Газовая турбина и выпускные коллекторы (Раздаточный материал к модулю 1 (Двигатели))

ГАЗОВАЯ ТУРБИНА И ВЫПУСКНЫЕКОЛЛЕКТОРЫдвигателя 5ТДФОглавлениеОглавление............................................................................................................................................... 2Назначение и принцип действия ........................................................................................................... 3Устройство турбины ............................................................................................................................... 3Корпус ..................................................................................................................................................

3Входник................................................................................................................................................ 4Направляющий аппарат...................................................................................................................... 4Ротор турбины ..................................................................................................................................... 4Конструкция выпускных коллекторов. Соединение выпускных коллекторов с турбиной............. 5Охлаждение и смазка турбины ..............................................................................................................

6Назначение и принцип действияНа двигателе установлена осевая одноступенчатая газовая турбина, предназначенная дляпреобразования части тепловой и кинетической энергии отработавших газов в механическуюработу.К турбине газы подводятся с помощью верхнего и нижнего выпускных коллекторов,объединяющих газовые потоки из цилиндров двигателя в общий поток, движущийся с большойскоростью.Конструктивная схема турбины с выпускными коллекторами показана на рис. 1.Коллекторы выполнены в виде асимметричных пятисекционных эжекторов и состоят из пятицельнолитых патрубков.Вход в патрубки 1 и 2 выпускного коллектора выполнен в виде решеток направляющих лопаток5, являющихся продолжением перемычек между окнами 6 цилиндров.Направляющие лопатки спрофилированы таким образом, чтобы углы выхода из решетки ввыпускной трубопровод обеспечивали плавное смещение двух потоков — активного выпуска газовиз одного цилиндра и продувочного воздуха из другого цилиндра.Для уменьшения потерь на трение внутренние поверхности коллектора и направляющиелопатки полируются.Конструктивное исполнение коллектора в виде асимметричного эжектора способствует отсосуостаточных газов и продувочного воздуха из одного цилиндра во время активного выпуска издругого цилиндра.Основными частями турбины являются входник 9, направляющий аппарат 10, ротор 11 турбиныи 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.Функцию соплового аппарата турбинычастичное преобразование потенциальной энергиигазов в кинетическую — выполняют окна цилиндров, направляющие решетки на входе впатрубки 1 и 2 выпускного коллектора и патрубки 8 и 13 с непрерывно уменьшающимсяпроходным 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 видедиска, 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 междурабочими лопатками ротора возникает сила реакции, воздействующая на рабочие лопатки(реактивное действие потока). Кроме того, рабочие лопатки воспринимают усилие, возникающеевследствие изменения направления скорости движения газа, обтекающего лопатки (активноедействие потока). Окружные составляющие этих сил и создают вращающий момент на турбинномколесе.Устройство турбиныТурбина 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. Онвоспринимает все усилия, возникающие при работе турбины. Во внутренней полости корпуса наподшипниках размещается ротор турбины. К фланцу корпуса со стороны редуктора болтамиприкрепляется задняя крышка 17, в которой имеются гнезда для роликоподшипников 4 и 16 вала41 ротора и ведомой шестерни 19.

Для охлаждения корпуса жидкостью системы охлаждениядвигателя в корпусе имеется кольцевая полость. По сверлениям, выполненным в корпусе,подводится сжатый воздух из ресивера двигателя для охлаждения диска турбины, а также маслодля смазки подшипников и шестерен. Фланцем корпус крепится к плите 10 турбины.Входник 1 служит для подвода газа из выпускных коллекторов к направляющему аппарату.Входник отливается из жаростойкой стали. К корпусу турбины входник крепится вместе скрышкой 32 фланцевым соединением. Между фланцем входника и корпусом устанавливаетсяпроставочное кольцо, уменьшающее передачу тепла от входника к корпусу.Во входнике имеются два входных патрубка в виде улиток, направленных по вращению ротораи обеспечивающих плавный подвод газа к направляющему аппарату турбины с минимальными потерями.Для уменьшения подогрева воздуха и обеспечения противопожарной безопасности к входникуприваривается экран (кожух изоляции) 22.Направляющий аппарат состоит из 12 неподвижных направляющих лопаток 25, отлитых изжаростойкой стали.

Лопатки устанавливаются радиально между входником 1 и обоймой 26. Отосевого перемещения лопатки фиксируются выступами полочек на внутреннем и внешнемдиаметрах. Выступы полочек на внутреннем диаметре входят в кольцевую канавку входника.Лопатки устанавливаются с небольшим зазором, обеспечивающим свободу их расширения принагревании.Ротор турбины состоит из ротора 36 турбины и вала 41. Ротор турбины представляет собойдиск, к которому приварены рабочие лопатки 27.

Диск турбины изготовляется методом штамповки,рабочие лопатки — методом точного литья. Вал ротора приваривается к диску. Диск и рабочиелопатки ротора изготовлены из жаростойкой стали.На внешнем диаметре рабочих лопаток имеются полочки 3U, которые образуют бандаж,уменьшающий перетекание газа через радиальные зазоры лопаток, что повышает к. п.

д. турбины.Роликоподшипники 4 и 43 и шарикоподшипник 45 устанавливаются на шейках ведущейшестерни 2.Для уменьшения теплопередачи от диска к подшипникам ведущая шестерня сопрягается свалом по трем пояскам. Для этой же цели на пояске со стороны диска имеются восемь продольныхфрезерованных канавок.Пружинный компенсатор 46 обеспечивает возможность перемещения шестерни 2 относительновала 41 при нагреве.Шестерня с валом соединена шлицами и закрепляется зажимным болтом 3.Наружные обоймы роликового 43 и шарикового 45 подшипников передней опоры установленыв стакане 23, расположенном в корпусе турбины.

От осевого смещения наружные обоймыудерживаются буртиком стакана и фланцем.Между подшипниками размещаются распорные кольца 24 и 44. Через форсуночные отверстия вкольце 24 подводится смазка к подшипникам.Наружная обойма роликоподшипника 4 задней опоры устанавливается в стакане 6,расположенном в задней крышке 17.Осевые усилия, возникающие при работе турбины, воспринимаются шарикоподшипником 45 ипередаются на корпус турбины.Внутри вала ротора запрессована маслонаправляющая втулка 42, имеющая снаружи винтовуюканавку. Со стороны диска во внутреннюю полость вала запрессованы крыльчатка 39 и заглушка38.В вале ротора и ведущей шестерни имеются отверстия для отвода охлаждающего масла вкорпус турбины.В полость между ротором 36 турбины и передней крышкой 32 через два отверстия 08 мм вкорпусе турбины подводится воздух под давлением из ресивера двигателя.Воздух под давлением выполняет роль уплотнителя (воздушный затвор), исключающеговозможность проникновения отработавших газов в полость картера.Со стороны направляющего аппарата полость сжатого воздуха отделена от полостиотработавших газов лабиринтом 31, от полости картера (со стороны переднего подшипникаротора) — беззазорным уплотнением с маслоотражательным кольцом 33.

Уплотнение состоит издвух графитовых колец 37, двух разрезных упругих стальных колец 35 и одного неразрезногостального кольца 34.При работе турбины графитовое кольцо 37 прижимается своим торцом к вращающейсяповерхности маслоотражательного кольца 33 избыточным давлением воздуха в полости междуротором 36 и крышкой 32. Для повышения износостойкости внутренняя цилиндрическаяповерхность 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 трирессоры, последовательно установленные внутри кулачкового вала двигателя. Соединяется рессора12 с ведомой шестерней 19 посредством шлицев.Ведомая шестерня установлена на двух роликоподшипниках 16.

Внутренние обоймыподшипников расположены на шейках шестерни, а наружные обоймы — в стаканах 15 и 20.Смазка к подшипникам подводится через форсуночные отверстия в корпусе, стакане 15 икольце 14.Обойма 26 крепится фланцем к входнику и служит для фиксации лопаток 25 направляющегоаппарата и для установки колец компенсатора на стыке между двигателем и газоходом. Телескопическое соединение обеспечивает возможность свободного перемещения обоймы относительнокорпуса газохода при температурном расширении деталей. На внутренней поверхности обоймыимеется лабиринтное уплотнение ротора, выполненное в виде уплотнительных ножей 29 изстальной ленты, завальцованных с помощью константановых проволочек 28 в канавках обоймы.Это уплотнение уменьшает утечку газа через зазор между бандажными полочками 30 рабочихлопаток 27 и обоймой.Задняя крышка 17 выполнена в виде отливки из алюминиевого сплава и служит для установкистаканов с роликоподшипниками 4 и 16 задней опоры ротора и ведомой шестерни 19.