Оболочки свободной турбины.

Оболочки предназначены для капотирования свободной турбины и совместно с наружным корпусом соплового аппарата образуют кольцевой канал для выхода охлаждающего воздуха, подводимого от компрессора к опоре турбины газогенератора. Кроме того, оболочки СТ повышают непробиваемость статора в случае обрыва лопаток ротора турбины, а также служат для крепления на них внешних коммуникаций.

Каждая оболочка свободной турбины состоит из проставки, обоймы и промежуточной оболочки.

Рис. 4.15. Конструкция оболочки свободной турбины.

1 – Передний фланец проставки; 2 – Обойма; 3 – Кожух проставки

4 – Кожух оболочки; 5 – Заглушка смотрового лючка;

6 – Задний фланец оболочки; 7 – Задний фланец проставки; 8 – Передний фланец оболочки

Рис. 4.16. Счения А-А, Б-Б, В-В конструкции оболочки свободной турбины

Проставка.

Проставка является силовым корпусом сварной конструкции, состоящим из переднего 1 и заднего 7 фланцев и кожуха 3. Фланцы 1 и 7 проставки изготавливаются из кольцевых заготовок (сталь 12Х18Н9Т), а кожух 3 - из листа той же марки стали толщиной 3 мм.

На горизонтальной оси проставки приварены фланцы, к которым с помощью болтов крепятся две из четырех цапф, предназначенных для установки и крепления свободной турбины на раме.

Передний фланец 1 имеет цилиндрическую выточку, в которую с зазором по наружному диаметру устанавливается обойма 2, служащая для соединения с сопрягаемой поверхностью газогенератора. Обойма после центрирования закрепляется на переднем фланце проставки с помощью кольцевого прижима.

Обойма.

Обойма 2 изготавливается из титанового сплава и представляет собой кольцо таврового сечения, являющееся переходным звеном между газогенератором и свободной турбиной.

Промежуточная оболочка.

Промежуточная оболочка представляет собой сварной узел, состоящий из переднего 8 и заднего 6 фланцев, кожуха 4 и двух ребер жесткости, приклепанных к кожуху.

Фланцы изготовлены из кольцевых заготовок (сталь 12Х18Н9Т), а кожух - из листа толщиной 2 мм той же марки стали.

К наружной поверхности оболочки приклепаны бобышки для крепления трубопроводов обвязки и электрических коммуникаций.

В промежутках между ребрами жесткости, по периметру оболочки, расположены семь заглушек 5 лючков осмотра лопаток турбины.

На переднем фланце 8 оболочки (в стыке ее с проставкой) закреплены два такелажных кронштейна 9, служащие для поднятия свободной турбины при установке на раму или при снятии ее с рамы.

ТУРБИНА ДГ-90

Турбина высокого давления (ТВД).

ТВД – осевая, одноступенчатая, предназначена для привода во вращение КВД.

ТВД состоит из соплового аппарата первой ступени (соплового аппарата ТВД) и ротора ТВД.

Аппарат сопловой первой ступени предназначен для преобразования потенциальной энергии газа в кинетическую и подачи газа на рабочие лопатки турбины. Аппарат сопловой состоит из кольца верхнего, корпуса, блока лопаток, вставок, экрана, кольца силового, кольца прижимного, кольца плавающего.

Задним фланцем корпус крепится к корпусу соплового аппарата второй ступени.

Блок лопаток состоит из двух лопаток, которые соединяются между собой замками. Замки привариваются к лопаткам. Во внутреннюю полость лопатки вставляется дефлектор.

Проточная часть образована верхними и нижними полками лопаток.

Ротор ТВД предназначен для преобразования кинетической энергии газа в механическую работу по приводу ротора КВД.

Рабочие лопатки в диске крепятся елочными замками, от осевых перемещений фиксируются сегментами.

Для снижения динамический напряжений в рабочих лопатках в карманы под нижней полкой установлены демпферы.

Турбина низкого давления (ТНД).

ТНД – осевая, одноступенчатая, предназначена для привода во вращение компрессора низкого давления. Состоит из соплового аппарата второй ступени, ротора, опорного венца.

Аппарат сопловой второй ступени предназначен для преобразования потенциальной энергии газа в кинетическую и подачи газа на рабочие лопатки ТНД. Он состоит (рис. 4.17.) из корпуса наружного 4, пакетов лопаток 2, вставок 7 с угловыми уплотнениями, диафрагмы 1.

Корпус наружный 4 передним фланцем крепится к корпусу соплового аппарата ТВД, задним – к опорному венцу ТНД.

Пакет лопаток 2 передним выступом входит в кольцевой паз в корпусе наружном; задний конец лопатки и вставка 7 крепятся к корпусу болтами призонными, а болты между собой застопорены проволокой 8.

Пакет лопаток состоит из трех охлаждаемых лопаток. В каждую лопатку вставляется дефлектор 3, в который подается через отверстие в призонном болте воздух для охлаждения лопаток. Охлаждающий воздух через отверстия в дефлекторе выходит в пазы «а» и, обтекая лопатку по внутреннему профилю, охлаждает ее и выходит через отверстия в выходной части лопатки в проточную часть.

Зазоры «б» и «в» рассчитаны на тепловое расширение пакетов лопаток. Проточная часть образована верхними и нижними полками лопаток.

Рис. 4.17. Аппарат сопловой второй ступени.

а – пазы в лопатке; б, в, г – зазоры на тепловое расширение.

1 – диафрагма; 2 – пакет лопаток; 3 – дефлектор; 4 – корпус наружный; 5 – экран;

6 – болт призонный; 7 – вставка второй ступени; 8 – проволока.

Крепление пакетов лопаток 2 с диафрагмой 1 выполнено кольцевым пазом в диафрагме и кольцевым выступом в пакетах лопаток.

Ротор ТНД предназначен для превращения кинетической энергии потока газа в механическую работу по приводу ротора КНД.

Ротор ТНД состоит из диска, лопаток, закрепленных в диске с помощью елочных замков, вала ТНД.

Венец опорный ТНД предназначен для размещения задней опоры ротора ТНД и передней опоры ротора ТН и образует проточную часть между ТНД и ТН.

Венец опорный ТНД состоит из корпуса опорного венца, девяти стоек, корпуса, соединенного со стойками призонными болтами и корпуса подшипника, в котором располагается корпус опоры, служащий задней опорой ротора ТНД и втулки для размещения в ней передней опоры ротора ТН.

Турбина нагнетателя (ТН) – осевая, предназначена для привода во вращение вала нагнетателя. Она состоит из сопловых аппаратов третьей, четвертой и пятой ступеней, ротора ТН, опорного венца ТН.

Пакеты лопаток третьей, четвертой, пятой ступеней состоят из лопаток, которые своим передним выступом входят в кольцевые пазы в корпусе.

Проточная часть образована верхними и нижними полками лопаток.

Ротор ТН предназначен для превращения энергии потока газов в механическую работу по приводу вала нагнетателя. Ротор ТН состоит из диска третьей ступени, диска четвертой ступени, диска пятой ступени, рабочих лопаток третьей ступени, рабочих лопаток четвертой ступени, рабочих лопаток пятой ступени, вала, муфты.

Привод маслоагрегата осуществляется (рис 4.18.) конической шестерней, вращающейся на подшипниках 11, закрепленных в стакане. Внутри конической шестерни имеются шлицы для соединения с рессорой 12 привода маслоагрегата. В корпусе нижней коробки приводов установлен фильтр-спрейер который через сверления в корпусе подводит масло к распределительному спрейеру и отверстию в стакане. Распределительный спрейер подает масло на смазку шлиц хвостовика рессоры 12 приводам маслоагрегата, на смазку шлиц хвостовика рессоры 7 привода индуктора, на смазку зубчатых соединений и на смазку роликового подшипника вертикального вала. Через отверстия в стакане 13 масло подается внутрь стаканов для смазки подшипников 8 и 11. через отдельный фильтр-спрейер в стакане смазываются подшипники горизонтальной конической шестерни пускового привода.

Рис. 4.18. Коробка приводов нижняя

1 – индуктор; 2 – крышка; 3,5 – шестерня цилиндрическая; 4 – флажок фиксирующий; 6 – датчик; 7,12,14 – рессора; 8,11 – подшипники; 9,10 – шестерня коническая; 13 – стакан.

Смазка зацепления конических шестерен и подшипников осуществляется с помощью масляной ванны. Уровень масла в масляной ванне контролируется маслоуказателем 3. Заливка масла в корпус производится через отверстие Б до уровня между верхней и нижней рисками маслоуказателя. Слив масла осуществляется через штуцер слива. Герметичность коробки обеспечивается сальниками.

ТУРБИНА ПЖТ-10

Силовой вал (или вал низкого давления)

Изготовлен из монолитной стальной поковки, и является приводом нагрузки. Спереди на ротор прикреплены на шпонку через стяжные болты турбинные колеса 3-й и 4-й ступеней и соответствующее промежуточное колесо (Рис.4.19. и 4.20).

Колеса и лопатки турбины 3-й и 4-й ступеней

По аналогии с колесами высокого давления, турбинные колеса 3-й и 4-й ступеней, а также промежуточное колесо подсоединены к ротору Н.Д. через ряд стяжных болтов, призванных гарантировать конструктивную стабильность роторного узла низкого давления (См. Рис.4.20.).

Лопатки, посаженные на шпонку на колеса, по шестьдесят на ступень, по аналогии с лопатками высокого давления, изготовлены точным литьем из никелевого сверхсплава, но без охлаждения, поскольку температура расширяющихся газов, на них, сравнима с величинами напряжений/срока службы, предусмотренными на этапе проектирования (Рис.4.21).

Сопла 3-й ступени (1-я ступень низкого давления)

Речь идет о статорных лопатках, на которых возможно изменение сечения прохода потока газов, пересекающих турбину по оси.

Ассимиляция происходит на измерительной шайбе с переменным сечением, через которую газы переходят из секции В.Д. в секцию Н.Д. турбины.

Всего их тридцать шесть, расположенных на корпусе низкого давления.

При условии максимального проходного сечения (макс, открытие) для прохода через "сопловую диафрагму" газы нуждаются в меньшем дифференциале давления, поэтому, на лопатках турбины В.Д. стараются максимально возможно использовать энергию давления газов, сводя, в результате, до минимума значения параметров скорости вращения и мощность турбины Н.Д.

Рис.4.19. Силовой вал

Рис.4.20. Ротор турбины н.д. в сборе

Рис.4.21. Роторные лопатки н.д. 3-й и 4-й ступеней

И наоборот, в условиях минимального проходного сечения (минимальное открытие), газам для прохода через "сопловую диафрагму" необходим максимальный дифференциал давления; при этом, на лопатках газогенератора добиваются минимального использования энергии давления рабочего тела, сводя до максимума параметры скорости/мощности турбины Н.Д.

Таким образом, подвижный сопловый аппарат является истинным делителем энергии между секциями В.Д. и Н.Д. турбины.

С рабочей точки зрения эти сопла позволяют достигать максимальной функциональной гибкости машины при работе на частичных нагрузках и оптимизации теплового к.п.д. в режиме регенеративных и/или комбинированных циклов.

Кинематическая система, синхронно двигающая сопла, похожа на систему приведения в движение входного направляющего аппарата осевого компрессора. И в этом случае, приведение в движение рычажных механизмов происходит за счет гидравлического цилиндра, шток которого представляет собой единое целое с трансформатором с переменной характеристикой, выполняющим роль обратной связи системы.

Отдельное сопло реализовано из монолитного микролитьевого кобальтового сверхсплава; в центре сопла расположена сама лопатка, на одном из торцов - шток с точкой опоры в корпусе турбины Н.Д. и на другом - штифт с точкой опоры на внутреннем шаровом уплотнении.

Сопла 4-й ступени (2-я ступень н.д.)

По аналогии с соплами 2-й ступени В.Д., сопла 4-й ступени разделены на шестнадцать сегментов с тремя листьевидными микролитьевыми лопатками из кобальтового сверхсплава без охлаждения (Рис.4.22.), ивгоговленных точным литьем.

Понятно, что размеры и, соответственно, проходные сечения у этих сопл выше тех, которые имеются у сопл В.Д., поскольку, при одинаковой массе, но при более низком давлении, объемы, занимаемые газами, становятся выше. Внутри на этих соплах также смонтированы уплотнительные сегменты диафрагменного кольца Н.Д., выполняющего аналогичную функцию.

Рис.4.22. Сопла 4-й ступени

Корпус турбины низкого давления

Корпус турбины низкого давления болтами прикреплен к корпусу турбины высокого давления и выхлопному корпусу турбины. В состав корпуса входят следующие элементы:

- Наружная конструкция из двух половин, отлитая из сфероидального чугуна.

- Ряд наружных и внутренних защитных экранов, расположенных по окружности, определяющих геометрию канала для прохода газа перед подвижными статорными лопатками (сопло 3-й ступени).

- Ряд радиальных штифтов (всего восемь) для позиционирования и поддержки сегментов и внутреннего корпуса. Через полые внутри штифты воздух проходит в систему охлаждения и уплотнения.

- Внутренний корпус, отлитый из сфероидального чугуна, в свою очередь, содержит:

- внутренние защитные экраны;

- разделительную диафрагму зон высокого/низкого давления;

- уплотнительные кольца роторных лопаток 3-й ступени;

- сферические сегменты (всего 36), образующие круговую опору внутри подвижных статорных лопаток (сопла 3-й ступени).

Наружная конструкция корпуса турбины низкого давления служит опорой сопловому кольцу 4-й ступени. Ряд отверстий, проделанных по окружности в наружной стенке отливки, в зоне соединения с выхлопным корпусом турбины, служит для охлаждения самого выхлопного корпуса.

Выхлопной корпус турбины

Выхлопной корпус турбины представляет собой несущую конструкцию всех компонентов (роторных и статорных) модуля низкого давления, частично попадающую в конструкцию газового перехода на выхлопе (Рис.4.23).

В отличие от всех других корпусов, этот корпус - стальной. Одна часть корпуса изготовлена из каландрированного и сварного листа, а другая - из отливки.

Основные секции, входящие в состав конструкции выхлопного корпуса

Ниже перечислены главные компоненты корпуса:

Концентрические кожухи (наружный и внутренний), имеющие горизонтальные фланцы и жестко соединенные друг с другом посредством шести расположенных по окружности ребер жесткости. Названные выше кожухи образуют несущую конструкцию корпуса.

Внутренний разъемный диффузор из листа нержавеющей стали.

Наружный разъемный диффузор из листа нержавеющей стали, подсоединенный через фланец к внутреннему диффузору.

Построение выхлопного корпуса турбины

Выхлопные газы после расширения на последней ступени силовой турбины, направляются в выхлопной короб, проходя через внутренний и наружный диффузоры корпуса.

Поскольку температура газов продолжает оставаться высокой, диффузоры выполняют также функцию тепловой защиты несущей конструкции корпуса.

В связи с этим, внутренний диффузор теплоизолирован и устроен так, чтобы "прикрывать" а, следовательно, и защищать от прямого потока выхлопных газов шесть ребер жесткости, в любом случае, охлаждаемых потоком "холодного" воздуха, частично, забранного из осевого компрессора и, частично, - снаружи, который в дальнейшем выводится за пределы корпуса по двум отрезкам трубы, смонтированным на кожухе наружного диффузора.

Рис.4.23. Выхлопной корпус турбины. Поперечное сечение.

Через два диаметрально противоположных смотровых отверстия на внутреннем диффузоре можно получить доступ ко всем фланцевым болтам, позволяя таким образом смещать корпус по горизонтали.

Конструктивно, опорой внутренней части диффузора служит осевой фланец наружного кожуха. Для обеспечения надлежащего теплового расширения, внутренняя часть диффузора оборудована направляющими элементами, структурно связанными спереди и сзади с внутренним кожухом.

Наружный диффузор опирается на внутренний кожух корпуса в четырех точках.

Часть диффузора, обращенная внутрь корпуса, - теплоизолирована по аналогии с частью наружного кожуха, содержащегося в выхлопном коробе.

Корпус турбины высокого давления

Отфланцован спереди у выхлопного корпуса компрессора и сзади - у корпуса турбины низкого давления. С горизонтальным разъемом из отлитого сфероидального чугуна. Задний фланец определяет границу между модулями высокого и низкого давления. Камера сгорания опирается на корпус турбины высокого давления независимо от того, как она установлена (вертикально или горизонтально).

Неподвижные лопатки (сопла)

Функционально, сопла, установленные перед роторными ступенями, представляют собой ряд измерительных шайб с постоянным и/или переменным сечением прохода (сопла 3-й ступени) для определения физического и аэродинамического состояния газа перед расширением на роторных лопатках.

Сопловый аппарат и роторные лопатки определяют размеры проточной части турбины.

Сопла 1-й ступени В.Д.

Эти сопла, прямо попадающие под поток газов на выходе из переходного патрубка, являются элементами, больше всего подвергаемыми термическим напряжениям по сравнению со всеми остальными секциями (высокого и низкого давления) турбины, поскольку они попадают в зону максимальной температуры газов на выходе из газового переходного патрубка.

Сопла разбиты на двадцать два сегмента по два листьевидных профиля каждая, зажатых, в свою очередь, между двумя полками (наружной и внутренней)

Обе лопатки с аэродинамическим профилем и полки образуют цельный монолитный микролитьевой сегмент из кобальтового сверхсплава, особенно стойкого к горячему окислению.

В любом случае, ввиду высокой рабочей температуры, нижняя полка и листьевидные профили охлаждаются потоком воздуха, забираемого на выходе из осевого компрессора.

Неразрывность по окружности и газовое уплотнение между секторами обеспечиваются рядом пластин, заделанных в соответствующие полки. Наружная полка оснащена механической системой подсоединения к разъемному кольцу, выполненному, в свою очередь, заодно с корпусом турбины высокого давления.

Дополнительное внутреннее кольцо, зафиксированное к выхлопному корпусу компрессора, наряду с наружным кольцом, противостоит осевому давлению газов, проходящих по листьевидным профилям сопел.

Сопла 2-й ступени В.Д.

Разбиты на 16 сегменгов по три листьевидных профиля каждый (рис.4.25) и, по аналогии с соплами первой ступени, охлаждаются и изготовляются из микролитьевого кобальтового сверхсплава, и только по окружности опираются на кольцо, выполненное заодно с корпусом турбины В.Д.

С внутренней стороны сопла поддерживают секции диафрагменных колец В. Д. со вставленными пластинами, формирующими статическую часть газовых уплотнений на лопатках 1-й и 2-й ступеней.

Рис.4.24 Сопла 1-й ступени в.д.	Рис.4.25. Сопла и диафрагмы 2-й ступени в.д.