Газовые турбины проблемы и перспективы. Манушин Э.А. (1014151), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Паровая турбина при этом автоматически отключаеуся от редуктора, а пар от котла-утилизатора сбрасывается в конденсатор. ГГТА обладает высокой ремонтоспособностью; за 2 — 3 ч в условиях эксплуатации может быть заменен любой навешенный агрегат ГТД (коробка приводов, топливный, масляный насосы и др.). Предусмотрена возможность полной заме. иы ГТД одним из двух запасных силами команды за 48 ч. ГГТА полностью автоматизированы и могут эксплуатироваться без постоянной вахты в машинном отделении.
Пуск, остановка, управле. ние ГГТА, а также контроль за его работой осуществляются при помощи системы дистанционно-автоматического управления из рулевой рубки И поста дистанционного управления. При повышении температуры газа перед турбиной ГТд может быль значительно снижен удельный расход топлива; уже при Тг = 1220 К се ~ < 207 г/(кВт ч) при оптимальных параметрах теплоутилизадионного контура.
Одна из возможных схем ГТУ на химическом топливе лля подводных подвижных аппаратов (ППА) показана на рис. 4.3. Водород и кис. дарод из цистерн через тсплообмснники подаются в катвлитическую ка меру сгорания, заполненную шариками палладия в оболочке из оксида алюминия. Такие камеры сгорания могут работать около 250 ч.
Замкну. тый рабочий контур, состоящий из компрессора, турбины, нагревателя газа, регенератора (рекупсратора) и кондового газоохладителя, заполнен гелий-ксеноновой смесью. В камере сгорания образуется смесь водорода 108 Рис, 4Д. Схема ГТУ на химическом топливе для подвижных подводных объектов: 1 — каталвтическая камера сгорания водорода; 2 — гаэонагреватель; 3 — турбина; 4 — электрогенератор; 5 — компрессор; б — теллообменник; У вЂ” цистерна с водородом; 8 — цистерна с кислородом; 9 — рекулератор; 10 — экономайэер; !1 — конденсатор водяных паров," 12 — вентилятор и воды, теплота от которой передается рабючему телу ГТУ в теплообменнике, из которого смесь поступает в экономайзер. Здесь происходит подогрев газообразного избьпочното водорода, возвращаемого в камеру сгорания из конденсатора.
Конденсат либо откачивается за борт насосом (на схеме не показан), либо выталкивается благодаря избыточному давлению в цикле. Такие установки могут создаваться на мощности 20-100 кВт при КПД до 40 %. Основной недостаток установки — относительная сложность конструкции и необходимость размещении оборудования в прочном корпусе ППА или прочном контейнере. Достоинствами ГТУ являются высокая экономичность и отсутствие газообразных продуктов реакции, удаляемых за борт.
Удельная энергия ГТУ может достигать 200 Вт ч/кг, что более чем в 2 раза превышает этот показатель для батареи,с серебряно-цинковыми аккумуляторами. 4.2. Локомотивные ГТУ ГТУ первых отечественных и зарубежных газотурбовозов (см. 8 2.5) выполнялись по простейшей одновальной схеме с электрической передачей постоянного тока. Двухвальный ГТД может применяться в газотурбовозах с механической передачей. КПД такой передачи может дости. гать 92 %, а стоимость в 10 — 20 раз меньше стоимости электрической пеРедачи постоянного тока [5[. Перспективной считается, кроме механической, передача переменного тока.
Она состоит из синхронного генератора трехфазного тока, соединенного с взлом тяговой турбины, и корот- 109 козамкнутых асинхронных тяговых двигателей, соединенных через редук. торы с движущими колесами. Первый отечественный двигатель (рис. 4.4) для локомотива был спроектирован с весьма умеренными параметрами термодинамического цикла, и его КПД бьи низок. Опытный осевой компрессор имел пово. ротные направляющие аппараты всех 12 ступеней, что облегчило цоводку Ротор компрессора дискобарабанной конструкции.
Воздух нз компрессора поступает в блок из шести секционных камер сгорания, работаю. щих как на дизельном, так и на более тяжелом топливе. Конструкция камер сгорания н их крепление к корпусу двигателя допускают простую и быструю разборку камер и замену жаровых труб. Газовая турбина четырехступенчатая, ротор ее дискобарабанный. Как и в роторе компрессора, предусмотрена дентровка дисков и передача крутящего, момента с помощью торцевых шлицов .
(хиртов). Роторы компрессора н турбины стягиваются центральными стяжными болтами и соединяются между собой промежуточным валом со сферическими муфтами, цопускающими некоторую несоосность валов. Нецостатки первых двигателей (в первую очередь низкий КПД) в значительной мере устранены в проекте ГТД второго поколения (!969- 1970 гг.) Его мощность составляет 4420 (5550) кВт (в разных вариан. тах), двигатель спроектирован трехвальным с промежуточными охлаждением и подогревом н с регенерацией. Общая степень повышения давно ния я„= !2,3 достигается в КНД (як, - 3,5) и КВД (я„, = 3,5); расход воздуха 20 (22,6) кг/с. Температура газа перед ТВД и перед тяговой ТСД одинакова и равна 1123 К, Двигатель имеет две секционные камеры сгорания, пластинчзтыи противоточныи рекуператор со степенью регель!хь ции 0,75 (0,8), а также пластинчатый противоточный воздухоохладитель.
Несмотря на усложнение конструкции, удельная масса этого двигателя (2,71 — 2,53 кг/кВт) меньше, чем у первых двигателей этого завода (око. ло 3 кг/кВт). Двигатель предназначен цля работы с электрической пере. ' дачей переменно-постоянного или переменного тока. В перспективе по такой схеме могут выполняться локомотивные ГТД мощностью до 14 МВт, в том числе и с ядерным источником энергии. Выпускавшиеся серийно в США ГТД мощностью 3580 кВт для поко. мотивов (см. й 2.5) выполнялись одновальными, работали по простсйг шему термодннамическому циклу без регенерации при температуре газа перед двухступенчатой турбиной 978 К и степени повьппения давления в 15-ступенчатом компрессоре я„= 6.
КПд двигателя на расчетном режиме составлял 17%. Мощность от двигателя на ведущие колеса локомотива передавалась посредством электрической передачи. Ротор ГТд был четырехопорным. В выпускавшихся затем ГТД мощностью 6250 кВт были использованы многие конструкционные элементы ГТД мощностью 3580 кВт.
Новым в конструкции двигателя бьшо применение двухопор ного ротора, десяти камер сгорания обратного тока. КПД двигатела пРи Гг = 1061 К бьш значительно выше, чем У пРецыдУщего, и состав. лял 20 %. На газотурбовозе также применялась электрическая передача мощности с вала двигателя на оси локомотива.
!!2 4.3. ГТД колесных и гусеничных машин Большая часть ГТД колесных и гусеничных машин (АГТД) выполняются и проектируются как регенеративные; АГТД любой мощности практически не имеют иных возможностей для повышения топливной экономичности, кроме применения регенерации теплоты отраГютавших газов. В АГТД малой мощности используются почти исключительно вращающиеся теплообменннки; такие же теплообменники применяются на некоторых ГТД средней мощности (см.
табл. 2.10) . Практикой автомобильного газотурбостроения накоплен большой опьп создания АГТД различных схем — от одно- до трехвальных с различными трансмисснями. Но в основном АГТД строились по двухвальным схемам, а улучшение характеристик установок обеспечивалось либо регулированием узлов двигателей (введением РСА, входных направляющих аппаратов, систем связи между валами), либо усложнением передачи. В начале !970-х годов опытные двигатели ведущих зарубежных двигателестрцительных фирм "Форд", Дженерал моторс", "БритишЛейланд" вы-' полнялись двухвальнымн, имели двухсекционные (двухдисковые) вращающиеся керамические теплообменники с высокой степенью регенерации (до 0,9 на расчетном режиме), индивицуальные камеры сгорания и РСА силовой турбины, которой служила турбина низкого давления.
Лишь фирма "Дженерал моторс" применяла на своих АГТД соединение валов турбины газогенератора н силовой турбины посредством специальной муфты вместо РСА. Двигатели выполнялись блочными, достаточно простыми по конструкции (как, например, двигатель СТ-404 и его модификации СТ-505 и СТ-605, рис. 4.5; см. также табл. 2.10) . По двухнальной схеме, но без РСА и системы соединения валов, был выполнен отечественный двигатель ГА3-99. Среди современных и перспективных АГТД двухвальные двигатели с лвухдисковымн вращающимися теплообменниками преобладают: по такой схеме выполнены АГТД СТ-404, УТР-!2, АСТ-!00, Ч%-СТ-150, НАМИ (мощностью 258 кВт) (см.
табл. 2.!О), несмотря на то, что их мощности и параметры дикла заметно различаются. Двухвальнымн с тепзообменникамн рекуперативного типа (со стационарными теплообменчиками) выполняются АГТД СТ-601, СТ- ! 801, МТО, С-135 (см. табл. 231). Интересным прецставителем АГТД этого типа служит двигатель СТ-60! фирмы ИТИ (некоторые его эксплуатационные особенности рассмотрены в й 2.6) . Двигатель СТ-601 (рис.
4.6) прецставляет собой двухвальный ГТД со стационарным протнвоточным секционным теплообменннком, двухступенчатым центробежным компрессором, индивидуальной тагенциально расположенной камерой сгорания, радиальной дентростремительной турбиной компрессора и двухступенчатой осевой силовой турбиной, снабженной регулируемыми сопловь ми аппаратами обеих ступеней. Двигатель СТ-180! (см. табл. 2.11) отличается от ГТД СТ-60! не только существенно большей мощностью, но и значительно более высокими начальной температурой газа н степенью повышения давления.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
