книги из ГПНТБ / Плаксионов Н.П. Судовые турбинные установки учебник

в первых двух зонах, а вторичный — в двух последних. Зоны про­ текания отдельных процессов в камере сгорания пространственно не разделены.

Отверстия для подвода вторичного воздуха распределяются по дли­ не жаровой трубы так, чтобы воздух, снижая температуру стенки тру­ бы, не вызывал большой неравномерности температур в глубине горя­ щих газов во избежание местных пережогов лопаток турбины.

В камерах сгорания общий коэффициент избытка воздуха а = 4 -г- 8; при этом коэффициент избытка первичного воздуха у них обычно немногим больше единицы (остальное относится ко вторичному воздуху).

600

Рис. 180. Камера сгорания ЦКТИ

ГТУ могут иметь одну, две или несколько параллельно работаю­ щих камер сгорания. Несколько камер сгорания (6 -г- 16) имеют неко­

Существуют многообразные конструкции камер сгорания. В судо­ вых ГТУ наиболее распространены цилиндрические камеры. Цилин­ дрическая камера сгорания, сконструированная Центральным котло-

воздух проходит через патрубок 2 в кольцевое пространство между на­ ружным корпусом 6 и жаровой трубой 5, охлаждая последнюю. В ка­ меру воздух поступает частично через кольцевые щели 7 между секци­ ями трубы и через смесители 8 в правом конце камеры.

Камера имеет пять форсунок, одна из которых является пусковой и служит для зажигания остальных. К форсункам мазут поступает

Камера сгорания вертикального типа, построенная Кировским заво­ дом для ГТУ-20, показана на рис. 181. В общем корпусе 4 камеры уста­ новлено по окружности шесть жаровых труб 6, каждая из которых снаб­ жена рабочей форсункой /. На входном патрубке крышки 2 воздух рав­ номерно распределяется. Часть воздуха через завпхрители 11 поступа­ ет в первичную зону сгорания 10, остальной воздух при помощи ко­ жухов 5, в которые вставлены с небольшим зазором жаровые трубы, поступает на охлаждение стенок труб. Этот вторичный воздух тонкой пленкой омывает наружную и, поступая через небольшие отверстия, внутреннюю поверхности труб. Кроме того, вторичный воздух, посту-

Рис. 181. Камера сгорания с жаровой трубой жалюзийного типа

пая через большие отверстия в трубе, размешивает газ и понижает его температуру до требуемой величины. Газ из жаровых труб выходит че­ рез патрубки 7 и, обтекая выходной конус 9, поступает в выходную часть, защищенную изоляцией 8. Камеры сгорания включаются при помощи блока зажигания 3.

В газотурбинных установках широко применяют механические фор­ сунки, в которых распыливание топлива осуществляется под давлени­ ем, превышающим давление в камере сгорания почти в 10 раз.

Одно из основных требований, предъявляемых к форсункам ГТУ, —

и более. Регулируя давление, можно изменять расход топлива в фор­ сунках не более чем в 2—2,5 раза, что определяет особенности конст­ рукции форсунок.

Механический распыл в форсунках осуществляется за счет завих­ рения струи топлива в специальной вихревой камере под действием высокого давления, которое на входе в форсунку достигает 80— 100 ата.

242

В центробежной форсунке с механическим распылом (рис. 182) топ­ ливо под высоким давлением от насоса 4 подводится в наружную коль­ цевую камеру и через тангенциальные отверстия 1 поступает во внут­ реннюю вихревую камеру на во­

ное на мелкие капли.

Расход мазута в такой форсун­ ке на малых режимах регулируют перепуском. Для уменьшения рас­ хода топлива открывают клапан 3 на сливной линии и топливо пере­ пускается из вихревой камеры в топливный бак 5.

На рис. 183 показана двухсту­ пенчатая центробежная форсунка для ГТУ-20. Форсунка имеет два

канала / п I I для подвода топлива, что обеспечивает его хорошее распыливание при холостом и полном ходе. Первый канал (контур) / используют при пуске и холостом ходе; начиная с малого хода и при всех больших нагрузках работают оба канала.

В ГТУ применяют также пневматические и паровые форсунки, в которых топливо распыливается сжатым воздухом или паром. Пре­ имущество таких форсунок по сравнению с механическими заключа­ ется в том, что при хорошем распыливании возможен более широкий диапазон регулирования расхода топлива. Недостатком их является необходимость в дополнительном расходе воздуха или пара.

§ 76. РЕГЕНЕРАТОРЫ. ВОЗДУХООХЛАДИТЕЛИ . ФИЛЬТРЫ

Регенераторы. Регенераторы делятся на поверхностные и теплоаккумулирующие. В поверхностных регенераторах передача тепла от газа воздуху при их одновременном движении осуществляется через разделяющую стенку. Эти регенераторы, в свою очередь, можно

подразделить на трубчатые и пластинчатые. Те и другие могут иметь гладкую и ребристую поверхность.

В теплоаккумулпрующпх регенераторах передача тепла от газа воз­

широко применяют в ГТУ. Он способен выдерживать высокие давления, прост по устройству и удобен в эксплуатации. Регенераторы этого типа

внутр

Рис. 184. Регенератор ЦКТИ

ление, чем газ, а между трубками — продукты сгорания. Корпус реге­ нератора может быть выполнен тонкостенным.

Трубки закрепляют в трубных досках развальцовкой или сваркой. Для обеспечения свободного теплового расширения трубной системы одну из трубных досок обычно делают подвижной по отношению к кор­ пусу регенератора. При всех способах закрепления трубок и трубных досок особое внимание уделяют плотности регенератора в целях пред­ отвращения утечки теплоносителей.

На рис. 184 изображен регенератор с перекрестным движением га­ за и воздуха, разработанный ЦКТИ. Поверхность нагрева регенератора набрана из стальных трубок диаметром 17—20 мм. Концы трубок при­ варены к трубным доскам. Внутри регенератора размещены промежу­ точные перегородки, которые дают нужное направление движению греющего газа, ограничивают вибрацию трубок и обеспечивают жест­ кость конструкции. Такие регенераторы целесообразно применять при

244

нню с трубчатым регенератором имеет малый вес и небольшие габариты. Сваренные попарно по двум краям роликовой сваркой листы образу­

Элемент пластинчатого регенератора показан на рис. 185. Пластинчатый регенератор с перекрестным током, трехходовой по

воздуху, состоящий из шести сварных секций, установлен в ГТУ-20 Кировского завода.

В теплоаккумулирующих регенераторах передача тепла от газа к воздуху происходит на поверхностях, которые периодически омыва­ ются то горячим газом, то хо­

давлениях воздуха, поэтому их применяют при умеренных значе­ ниях степени повышения давления (до 4—6).

Воздухоохладитель. В ГТУ со.ступенчатым сжатием для промежу­ точного охлаждения воздуха используют воздухоохладитель, который

Трубки сделаны овальными (для уменьшения гидравлических сопро­ тивлений) и снабжены поперечными ребрами.

Степень охлаждения воздуха определяется главным образомтем­ пературой охлаждающей (забортной) воды. Обычно разность между этими температурами на входе в воздухоохладитель судовой ГТУ со­ ставляет 10—20° С. При изменениях температуры охлаждающей воды в условиях эксплуатации температура охлажденного воздуха изменя­ ется примерно на такую же величину.

Фильтры. Фильтрацию топлива производят для его очистки от по­ сторонних твердых частиц (песка, окалины), которые попадают в топ­ ливо при хранении и транспортировке. Для. этой цели в топливной си­ стеме ГТУ устанавливают грубые и тонкие фильтры, которые могут быть сетчатыми и щелевыми (пластинчатыми). В тонких фильтрах в ка­ честве фильтрующих элементов могут применяться фетр, бумага и т. п.

245

а гильза — многочисленные отверстия 5. Топливо поступает в фильтр через патрубок 9, проходит в сетку и попадает внутрь гильзы. Через прорези в стакане топливо выходит из верхнего патрубка 1.

Сетка задерживает все примеси, размеры которых больше ее отвер­ стий. Гильза является каркасом для сетки и препятствует ее поврежде­ нию, которое может произойти под напором топлива. В нижней части корпуса имеется отверстие 8 для спуска загрязнений. При чистке филь­ тра стакан с гильзой и сеткой вынимают из корпуса.

Щ е л е в о й (пластинчатый) фильтр набирается из системы тон­ ких пластин с ободом, между которыми установлены пластины без обо-

да. Все пластины насажены на шток и вместе с ним составляют патрон, расположенный в корпусе фильтра. Между пластинками по ободу обра­ зуются тонкие щели, равные толщине пластин без обода. Топливо по­ ступает к наружной стороне патрона, проходит в щелях между пласти­ нами с ободом и, двигаясь вдоль патрона по прорезям последних, выхо­ дит очищенным. Щели задерживают посторонние примеси размером более толщины щелей. Для очистки фильтра при эксплуатации уста­ новки предусмотрены неподвижные очищающие пластины, которые вставлены с одной стороны между рабочими пластинами. При поворо­ те патрона очищающие пластины очищают щели от загрязнений.

При работе ГТУ компрессор низкого давления (КНД) загрязняется солями морской воды, масляной сажей дымовых газов и промышленных аэрозолей при проходе в узкостях и стоянке в порту. Во избежание этого у современных ГТУ устанавливают воздушные фильтры. Воз­ душный фильтр, разработанный и изготовленный Кировским заводом, состоит из водоотделителя и собственно фильтра, фильтрующие элементы которого размещены в горизонтальной плоскости. Каж-

246

дый элемент состоит из пластин пенополиуретана с открытыми по­ рами, обладающими большой «пылеемкостыо». Для очистки фильтра быстроразъемиые фильтрующие секции вынимают и моют фильтрую­ щие элементы.

Контрольные вопросы

1. Объясните по схеме устройство и действие газотурбинной установки.

2.Каковы преимущества газотурбинных установок по сравнению с дизель­

ными?

3.Каковы преимущества газотурбинных установок по сравнению с паро­ турбинными?

4.Каковы методы повышения термического к. п. д. газотурбинных уста­

новок?

5. Какими способами устанавливают и крепят лопатки газовых турбин?

6.Какие типы компрессоров применяют у судовых ГТУ? Каковы их достоин­ ства и недостатки?

7.Объясните по схеме устройство и действие осевого компрессора.

8.Изобразите схему устройства камеры сгорания и поясните, как происходит

движение потока воздуха и газа.

9.Как регулируется расход топлива в форсунках ГТУ?

10.Каково назначение регенераторов судовых ГТУ?

Глава XV

С И С Т Е М Ы И К О Н С Т Р У К Ц И И Г А З О Т У Р Б И Н Н Ы Х У С Т А Н О В О К

§ 77. ОБСЛУЖИВАЮЩИЕ СИСТЕМЫ

Топливная система. В судовых ГТУ в качестве топлива используют мазут, дизельное топливо, керосин, а во вспомогательных ГТУ и бензин.

Наиболее дешевым видом жидкого топлива является мазут, одна­ ко применение его связано с рядом трудностей. Основными недостатка­ ми мазута, как топлива для ГТУ, являются его относительно большой удельный вес и большая вязкость. Поэтому в период запуска и останов­ ки ГТУ к форсункам подают менее вязкое топливо, например дизель­ ное. Это обеспечивает быстрый и надежный запуск установки и предот­ вращает засорение фильтров и закоксованне форсунок при остановке ГТУ.

На рис. 188 показана одна из возможных принципиальных схем топливной системы судовой ГТУ, в которой используют два вида топлива.

При запуске установки вспомогательное дизельное топливо из за­ пасной цистерны / подается пусковым электронасосом 7 через фильтр грубой очистки 6 к пусковой форсунке 8. После воспламенения топ­ лива, распыливаемого форсункой, оно подается перекачивающим на­ сосом 16 через подогреватель 17, кран переключения /5 и сетчатый фильтр 14 тонкой очистки к главному топливному насосу 13; кран 15

247

Рис. 18S. Топливная система ГТУ

подводится к рабочим форсункам 9. При этом кран 18 приводят в по­ ложение, при котором дизельное топливо перекачивается обратно в за­ пасную цистерну 1.

Для предохранения деталей проточных частей турбины от коррозии при сжигании в камере сгорания тяжелых мазутов в топливо вводят специальные присадки. Для этого в некоторых топливных системах подогретый и отсепарированный мазут смешивают в смесительных ци­ стернах с присадками (2—3 кг сухих присадок на 1 т топлива). Пока в одной из цистерн топливо смешивается, из другой цистерны подго­ товленное топливо непрерывно подают к рабочим насосам.

У некоторых судовых ГТУ имеется система топливоподготовки, что позволяет использовать наиболее тяжелые сорта топлива. В подо­ гретое топливо вводят деэмульгирующие присадки, горячую воду и посредством сепарирования и фильтрации удаляют из него натрий, ванадий, кальций и механические примеси.

Масляная система. Для обеспечения смазкой подшипников всей установки и зацеплений в зубчатой передаче, а также рабочим вещест­ вом — гидромуфты пускового устройства служит масляная система. При наличии ВРШ либо гидротрансформатора масляная система долж­ на также обеспечивать работу последних в соответствии с заданным хо­ дом.

Для ГТУ в настоящее время используют нефтяные масла: марок МК-8, трансформаторное, турбинное и МС-20. Подшипники турбин

248

работают при высоких температурах (до 150° С), поэтому температура вспышки масла должна быть не менее 130—200° С, а температура ки­ пения — не менее 50° С. Масло не должно вызывать коррозию, коксо­ ваться и окисляться.

В судовых ГТУ применяют либо гравитационную (как в судовых паротурбинных установках), либо форсированную масляную систему (рис. 189).

При запуске установки масло из расходной (сборной) масляной ци­ стерны 6 проходит магнитный фильтр 8 и резервным масляным электро­

Очистку масла в системе производит сепаратор 10, забирающий мас­ ло из цистерны 6 и подающий его в цистерну / либо снова в цистерну 6. Расходная цистерна 6 и запасная цистерна 1 имеют подогреватели, по­ этому в системе отсутствуют специальные маслоподогреватели.

Иногда в судовых ГТУ применяют комбинированную систему смаз­ ки — гравитационную и форсированную (самотеком и под давлением). Такая система рассчитана на обеспечение максимальной защиты уста­ новки при минимальной вместимости гравитационной цистерны.

Система охлаждения. Для охлаждения частей и деталей турбин служит система охлаждения, которая может быть воздушной и водяной. " На рис. 190 представлена схема охлаждения, в которой предусмот­

рено воздушное охлаждение ротора газовой турбины и водяное охлаж­ дение статора. Система воздушного охлаждения обозначена сплошными линиями, а водяного — пунктирными.

Воздух для охлаждения дисков турбины / низкого давления отби­ рается из промежуточной ступени компрессора 3, а для охлаждения дисков турбины 2 высокого давления — из последней ступени компрес­ сора. Нагретый в роторах ТВД и ТНД воздух снова поступает в при­ емный патрубок компрессора.

Дистиллированная вода для охлаждения корпуса ТВД подается центробежным насосом 5 из цистерны 4 через фильтр 6. Нагретая в корпусе ТВД вода поступает в воздухоохладитель 7, а затем — в ци­ стерну 4.

249

У ГТУ-20 также применяют водяное охлаждение корпусов и воз­ душное охлаждение дисков газовых турбин; при этом для охлаждения

марные расходы воздуха на ТВД и ТНД. В ГТУ-20 корпусы ТВД охлаждают пресной водой с 0,5—1% специальной антикоррозионной присадки.

§ 78. СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ, УПРАВЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ

Система регулирования, управления и защиты должна обеспечивать: ручное и дистанционное управление ГТУ (с мостика и с ЦПУ); поддержание на установившихся режимах заданных регулиру­ емых параметров; включение стоп-крана и прекращение подачи топ­ лива в случае повышения предельной частоты вращения турбокомпрес­ соров и превышения температуры газа, а также при понижении дав­ ления масла и воды в системах смазки и охлаждения сверх допустимой величины.

Защита по предельной частоте вращения срабатывает при увеличе­ нии нормальной ее величины на 10—12%. Регулятор предельной час­ тоты вращения (центробежного типа или импеллер) воздействует на реле стоп-крана и на выключатель главного топливного агрегата (ГТА).

Защиту по температуре осуществляют при помощи термопар и элек­ тротермометра. По достижении предельной температуры газа стрелка электротермометра закрывает отверстие, пропускающее свет на фото­ элемент. В результате фотореле обесточивается и включает реле време­ ни, контакты которого через определенное время включают специаль­ ное реле, вызывающее срабатывание стоп-крана.

Защита по снижению давления масла срабатывает при понижении давления масла менее 0,5 ати. При этом включается монореле и за­ крывается реле стоп-крана.

Защита по снижению давления охлаждающей воды осуществляется также при помощи манометрического реле, которое настраивают на минимально допустимое давление в системе охлаждения. Обычно си-

250