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.

 

Системы двигателя ГТД-3Ф

 

Топливная система и система автоматического регулирования (рис. 4.7) предназначены для автоматического запуска двигателя и регулирования подачи топлива на установившихся и переходных режимах его работы.

Рис. 4.7. Схема топливной системы ГТД-3Ф:

1 - насос-регулятор; 2 – автомат запуска и разгона; 3 – клапан постоянного давления;

4 – запальное устройство; 5 – фильтр тонкой очистки; 6 – топливный бак; 7 – фильтр грубой очистки топлива; 8 – подкачивающий центробежный насос; 9 – насос подкачки;

 10 – штуцер подвода топлива к двигателю; 11 – пожарный кран; 12 – основной регулятор; 13 – основная форсунка; 14 – кран аварийного управления; 15 – сигнализатор давления; 16 – сигнализатор давления

Топливная система включает в себя: топливные баки, подкачивающие насосы, фильтр грубой очистки, установленные на судне или вертолете и, установленные на двигателе подкачивающий насос, фильтр тонкой очистки, клапан постоянного давления, топливный насос-регулятор, автомат запуска и разгона, регулятор оборотов свободной турбины, кран аварийного управления топливом, форсунки запальных устройств, центробежную форсунку и трубопроводы.

Система запуска - обеспечивает запуск от аккумуляторов:

Включает в себя: стартер-генератор, катушки зажигания, пусковые свечи, сигнализатор давления и, установленные отдельно, автоматическую панель пуска стартер-генератора, регулятор напряжения, выносное сопротивление, автомат защиты от перенапряжения, комплексный аппарат, контакторы, кнопки, выклю­чатели, переключатели и электропроводку.

Система смазки (рис. 4.8) состоит из маслобака, маслонасоса, имеющего одну нагнетающую и четыре откачивающих ступеней, фильтров грубой и тонкой очистки, центробежного суфлера, трубопроводов, установленных на двигателе и маслорадиаторе, установленного отдельно.

Рис. 4.8. Схема системы смазки ГТД-3Ф:

1 – масляный бак; 2 – сливной кран; 3 – воздухоохладитель; 4 – датчик замера температуры масла; 5 – заливная горловина и мерная линейка; 6 – суфлирующая магистраль от маслобака к лобовому картеру; 7 – фильтр тонкой очистки; 8 – перепускной клапан;

9 - центробежный суфлер; 10 – клапан отсечной; 11 – манометр; 11 – суфлирующая магистраль по заднего подшипника компрессора к лобовому картеру; 12 – жиклеры заднего подшипника компрессора; 13 – жиклеры подшипника турбины компрессора;

14 – жиклеры переднего подшипника свободной турбины; 15 – жиклер для смазки конических шестерен свободной турбины; 16 – жиклер для смазки коробки приводов свободной турбины; 17 - жиклеры заднего подшипника свободной турбины; 18 – фильтр грубой очистки; 19 – сливной кран; 20 – редукционный клапан; 21 – жиклеры для смазки шестерен в лобовом картере

Противообледенительная система - предназначена для предотвращения образования льда на элементах входного устройства двигателя в условиях низких температур и большой влажности воздуха. Система включает в себя: обогрев входной части и внутренней поверхности маслобака; обогрев обтекателя и стоек обтекателя стартер-генератора электрическим нагревательным элементом; обогрев лопаток входного направляющего аппарата компрессора горячим воздухом.