ГАЗОВАЯ ТУРБИНА И ВЫПУСКНЫЕ КОЛЛЕКТОРЫ

двигателя 5ТДФ

Назначение и принцип действия

На двигателе установлена осевая одноступенчатая газовая турбина, предназначенная для преобразования части тепловой и кинетической энергии отработавших газов в механическую работу.

К турбине газы подводятся с помощью верхнего и нижнего выпускных коллекторов, объединяющих газовые потоки из цилиндров двигателя в общий поток, движущийся с большой скоростью.

Конструктивная схема турбины с выпускными коллекторами показана на рис. 1.

Коллекторы выполнены в виде асимметричных пятисекционных эжекторов и состоят из пяти цельнолитых патрубков.

Вход в патрубки 1 и 2 выпускного коллектора выполнен в виде решеток направляющих лопаток 5, являющихся продолжением перемычек между окнами 6 цилиндров.

Направляющие лопатки спрофилированы таким образом, чтобы углы выхода из решетки в выпускной трубопровод обеспечивали плавное смещение двух потоков — активного выпуска газов из одного цилиндра и продувочного воздуха из другого цилиндра.

Для уменьшения потерь на трение внутренние поверхности коллектора и направляющие лопатки полируются.

Конструктивное исполнение коллектора в виде асимметричного эжектора способствует отсосу остаточных газов и продувочного воздуха из одного цилиндра во время активного выпуска из другого цилиндра.

Основными частями турбины являются входник 9, направляющий аппарат 10, ротор 11 турбины и обойма 12.

Направляющий аппарат представляет собой ряд неподвижных лопаток специального профиля, расположенных перед рабочими лопатками, и обеспечивает необходимые углы входа газа на рабочее колесо по всей высоте рабочей лопатки.

патрубки 1 и 2 выпускного коллектора и патрубки 8 и 13 с непрерывно уменьшающимся проходным сечением вдоль потока (диаметр патрубков на входе — 75 мм, на выходе — 65 мм).

Ротор — это вращающаяся часть турбины. Он состоит из рабочего колеса, выполненного в виде диска, сочлененного с валом турбины. На ободе рабочего колеса закреплены рабочие лопатки. Рабочие лопатки образуют сужающиеся криволинейные каналы.

Вследствие ускорения потока газа при его относительном движении по каналам между рабочими лопатками ротора возникает сила реакции, воздействующая на рабочие лопатки (реактивное действие потока). Кроме того, рабочие лопатки воспринимают усилие, возникающее вследствие изменения направления скорости движения газа, обтекающего лопатки (активное действие потока). Окружные составляющие этих сил и создают вращающий момент на турбинном колесе.

Устройство турбины

Турбина состоит из корпуса 21 (рис. 2), входника 7, направляющего аппарата, ротора 36, обоймы 26, задней крышки 17.

Корпус 21 выполняется в виде сложной отливки из алюминиевого сплава АЛ5. Он воспринимает все усилия, возникающие при работе турбины. Во внутренней полости корпуса на подшипниках размещается ротор турбины. К фланцу корпуса со стороны редуктора болтами прикрепляется задняя крышка 17, в которой имеются гнезда для роликоподшипников 4 и 16 вала 41 ротора и ведомой шестерни 19. Для охлаждения корпуса жидкостью системы охлаждения двигателя в корпусе имеется кольцевая полость. По сверлениям, выполненным в корпусе, подводится сжатый воздух из ресивера двигателя для охлаждения диска турбины, а также масло для смазки подшипников и шестерен. Фланцем корпус крепится к плите 10 турбины.

Со стороны направляющего аппарата полость сжатого воздуха отделена от полости отработавших газов лабиринтом 31, от полости картера (со стороны переднего подшипника ротора) — беззазорным уплотнением с маслоотражательным кольцом 33. Уплотнение состоит из двух графитовых колец 37, двух разрезных упругих стальных колец 35 и одного неразрезного стального кольца 34.

При работе турбины графитовое кольцо 37 прижимается своим торцом к вращающейся поверхности маслоотражательного кольца 33 избыточным давлением воздуха в полости между ротором 36 и крышкой 32. Для повышения износостойкости внутренняя цилиндрическая поверхность крышки и торцовая поверхность маслоотражательного кольца хромируются. Разрезные кольца устанавливаются с диаметрально противоположным расположением замков, обеспечивая уплотнение в радиальном направлении.

Передача крутящего момента от ротора турбины к нагнетателю осуществляется через три рессоры, последовательно установленные внутри кулачкового вала двигателя. Соединяется рессора 12 с ведомой шестерней 19 посредством шлицев.

Ведомая шестерня установлена на двух роликоподшипниках 16. Внутренние обоймы подшипников расположены на шейках шестерни, а наружные обоймы — в стаканах 15 и 20.

Смазка к подшипникам подводится через форсуночные отверстия в корпусе, стакане 15 и кольце 14.

Обойма 26 крепится фланцем к входнику и служит для фиксации лопаток 25 направляющего аппарата и для установки колец компенсатора на стыке между двигателем и газоходом. Телескопическое соединение обеспечивает возможность свободного перемещения обоймы относительно корпуса газохода при температурном расширении деталей. На внутренней поверхности обоймы имеется лабиринтное уплотнение ротора, выполненное в виде уплотнительных ножей 29 из стальной ленты, завальцованных с помощью константановых проволочек 28 в канавках обоймы. Это уплотнение уменьшает утечку газа через зазор между бандажными полочками 30 рабочих лопаток 27 и обоймой.

Задняя крышка 17 выполнена в виде отливки из алюминиевого сплава и служит для установки стаканов с роликоподшипниками 4 и 16 задней опоры ротора и ведомой шестерни 19. Задняя крышка центрируется на корпус 21 турбины тремя штифтами.

Конструкция выпускных коллекторов. Соединение выпускных коллекторов с турбиной

Выпускные коллекторы (верхний и нижний) состоят из пяти цельнолитых патрубков: четырех прямых патрубков 2 (рис. 1) и одного крайнего патрубка 1. Компенсация температурных расширений патрубков осуществляется трехгофровыми двухслойными сильфонами 3, соединяющими патрубки между собой. Сильфоны предохраняются от механических повреждений стаканами 4, приваренными 'к патрубкам коллектора.

К блоку двигателя коллекторы крепятся фланцевыми соединениями, уплотнение стыков осуществляется медно-асбестовыми прокладками.

Между входными патрубками входника турбины и выпускными коллекторами 1 и 23 (рис. 3) устанавливаются переходные патрубки 1 и 22. Для обеспечения свободного относительного перемещения выпускных коллекторов и патрубков входника при их удлинении от нагрева соединение выполняется телескопическим с уплотнением.

К переходному патрубку 1 (рис. 4) приварен стакан компенсатора 3. Внутри стакана установлен сильфон 4, один конец которого приварен к фланцу 6 переходного патрубка, а другой — к стакану.? компенсатора.

Фланцы 6 переходного патрубка и 10 входного патрубка входника стягиваются хомутом 7, состоящим из двух половин. Между фланцами 6 и 10 устанавливается абостальное уплотнительное кольцо 9.

Для уменьшения подогрева окружающего воздуха и обеспечения противопожарной безопасности наружные поверхности коллекторов, переходных патрубков вместе с

уплотнительными устройствами, входника и фланцевого соединения входника и обоймы изолируются специальными стальными кожухами 6, 15, 16, 17 и 20 (рис. 3). Внутри кожухов укладывается стеклоткань.

Кожухи изоляции крепятся проволокой 11 (рис. 4) и ленточными хомутами 5 и 12.

Охлаждение и смазка турбины

Для обеспечения надежной работы газовой турбины осуществляется ее охлаждение жидкостью системы охлаждения, воздухом и маслом (рис. 5).

Жидкость из канала блок-картера поступает в кольцевую полость корпуса турбины через переходные втулки с резиновыми уплотнениями. Отводится жидкость через штуцер, расположенный слева в верхней части корпуса турбины, в трубопровод, идущий в радиатор.

Диск турбины охлаждается воздухом. Охлаждающий воздух из полости ресивера двигателя через переходные втулки 8 (рис. 2) с уплотнительными резиновыми кольцами подводится в полость между диском ротора и крышкой по двум сверлениям в корпусе турбины. Охлаждающий воздух отводится в выпускной газовый тракт через лабиринтное уплотнение между диском и торцом входника. Расход охлаждающего воздуха определяется зазором в лабиринте.

Вал ротора охлаждается маслом, которое из канала в торцовой поверхности блок-картера поступает под давлением 2—3 ат во внутреннюю полость маслонаправляющей втулки 18 (рис. 5) через жиклер 2. Из внутренней полости втулки масло попадает в винтовую канавку, омывает внутреннюю поверхность вала и через два отверстия в вале ротора и в ступице ведущей шестерни выбрасывается в масляную полость корпуса турбины. Усилению циркуляции охлаждающего масла способствует крыльчатка, запрессованная в диск турбины.

Масло для смазки подшипников ротора подводится из канала в блоке двигателя, через переходные втулки в плите турбины и каналы корпуса поступает в форсуночные отверстия (в распорном кольце переднего подшипника и в стакане задней опоры ротора) и разбрызгивается под давлением на беговые дорожки подшипников. Масло на роликоподшипники ведомой шестерни поступает через форсуночные отверстия в корпусе турбины и в кольце, установленном в верхнем стакане задней крышки.

К шестерням редуктора масло подводится через форсуночные отверстия в корпусе. Масло из корпуса турбины сливается в блок-картер двигателя.