Конструкции газотурбинных установок - Шварц В.А.
Скачать (прямая ссылка):
диском (5 мм). Решение было достигнуто при помощи установки •бандажного кольца. На рис. 192 показан диск в процессе сборки. Сварка производится на автомате с вращающимся столом. При отработке технологии сварки была изменена конструкция элементов; введена ступенька на диске и срезан угол на бандажном ¦.кольце. Между диском и лопаткой предусмотрен суммарный зазор около 0,1 мм. После штамповки лопаток перед сваркой для -снятия напряжений лопатку термообрабатывают в вакууме при температуре 1060° С. После сварки колесо в сборе выдерживают 2 ч при температуре 885° С, а затем 20 ч при температуре 700° С .в среде аргона {120].
Охлаждение роторов
Охлаждение роторов позволяет поднять температуру газа перед турбиной и повысить к. п. д. установки; с другой стороны, на охлаждение необходимо отобрать сжатый воздух после компрес-
267
сора, что понижает экономичность установки. Таким образом, определение оптимальной температуры ротора является задачей технико-экономического плана, но при ее решении следует учитывать ряд дополнительных факторов. Одним из них является выбор материала ротора—аустенитной или перлитной стали. Аустенитные роторы допускают более высокую температуру, но-стоимость их заметно выше, а надежность работы существенно меньше, чем перлитных роторов. При хорошей организации охлаждения ротора температура его может быть понижена до 450° С и менее, что позволяет использовать стали перлитного' класса, допускающие более высокие напряжения, чем аустенитные.
В современных газовых турбинах используют только системы воздушного охлаждения; весьма эффективные системы жидкостного охлаждения из стадии экспериментальных исследований не вышли. Также не нашли до настоящего времени практического применения и многочисленные предложения по воздушному охлаждению рабочих лопаток — их температура определяется газовым потоком и только в незначительной степени поддается снижению за счет отбора тепла в хвостовом соединении. Поэтому материал лопаток выбирают исходя из температуры рабочего' тела турбины.
Кроме дисков первых ступеней турбины, в ряде случаев следует охлаждать диски последних ступеней — это позволяет выполнять их из менее легированных материалов.
Для сокращения энергетических потерь, связанных с отбором охлаждающего воздуха, должны быть соблюдены два основных принципа — расход отбираемого воздуха должен быть минимальным и давление его в месте подвода не должно значительно превышать давление газа в данной точке тракта. Расход воздуха на охлаждение уточняют при испытаниях ГТУ путем замера температур металла и ограничивают каким-либо калиброванным сечением.
В ряде установок для сокращения расхода воздуха и более эффективного охлаждения горячих элементов турбины отбираемый из компрессора воздух проходит через специальный внешний теплообменник, а затем с температурой 30—35° С идет на охлаждение турбины. Этот воздух с успехом можно использовать для охлаждения корпусов подшипников, расположенных в горячей зоне, для струйного обдува обода диска, для подачи в зазоры между хвостами лопаток и пазами в диске. Кроме того, охлажденный воздух в ряде случаев применяют и для других целей, в частности, для обдува пускового электродвигателя (ГТУ-15 завода «Экономайзер»). Внешний теплообменник для охлаждения' воздуха обычно выполняют с водяным охлаждением, но в передвижных ГТУ этот аппарат может иметь и всздушное охлаждение. В локомотивной ГТУ фирмы Метро -- Виккерс воздух отби-
268
рают за шестой ступенью компрессора и затем он поступает в кольцевой резервуар в стенке входного патрубка компрессора (см. рис. 99, г). Внутри резервуара предусмотрены ребра, которые интенсифицируют процесс отдачи тепла к воздуху, всасываемому компрессором. Часть охлажденного воздуха идет к передней стороне ротора компрессора для разгрузки осевого давления; из этой камеры по радиальным отверстиям воздух поступает внутрь ротора компрессора, проходит далее в расточке цельнокованого ротора турбины и выходит через отверстия за лоследним диском в газовый поток.
В ГТУ с несколькими ступенями сжатия охлажденный воздух может быть отобран непосредственно за основными воздухоохладителями.
Избыточное количество охлаждающего воздуха или слишком низкая его температура могут привести к переохлаждению центральной части ротора и повышению термических напряжений. Минимальное избыточное давление в местах подвода охлаждающего воздуха достигается путем организации нескольких отборов из компрессора. Воздух можно отбирать из камер для противо-помпажного сброса воздуха, из воздухопроводов между компрессорами при нескольких ступенях сжатия, из напорного патрубка компрессора, или — что является наиболее простым конструктивным решением — через отверстия в роторе компрессора и далее через внутренние полости роторов (рис. 193, б).
Для охлаждения тыльной стороны диска последней ступени необходим воздух с избыточным давлением в несколько десятков миллиметров водяного столба. Так как даже в первом отборе компрессора давление воздуха значительно выше и использование его связано с нерациональными потерями энергии, в ряде установок предусмотрен специальный вентилятор на валу турбины, нагнетающий атмосферный воздух вдоль полотна диска в проточную часть (рис. 141, 183, з). Вместо вентилятора можно использовать насосный эффект полотна диска — таким образом осуществлено охлаждение в ГТУ фирмы Центракс (рис. 163).
