Главное меню

Главная Судовые газовые турбины Конструкция и принцип действия газовых турбин Конструкция основных деталей газовых турбин и материалы
Конструкция основных деталей газовых турбин и материалы

Детали газовых турбин (лопатки, диски, камера сгорания и др.) работают в области высоких температур, испытывают боль­шие напряжения и подвержены действию сильно окисляющей среды. Для изготовления таких деталей применяют сплавы, содер­жащие никель, хром, ванадий, молибден, вольфрам, кобальт. Жа­ропрочные материалы газовых турбин должны обладать высо­кими пределами ползучести и длительной стойкости и противо­стоять коррозии в условиях высоких температур.

Детали, работающие при температурах до 823° К, изготовляют из малоуглеродистых и среднеуглеродистых сталей с содержанием около 0,5% молибдена, а также из хромомолибденовых, хромомолибденованадиевых и кремнехромомолибденовых сталей. К ним относятся стали ЭН10, ЭН145 и др. Для деталей (сопловых и ра­бочих лопаток, дисков, жаровых труб камер сгорания), работаю­щих при температурах 773—923° К, используют стали аустенитного класса на хромоникелевой основе. Они содержат 14— 18% хрома и 9—30% никеля, имеют присадки титана, молиб­дена, вольфрама и ниобия. К этим сплавам относятся стали ма­рок ЭИ69, ЭИ123, ЭИ405, 1Х18Н9Т, ЭИ417, ЭИ395 и др. Детали (сопла, лопатки, жаровые трубы камер сгорания), работающие при температурах 923—1073° К, изготовляют из сплавов на кобаль­товой, никелевой и хромовой основе с присадками молибдена, вольфрама, ниобия.

Указанные материалы трудно поддаются механической обра­ботке резанием, поэтому для облегчения изготовления деталей га­зовых турбин применяют прецизионное литье и прецизионную штамповку. В последнее время разрабатываются керамические и керамикометаллические материалы.

По конструкции газовые турбины принципиально не отличаются от паровых. Так как газовые турбины срабатывают меньшие теплоперепады, чем паровые, то они имеют в большинстве небольшое число ступеней (обычно одну или две). Регулирование мощности газовой турбины осуществляется за счет изменения количества сжигаемого в камере сгорания топлива (в турбине отсутствуют регулирующие клапаны — сопловые).

Судовая Г'ГУ характеризуется относительной простотой и от­сутствием целого ряда элементов оборудования, присущих совре­менной паротурбинной установке. В состав судовой газотурбинной установки входит, газовая турбина, воздушный компрессор, ка­меры сгорания, редуктор, топливная система, система смазки, ох­лаждения и пуска, приборы контроля и управления. В ГТУ с регенерацией тепла и промежуточным охлаждением воздуха входят также теплообменники — регенератор и воздухоохладители.

Рассмотрим некоторые конструктивные узлы газовых турбин.

Сопловой аппарат

Сопловой аппарат (рис. 105, а и б) состоит из наружной обоймы 1, внутренней обоймы 3 с уплотнением 4 и сопловых лопаток 2. Сопловые лопатки закрепляются в пазах обойм штифтами или приварными планками со скошенными боковыми поверхно­стями. Различные углы скоса наружных и внутренних планок пре­пятствуют выпаданию лопаток. Сопловые лопатки монтируют в обоймах с радиальным зазором (учитывают возможность тепло­вого расширения лопаток). Встречаются также сопловые аппараты сварной конструкции. Сопловые лопатки, подверженные действию высоких температур газа, изготовляют пустотелыми. По каналам пустотелой лопатки движется охлаждающий воздух.

Направляющие и рабочие лопатки набираются непосредственно в корпусе турбины или в обойме, монтируемой в корпусе. Чтобы снизить вредное действие высоких температур, направляющие ло­патки первых ступеней выполняют пустотелыми с воздушным ох­лаждением и реже — с водяным. Ввиду значительного объемного расхода рабочего тела (газа) лопатки имеют большую высоту. Для обеспечения безударного входа газа на лопатки их выполняют с закруткой (винтовые).

Лопатки газовых турбин

На рис. 106 показаны различные лопатки газовых турбин. Конструкция лопаток и их хвостовиков позволяет заменять отдель­ные лопатки при их повреждении независимо от соседних.

Консольный ротор и Схема воздушного охладительного диска

Роторы судовых газовых турбин имеют в основном дисковую конструкцию. Для уменьшения возникающих в теле диска напря­жений ему придают форму бруса равного сопротивления. Диск от­ковывают как одно целое с валом или присоединяют к валу с по­мощью различного рода креплений. На рис. 107 показан консоль­ный ротор. Диск 4 соединяется с валом 7 специальными болтами 6. В месте прохода вала через корпус турбины расположено усиковое лабиринтное уплотнение 5. На диске расположены два ряда рабочих лопаток, первой 1 и второй 2 ступеней. Замковая планка 3 препятствует осевому смещению лопатки.

На рис. 108 показана схема воздушного охлаждения диска. Между полотном диска 1 и экраном 2 образованы каналы 3 и 4, к которым подводится воздух от одной из промежуточных ступеней компрессора. Давление воздуха должно быть несколько выше, чем давление газа.

Корпус турбины для удобства изготовления и монтажа чаще всего имеет горизонтальную плоскость разъема. С целью умень­шения температуры стенок и фланцевых соединений корпус иногда с внутренней стороны покрывают теплоизоляцией. Конструкция корпуса показана на рис. 123. Корпус ТВД состоит из литого на­ружного корпуса 8 и внутреннего 10, изготовленного сварным из жаропрочной стали и слоя теплоизоляции 9. В обоймах распола­гаются сопла первой и второй ступеней. Для предотвращения уте­чек газа в корпусе монтируют концевое лабиринтное уплотнение. Горизонтальные фланцы корпуса крепят специальными шпиль­ками.

Турбокомпрессорные агрегаты ГТУ-10

Для предотвращения утечки газов из проточной части турбины и охлаждающего воздуха из полости между корпусом и дисками применяют лабиринтные уплотнения аналогичных уплотнениям паровых турбин.