Схема ГТУ с полуперекрестным соединением турбомашин

Дата: 2025-05-25; Просмотры: 3

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

В схеме с полуперекрестным соединением (рис. 66.б) применено такое же количество турбомашин, как и в схеме с двухкаскадным сжатием воздуха. Для увеличения КПД цикла использована совокупность регенерации со схемой ПОВ.

Пропульсивной является турбина среднего давления − ­­­­ТСД, расположенная между ТВД и ТНД. ТВД и ТНД являются приводными для компрессоров КВД и КНД соответственно. Расположение пропульсивной турбины между ТВД и ТНД и наличие регенерации дает возможность улучшить энергетический КПД цикла на режимах частичных нагрузок. Однако использование теплообменников исключает возможность организации прямоточного движения рабочих тел в газовоздушном тракте, что неизбежно приводит к увеличению гидравлических сопротивлений ВГТ. ­Широкого распространения такая схема ГТУ не получила. В мировом газотурбостроении известен единственный случай применения полуперекрестного соединения турбомашин на одном из проектов кораблей Британского ВМФ.

Схема ГТУ с блокированными КНД и движителем

В рассматриваемой схеме ГТУ (рис. 66.в) вместо трех турбин применены две, а функции турбины низкого давления, являющейся приводной для компрессора КНД, совмещены с функциями пропульсивной турбины. За счет исключения одной турбины схема установки значительно упрощается, улучшаются ее массогабаритные показатели. Но блокирование привода КНД и движителя приводит к обязательному использованию с данной схемой ГТУ винта регулируемого шага.

Общими признаками для всех принципиальных схем судовых и корабельных ГТУ можно считать:

- прямое или полуперекрестное соединение турбомашин;

- количество последовательно включенных в воздушный тракт компрессоров – не более двух, при общем числе турбин – не более трех;

- размещение проточных частей турбин в одном общем корпусе;

- применение исключительно сосной компоновки турбомашин;

- разделение газогенераторной части на отдельные турбокомпрессорные агрегаты;

- применение промежуточного охлаждения воздуха совместно с регенерацией;

- применение только регенерации при невысоких степенях сжатия воздуха.

2.7. СИСТЕМЫ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК

Под системами, обслуживающими работу ГТУ, подразумевается комплекс технических средств, при помощи которых могут быть осуществлены все эксплуатационные режимы работы установки.

Работу судовой ГТУ обеспечивают следующие системы:

- топливная система;

- система пуска;

- система смазки;

- система суфлирования;

- система реверса;

- система охлаждения конструктивных узлов ГТУ;

- система регулирования, управления и защиты − РУЗ ГТД;

- воздухоприемные и газовыхлопные устройства.

Топливная система

Топливная система ГТД предназначена для подачи топлива к форсункам камер сгорания в количестве, обеспечивающем заданную мощность двигателя, а также для предварительной подготовки топлива в ГТУ, работающих на тяжелых сортах топлива.

В судовых ГТУ могут использоваться те же марки топлива, что и в дизельных энергетических установках:

- дизельные топлива по ГОСТ 305-82 марок Л ­− летнее, З − зимнее, А − арктическое;

- дизельные топлива по ГОСТ 4749-73 марок ДС и ДЛ;

- моторные топлива по ГОСТ 1667-68 марок ДТ (обычной и высшей категории качества) и ДМ;

- газотурбинные топлива по ГОСТ 10433-75 марок ТГ – обычной категории качества и ТГВК – высшей категории качества;

- флотские мазуты по ГОСТ 10585-99 марок Ф-5 и Ф-12.

В топливных системах легких прямоточных двигателей применяют исключительно легкие дистиллятные сорта топлив. Применение же дешевых низкосортных топлив заставляет учитывать последствия, связанные с их повышенной зольностью и содержанием примесей, которые могут вызывать коррозионные процессы в проточных частях ГТ, заносы деталей проточной части золой и смолистыми веществами. Поэтому ГТД, работающие на тяжелых сортах топлив, имеют в составе топливной системы отдельную систему предварительной подготовки топлива и ввода присадок. Работа же ГТУ на сравнительно дорогих дистиллятных топливах не сопряжена с какими либо трудностями и не требует специальных мероприятий, обеспечивающих их сжигание в КС.

Топливные системы судовых ГТУ должны обеспечивать следующие условия для работы двигателя:

- необходимое давление топлива для качественного его распыла в форсунках камер сгорания;

- вязкость топлива перед форсунками не более 1,2 – 1,5 ^оЕ (градусов вязкости) для получения надлежащего качества распыла;

- отсутствие содержания воды, снижающей теплотворную способность топлива, вызывающей коррозию топливной аппаратуры и приводящей к срыву факела пламени в КС;

- отсутствие механических примесей, засоряющих и изнашивающих форсунки, топливные насосы и фильтры;

- прием топлива в цистерны основного запаса с береговых и плавучих нефтебаз.

Топливные системы ГТУ, работающих на тяжелых сортах топлива, дополнительно к перечисленному должны обеспечивать:

- возможность проведения на судне предварительной обработки топлива;

- предварительный подогрев тяжелого топлива до температуры 120 ÷ 130 ^оС для снижения его вязкости;

- тщательную многоступенчатую фильтрацию топлива и обеспечение надежного приема топлива главным топливным насосом;

- возможность использования пускового легкого топлива для облегчения пуска ГТУ;

- промывку форсунок легким топливом при плановых остановках или продувку их сжатым воздухом при экстренных остановках для предотвращения застывания тяжелого топлива в форсунках и обеспечения надежных последующих пусков ГТУ.

Схема топливной системы ГТУ, работающей на тяжелом топливе, показана на рис. 67. ГТД, работающие на тяжелых сортах топлива, имеют две параллельные топливные системы: пусковую и основную.

Из бака БД деэмульгатор направляется в смесительную цистерну СЦ, куда подается пресная вода. Из смесительной цистерны вода, смешанная с деэмульгатором (50 % раствор ОП-7), дозирующим насосом ДН1 направляется на всасывание насоса промывочной воды НПВ в количестве 0,4 ÷ 0,5 % от расхода топлива. После подогрева промывочной воды с деэмульгатором в подогревателе П вода в количестве 5 ÷ 8 % от расхода топлива подается в смесительное устройство СМ, где перемешивается с топливом, подаваемым топливоперекачивающим насосом ТПН из цистерны запасного топлива через подогреватель топлива. Часть воды направляется в бак, куда загружают кристаллический сернокислый магний MgSO ₄, растворяемый до 25 % концентрации. Добавка раствора MgSO ₄ в топливо повышает температуру плавления пятиокиси ванадия V ₂ O ₅ примерно до 1100 ^оС (V ₂ O ₅ содержится в тяжелых фракциях нефти и вызывает в расплавленном состоянии сильнейшую коррозию, называемую высокотемпературной ванадиевой коррозией). Полученный в баке раствор сернокислого магния подается дозирующим насосом ДН2 в расходную цистерну тяжелого топлива, либо в топливную магистраль перед форсунками. Перемешанное с промывочной водой в смесителе СМ топливо направляется в отстойные баки ОБ, где происходит отделение очищенного топлива от воды с растворенными в ней солями. Из баков топливо поступает в сепараторы, где окончательно отделяется от оставшейся воды.

Отсепарированное топливо поступает в расходную цистерну РЦТТ, емкость которой определяется запасом топлива примерно на 8 часов работы ГТУ (две вахты). Из РЦТТ промытое и содержащее присадки топливо через щелевые фильтры забирается бустерным насосом БН и через сетчатые фильтры направляется на всасывание к главному топливному насосу ГТН. ГТН направляет топливо через следующую ступень фильтров в подогреватель топлива, в котором температура подогрева изменяется регулятором, управляющим байпасным клапаном БК. Расход топлива на форсунки регулируется дроссельным краном ДК, управляемым с пульта управления и сливающим часть топлива обратно в РЦТТ. Подогретое топливо после фильтрации направляется в автоматический распределитель топлива АРТ с автоматом запуска, управляющий подачей топлива к основным форсункам двигателя ОФ.

При плановых остановках топливная система промывается легким дистиллятным топливом, подаваемым насосом легкого топлива из цистерны легкого топлива через сетчатые фильтры. При промывке с помощью крана К2 отсекается подача основного топлива, которое полностью направляется на слив в РЦТТ через дроссельный кран ДК. В топливную магистраль за краном К2 поступает легкое топливо, на котором ГТУ, предварительно переведенная в режим холостого хода, работает 3–5 мин., после чего подача топлива полностью прекращается, и топливная магистраль от крана К2 до форсунок остается заполненной легким топливом. При этом обеспечивается легкий и надежный последующий пуск ГТУ.

При экстренных остановках подача топлива к форсункам отсекается стоп-краном СК, к которому подведены импульсы от системы РУЗ ГТД. При этом топливо из напорной магистрали перепускается на слив в РЦТТ, а участок топливной магистрали после стоп-крана СК, включая АРТ и форсунки ОФ, продувается сжатым воздухом из баллона В.

Топливная система легкого топлива используется также при пуске, когда топливо из РЦЛТ топливным насосом через кран К1 подается к пусковой форсунке ПФ. В период, предшествующий пуску, топливная система прогревается при работающих насосах БН и ГТН и подогревателе топлива. При этом дроссельный кран ДК полностью закрыт и все топливо при помощи стоп-крана направляется на сброс в цистерну РЦТТ.

Для ГТД, использующих для работы только легкое дистиллятное топливо, система значительно упрощается. В этом случае полностью исключается часть топливной системы, предназначенная для промывки и ввода присадок, а также часть системы легкого топлива. Для таких двигателей топливная система содержит: расходную цистерну, фильтры перед и за ГТН, стоп-кран, АРТ и форсунки. Топливоперекачивающий насос в этом случае подает топливо из запасной цистерны непосредственно в расходную цистерну.

Система пуска

Система пуска ГТУ предназначена для ввода установки в действие. Эта операция требует наличия внешнего источника энергии (пускового двигателя), который представляет собой основной элемент системы пуска.

В общем случае система пуска ГТУ содержит следующие компоненты:

- пусковой двигатель;

- запальное устройство;

- обгонную муфту.

Пусковой двигатель предназначен для первоначальной раскрутки турбокомпрессорного агрегата и в момент пуска присоединен к ротору турбокомпрессора. Вращая ротор турбокомпрессора, пусковой двигатель заменяет собой еще неработающую газовую турбину, обеспечивая подачу воздуха в камеры сгорания.

В качестве пусковых двигателей в ГТД могут использоваться:

- электродвигатели постоянного и переменного тока (электростартеры);

- турбостартеры, представляющие собой автономные ГТД малой мощности со свободной силовой турбиной. В этом случае пуск ГТД производится в два этапа: на первом пускается турбостартер своим пусковым электродвигателем (обычно постоянного тока с запиткой от аккумуляторной батареи), а на втором – турбокомпрессор главной установки. Такая схема пуска обычно используется для турбореактивных и турбовинтовых авиационных двигателей;

- паровые турбины (турбодетандеры), обычно применяемые на судах, в составе вспомогательной установки которых имеются вспомогательные паровые котлы;

- пневмотурбины, работающие от системы пускового сжатого воздуха.