Газовые турбины проблемы и перспективы. Манушин Э.А. (1014151), страница 23
Текст из файла (страница 23)
а -5-278 !13 -й* охх а х Ыьч а 'Ф яхх 1 О '~ е Я,„я 'Г аха Ц а ~Х а б о Й х < о х. Ф е~ 'г Б 8~О ф а. е хях о В В х' х фх Хай о х охб 'Ф о д а 114 Ф й А Ои" х ая х ха н ч '1и с.ох а Х Р аа Ц „х х аб х о а ~ -:-.:и е $ а,ю ххаа ач хе а~а'И а а а в оа о х" х х х х х 8 бй-." Вбй хя а о х ах аа х х Ю хяха Доэтому он более экономичен не только на номинальном режиме, но и иа режимах частичной мощности (рис. 4.7). Конструкционная схема и основные конструкционные особенности узлов обоих двигателей во многом похожи (рис. 4 8) .
Высокая экономичность обоих двигателей на номинальном режиме и режимах частичной мощности (рис. 4.7) обеспечивается применением те~л1ообгиенников с высокой степенью регенерации (о = 0,75), а также высоких параметров цикла (особенно в СТ.!801) и КПД узлов. Выбор теплообменника стадиона!!ного типа объясняется тем, что врашаюшисся теплообменники при мощностях, на которые рассчитаны оба двигателя, имеют слишком большие размеры. Кроме того, при я ) ) 4,5 —: 5,0 они работают плохо: в них возникают недопустимо большие перетекания воздуха со стороны выхода иэ компрессора на сторону выхода из турбины. Двигатель СТ-1801 и его модификации рассматриваются как двигатели второго поколения, способные заменить двигатель АСТ-1500 на тяжелых гусеничных машинах.
Как указано в 5 2.6, двигатель АСТ-1500 пок4 единственный АГТД, серийно выпускаемый в настоящее время за рубежом. Двигатель АСТ-1500 (рис. 4.9) выполнен по трехвальной схеме со свободной силовой турбиной низкого давления, стационарным теплооб. меннйком-рекуператором и индивидуальной камерой сгорания. Высокая степень повышения давления обеспечивается двухкаскадным компрессором с осевым пятиступенчатым КНД и осецентробежным (четыре осевых и одна центробежная) КВД. Компрессоры приводятся оцноступенчатыми осевыми турбинами с воздушным охлаждением сопловых лопаток обеих турбин и рабочих лопаток ТВД. Двухступенчатая силовая турбина имеет один ряд поворотных лопаток РСА первой ступени для регулирования двигателя с целью улучшения экономичности на режимах частичной мошности, а также для улучшения приемистости.
Для снижения частоты вращения вала силовой турбины с 22 500 до 3000 мин ' служит одноступенчатый планетарный редуктор. Теплообменник двигателя имеет степень регенерадии о = 0,75 —: 0,79 Р и обеспечивает совместно с РСА первой ступени силовой турбины улучшение экономичности двигателя главным образом на режимах частичной мощности. Размеры теплообменника значительны; он занимает половину олины двигателя.
Конструкция теплообменника весьма оригинальна и не повторена пока 1ш в одном опытном и проектируемом АГТД, Он состоит из набора одинаковых по конструкции кольцевых пластин, изготовленных из листов сцэава инконель толщиной 0,15 — 0,2 мм, которые стянуты силовыми болтами.
В пакете, образованном из этих кольцевых пластин, имеются внутренние каналы лля течения воздуха. Горячий газ после силовой турбины подается во внутреннюю полость теплообменвика и поступает в радиальном направлении в полости между дисками, а подогреваемый воздух проходит через указанные внутренние каналы. Конструкция теплообменника хорошо противостоит теплосменам и температурным градиентам, возникающим на переменных режимах работы двигателя.
115 сеягу О,ООО О,775 Рис. 4Л. Нагрузочные характеристики двигателе». 7 — ГТД СТ-1801; 2 — ГТД СТ-601; 3 — Гтд АСТ-1500 О,755 О,гОО 0,775 7О ЕО 50 ОО Ре% 5 775 7 По трехвальной схеме со свободной сило. вой турбиной низкого давления, с двухкас; кадным компрессором, но без теллообмен. ника, и с кольцевой камерой сгорания быя разработан экспериментальный двигатель ГТД-1Т 151!. В нем оба каскада компрес. сора выполнены одноступенчатымн и кажцый приводится одноступенвтой осевой турбиной. Силовая турбина также одноступенчатая с РСА, К двигателям того же класса мощности, что и СТ.1801, относятся ГТД фирмы "Мотортурбиненуннон" (ФРГ) мошностью 1!75 кВт; двухваль. ный ГТД со свободной ТНД, стационарным теплообменником н нндиви, дуальной камерон сгорания, а также ГТД С-135 фирмы "Ноэль Пенни тербинз" (Великобритания) мощностью 1080 кВт с узлами таких же типов.
Однако оба этих двигателя представляют собой лишь проектные проработки, данные о некоторых их параметрах отсутствуют, а некоторые из показателей ничем не подтверждены (к ним относится, например, чрезвычайно низкое заявленное значение удельной массы двигателя С-!35 — всего 0,122 кг/кВт, которое практически вряд ли достижимо). Перспективы развития ГТД сравнительно небольшой мощности (70 — 100 кВт) связываются в основном с широким применением керамических материалов лля изготовления основных детютей. Рассмотрим конструкционные особенности наиболее современных и перспективных среди этих двигателей — АГТД типов АСТ-100, АСТ-101, и АСТ-102 (см. табл.
2ЛО). Из этих двигателей лишь первый выполнен по традиционной двухвальной схеме, лва остальных — одновальные. К настоящему времени наибольший объем исследовательских н конструкторских работ выполнен по двигателю АСТ-101. Этот двигатель (рис. 4.10, см. также табл. 2.10) имеет оригинальную компоновку: теплообменник в нем расположен кольцом вокруг камеры сгорания. Одно.
вальный двигатель соединяется с бесступенчатой автоматической короб. кой передач, уже разработанной на фирме "Форд" для автомобиля 1980 г., н с уже выпускаемым преобразователем крутящего момента. Для улуч шения характеристик на частичных режимах и прн торможении в этом двигателе, как н в АСТ-!00, применены поворотные лопатки входного направляющего аппарата центробежного компрессора, а для уменьшени~ токсичности отработавших газов — изменяемые проходные сечения в камере сгорания. Отличительной особенностью конструкции двигателя является также применение в одной из опор ротора (расположенной между крыльчатками компрессора н турбины) подшипника лепесткового типа, в котором в качестве смазывающей среды применяется отбираемый за компрессором воздух.
116 Я сэ Ф 'р сз % Б к з о. Я Б о ет о 117 аыхсу яд даупл7яумяг шзса(7,=7334) 7 У И 11 7 119 Рис. 4.9. Серийный денга~ель АСТ-1500 (схема проточной части): 1 — входной направляющий аппарат КНРн 2 камера сгорания; 3 РГ'А сидо. Всй тУРбнНЫ; 4 — КаваЛ ПОДВОДЕ ВОЗДУХа С Рв = 1,47 МПа И Т = 747 К В тЕГШООВ менникт 5 канал подводе воздуха с рв =1,44 МПв и Тв = 840 К к камере старз.
ния; б — теплообменник-рекупсряторз 7 — псродний подшипник вала низкого давления; 8 — КВЛ; 9 — ротор ТВД; 10 — ротор ТНд; П ротор силовой турбины; Т2 — планетарный редуктор; 13- пзтрубок для отвода газа с Тг = 870 К за турбиной Рабочее колесо компрессора двигателя АСТ-101 имеет 12 полных и 12 укороченных на входе лопаток. Палаточный днффузор состоит из двух рядов лопаток, позволяющих эффективно затормозить высокоскоростной поток воздуха за рабочим колесом и безлопаточным аппаратом. Расчетный КЛД компрессора л = 79%.
Радиальная пентростремительная турбина двигателя АСТ-101 имеет 19 сошзовых н 13 рабочих лопаток. Результаты испытаний показали, что КПД турбины находится на высоком уровне. На холостом ходу лт = = 76,3 % при расчетном значении 71,8 Рс, на режиме промежуточной мощности лт = 79,6 % вместо 78,2 % по расчету, н лишь на режиме макснмзль. ной мощности К11Д несколько ниже расчетного: л = 86,5%с вместо 87,1%. Камера сгорания двигателя АСТ-101 должна быть выполнена полностью нз карбида кремния, и в ней, так же как в камере двигателя АСТ-!00, предполагалось применить изменяемую геометрию, позволяю.
щую поддерживать температуру в первичной зоне не выше 1920 К. Однако в последнее время появились сведения, что от такой камеры сгорания фирма отказалась нз-эа ее конструкционных недостатков: трудностей регулирования и недостаточной долговечности из-за наличия скользящих относительно друг друга керамических деталей.
Исследован другой способ обеспечения чистоты процуктов сгорания — организация процесса горения бедной топливовоздушной смеси, которая получается в результате тша" тельного поремешивания топлива и воздуха. Для обеспечения равномерных во всех направлениях деформаций и облегчения изготовления детали нз керамических материалов стремится выполнять осеснмметричнымн.
Такую форму имеют все детали двигато ля АСТ-101, за исключением корпуса-разделителя потоков воздуха н газа. 118 Рнс. 4.! О. Продольный разрез дв извтеля АСТ-101: 1 — матрица тсплообмснникв-регенераторв; 2 — корпуораздслитель потоков воздуха и газа; 3 — внутренняя стенка диффузорв турбины; 4 — корпус турбины; 5— наружная стенка диффузорз турбины; б — ротор турбины; 7 — дисзинционнав втулка кольцевого патрубкв за турбиной; 8 — сопповой аппарат турбины; 9— задний корпус турбины; 10 — внутренняя стенка пятрубказ Л вЂ” наружная стенка патрубкв; 12 — камера сгорания; 13 — экран тешзообмснзшка Основная особенность двигателя АСТ-102 — механическая передача с непрерывно изменяемым передаточным отношением и маховиком, изготовляемая фирмой "Крайслер".
При разработке двигателей АСТ-100, АСТ-101 и АСТ-102 проявляются тенденции современного автомобильного газотурбостроення: всемерное снижение стоимости, повышение надежности и экономичности при значительном росте начальной температуры газа, реализуемом путем применения керамических материалов для деталей высокотемпературнои части двигателя. Этн же тенденции характерны и для АГТД существенно большей мощности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
