Принцип работы осевого компрессора.

Ротор вращается с высокой скоростью от турбины так, что воздух непрерывно поступает в компрессор, который затем разгоняет вращающимися лопатками и закручивается в сторону соседнего ряда направляющих лопаток статора. Рост давления происходит от энергии полученной воздухом в роторе, который придает скорость воздуху. Затем воздух тормозится (рассеивается) в последующем канале статора и кинетическая энергия превращается в давление.

Направляющие лопатки статора также служат для поправки отклонения, придаваемого воздуху рабочими лопатками ротора, и поставляют воздух с заданным углом на следующий ряд лопаток ротора. Последний ряд направляющих лопаток статора используется как выпрямляющий, который убирает закрутку воздуха перед поступлением его в камеру сгорания при достаточно равномерной осевой скорости. Изменение в давлении и скорости, которые происходят в воздушном потоке, при проходе через компрессор, сопровождаются нарастанием температуры воздуха, по мере нарастания давления.

Недостатками осевых компрессоров является сложность производства числа лопаток, склонность к загрязнению, уязвимость лопаток при попадании в проточную часть взвешенных частиц, влаги и посторонних предметов, медленно набирает обороты, низкая приемистость.

 

Отборы воздуха от ОК:

· от  5-й ступени на верхней половине – на наддув лабиринта

переднего подшипника;

· от 6-й ступени (КПВ №2) на нижней половине слева – на наддув промежуточной полости картера турбины;

· от 10-й ступени (внизу, слева) – к агрегатам АУ-10 и АУП-10;

· от 14-й ступени (от верхних коробчатых ребер - из картера турбины) – к ограничителю статического давления ДГ-12 и к воздушному редуктору, от которого к АУ-10 и АУП-10.

 

Наддув лабиринтных уплотнений масляных полостей подшипников:

· переднего – от 5 ступени ОК максимальный расход воздуха – 0,03 кг/сек.

· заднего – из задней разгрузочной полости ОК (около 1,6 кг/см²);

Опоры ротора

Передний и задний валы ротора опираются на подшипники качения – шариковый и роликовый, расположенные, соответственно, в передней опоре (роликовый) и в картере турбины (шариковый).

КАРТЕР ТУРБИНЫ.

(силовой элемент двигателя, воспринимающий нагрузки ротора турбокомпрессора, статора турбины и камеры сгорания, внутри которого расположены, задний подшипник компрессора, передний подшипник турбины и камера сгорания)

Картер турбины: · наружный кожух с передним и задним фланцами (поз.1) и (поз.3) · коническая балка (поз.2) соединенной с 12-пустотелыми ребрами (поз.8) · направляющий кожух (поз.4)) · жаровая труба с 12-ю головками (поз.5) · задний шариковый подшипник компрессора (поз.6) · передний роликовый подшипник турбины (поз.7)

5

8

7

7

4

4

6

6

2

2

1

3

          

Между ребрами картера турбины на наружном кожухе расположены (привариваются) двенадцать фланцев под рабочие форсунки.

Коническая балка предназначена для размещения корпусов подшипников и передачи усилий от них через ребра на наружный кожух.

Подвод масла к подшипникам осуществляется по маслопроводу, проходящего через верхнее ребро (первое) и соединяющегося с трубопроводом раздачи масла к обеим опорам. Масло из опор сливается в маслополость.

 

 Система суфлирования (рис.23) с наддувом масляных полостей подшипников.

Цель - снижение утечек воздуха через лабиринтные уплотнения, а также поддержание оптимального перепада на контактных уплотнениях, созданием внутреннего противодавления в масляных полостях.

Суфлирование -  сообщение масляного бака, полости, или картера двигателя с атмосферой во избежание повышения давления в них вследствие нагрева и испарения масла или прорыва газа через уплотнения и зазоры.

Задействованные ребра картера турбины:

Ребро №1. Подача масла на смазку подшипников, суфлирование маслополости через центробежный суфлер и далее по наружному трубопроводу в проточную часть.

Ребро №7. Слив масла по трубам к откачивающим ступеням маслонасоса. Стравливание воздуха из промежуточной полости.

Ребро №10. Подвод воздуха из-за 6 ступени О.К. в промежуточную полость.

Ребро №11. Суфлирование воздушной полости в проточную часть опоры С.Т.

Суфлирование воздушной полости в проточную часть опоры СТ

Cуфлирование маслополости через центробежный суфлер (на передней опоре) и далее по наружному трубопроводу в проточную часть опоры СТ

11

10

1

2

9

Слив масла по трубам через переходник с двумя каналами с сетчатыми фильтрами к откачивающим ступеням маслонасоса

5

6

РМ смазки

12

 

  

 

 

3

4

7

Стравливание воздуха из промежуточной полости (Ф 3 мм)

8

Подвод воздуха из-за VI ступени ОК в промежуточную полость (Ф 6 мм)

 

 

Система суфлирования (рис.23)

Между масляной полостью и стенками конической балки промежуточная полость исключает возможность соприкосновения масла с горячими стенками конической балки.

Для снижения температуры стенок масляной полости промежуточная полость - продувается воздухом, подводимым из-за шестой ступени компрессора к 10-му ребру. Отвод воздуха из промежуточной полости наружу производится через дренажный штуцер на 7-ом ребре картера турбины (нижнее ребро). Создаваемое за счет этого избыточное давление увеличивает герметичность маслополости. 

Воздушная полость низкого давления - за счет суфлирования снижает количество газов прорывающихся через лабиринтные уплотнения в маслополость и обеспечивает необходимый наддув этих лабиринтных уплотнений. Суфлируется через трубы, проходящие через 11-ребро, в коробку суфлирования и по наружному трубопроводу в проточную часть опоры СТ.

Во избежание утечки масла из масляной полости в промежуточную часть двигателя, давление в газовой полости поддерживается большим, чем в масляной полости на величину 0,7 - 1,3 кгс/кв.см. Расчетное избыточное давление в полости обеспечивается установкой дроссельной шайбы Ф от12до28 мм.

 

КАМЕРА СГОРАНИЯ.

Назначение камеры сгорания состоит в том, чтобы обеспечить подвод тепла к сжатому воздуху, поступающему из компрессора, путем сжигания в нем топливного газа.

Камера сгорания (рис.24) установлена в картере турбины. Камера сгорания кольцевого типа с индивидуальными головками выполнена сварной конструкции из жаростойкой стали и состоит из 12-ти головок в виде усеченных конусов, наружного и внутреннего кожуха. Головки расположены между ребрами картера турбины. На головках сделано по три ряда отверстий для подвода охлаждающего воздуха в зону горения.

В передней части каждой головки расположены завихрители, которые служат для закрутки воздушного потока внутри головок. 

На выходе из завихрителя имеется специальная шайба на втулке, за которой создается вихревая зона. В результате закрутки воздуха завихрителем у оси головки камеры сгорания создается поток горячих газов в направлении обратном общему потоку газов. Горение начинается перед отверстиями задней части диффузора. Наличие малых осевых скоростей потока и высокая температура непрерывно поступающих сюда продуктов сгорания создают благоприятные условия для устойчивого горения газовоздушной смеси.

Форсунки. Для обеспечения надежного и устойчивого горения с высокой полнотой сгорания, а также подача и распределения топливного газа в камере сгорания осуществляются двенадцатью струйными много сопловыми рабочими форсунками, которые устанавливаются в каждой головке камеры сгорания. Топливный газ к форсункам подводится из кольцевого газового коллектора.

Форсунка состоит: из распылителя, корпуса и фланца. На донышке распылителя, выступающем внутрь жаровой трубы, имеются 10 газораспределительных отверстий диаметром 3 мм и одно отверстие 1 мм для охлаждения донышка.

Запальные устройства. Зажигание топливного газа в камере сгорания производится двумя воспламенителями, которые устанавливаются во второй и одиннадцатой головках камеры сгорания.

Воспламенитель представляет собой корпус, в котором смонтирована пусковая форсунка и ввернута свеча СПН-4-3Т.

Нижняя часть корпуса образует факельную камеру. В эту камеру пусковая форсунка подает пусковой топливный газ. В камере топливный газ смешивается с воздухом, и (газовоздушная смесь) воспламеняется от искрового разряда свечи.

Камера сгорания (рис.24)

ТУРБИНА.

Газовая турбина двигателя состоит из двух основных узлов: турбины турбогенератора и свободной турбины. Трехступенчатая турбина турбокомпрессора приводит во вращение ротор осевого компрессора и вспомогательные агрегаты двигателя.

Одноступенчатая свободная турбина приводит во вращение центробежный нагнетатель газоперекачивающего

137

агрегата. Турбины имеют между собой только газовую связь. На обеих турбинах срабатывается весь тепловой перепад. За свободной турбиной происходит расширение газа до атмосферного давления.

Ротор турбины компрессора жестко связан с ротором компрессора и вместе образуют ротор турбокомпрессора. 

Ротор свободной турбины связан с ротором нагнетателя через торсионный вал.

Турбина компрессора трех ступенчатая, осевая, реактивная. Проточная часть турбины выполнена расширяющейся, от входа к выходу.

 Диаметр наружного контура канала увеличивается по длине газового тракта с 745мм у первого соплового аппарата до 841 мм на выходе из турбины, диаметр внутреннего контура канала уменьшается по длине газового тракта с 614мм у первого соплового аппарата до 567мм на выходе из  турбины. Высота канала по радиусу на входе        составляет 65,5мм, на выходе 137мм.

 

В состав турбины турбокомпрессора

а) ротор

 1-ступень 71 лопатка (литая)

 2-ступень 69 лопаток (литая)

 3-ступень 67 лопаток (штамповка)

б) статор турбины;

в) промежуточная опора;

г) проставки.

Ротор (трехступенчатый) - состоит из рабочих колес, переднего и заднего вала с упругой втулкой.

Ротор вращается на роликовых подшипниках, передний роликоподшипник установлен в картере турбины, задний - в промежуточной опоре. Масло на смазку и охлаждение подшипников подается в двух направлениях по маслопроводу картера турбины. На конце вала крепится шестерня привода откачивающего маслонасоса. Рабочие колеса турбины представляют собой штампованные диски с установленными в них лопатками. Крепление рабочих лопаток в дисках на всех ступенях турбины елочного типа. 

Через зазоры по нерабочей части зубьев лопаток и диска осуществляется охлаждение замка продувкой воздуха.

Статор турбины компрессора - состоит из сопловых аппаратов первой (49 лопаток), второй (57 лопаток) и третьей (59 лопаток) ступени.

Каждый сопловой аппарат имеет наружные и внутренние кольца, между которыми установлены лопатки, образующие каналы для газа, поступающего на лопатки рабочего колеса. Сопловой аппарат первой ступени расположен внутри картера турбины. 

Промежуточная опора - является силовым узлом двигателя, в котором смонтированы задний подшипник ротора турбины, откачивающий маслонасос и газовый тракт для рабочего тела к свободной турбине. Газовый тракт образуется двумя кожухами - внутренним и наружным, соединенными между собой шестью пустотелыми ребрами. Во внутреннем кожухе размещен корпус демпфера, в котором монтируется демпфирующий пакет (набор кольцевых пластин и между ними масло для сжатия) и роликовый подшипник, являющийся опорой вала ротора турбины. Демпфирующий пакет снижает виброперегрузки при проходе ротором турбины критических оборотов примерно в 10раз.         

Для предохранения подшипников, от воздействия горячих газов, предусмотрены тепловая изоляция из стеклоткани и теплоизоляционного пояса на внутреннем кожухе.

Проставки. Между промежуточной опорой и сопловым аппаратом свободной турбины установлены наружная и внутренняя проставки. Они служат для выравнивания газового потока после турбины и уменьшения газодинамического влияния ребер промежуточной опоры на лопатки рабочего колеса свободной турбины.

Проставки цилиндрические из жаропрочной стали, к ним приварены фланцы для соединения с промежуточной опорой и сопловым аппаратом свободной турбины. На наружной проставке, шесть фланцев, для крепления термопар замера температуры газов на входе в свободную турбину. В задней части проставки приварено плавающее кольцо, образующее лабиринт с внутренним кольцом соплового аппарата СТ и уплотняющее полость перед ним.

Свободная турбина    одноступенчатая, осевая, реактивная, предназначена для привода центробежного нагнетателя.

Состоит из ротора, соплового аппарата, опоры и кожуха.

Ротор свободной турбины состоит: из рабочего колеса, вала и шлицевой втулки. На диске рабочего колеса расположена 51 лопатка, замок елочного типа. Ротор вращается в двух опорах. Передней опоре подшипник роликовый, задняя опора состоит, из пакета роликового и шарикового подшипников. В средней части вала установлена коническая шестерня привода откачивающего маслонасоса.

 Правый конец вала имеет внутренние шлицы для передачи крутящего момента через шлицевую втулку на торсионный вал и далее к ротору нагнетателя.

Сопловой аппарат свободной турбины состоит: из наружного кольца, лопаток, внутреннего кольца. Концы лопаток свободно входят в профильные прорези внутреннего кольца. К наружному кольцу лопатки приварены.

Опора свободной турбины является силовым элементом, воспринимающим, усилия от статора и ротора и через подвески, передает это усилие на раму установки.

В силовую схему опоры СТ., входят внутренний литой корпус и наружный силовой кожух, соединенных пятью пустотелыми ребрами, образующими газовый тракт. Пустотелые ребра использованы для размещения масляных и воздушных коммуникаций. Подвод смазки к подшипникам осуществляется от маслонасоса, расположенного в нижней части опоры свободной турбины. Масло подается к четвертому ребру и раздается по каналам в ребре к переднему и заднему подшипникам и сливается через нижнее полое ребро в коробку приводов СТ.                                            

Наддув переднего лабиринта

4

5

2

3

1

Подача масла к подшипникам (слив через 1-ребро в коробку приводов)

Суфлирование воздушной полости картера турбины (от 11-ребра)

Сброс воздуха от центробежного суфлера картера турбины

Наддув заднего лабиринта

Коробка приводов СТ.

 

Опора свободной турбины (рис.25)

 

Задействованные ребра свободной турбины (рис.25).

1.Коробка приводов СТ.

2.Наддув переднего лабиринта.

3.Наддув заднего лабиринта.

 

4.Подача масла к подшипникам, (слив масла через первое ребро в КПСТ).

5.Незадействованное.

а).  Сброс воздуха от центробежного суфлера картера турбины.

б). Суфлирование воздушной полости картера турбины от одиннадцатого ребра.

Маслополость подшипников с обеих сторон имеет маслоуплотнительные лабиринты, надуваемые воздухом из ресивера камеры сгорания.

В нижней части опоры установлена коробка приводов СТ.