База книг в электронке для ЭНН УТЭК / газотурбинные установки

Вопросы для самопроверки

1.Каковы характерные точки и зоны нагнетателя?

2.Из чего состоит схема пуска нагнетателя?

3.Каковы условия надежного пуска параллельно работающих ГПА?

4.В чем причины помпажа при пуске?

6 Конструкция газотурбинного двигателя ГТК-10-4

6.1 Технические данные ГТК-10-4, основные узлы

Конструкция ГТК-10-4

Установка ГТК-10-4 Невского машиностроительного завода имени В. И. Ленина выполнена по двухвальной схеме со свободной силовой турбиной низкого давления и регенератором (тепловая схема).

Технические данные ГТК-10-4

−номинальная мощность на муфте нагнетателя 10000 кВт (±5%);

−коэффициент полезного действия, отнесенный к номинальной мощности на муфте нагнетателя, 28% ± 1%;

−температура наружного воздуха + 150С;

−давление наружного воздуха 1,033 атм;

−температура газа перед турбиной 7800С;

−скорость вращения силового вала 4800 об/мин.;

−падение давления во всасывающем и выхлопном трактах 50 мм водного столба;

−степень сжатия воздуха 4,6;

−число ступеней компрессора 10, статора имеет 12 ступеней;

−обороты ТНД 4800 об/мин.;

−обороты ТВД 5800 об/мин.;

−расход воздуха 310 т/ч;

−обороты отключения турбодетандера 2500 об/мин.;

−маслосистема циркуляционная под давлением;

−сорт масла Тп-22;

−масса турбины 56 тонн.

первых двух модификаций вертикальной камерой сгорания.

61

Принцип работы установки ГТК-10-4

ГТУ называют установку, состоящую из основных элементов воздушного компрессора, камеры сгорания и газовой турбины системы смазки, топливной системы, контроля и защиты, системы уплотнения вала центробежного насоса ЦБН.

В состав входят общестанционные системы: пускового газа; топливного газа; импульсного газа; электроснабжения; противопожарная; вентиляции; и т. д.

Рассмотрим работу установки ГТК-10-4 на тепловой схеме (рис. 42), бе-

ря за основу стандартную атмосферу: температуру наружного воздуха +150С, давление наружного воздуха 1,033 атм.

Атмосферный воздух засасывается через фильтр с параметрами: давление P = 0,1033 МПа, температура +150С, количество воздуха G = 310 т/час и поступает во всасывающую камеру, плавно разворачивается и обтекает входные направляющие лопатки (ВНА), которые направляют поток воздуха на рабочие лопатки компрессора первой ступени под углом 10-150С для плавного их обтекания во избежание помпажа.

Далее воздух поступает на направляющие лопатки (НЛ) статора, задача которых направить поток воздуха сжатого в первой ступени на рабочие лопатки второй ступени под углом 10-150С и так далее включая 10 ступеней компрессора. После 10 ступени сжатый воздух в компрессоре поступает на лопатки спрямляющего аппарата (СА) задача которого направить воздух в нагнетательную камеру с меньшим гидравлическим сопротивлением. Из нагнетающей камеры сжатый воздух имеет следующие параметры: давление P = 0,46 МПа, T = 1980C, G = 310 т/час и поступает по трубопроводу в воздухоподогреватель, где проходит через решетки, обогреваемые выхлопными газами из системы выхлопа двигателя. Воздух выходит из воздухоподогревателя со следующими параметрами: P = 0,45 МПа, T = 4140C, G = 307 т/час и подходит по трубопроводу к камере сгорания.

В камеру сгорания поступает сжатый воздух, пусковой и топливный газы, где происходит горение газовоздушной смеси. В результате сгорания и смешивания с вторичным потоком воздуха продукты сгорания приобретают следующие параметры: P = 0,433 МПа, T = 8000C, G = 310 т/час. Далее продукты сгорания поступают на лопатки спрямляющего аппарата турбины высокого давления ТВД, которые направляют их на рабочие лопатки турбины ТВД, где они отдают часть своей энергии на вращение турбины высокого давления. ТВД устанавливается на конце турбокомпрессора и приводит во вращение компрессор, который сжимает воздух. Оставшаяся энергия продуктов сгорания посту-

пает на лопатки спрямляющего аппарата турбины низкого давления ТНД,

которые направляют продукты сгорания на рабочие лопатки турбины низкого давления.

62

Турбина низкого давления крепится на силовом валу, на другом конце вала через переходную муфту соединяется с нагнетателем, который служит для перекачки газа. Далее продукты сгорания через диффузор и два выхлопных патрубка по трубопроводу подходит к воздухоподогревателю с параметрами: P = 0,105 МПа, T = 5070C. Проходя через воздухоподогреватель продукты сгорания, отдают часть тепла для нагрева решеток воздухоподогревателя. Продукты сгорания выходят из подогревателя с параметрами: P = 0,101 МПа, T = 3030C, G = 310 т/час и отводятся в выхлопную трубу. При прохождение продуктов сгорания через воздухоподогреватель они отдают часть тепла для подогрева воздуха, входящего в камеру сгорания, при этом температура воздуха повышается на ∆T = 2000C.

Вопросы для самопроверки

1.В чем заключается конструкция ГТК-10-4?

2.Каковы технические данные ГТК-10-4?

3.Какие существуют модификации ГТК-10-4?

4.В чем заключается принцип работы ГТК-10-4?

6.2 Блок турбогруппы: компрессор, передний блок, турбины, рама-маслобак, подшипник силового ротора

Блок турбогруппы состоит из:

−осевого компрессора, турбин высокого и низкого давлений, объединенных в одном корпусе;

−рамы маслобака и подшипника силового ротора.

На оси компрессора в передней его части установлен корпус переднего блока, в котором находится опорно-упорный подшипник компрессора, турбодетандер, главный масляный насос, валоповоротное устройство.

Корпуса компрессора, турбин и подшипника ротора турбин смонтированы на общей фундаментной раме, одновременно являющейся маслобаком. Блок турбогруппы соединяется с нагнетателем при помощи промежуточного вала. Ротор турбины высокого давления состоит из одновенчатого диска, укре-

пленного на консоли вала воздушного компрессора, который вращается в двух подшипника. Одновенчатый диск ТНД вращается в двух вкладышах, расположенных в корпусе подшипника силового вала.

Состав блока турбогруппы:

−10-ступенчатый осевой компрессор;

−газовая турбина;

−рама маслобак.

−подшипник силового ротора.

Осевой компрессор состоит из:

−статора (корпус);

−ротора;

−передней и задней опоры;

64

−воздушных лабиринтных уплотнений;

−8-и сбросных клапанов.

Статор осевого компрессора состоит из:

−всасывающей камеры;

−обоймы;

−нагнетательной камеры, соединенных между собой вертикальным фланцем и имеющих горизонтальный разъем.

Статор крепится к маслобаку с помощью 4-х лап и 2-х шпонок.

Всасывающая камера состоит из:

−входного патрубка, имеющего фланец прямоугольной формы, к которому при помощи шпилек присоединен всасывающий трубопровод;

−конфузорной части;

−корпуса переднего блока, нижняя часть которого прилита к входному патрубку, внутри имеются ребра жесткости.

К передней стенке камеры крепится турбодетандер, а на крышке переднего блока устанавливается валоповоротное устройство (ВПУ).

Обойма выполнена в виде конической трубы и по внутренней поверхности имеет 12 кольцевых проточек для установки лопатки ВНА, 10 промежуточных направляющих аппаратов (НА) и СА (спрямляющего аппарата).

Всредней части обоймы выполнен кольцевой прилив, внутренняя полость которого соединена с проточной частью осевого компрессора за 4-ой ступенью.

Вэтом приливе установлено 8 сбросных клапанов.

Нагнетательная камера состоит из:

−диффузора – для безотрывного поворота воздуха. На нем устанавливается кольцевая лопатка. Диффузор установлен в расточке корпуса, верхняя половина крепится 2 винтами;

−сборной кольцевой камеры;

−патрубка, фланец которого крепится к трубопроводу.

На задней стенке имеются приливы для крепления корпуса среднего подшипника и 6-и отверстий для подвода воздуха на ТНД.

К диффузору крепится кольцевая лопатка.

Осевой компрессор

Ротор компрессора (рис. 43) барабанного типа состоит из:

−пробки, зафиксированной 4-мя винтами;

−барабана.

На пробке расположены:

−усики переднего лабиринтного уплотнения;

−маслоотбойник;

−гайка опорно-упорного подшипника;

−упорный диск;

−гребень реле осевого сдвига;

65

− на передний конец посажена цилиндрическая шестерня и центробежное колесо главного масляного насоса (ГМН).

На барабане выполнено 10 кольцевых проточек для установки лопаток (лопатки имеют хвост зубчатого профиля), усики заднего лабиринтного уплотнения, маслоотбойное кольцо, гайка опорного подшипника, отверстие для установки автомата безопасности, отверстие для установки магнитного тахогенератора.

На конце барабана крепится центробежное колесо (крылатка), одновенчиковый диск ТВД.

Вся турбогруппа закрывается обшивкой, из-под которой нагретый воздух отсасывается вентилятором и выбрасывается в атмосферу. Наружная поверхность компрессора покрыта звуко- и теплоизоляцией.

Рис. 43. Ротор компрессора

1 − барабан; 2 − пробка; 3 − центробежное кольцо (крылатка); 4 − упорный диск опорно-упорного вкладыша; 5 − диск реле осевого сдвига; 6 − отверстие

для установки гильзы автомата безопасности; 7 − место шпонки зубчатого колеса; 8 – отверстие для установки магнита тахогенератора; 9 – усики переднего лабиринтного уплотнения;10 – рабочая лопатка компрессора; 11 – маслозащитные кольца; 12 – усики заднего лабиринтного уплотнения; 13 – место крепления диска ТВД

66

Передний блок

Нижняя часть корпуса переднего блока (рис. 44) отлита заодно с всасывающим патрубком корпуса компрессора. Крышка, для удобства обслуживания механизмов, расположенных внутри блока, имеет вертикальный разъем.

Рис. 44. Передний блок

1– корпус компрессора; 2 – турбодетандер; 3 – расцепное устройство; 4 – главный масляный насос; 5 – датчик тахогенератора; 6 – реле осевого сдвига; 7 – ротор

турбокомпрессора; 8 – маслозащитное кольцо; 9 – щиток; 10 – опорно-упорный вкладыш; 11 – автомат безопасности турбокомпрессорного вала; 12 – масляный выключатель; 13 – автомат безопасности вала турбодетандера; 14 – опорный вкладыш турбодетандера

В блоке размещаются опорно-упорный вкладыш вала турбокомпрессора, реле осевого сдвига, масляный выключатель, главный масляный насос, электромагнитный датчик тахогенератора и маслозащитное кольцо. На крышке блока установлено валоповоротное устройство и вибродатчик, а на переднюю стенку крепится пусковой турбодетандер с расцепным устройством.

67

Для установки опорно-упорного вкладыша в корпусе имеется кольцевой прилив, усиленный в нижней половине продольным ребром. Подвод масла к вкладышу осуществлен от передней стенки блока по каналу.

На горизонтальном разъеме имеется выемка для установки реле осевого сдвига. Реле крепится двумя шпильками с гайками и фиксируется двумя штифтами. Масло к реле осевого сдвига подведено при помощи двух трубок также от передней стенки блока. Масляный выключатель автомата безопасности уста-

новлен на приливе боковой стенки блока и крепится четырьмя шпильками с гайками. К масляному выключателю от передней стенки блока подведены три трубки, по которым поступает масло предельной защиты, масло на взведение, которое сливается при срабатывании масляного выключателя.

Главный масляный насос центробежного типа (рис. 45) установлен на валу турбокомпрессора в блоке переднего подшипника и служит для обеспечения смазки агрегата и работы системы регулирования.

Рис. 45. Насос масляный

1 – прокладка; 2 – гайка; 3 – кольцо; 4 – втулка установочная; 5 – винт М16; 6 – колесо насоса; 7 – кольцо уплотнительное; 8 – шпонка, 9 – корпус насоса;

10– рым-болт; 11 – шпилька М16; 12 – гайка М16, 13 – шайба пружинная; 14 – гайка; 16, 17 – винт М16; 15 – штифт; 18 – полукольцо установочное; 19 – винт М16;

20 – гайка М16; 21 – винт М6

Колесо насоса имеет фрезерованные лопатки. С помощью заклепок, проходящих через тело лопаток, колесо насоса скрепляется с покрывающим диском. Удерживается колесо насоса на валу с помощью шпоночного соединения и прижимной гайки-обтекателя. Корпус насоса состоит из двух половин: нижняя половика корпуса крепится к корпусу переднего блока подшипника входным и

68

нагнетательным патрубками. К всасывающему патрубку насоса крепится установочная втулка. В месте ее прохода через корпус блока для предотвращения протечек масла на нее надеты резиновые уплотнительные кольца. На переднюю резьбовую часть втулки навернут фланец, к которому крепится входной трубопровод насоса; фланец стопорится винтом. Внутри втулки имеются ребра, организующие поток масла перед входом на колесо. В корпусе насоса по обе стороны колеса установлены два уплотнительных кольца, из которых одно неразъемное, а второе состоит из двух половин, соединенных по разъему шпильками с гайками. Уплотнительные кольца – плавающие, фиксируются от проворота штифтами, установленными в кольца и входящими в выемки на горизонтальном разъеме корпуса насоса.

Описание конструкции турбодетандера с расцепным устройством и ва-

лоповоротного устройства даны отдельно.

Вкорпусе переднего блока имеется прилив, в расточке которого установлен опорный вкладыш турбодетандера. Подвод масла к нему организован при помощи трубки, выведенной на передний торец блока.

Датчик электротахометра вала турбокомпрессора расположен в переднем блоке. Постоянный магнит установлен в поперечном отверстии ротора турбокомпрессора. Магнитопровод при помощи кронштейна крепится к приливу, в котором установлен опорный вкладыш турбодетандера. Провода, соединяющие датчик электротахометра с показывающим прибором, установленным на щите КИП, выводятся через штепсельный разъем, расположенный на переднем торце блока.

Вчасть блока, обращенной к корпусу, для предотвращения протечек масла между ротором и корпусом установлено маслозащитное кольцо.

Описание масляного выключателя автомата безопасности и реле осево-

го сдвига приведено в описании системы регулирования.

Для удобства настройки автомата безопасности на крышке имеется люк; второй люк, закрытый прозрачной крышкой, предназначен для наблюдения в процессе монтажа за работой расцепного устройства.

Вкладыши ротора турбокомпрессора

Ротор вращается в двух вкладышах скольжения:

−передний опорно-упорный − установлен в переднем блоке, воспринимает осевые и радиальные нагрузки;

−задний опорный − установлен в корпусе среднего подшипника, воспринимает только опорные нагрузки.

Опорно-упорный вкладыш (рис. 46) выполнен с горизонтальным разъемом, верхняя и нижняя часть соединены между собой 4-мя шпильками с гайками, контрятся шплинтами и центрируются 2-мя штифтами. Опорная часть залита баббитом. Во вкладыше винтами крепятся 2 упорных полукольца (4), на которых установлены по 12 рабочих и установочных колодок (5), воспринимающие осевые усилия со стороны ротора. Они воспринимают осевые нагрузки во время пусков и остановок агрегата.

69

Рис. 46. Опорно-упорный вкладыш

1 − верхняя половина; 2 − нижняя половина; 3−шпилька; 4−полукольцо; 5 – колодки; 6−уплотнительные кольца; 7 – болт; 8 – опорная подушка; 9 – сегмент; 10 – отверстия

Для уменьшения утечек масла из камеры колодок установлены уплотнительные кольца (6) плавающего типа с баббитовой заливкой, предохраняемые от поворота штифтом. Кольцо выполнено с горизонтальным разъемом, соединяется при помощи болтов (7) с гайками и шайбами гровера (шайба разрезная пружинная служит для предупреждения самоотворачивания гаек при вибрации агрегата).

70