Схема двухвальной ГТУ с прямым соединением турбомашин
Схема с прямым соединением турбомашин (рис. 65.а) является простейшей среди двухвальных установок. Конструктивно турбина разделена на две части: турбину высокого давления – ТВД и турбину низкого давления – ТНД. ТВД является приводной для компрессора, а ТНД, не связанная с ними механически – пропульсивной турбиной. Эта схема отличается хорошими пусковыми характеристиками, но недостаточно экономична на режимах пониженных нагрузок. Такие простейшие схемы двигателей обычно применяются на легких быстроходных судах.
Схема двухвальной ГТУ с перекрестным соединением турбомашин
В отличие от предыдущей схемы в ГТУ с перекрестным соединением турбомашин (рис. 65.б) пропульсивной является ТВД, а ТНД приводит в действие компрессор. У таких схем имеются неудовлетворительные показатели работы на режимах, отличных от расчетных, поэтому их целесообразно применять только в совокупности с ВРШ.
Схема прямоточной ГТУ с двухкаскадным сжатием воздуха
Так как термодинамические циклы с блокированными и свободными пропульсивными турбинами эквивалентны (способ получения технической работы не влияет на изображение цикла), то для схем ГТУ со свободной пропульсивной турбиной также характерны рассмотренные выше способы повышения КПД. Одним из способов повышения КПД цикла является повышение степени сжатия воздуха – 
. Но получение в однокаскадном осевом компрессоре высоких степеней сжатия сопряжено с конструктивно-технологическими трудностями и приводит к усложнению эксплуатации установки. Высокие степени сжатия довольно просто могут быть получены при использовании двухкаскадного сжатия воздуха: в этом случае общая степень сжатия становится равной произведению степеней сжатия КНД и КВД.
В прямоточном ГТД с двухкаскадным сжатием воздуха (рис. 65.в) два последовательно расположенных компрессора КНД и КВД приводятся в действие двумя последовательно расположенными турбинами ТВД и ТСД (соблюдается прямое соединение турбомашин: ТВД является приводной для КВД, а ТСД – приводной для КНД). Пропульсивной является турбина, расположенная последней по ходу движения газов – ТНД.
|
|
| Рис. 65. Конструктивные схемы ГТД с разделением приводов движителя и компрессора:
а – с прямым соединением турбомашин; б – с перекрестным соединением турбомашин; в – с прямым соединением турбомашин и двухкаскадным сжатием воздуха. |
В таких ГТУ удается получить значительные степени сжатия воздуха при большой начальной температуре газа и небольшие потери давлений в газовоздушном тракте, а также обеспечить работу каждого компрессора в оптимальных условиях. Экономичность такого ГТД на режимах пониженных нагрузок снижается меньше, чем у рассмотренных выше схем. Размещение обоих компрессоров и всех турбин в едином корпусе позволяет получить весьма компактный и мощный двигатель. Газотурбинные установки, выполненные по данной схеме, находят широкое применение на судах и кораблях различных классов и назначений, а также в некоторых отраслях стационарной энергетики.
Большинство судовых и корабельных ГТД прямоточного типа проектируются методом конвертации хорошо зарекомендовавших себя типов авиационных двигателей с добавлением необходимых элементов (дополнительного компрессора, турбин и т.д.).
Схема двухвальной ГТУ с регенерацией
В схемах ГТУ с регенерацией и свободной пропульсивной турбиной возможно достижение более высоких КПД, чем в прямоточных типах установок. Успех внедрения регенерации во многом зависит от конструкции теплообменной поверхности регенератора и гидравлического сопротивления теплообменника, определяющего потерю давления в воздушно-газовом тракте. Схема двухвальной ГТУ с регенерацией (рис. 66.а) отличается от одновальной только наличием свободной силовой турбины. Применение регенерации в цикле двухвальной установки также несколько уменьшает снижение КПД двигателя на частичных нагрузках.