Разделение приводов движителя и компрессора. Конструктивные схемы двухвальных ГТУ
Под конструктивной схемой ГТУ обычно понимают характеристику взаимного расположения основных ее элементов и принципиальное конструктивное решение, с помощью которого это взаимное расположение реализуется.
Даже при ограниченном наборе элементов: числе компрессоров (ступеней сжатия), газовых турбин (ступеней расширения), воздухоохладителей (ступеней промежуточного охлаждения воздуха), камер сгорания (ступеней подогрева газа) и регенерации, число теоретически возможных конструктивных схем оказывается весьма большим. Опыт отечественного и зарубежного газотурбостроения показывает, что наиболее эффективными для судовых условий являются только некоторые компоновочные схемы ГТУ.
Выше были рассмотрены конструктивные схемы ГТУ с блокированными компрессором и пропульсивной турбиной (компрессор, газовая турбина и потребитель были соединены жесткой связью – находились на одном валу). При таком соединении совместная работа компрессора и потребителя возможна только на одном расчетном режиме, когда частота вращения потребителя постоянна и является оптимальной для работы компрессора. Подобные ситуации имеют место, если потребителем энергии судовой ГТУ является электрогенератор или водометный движитель. Если же ГТУ работает на гребной винт, то любое возмущение, вносимое в режим работы винта, тут же сказывается на режиме работы турбокомпрессора. А так как от вала компрессора получают вращение навешенные на него приводы топливных насосов и других вспомогательных механизмов, то изменение режима работы турбокомпрессора тут же сказывается на расходах топлива, воздуха и, соответственно, работе всего ГТД в целом. На режимах частичных нагрузок применение схемы с блокированным компрессором влечет снижение КПД установки при любом способе регулирования.
Для всережимных судовых ГТУ должна быть предусмотрена возможность работы при любой мощности на выходном валу при согласованных между собой на каждом режиме частотах вращения гребного вала и компрессора. Это может достигаться следующими способами:
- применением винтов с поворотными лопастями (винтов регулируемого шага) при постоянной частоте вращения главного двигателя;
- разделением приводов компрессора и движителя.
Разделение приводов имеет в своей основе применение нескольких турбин, последовательно включенных в газовый тракт установки. Одна из турбин является пропульсивной (передающей мощность на движитель), другие турбины являются приводными для компрессоров. Расположение этих турбин может быть осуществлено разными способами – при прямом или перекрестном соединении турбомашин.