4.2. Назначение и состав газотурбогенераторной установки

Газотурбогенератор предназначен для преобразования потенциальной энергии газа, полученной от сжигания топлива, в механическую работу турбины с последующим ее преобразованием в электрическую.

Газотурбогенераторная установка (рис. 4.2) служит для снабжения судовых механизмов и устройств электроэнергией и состоит из газотурбинного двигателя, редуктора и электрогенератора, смонтированных на одной раме. Отработавший в ГТД газ через выхлопную трубу поступает в атмосферу.

Рис. 4.2. Газотурбогенераторная установка:

1- выхлопная труба; 2 - электрогенератор; 3 – редуктор; 4 - газотурбинный двигатель

4.3. Конструкция газотурбинного двигателя и его элементов

Газотурбинный двигатель ГТД-ЗФ является турбовинтовым, вырабатываемая энергия передается через трансмиссии и редуктор на электрогенератор. Двигатель состоит из следующих основных узлов и систем:

- лобового картера;

- компрессора;

- камеры сгорания;

- компрессорной турбины;

- свободной турбины;

- топливной системы;

- системы запуска;

- системы смазки двигателя;

- противообледенительной системы.

Конструкция двигателя - двухвальная, с семиступенчатым осецентробежным компрессором, двухступенчатой осевой компрессорной турбиной, одноступенчатой свободной турбиной (рис. 4.3). Направление вращения роторов, если смотреть на двигатель со стороны турбины: компрессора – левое, свободной турбины – правое.

Компрессор, производительностью 4,65 кг/с, повышает давление воздуха в 6,5 раз и подает его в камеру сгорания.

Рис.4.3. Конструкция двигателя ГТД-3Ф:

1 – пусковой электродвигатель; 2 -воздухозаборник; 3 – осецентробежный компрессор; 4 – камера сгорания; 5 – турбина компрессорная; 6 – турбина свободная для привода электрогенератора; 7 – патрубок выхлопной

В камере сгорания воздух смешивается с распыленным топливом, поступающим через рабочую вращающуюся форсунку. Воспламенение смеси при запуске происходит от запального устройства, состоящего из пусковой форсунки и электрической свечи, образовавшиеся в камере сгорания газы при температуре 869 °С и давлении 0,635 МПа поступают в турбину компрессора (степень понижения давления 2,83), а затем на свободную турбину (степень понижения давления 1,98) со шлицевым валом.

Номинальная частота вращения компрессорной турбины 430 с^-1, частота вращения свободной турбины на всех режимах 320 с^-1.

Лобовой картер - служит для размещения переднего шарикоподшипника ротора компрессора и для установки приводов агрегатов, обслуживающих двигатель. Установленные спереди бак и обтекатель стартер-генератора совместно с корпусом картера образуют кольцевой канал для входа воздуха в компрессор (воздухозаборник). Впереди к корпусу лобового картера крепится стартер-генератор.

Компрессор - осецентробежный, семиступенчатый (последняя ступень - центробежная), рис. 4.4.

Рис. 4.4. Ротор осецентробежного семиступенчатого компрессора

ГТД-3Ф

Ротор компрессора барабанно-дисковой конструкции. Соединение лопаток с дисками ротора осуществляется с помощью замков типа "ласточкин хвост". Передний подшипник - шариковый, задний - роликовый. Статорные лопатки в корпусе закреплены консольно при помощи цилиндрических хвостиков с резьбой, которые входят в радиальные отверстия корпуса и затем затягиваются гайками.

Камера сгорания - кольцевая с вращающейся центробежной форсункой открытого типа. Состоит из силового корпуса, наружного и внутреннего кожухов, рис. 4.5.

Рис. 4.5. Наружный и внутренний кожух кольцевой камеры сгорания ГТД-3Ф

На силовом корпусе установлены два запальных устройства, состоящих из топливной форсунки и свечи, дренажный клапан и автоматически работающий клапан перепуска воздуха за компрессором.

Подвод топлива во вращающуюся форсунку осуществляется через топливные отверстия в неподвижной лабиринтной втулке.

Компрессорная турбина - двухступенчатая, осевая служит для привода компрессора и агрегатов, рис. 4.6.

Рис. 4.6. Компрессорная турбина ГТД -3Ф

Турбина состоит из ротора, сопловых аппаратов первой и второй ступени и корпуса турбины с корпусом подшипника. Передней опорой ротора является цилиндрическая шейка заднего вала компрессора. Задней - роликовый подшипник. Осевые усилия ротора турбины передаются замком "пушечного" типа ротору компрессора. Соединение рабочих лопаток с дисками осуществляется с помощью замков "елочного" типа, охлаждаемых воздухом. Сопловой аппарат первой ступени состоит из 21 полой лопатки, приваренных к наружному кольцу. Внутри лопаток проходит воздух в первичную зону горения камеры сгорания. Сопловой аппарат второй ступени наборной, неохлаждаемый. Силовые элементы корпуса защищены от действия высоких температур экранами, под которыми циркулирует охлаждающий воздух.

Свободная турбина - осевая, одноступенчатая. Состоит из ротора, соплового аппарата, корпуса турбины и корпуса подшипников. Передний подшипник шариковый, задний - роликовый, сопловые лопатки приварены к наружному кольцу. На корпусе турбины имеется привод для регулятора числа оборотов и подкачивающего насоса. Для охлаждения ротора, подшипниковых опор и других деталей свободной турбины на конце вала ротора установлен центробежный вентилятор. На шлицевом вале ротора устанавливается муфта. Полость, образованная кожухом и горячими частями двигателя, продувается наружным воздухом от отдельно расположенного вентилятора. Свободная турбина через специальную муфту, трансмиссию и редуктор передает мощность на электрогенератор.