцилиндр замка и после его открытия посту­ пает одновременно в поршневую и штоковую полости силовых гидроцилиндров. Штоки гидроцилиндров выдвигаются и перемещают по направляющим подвижный корпус с каретками и связанный с ними наружный подвижный обтекатель. По мере перемеще­ ния подвижного корпуса РУ открываются решетки, а створки с проставками, поворачи­ ваясь с помощью тяг и качалок на шарнирах крепления их к фланцу неподвижного сило­ вого корпуса, перекрывают канал наружного контура двигателя и направляют поток воз­ духа из наружного контура в отклоняющие решетки, где он дополнительно разворачива­ ется в требуемом направлении, обеспечивающем создание необходимой обратной тяги (см.рис. 6.1). При этом реверсивный поток воздуха не должен попадать на вход двигате­ ля, как не должны попадать вместе с ним посторонние предметы с взлетно-посадочной полосы. Замок в этом положении устанавливается на механические подпружиненные защелки. Срабатывает система сигнализации.

При переводе РУ в положение прямой тяги рабочая жидкость под давлением посту­ пает в штоковые полости гидроцилиндров замков. Штоки силовых гидроцилиндров втягиваются и перемещают по направляющим подвижный корпус с каретками и связан­ ный с ними наружный подвижный обтекатель. Решетки закрываются, створки и про­ ставки устанавливаются в положение прямой тяги, замок ставится в закрытое положение.

Контрольные вопросы

1 .Найдите на чертежах подвижные и неподвижные элементы РУ

2.Какие элементы образуют силовую схему РУ?

3.Поясните кинематическую схему РУ Изобразите ее в положении прямой и обрат­ ной тяги и в одном из промежуточных положений.

4. Каким образом уплотняется проточная часть наружного контура в положениях

прямой и обратной тяги?

5.В чем преимущества и недостатки принятой схемы РУ по сравнению с "ковшевым" и "решетчатым" реверсивными устройствами?

6.Какие нагрузки действуют на створки РУ в положении обратной тяги и какими эле­ ментами конструкции они воспринимаются?

7.Как обеспечивается синхронность движения створок?

8.Как обеспечивается фиксация РУ в положении прямой и обратной тяги?

9.Как и для чего блокируется выход двигателя с режима малого газа на повышенные режимы при перекладке РУ?

Ю.Из каких материалов изготавливаются створки, решетки, кожухи и силовые элемен­ ты РУ?

11.Какие функции выполняет гидросистема РУ? Из каких элементов она состоит?

12.Какие функции выполняет механизм блокировки?

13.Какие функции выполняет электрическая система сигнализации?

14.Порядок работы систем при переводе РУ в положение обратной тяги.

7. СЕМЕЙСТВО ДВИГАТЕЛЕЙ НАЗЕМНОГО ПРИМЕНЕНИЯ НА БАЗЕ ПС-90А

7.1. Назначение и основные технические данные двигателей наземного применения на базе ПС-90А

На базе двигателя ПС-90А в настоящее время разработано целое семейство газотур­

бинных двигателей, предназначенных для привода газоперекачивающих агрегатов

•ПС-90ГП-1 для газотурбинной установки ГТУ-12П номинальной мощностью 12 МВт,

•ПС-90ГП-2 для газотурбинной установки ГТУ-16П номинальной мощностью 16 МВт,

•ПС-90ГП-3 для газотурбинной установки ГТУ-10П номинальной мощностью 10 МВт,

•ПС-90ГП-25 для газотурбинной установки ГТУ-25П номинальной мощностью 25 МВт.

Для и газотурбинных электростанций разработаны двигатели ПС-90ЭУ-12, ПС- 90ЭУ-16, ПС-90ЭУ-25, которые входят в состав установок ГТУ-12ПЭР, ГТУ-16ПЭР и ГТУ-25ПЭР. Существенные отличия установок для газоперекачивающих агрегатов и элек­ тростанций имеются в системах автоматического управления. В то же время эти различия практически не касаются конструкции собственно двигателей.

На рис.7.1 приведена схема установки ГТУ-12П. Кроме двигателя 2 установка включа­ ет в себя входное 1 и выходное 4 устройства, трансмиссию 7, защитный экран 3 и шумои­ золирующий кожух 5. Двигатель крепится на подмоторной раме 9, которая устанавливает­ ся на раму газоперекачивающего агрегата 8. В газотурбинных установках для электро­ станций кроме этого имеется редуктор, соединенный с вылом свободной турбины. Редук­ тор понижает частоту вращения ротора свободной турбины до 3000 об/мин, которая соот­ ветствует частоте вырабатываемого переменного тока 50 Гц.

Особенности конструкции двигателей наземного применения по сравнению с авиаци­ онным прототипом ПС-90А обусловлены следующими обстоятельствами:

-длительный непрерывный режим работы наземных двигателей;

-использование в качестве топлива природного газа;

-менее строгие требования к массе двигателя;

-более строгие экологические требования по эмиссии вредных веществ и шуму. Двигатели наземного применения имеют боле низкие по сравнению с авиационным

прототипом параметры рабочего тела. Это и позволяет обеспечить высокий ресурс при длительном непрерывном режиме работы и в ряде случаев применять более дешевые мате­ риалы. На рис.7.2, приведены графики изменения температуры, давления и скорости по длине газовоздушного тракта двигателя ПС-90ГП-1. По сравнению с двигателем ПС-90А эти параметры заметно ниже (см.рис.1.2). Так температура газа перед турбиной составляет

1400 К (у ПС-90А - 1640 К), давление за компрессором около 16 кгс/см ( у ПС-90А -

почти в 2 раза выше).

Основные технические данные двигателей наземного применения на базе ПС-90А

приведены в табл.7.1.

На рис. 7.3 приведены графики изменения мощности свободной турбины двигателя ПС-90ГП-1 в зависимости от температуры воздуха на входе в двигатель. На номинальном режиме при температуре воздуха ниже +25°С двигатель обеспечивает мощность на валу свободной турбины 12000 кВт. При увеличении температуры мощность падает в соответ­ ствии с принятым законом регулирования. На максимальном режиме при температуре до +5°С двигатель обеспечивает мощность до 13200 кВт., при более высокой температуре максимальный режим переходит в номинальный.

7.2. Конструктивные особенности двигателей

ПС-90ГП-1 (ПС-90ЭУ-12) и ПС-90ГП-2 (ПС-90ЭУ-16)

Общий вид двигателей ПС-90ГП-1 (ПС-90ЭУ-12) и ПС-90ГП-2 (ПС-90ЭУ-16) показан на рис.7.4 и 7.5. Оба двигателя выполнены по турбовальной схеме и состоят из однокон­

турного газогенератора и свободной (силовой) турбины с трансмиссионным валом. Разли­

чия в конструкции двигателей незначительны, поэтому далее будем рассматривать один из них (мощностью 12 МВт), отмечая особенности другого.

Газогенератор создан на базе газогенератора двигателя ПС-90А. Он состоит (см. рис.7.4) из корпуса промывки 1, входного корпуса 2 с центральным приводом 3 и коробкой

приводов 4, компрессора 5, камеры сгорания 6 и турбины компрессора 7.

Корпус промывки предназначен для размещения на нем коллекторов системы про­ мывки газовоздушного тракта. Наличие этой системы непосредственно в составе двигателя является отличительной особенностью двигателей наземного применения. Несмотря на то, что воздух, поступающий в двигатель, проходит предварительную очистку, загрязнение газовоздушного тракта происходит интенсивно в связи с большой длительностью непре­

рывной работы наземных установок.

Входной корпус является основным силовым элементом двигателя. В нем расположена передняя опора ротора компрессора. На переднем корпусе расположена коробка приводов 4, кинематически соединенная с валом ротора через центральный привод 3. На коробке приводов расположены следующие агрегаты: газовый стартер - СтВ-5Г; блок маслоагрегата с фильтром БМФ-94; блок центробежных агрегатов системы смазки и суфлирования

БЦА-94.

В двигателях наземного применения, как и в авиационных существует опасность обра­ зования льда на входе в газовоздушный тракт. Для исключения обледенения предусмот­ рен обогрев стоек входного корпуса горячим маслом из маслосистемы и воздухом из-за 4-й

ступени компрессора.

Компрессор газогенератора осевой 13-ступенчатый, степень повышения давления

7t*i^= 16,l. Для повышения устойчивости работы компрессора за 7-й и 13-й ступенями име­ ются клапаны перепуска воздуха. Кроме того входной направляющий аппарат и направ­ ляющие аппараты первой и второй ступеней, как и в двигателе ПС-90 выполнены пово­ ротными. Вместо имеющегося на двигателе ПС-90А отбора воздуха на двигательные нуж­ ды из-за подпорных ступеней предусмотрен отбор воздуха.из-за 4-й ступени. Этот воздух используется для охлаждения элементов турбины и наддув лабиринтных уплотнений в опорах роторов. Предусмотрен отбор воздуха на нужды станции из-за 7-й и 13-й ступеней компрессора.

4 0

Рис.7.4. Двигатель ПС-90ГП-1.

1 - корпус промывки, 2 - входной корпус, 3 центральный привод, 4 - коробка приводов, 5 - компрессор, 6 - камера сгора­ ния, 7 - турбина компрессора, 8 - свободная турбина

Рис.7.5. Двигатель ПС-90ГП-2

Корпус компрессора сварной конструкции, стальной. В отличие от двигателя ПС-90А он выполнен более массивным и жестким. Сохранена система активного управления ради­

альными зазорами на последних ступенях.

Для предотвращения обледенения лопатки входного направляющего аппарата имеют вблизи входных кромок продольные каналы для подвода обогревающего воздуха из-за 7-й

ступени компрессора.

Материалы основных деталей компрессора те же, что и в двигателе ПС-90А. Компрессор двигателя ПС-90ГП-2 (см.рис.7.5) отличается наличием дополнительной!

Поворотными выполнены входной направляющий аппарат и направляющие аппараты 1-3 ступеней.

Камера сгорания двигателя трубчато-кольцевая с двенадцатью жаровыми трубами. Отличия в конструкции камеры сгорания от двигателя ПС-90А касаются силовой схемы, конструкции жаровых труб, фронтового устройства, форсунок и связаны, главным образом, с использованием в качестве топлива природного газа и повышением ресурса двигателя.

Форсунка (рис.7.6) подводит топливный газ из кольцевого коллектора в жаровую тру­ бу. Она состоит из корпуса 1, основного распылителя 7, центральной трубки-распылителя 12, жиклера 4, крепежных и уплотнительных деталей. В отличие от двигателя ПС-90А фор­ сунка имеет один контур. Топливный газ подается в жаровую трубу через радиальные от­ верстия в распылителе 7. В трубку 12 подается воздух; через радиальные отверстия 11 в нее попадает газ, который смешивается с воздухом. Получившаяся газовоздушная смесь поступает в жаровую трубу.

Жаровые трубы, которых, как и в двигателе ПС-90А двенадцать, имеют иное количе­ ство и расположение отверстий для подвода вторичного воздуха.. Несколько изменена конструкция фронтового устройства - нет осевого завихрителя (см. рис.4.1);

Силовыми элементами в камере сгорания являются не шпильки, как в двигателе ПС90А, а расположенные между жаровыми трубами профильные стойки, обеспечивающие более высокую жесткость конструкции.

Материалы основных элементов камеры сгорания те же, что и в двигателе ПС-90А.

Турбина газогенератора (по аналогии с ПС-90А ее называют ТВД) - осевая двухсту­ пенчатая, предназначена для привода компрессора. Конструкция турбины газогенератора близка к конструкции турбины высокого давления двигателя ПС-90А, описанной в разделе 5.1.

Температура рабочих лопаток ниже, чем в двигателе ПС-90А приблизительно на 200 градусов. Это позволяет не использовать для изготовления лопаток дорогой сплав ЖС26ВСНК с направленной кристаллизацией (как в турбине высокого давления двигателя ПС90А). В ю же время на двигателях наземного применения появляется необходимость обес­ печивать коррозионную стойкость лопаток турбины. В связи с этим лопатки турбины из­ готавливают литьем по выплавляемым моделям из коррозионно-стойкого жаропрочного

Рис.7.6. Форсунка двигателя ПС-90ГП-1. I- корпус,

2 - канавка уплотнительного кольца,

3- фланец,

4 - жиклер,

5 - контровочное кольцо,

6 - штуцер,

7 - основной распылитель,

8 - радиальные отверстия,

9 - уплотнительное кольцо,

10 - цилиндрический поясок, IIотверстия для выхода газа, 12 - трубка-распылитель

сплава на никелевой основе ЧС-70У-ВИ. В отличие от более дорогого ЖС-26ВСНК оь имеет повышенное содержание хрома, что и обеспечивает стойкость к коррозии.

Корпус турбины газогенератора, включает в себя переходник, соединяющий газогене­ ратор со свободной турбиной. Относительно длинный переходный канал между турбинами

необходим из-за значительной разницы в диаметрах проточных частей.

В переходнике имеются клапаны перепуска, которые предназначены для облегчения

запуска двигателя. Они открываются на режиме запуска и отводят газ из-за турбины ком­ прессора за пределы проточной части.

Свободная турбина. Несколько более подробно остановимся на конструкции свобод­ ной турбины, так как в авиационном двигателе ПС-90А этого узла нет. Несмотря на неко­

Свободная турбина предназначена для создания крутящего момента, обеспечивающего

привод нагнетателя газоперекачивающего агрегата или генератора электростанции. Сво­ бодная турбина двигателей ПС-90ГП-1 (ПС-90ЭУ-12) осевая двухступенчатая, у двигателя ПС-90ГП-2 (ПС-90ЭУ-16) - трехступенчатая.

На рис. 7.7 приведен общий вид свободной турбины двигателя ПС-90ГП-1. Она вклю­ чает в себя статор и ротор, соединенный с трансмиссионным валом.

Статор двухступенчатой свободной турбины состоит из сопловых аппаратов первой 1 и второй 2 ступеней, передней 16 и задней 14 опор ротора, элементов лабиринтных уплотне­ ний проточной части, кожухов, трубопроводов. На статоре устанавливаются три датчика частоты вращения ротора. Корпус свободной турбины включает в себя корпуса сопловых аппаратов, промежуточного кольца 6, силового кольца опоры 8. Вместе с кожухами 9 и 15 и радиальными стойками опоры 8 корпус образует силовую схему. В корпусе выполнены лючки для осмотра сопловых и рабочих лопаток.

Сопловые аппараты первой 1 и второй 2 ступеней имеют схожую конструкцию. Они состоят их сопловых лопаток, объединенных в блоки по три лопатки. Блоки соплового ап­ парата первой ступени установлены в наружное кольцо, являющееся элементом корпуса турбины; с внутренней стороны они крепятся в пазах на фланце переходника. Блоки сопло­ вого аппарата второй ступени 2 крепятся консольно в наружном кольце. Блочная конст­ рукция соплового аппарата позволяет обеспечить свободу теплового расширения лопаток в окружном направлении за счет зазоров между блоками, однако эти зазоры приходится уп­ лотнять специальными вставками.

Ротор свободной турбины состоит из рабочих колес первой 17 и второй 18 ступеней, вала 19, стяжной втулки 20 с гайкой 25, лабиринтных колец 21, 22, 23, диафрагмы 24.

Диски рабочих колес скреплены между собой по фланцам штифтами. Диск второй сту­ пени через задний фланец соединен с валом 19. В этих соединениях обеспечивается пере­ дача крутящего момента и центрирование рабочих колес. В осевом направлении диски свя

О

Ю

Рис. 7.7. Свободная турбина двигателя ПС-90ГП-1.

1 - сопловой аппарат первой ступени, 2 - сопловой аппарат шорой ступени, 3 - коллектор охлаждающего воздуха, 4, 5 - задний фланец лабиринта, 6 - промежуточное кольцо, 7 - трубопровод датчика измерения давления в разгрузочной полос­ ти А, 8 - опора свободной турбины, 9, 10, 15 - кожухи, 11 - датчик частоты вращения ротора, 12 - индуктор, 13 —переход­ ный вал, 14 —задняя опора ротора, 16 - передняя опора ротора, 17 - диск первой ступени, 18 - диск второй ступени, 19 - вал ротора, 20 - стяжная втулка, 21, 22, 23 - лабиринтные кольца, 24 - диафрагма, 25 - стяжная гайка

заны между собой и с валом с помощью стяжной втулки 20. Она вворачивается в вал 19 и фиксируется штифтами. Гайка 25 на ее переднем конце стягивает диски между собой.

Передняя опора ротора свободной турбины роликовая 16, установлена в упруго­ демпферную рессору типа «беличье колесо». Задняя опора ротора состоит из шарикового подшипника, воспринимающего осевые нагрузки и роликового подшипника, восприни­ мающего радиальные усилия. Она также установлена в опору типа «беличье колесо». Возле задней опоры установлен индукционный датчик частоты вращения ротора 11с индуктором

12.

Равнодействующая усилий, действующих на ротор, направлена в сторону выходного устройства. Для ее компенсации за рабочим колесом второй ступени имеется разгрузочная полость А, надуваемая по трубопроводу из-за седьмой ступени компрессора.

Для охлаждения деталей свободной турбины используется воздух из-за седьмой сту­ пеней компрессора, имеющий температуру около 500К. Он поступает в разгрузочную по­ лость А и через отверстия в фланцах дисков попадает в междисковое пространство и на пе­ реднюю поверхность диска первой ступени. В междисковом пространстве имеется диа­ фрагма 24, организующая движение охлаждающего воздуха. Для охлаждения корпусных деталей свободной турбины используется воздух из-за 4-й ступени компрессора, имеющий температуру около 400К.

В свободной турбине предусмотрена защита от раскрутки ротора на случай разрушения кинематической связи ротора с трансмиссионным валом. При превышении рабочей часто­ ты вращения ротора за пределы допуска происходит автоматическое отключение подачи топлива. Корпуса свободной турбины выполнены достаточно толстыми - непробиваемы­ ми.

Свободная турбина смонтирована на подмоторной раме и может быть заменена в экс­ плуатации без демонтажа всей установки. Элементы крепления - стойки и наклонные тяги

- крепятся к корпусу опоры 8.

собой систем (см.рис.7.3): ротор компрессора - ротор турбины газогенератора и ротор сво­ бодной турбины - трансмиссия.

Ротор компрессора опирается на два подшипника - передний роликовый и задний ша­ риковый. Шариковый подшипник одновременно является передней опорой ротора турби­ ны, а задней его опорой служит задний роликовый подшипник. Привод агрегатов, уста­ новленных на коробке приводов, осуществляется от вала ротора через сидящее на внутрен­ них шлицах вала цилиндрическое зубчатое колесо, пару конических зубчатых колес и вер­ тикальный валик.

Работу двигателя обеспечивают следующие системы: топливопитания, автоматическо­ го управления и диагностики; смазки и суфлирования; запуска; отборов воздуха; прогивообледенительная.

В силовую схему двигателя входят следующие элементы: корпус компрессора с перед­ ней опорой ротора газогенератора, корпус камеры сгорания со средней и-задней опорами ротора газогенератора, корпус турбины газогенератора, корпус свободной турбины с опо­ рами ротора, наружный корпус, соединяющий корпусы обеих турбин.

Двигатель крепится на подмоторной раме, входящей в состав ГТУ (рис.7.1). Передняя плоскость подвески расположена на входном корпусе компрессора. Тяги в передней плос­ кости подвески 10 расположены наклонно и воспринимают усилия, действующие в плос­ кости YZ. Задняя плоскость подвески распложена на силовом кольце опоры свободной турбины. В этой плоскости расположены две вертикальные тяги 11 и сферическая опора в нижней части корпуса, воспринимающие усилия и моменты в плоскости YZ, и сферическая опора в нижней части корпуса, воспринимающая осевые усилия. Тяги подвески вместе с корпусом двигателя образуют статически определимую систему крепления,- восприни­ мающую все действующие на двигатель усилия. Для обеспечения свободы тепловых рас­ ширений тяги крепятся к кронштейнам на раме и двигателе с помощью сферических шар­ ниров.

Подмоторная рама вместе с двигателем устанавливается на раме агрегата (см. рис.7.1) и крепится на восьми вертикальных опорах 13 и десяти горизонтальных опорах 12.

7.3. Конструктивные особенности двигателя ПС-90ГП-25

Общий вид двигателей ПС-90ГП-25 показан на рис.7.8. В отличие от двигателей ПС- 90ГП-1 и ПС-90ГП-2 он имеет двухвальный газогенератор, созданный на базе двигателя ПС-90А. Он состоит (см. рис.7.8) из корпуса промывки 1, компрессора низкого давления 2, входного корпуса 3 с центральным приводом 4 и коробкой приводов 5, компрессора высо­ кого давления 6, камеры сгорания 7 и турбин высокого 8 и низкого 9 давления и свободной турбины 10.

Двигатель имеет более высокие, чем ПС-90ГП-1 и ПС-90ГП-2 параметры: я *ке=28,5 и

температуру газов перед турбиной 1540К. Эти параметры лишь не много ниже, чем у дви­ гателя ПС-90А (Тг*=1640К, я*к1=35).

Компрессор низкого давления (КНД) состоит из трех ступеней. Первая из них раз­ работана на основе рабочего колеса вентилятора ПС-90А, однако имеет укороченные по сравнению с ПС-90А рабочие лопатки. Вторая и третья ступени - подпорные, их конструк­ ция перенесена с ПС-90А. В отличие от ПС-90А нет разделения потока на внутренний и наружный контуры - двигатель одноконтурный. Из пространства между корпусом КНД и корпусом 2-й и 3-й ступеней предусмотрен отбор воздуха, попадающего туда из-за 1-й сту­ пени.

Входной корпус 3 находится между компрессорами низкого и высокого давления. Входной корпус - основной силовой элемент. Конструктивно он имеет много общего с

Рис.7.8. Двигатель ПС-90ГП-25.

на низкого давления, 9 - турбина низкого давления, 10 - свободная турбина