Выходное устройство газотурбинного двигателя

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: изучение конструкции и назначения выходного устройства ГТД.

Выходное устройство - часть двигателя, расположенная за силовой турбиной и предназначенная для отвода газов из ее проточной части.

Оно должно иметь минимальное гидравлическое сопротивление, обладая при этом высокой стойкостью против коробления, прогара и газовой коррозии.

Выходное устройство состоит из наружного и внутреннего оболочек, соединенных стойками. Внутренний конус-обтекатель служит для предотвращения резкого расширения газа за турбиной и плавного перехода потока из кольцевого сечения за турбиной в сплошное за конусом.

Выходное устройство также является элементом силовой схемы ГТУ и служит задней опорой ротора силовой турбины.

На наружном корпусе выходного устройства имеются:

• штуцера для подвода масла к подшипникам и для его отвода;

• электрические разъемы для снятия сигнала от индуктивных датчиков частоты вращения ротора силовой турбины, размещенных во внутреннем конусе;

• фланцами для отбора горячих газов.

Угол внутреннего конуса у вершины составляет 30-50 ⁰. Устойчивое разряжение вокруг конуса использовано для организации воздушного охлаждения размещенных в нем подшипников ротора силовой турбины.

К заднему фланцу наружной обечайки корпуса выходного устройства крепится поворотный патрубок, который может монтироваться как при правом, так и левом варианте установки двигателя.

Детали конструкции выходных устройств работают в условиях обтекания химически активными газами при высокой температуре, достигающей 900 - 1000 К. Поэтому для изготовления деталей выходного устройства используются жаропрочные нержавеющие стали типа 1Х18Н9Т, 0Х18Н12Б или титанового сплава.

Порядок выполнения работы

1. Изучение конструкции и назначения выходного устройства газотурбинного двигателя.

2. Эскизирование выходного устройства ГТД и определение его основных геометрических параметров.

Контрольные вопросы

1. Для чего служит выходное устройство ГТД?

2. Какие требования предъявляются выходным устройствам ГТД?

3. Из каких материалов изготавливаются элементы выходных устройств?

Лабораторная работа №10

Конструктивные схемы газотурбинных двигателей

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: изучение расположения основных узлов ГТД и их силовой взаимосвязи.

Основные неподвижные элементы ГТД, воспринимающие силы и моменты, возникающие в процессе работы двигателя, образуют его силовую схему. В ее состав входят корпуса компрессора, камеры сгорания, турбин, корпуса входного и выходного устройств и опор подшипников.

При работе ГТД на силовые корпуса действуют газодинамические силы, силы инерции и тяжести. Поэтому к нему предъявляются повышенные требования в отношении прочности и жесткости.

Газодинамические силы возникают во входном устройстве, при обтекании лопаток направляющих и сопловых аппаратов компрессора и турбины. Величина газодинамических сил пропорциональна массе воздуха или газа, протекающих по проточной части турбомашин в единицу времени, и разности скоростей потока на соответствующих участках. Вектор газодинамических сил направлен под углом к оси двигателя.

Силы, возникающие на направляющих лопатках компрессора и на диффузорном участке камеры сгорания, направлены в сторону входного устройства ГТД.

Силы, возникающие на лопатках сопловых аппаратов турбин, направлены в сторону выходного патрубка.

Осевые силы вызывают напряжения растяжения или сжатия в силовых корпусах ГТД.

Окружные составляющие сил, действующие на корпуса, создают крутящий момент, который также воспринимает судовой фундамент.

Число узлов крепления ГТД к судовому фундаменту определяется размерами двигателя, величиной и характером действующих нагрузок.

Неравномерность полей скоростей и давлений газового потока вызывают вибрации силовых корпусов, что негативным образом сказывается на ресурсе и надежности ГТД.

Окружные составляющие газодинамических сил определяют величины крутящих моментов, действующих в рабочих колесах компрессора и турбин.

Осевые составляющие сил, действующие в компрессоре и турбинах, направлены в противоположные стороны. Поэтому соединение роторов компрессора и турбины позволяет уменьшить нагрузку, действующую на радиально-упорный подшипник.

Равнодействующая всех осевых сил, воздействующая как на корпуса, так и передаваемая роторами через радиально-упорные подшипники, воспринимается через узлы крепления ГТД судовым фундаментом.

Количество радиально-упорных подшипников равно числу роторов.

В вертолетных и танковых ГТД , применение которых наиболее вероятно на судах речного флота, используют как двухроторную, так и трехроторную схемы.

В двигателях, выполненных по двухроторной схеме, например в двигателях типа ТВ3-117, применяют два радиально-упорных подшипника. Один из них устанавливают на задней цапфе ротора компрессора, в корпусе опоры, расположенной между компрессором и камерой сгорания.

Второй радиально-упорный подшипник устанавливают на вале силовой турбины за ее второй ступенью, в корпусе выходного устройства.

В этой схеме ротор компрессора и турбины его привода имеют еще два радиальных подшипника. Один из них расположен во входном устройстве, а второй - в корпусе опор, расположенном между турбиной привода компрессора и силовой турбиной.

Радиальный подшипник силовой турбины расположен также в корпусе выходного устройства.

В трехроторных схемах, в которых имеется компрессоры низкого и высокого давления и соответствующие турбины для их привода, радиально-упорные подшипники расположены между компрессорами. Каждый из этих роторов имеет еще по два радиальных подшипника.

Силовая турбины, как и в предыдущем случае, имеет два подшипника, один из которых выполняют радиально-упорным.

Порядок выполнения работы

1. С помощью чертежей, технической документации и узлов двигателя ТВ3-117 определить корпуса, входящие в его силовую схему.

2. Определить положение радиальных и радиально-упорных подшипников.

3. Определить направление осевых и окружных составляющих сил, действующих на корпусы и роторы компрессора и турбин.

4. Выполнить схематический чертеж двигателя.

Контрольные вопросы

1. Какие узлы входят в силовую схему ГТД?

2. Какие силы действуют на корпуса и роторы ГТД?

3. На какое количество подшипников опираются роторы компрессора и турбин?

4. Где расположены радиально-упорные подшипники роторов?

Список рекомендованной литературы

1. Артемов Г.А. Совершенствование судовых газотурбинных установок. Л.: Судостроение, 1984,

1. Жаров Г.Г., Венцюлис Л.С. Судовые высокотемпературные газотурбинные установки. Л.: Судостроение, 1973.

3. Костюк А.Г. Динамика и прочность турбомашин М.: Машиностроение 2007

2. Маслов Л.А. Судовые газотурбинные установки. Л.: Судостроение, 1973.

1. Справочник инженера-механика судовых газотурбинных установок. Под ред. В.Д. Речистера. Л.: Судостроение, 1985