Тема 2 Газотурбинные установки

Газотурбинная установка– машина, преобразующая тепловую энергию в механическую и состоящая из одного или нескольких компрессоров (чаще осевого типа), теплового устройства для нагрева рабочего тела, одной или нескольких турбин, системы регулирования и необходимого вспомогательного оборудования.

Основные узлы газотурбинного двигателя:

– осевой компрессор;

– камера сгорания;

– газовая турбина (турбина газогенератора и свободная турбина);

– рама двигателя;

– коробка приводов (на авиационных и судовых двигателях);

– теплозащитные экраны;

– трубопроводные коммуникации;

– электропроводка.

Основные системы газотурбинного двигателя:

– система смазки и суфлирования;

– система топливопитания

– система автоматического управления;

– система запуска;

– система отборов воздуха.

Принцип работы газотурбинной установки выглядит следующим образом:

Атмосферный воздух поступает в компрессор двигателя. В компрессоре происходит повышение давления и температуры воздуха. Осевая скорость потока несколько уменьшается. Часть воздуха из проточной части компрессора отбирается на технологические нужды двигателя, а также на нужды ГПА.

Из компрессора воздух поступает в камеру сгорания, где за счет непрерывного сгорания топливного газа, подводимого через форсунки, температура смеси продуктов сгорания и воздуха значительно возрастает. Часть воздуха в камере сгорания участвует в процессе горения, а часть идет на смешение с горячими газами, понижает их температуру до величины, обеспечивающей надежную работу деталей камеры сгорания и турбины. Скорость потока газа в камере сгорания, вследствие подвода тепла, увеличивается, а давление, из-за гидравлического сопротивления, несколько уменьшается.

Из камеры сгорания поток горячих газов поступает последовательно в турбину газогенератора и свободную турбину. В турбинах потенциальная тепловая энергия выходящего из камеры сгорания потока горячего газа преобразуется последовательно в кинетическую энергию и механическую работу вращения ротора газогенератора и ротора свободной турбины. Давление, температура газа и скорость потока в турбинах уменьшается. Мощность турбины газогенератора расходуется в основном на привод ротора газогенератора. Небольшая часть мощности турбины газогенератора используется для привода агрегатов на коробке приводов. Мощность турбины свободной расходуется на привод нагнетателя.

Из турбины свободной выхлопной газ поступает в выходное устройство ГТУ и далее в систему выхлопа.

Тепловая схема ГТУ и графики изменения температуры и давления показаны на рисунке 4.

Рисунок 4 – Тепловая схема ГТУ

Для использования кинетической энергии газогенератора и свободной турбины в ГТУ применяются коробки приводов. На коробке приводов размещены приводные агрегаты, обеспечивающие работу систем двигателя (маслонасосы, суфлеры). Так же на коробке приводов устанавливаются пусковые двигатели.

В коробке приводов движение предается от роторов ГТУ с помощью зубчатых передач.

На рисунке 5 представлена кинематическая схема газотурбинного двигателя ПС-90ГП-2 с применением одной коробки приводов, соединенной с ротором газогенератора.

Рисунок 5 – Кинематическая схема двигателя ПС-90ГП-2

На рисунке обозначены: 1 – коробка приводов; 2 – центральный привод; 3 – вал шлицевой; 4– компрессор газогенератора; 5 – вал привода; 6 – турбина газогенератора; 7 – турбина свободная (силовая); 8 – трансмиссия; 9 – привод к блоку центробежных агрегатов (БЦА-94); 10 – привод прокрутки; 11 – привод стартера; 12 – запасный привод; 13 – привод к блоку маслонасосов.