ГТУ АББ (Швейцария)

АББ - Асеа Броун Бовери - правопреемница старейшей швейцарской энергомашиностроительной фирмы ББЦ (Броун Бовери Компани) - объе­динила к началу 90-х годов несколько турбостроительных фирм, в том чис­ле Зульцер (Швейцария), Стал-Лаваль (Швеция), и создала совместные предприятия по производству ГТУ в Чехии, Польше, России(АББ-Невский, г.С.-Петербург; АББ-Унитурбо, г.Москва), в Японии и других странах.

В качестве приводных в филиале АББ - Стал производят­ся ГТУ трех типоразмеров: 5-6, 16 и 25 МВт.

ГТУ типа 3 (S3) (рис. 1.15)

Тип 3 разработан в конце 70-х годов фирмой Зульцер в вариан­тах с регенерацией и без нее. Характеристики ГТУ:

ГТУ выполнена с однокаскадным компрессором и свободной сило­вой турбиной. Четыре выносных камеры сгорания скомпонованы вокруг корпуса ГТУ параллельно его оси. ГТУ, ее корпуса имеют аэродинамиче­ски совершенные формы, типичные для агрегатов этой фирмы.

Осевой компрессор - 15 - ступенчатый, дозвуковой, оснащен меха­низмом поворота пяти рядов направляющих аппаратов. Привод рычагов направляющих лопаток осуществляется движением в осевом направлении каркаса из пяти колец с установленными на них механизмами . Направ­ляющие лопатки закреплены в двух обоймах, подвешенных в цилиндре.

Ротор ТВД - двухступенчатый, сварной, опирается на два подшипни­ка. Диски изготовлены из ферритно-хромистой стали, консольно соедине­ны с ротором компрессора.

Направляющие и рабочие лопатки первой ступени - охлаждаемые с петлевой системой прокачки воздуха (рис.1.16). Через канал вдоль входной кромки сопловой лопатки проходит весь расход охлаждающего воздуха. Рабочая лопатка для охлаждения входной кромки имеет индивидуальный канал, из которого воздух сбрасывается в лабиринтовое уплотнение банда­жа. Для охлаждения бандажа струйным обдувом из статора дополнительно подается воздух.

Рабочие лопатки первой и второй ступеней имеют удлиненные нож­ки, полости между которыми закрыты (уплотнены) пластинами. Для сни­жения потерь в радиальных зазорах рабочие лопатки отлиты заодно с бан-дажными полками. Ресурс турбины обеспечивается интенсивным воздуш­ным охлаждением: температуры рабочих лопаток не превосходят 750°С, дисков - 400°С.

Повышением верхней температуры цикла до 980 °С фирма увеличила полезную мощность ГТУ S 3 до 6,2 МВт, а КПД (без регенератора) - до 28,3%.

ГТУ установлена на раме-маслобаке. Перед всасывающим патрубком

Рис.1.15. Продольный разрез газотурбинной установки. Тип 3 АББ (Зульгер)

размещен блок вспомогательных механизмов (масляные насосы, фильтры и др.).

Рис.1.16. Схема охлаждения направляющих и рабочих лопаток 1-й ступени газотурбинной установки.Тип 3 АББ

GT-35 (АББ-Стал) - (рис.1.17)

GT-35 - форсированная по расходу и параметрам безрегенеративная модель ГТУ мощностью 10 МВт разработки начала 60-х годов. Прародите­лем первой ГТУ был авиационный газотурбинный двигатель.

Авиационная конструкция подвергнута коренной переработке, в том числе заменой подшипников качения на подшипники скольжения, мате­риалов роторов и корпусов. Однако принципы - достижение увеличенной степени повышения давления применением двухкаскадного компрессора, размещение трубчатой камеры сгорания - сохранены (7 жаровых труб).

ГТУ спроектирована для простого безрегенеративного цикла. Ниже представлены характеристики ГТУ:

Рис. 1.17. Продольный разрез газотурбинной установки типа GT-35 АББ-Стал

Двухкаскадный осевой компрессор состоит из 10 ступенчатых КНД и КВД (всего 20 ступеней) с роторами дискового типа, опирающимися на свои пары подшипников. Диски стянуты в единое целое длинными бол­тами. Ротор КВД полым валом соединен с диском одноступенчатой ТВД; соединение - фланцевое короткими болтами. Ротор КНД при помощи длинного вала, проходящего внутри роторов КВД и ТВД, соединен с двухступенчатой турбиной промежуточного давления. Ее цапфа опирает­ся на вкладыши среднего (встроенного) подшипника. Система водопрово­да КНД - ТНД имеет два дополнительных опорных подшипника внутри ротора КВД-ТВД. Силовая турбина - двухступенчатая, консольно при помощи болтов соединена со своим валом. Общее число подшипников в ГТУ-10.

Сравнительно высокий КПД этой ГТУ при умеренных параметрах цикла обеспечивается высоким аэродинамическим совершенством про­точной части турбомашин и малыми расходами на охлаждение ее деталей (диски). Направляющие и рабочие лопатки в турбине - неохлаждаемые. Умеренные параметры позволили увеличить период между капитальными ремонтами до 40 тыс. часов (обычно 25 - 30 тыс.часов).

ГТУ оснащена оригинальным пусковым устройством. Его принцип состоит в подаче в газогенератор струй воздуха от эжекторной установки. Пусковое устройство включает пакет из шести эжекторов, питаемых сжа­тым воздухом из баллонов с давлением 5,0 МПа. Перед подачей к эжек­торам давление снижается до 1,0 МПа. Перед пуском устройство, смонти­рованное на тележке, вводят в воздухозаборную камеру перед конфузо-ром КНД. Струи сжатого воздуха увлекают атмосферный воздух из возду-хозаборной камеры и направляют его в проточную часть газогенератора. При этом происходит раскрутка роторов КНД , КВД, ТВД и ТНД, в каме­ру сгорания подается пусковое топливо и осуществляется его воспламе­нение. Далее пусковое устройство выводится из работы. Зарядка баллонов сжатого воздуха производится от поршневых компрессоров. Запаса воз­духа в баллонах достаточно на три пуска.

Время запуска собственно ГТУ до полной нагрузки - 8 мин.

Для изготовления основных узлов турбины применяются американ­ские марки материалов.

GT-35 отличается малой массой. При помощи вертикальных разъе­мов двигатель разделен на 10 модулей. Блок газогенератора может быть демонтирован для ремонта в течение 24 часов. Однако отсутствие гори­зонтальных разъемов, сложность конструкции модулей делает возмож­ным ремонт ГТУ лишь в условиях специализированного предприятия или на заводе-изготовителе. Последнее добавляет еще и высокие транспортные расходы.

В плане ремонтопригодности GT-35 уступает отечественной ГТУ типа ГТН-25-2 НЗЛ аналогичной конструктивной схемы.

GT-10 (Тип 10) (рис.1.18)

Газотурбинная установка разработана фирмой Зульцер в начале 80-х годов. Ее промышленная отработка, включая прочностную доводку кон­струкции, завершена к 90-м годам. Производство передано на АББ-Стал (Швеция) и АББ-Невский (С.-Петербург, Россия).

ГТУ выполнена по простому термодинамическому циклу без регене­рации с высоконапорным однокаскадным компрессором. Характеристики ГТУ приведены ниже:

Рис.1.18. Продольный разрез газотурбинной установки типа GT-10 АББ-Стал

ГТУ выполнена в едином корпусе с горизонтальным разъемом в об­ласти компрессора, установленном на раме-маслобаке. Корпусы модулей турбин (ТВД и ТНД) представляют из себя неразъемные цилиндры, при­соединяемые вертикальными фланцами друг к другу, к корпусу компрес­сора и выходному патрубку. Корпус ГТУ снабжен наружной теплоизоля­цией. Всасывающий патрубок компрессора - осевой, выходной патрубок турбины - радиальный (улитка). Диффузор за силовой турбиной имеет большую степень расширения, а потому разделен на две части кольцевой обечайкой. ТВД и ТНД выполнены с одинаковыми корневыми диаметра­ми роторов и состыкованы друг с другом без промежуточного патрубка. Высокая быстроходность турбомашин позволила обеспечить их высокие изоэнтропийные КПД при малом числе ступеней (особенно в компрессо­ре), несмотря на высокие параметры цикла. Этим же обусловлена малая масса блока газогенератора и силовой турбины.

Осевой компрессор имеет 10 ступеней, первые две из них трансзву­ковые, пять рядов направляющих лопаток (включая ВНА) выполнены по­воротными и автоматически управляются при запуске и частичных на­грузках. При запуске из двух промежуточных ступеней производится вы­пуск воздуха. Направляющие лопатки компрессора набраны в три обой­мы.

Ротор компрессора сварен электронным лучом из отдельных дисков. Диски последних ступеней компрессора откованы из высокопрочного никелевого сплава. Рабочие лопатки первых (трансзвуковых) ступеней изготовлены из титанового сплава.

Камера сгорания - кольцевого типа, с авиационной компоновкой в корпусе газогенератора (расположена вслед диффузору компрессора). Она снабжена 18 горелками специальной конструкции, обеспечивающей низкие выбросы NOX (50 мг/нм³).

Двухступенчатая ТВД выполнена с высокой газодинамической на­грузкой, с охлаждаемыми направляющими и рабочими лопатками всех венцов. Система охлаждения лопаток - многопетлевая (см. рис.1.17), ло­патки изготовлены точным литьем из типовых для западных фирм жаро­прочных сплавов.

Диски ротора ТВД, откованные из никелевого сплава, соединены стяжными болтами с концом ротора компрессора, опирающимся на встроенный опорный подшипник. Полотно диска первой ступени ТВД ох­лаждается радиальным обдувом воздуха из-за компрессора. Обод диска -дополнительно струйным обдувом.

Рабочие лопатки имеют удлиненные ножки и удлиненные полки, стыкуемые между ступенями друг с другом. Полки совме­стно с бандажом направляющих лопаток образуют лабиринтное уплотне­ние и исключают попадание продуктов сгорания в полости между диска­ми. ТВД и ТНД разделены диафрагмой, являющейся одновременно внут­ренним ободом направляющих лопаток первой ступени ТНД. К цапфам направляющих лопаток этой ступени подводится охлаждающий воздух, который через каналы в каждой лопатке направляется на обдув диска и заполняет полость между роторами ТВД и ТНД.

Ротор ТНД отличается от ротора ТВД технологически: два диска из никелевого сплава и концевая часть из стали сварены попарно элек­тронным лучом.

Направляющие лопатки первой ступени ТНД имеют хвостовики в виде цилиндрических цапф. Выбор их угла установки при сборке позво­ляет оптимально настроить ГТУ для эксплуатации в холодном, умеренном или жарком климате.

Запуск ГТУ осуществляется электродвигателем мощностью 300 кВт, соединенным с ротором газогенератора через повышающий редуктор.

Тип 10 является стационарной ГТУ (heavy-duty), выполненной по авиационной технологии. Машина - напряженная, дорогая, но совершен­ная. В середине 80-х годов от конкурентов были сведения о ее недоста­точной надежности. Однако при рационализации некоторых конструктив­ных решений она может стать прототипом перспективных приводных ГТУ простого цикла.

Тип 10 является примером сокращения размеров и массы, достигну­того в ГТУ к концу XX века за счет форсирования параметров цикла и быстроходности турбомашин. Однако общая металлоемкость энергоуста­новки, включая вспомогательное оборудование, снизилась несоизмеримо меньше. На фотографии (рис.1.19.) представлена эта ГТУ на раме-маслобаке со вспомогательным оборудованием. Справа от всасывающего патрубка компрессора - пусковой электродвигатель. Впечатляют размеры рамы-маслобака со вспомогательным оборудованием.

Рис.1.19. Общий вид ГТУ "Тип 10" на раме со вспомогательным оборудованием