Конвертация турбин двигателя наземных газотурбинных установок

Для эксплуатации в промышленных двигателях могут использоваться авиационные турбины без принципиальных изменений проточной части (это идеально) или новые СТ, присоединяемые к газогенератору. Для привода потребителей частота вращения выходного вала СТ должна совпадать с частотой вращения вала потребителя. Проблема разницы в частотах оборотов решается с помощью применения редуктора. Однако этого всегда стремятся избежать из-за дополнительных потерь мощности, проблем со стоимостью, надежность, необходимостью дополнительных систем обеспечения маслом и др.

Иногда для изменения частоты вращения ТНД для привода генераторов на 300 или 3600 об\мин, осуществляется за счет выбора одного из двух вариантов лопаток для последних ступеней КНД.

Для компенсаций осевой силы ТНД (ранее компенсируемой вентилятором) создают дополнительные разгрузочные полости.

Также на последних лопатках ТНД (преимущественно на последней рабочей) реализуется дополнительный перепад давления (ранее создававший тягу в сопле) и создает полезную мощность, передаваемую потребителю.

Общие особенности конструкции турбин двигателей наземного применения – производных от авиационных двигателей:

Модульность конструкции, допускающая замену максимально возможного количества узлов и деталей прямо на месте эксплуатации.

Отсутствие жестких ограничений по массе, характерных для авиационных турбин. Возможность использования более массивных кострукций в отдельных случаях упрощает проектирование корпусов и дисков

Применение сплавов с более высокой прочностью, стойкостью к окислению и коррозии для рабочих и сопловых лопаток ТВД, в том числе сплавов направленной кристаллизации монокристаллических. Это обусловленно, во-первых, необходимостью обеспечения длительной работы на максимальной мощности (хотя и при меньших на 60-80 температурах). Во-вторых, необходимостью обеспечения значительно более высокой долговечности.

Применение металлических многокомпонентных покрытий обеспечивает защиту от окисления и коррозии наружных и внутренних поверхностей. Это особенно актиально для турбин двигателей морского применения, а также для турбин двигателей, работающих на природном или попутном нефтяном газе, так как их продукты сгорания и возможные примеси гораздо более агрессивны по отношению к металлу, чем продукты сгорания керосина.

Отверстия пленочного или струйного охлаждения в лопатках ТВД должны быть спроектированы или скорректированы для учета условий постоянной работы в гораздо более запыленной среде, чем системы охлаждения турбин авиационных двигателей. Они должны иметь увеличенный диаметр

Турбина предназначена для получения крутящего момента, необходимого для вращения компрессора газогенератора.

ТВД из двух сопловых аппаратов первой и второй ступеней, опоры роликового подшипника и ротора.

Лопатки сопловых аппаратов турбины высокого давления выполняются пустотелыми из жаростойкого сплава методом точного литья.

Ротор турбины высокого давления состоит из вала ротора, двух дисков с рабочими лопатками, роликового подшипника, деталей лабиринтного уплотнения и деталей крепления. На наружном кожухе пера лопаток имеются проточки, образующие кольцевой бандаж с гребешками, уменьшающими утечки газа в радиальном зазоре между ротором и кольцами сопловых аппаратов.

Свободная турбина служит для привода трансмиссии и редуктора в составе газотурбинной установки. Ротор свободной турбины установлен в средней части двигателя.

Передача мощности с вала ротора свободной турбины на вал привода редуктора двигателя осуществляется с помощью переходного вала, проходящего внутри трубы вала ротора компрессора.

Наддув лабиринтных уплотнений роторов привода турбины высокого давления и свободной турбины осуществляется воздухом, поступающим в турбину по трубопроводам через диффузор и кожух вала камеры сгорания. Воздух для охлаждения стоек и крышки поступает по четырем трубопроводам из коллектора. Охлаждение наружной поверхности корпусов турбины высокого давления и свободной турбины осуществляется воздухом, проходящим через подкожухное пространство и выхлопное устройство двигателя.

При низкой температуре за камерой сгорания применяют прямой переходный канал (рисунок 1), при высокой – диффузорный канал (рисунок 2).