Газотурбінний двигун

Винахід відноситься до галузі енергетики, і може бути використаний при розробці енергетичних газотурбінних двигунів (ГТД) в класі потужностей 60-180МВт для перспективних і модернізуємих електростанцій на базі газотурбінних і парогазових установок. Відомі (ГТД) для приводів електрогенераторів в автономному режимі й у складі парогазових установок електростанцій [см. Парогазовые установки: проблемы и перспективы. Мировая электроэнергетика. №4, 1997, с.24-29, см. Ольховский Г.Г. Энергетические газотурбинные установки. М.: Энергоатомиздат, 1985, - с.26-38]. Недоліком енергетичних ГТД є їхня велика маса (120-240т) і габарити, а також мала згинальна і крутильна жорсткість роторів турбомашин, що сприяє збудженню коливань ротора в процесі експлуатації і зменшує, таким чином, надійність двигунів. За прототип прийнято енергетичний ГТД V84.3A фірми «Сіменс» [см. Ольховский Г.Г. Разработки перспективных енергетических ГТУ. Теплоэнергетика, №4, 1996, с.66-68, рис.1, а]. Енергетичний ГТД V84.3A реалізує цикл Брайтона і включає компресор, камеру згоряння і турбіну, що приводить компресор і електричний генератор. Привод електричного генератора здійснюється з боку компресора, а вихід газів з турбіни осьовий. Ротор турбогрупи дисковий, з однією центральною стяжкою, спирається на два підшипники. Між собою ротори компресора і турбіни з'єднуються проміжною кільцевою вставкою. Ротор гнучкий. Відомий енергетичний ГТД має наступні недоліки: велика маса, габарити і зменшена експлуатаційна надійність, яка обумовлена недостатньою жорсткістю ротора. У винаході зважується задача створення енергетичного ГТД в класі потужностей 60-180МВт невеликої металомісткості, зі зменшеними габаритами і підвищеною експлуатаційною надійністю. Рішення задачі досягається тим, що у відомому енергетичному ГТД із двоопорним ротором, що реалізує цикл Брайтона і включає компресор, камеру згоряння, турбіну, що приводить компресор і електричний генератор, де привід електричного генератора здійснюється з боку компресора, а вихід газів з турбіни осьовий, відповідно до винаходу, ротор турбокомпресорної групи виконаний з консольною барабанною секцією і зварними барабанно-дисковими секціями компресора і барабанно-дисковою секцією турбіни, який включає конічні, що звужуються до опор, цапфи з вмонтованими дисками, а з'єднання між собою барабанів компресора і турбіни виконано безпосередньо. Ротор турбокомпресорної групи має велику гнучку і крутильну жорсткість, у результаті чого відсутня схильність до збудження коливань дисків, і завдяки чому підвищується експлуатаційна надійність двигуна. Ротор можна виконати з малою товщиною стінок утворюючих деталей, що дозволяє створити ротор малої металомісткості і маси. Завдяки легкому і жорсткому ротору, статор двигуна також можна виконати малої металомісткості і маси, у наслідок чого зменшується час прогріву двигуна. При цьому зменшується час запуску і поліпшується прийомистість двигуна. Секційна конструкція ротора забезпечує його технологічність, спрощує механічну обробку і балансування, що сприяє зменшенню витрат на виробництво. Консольна барабанна секція ступіней низького тиску компресора дозволяє: - виконати компресор з невеликою відносною втулкою, при збереженні гнучкої і крутильної жорсткості, що дозволяє виконати компресор зі зменшеними діаметральними розмірами; - створювати компресори різної витрати шляхом пристикування або відстикування компресорних ступіней, що дозволяє розробляти двигуни різних модифікацій по потужності, що сприяє зменшенню витрат на їхнє виробництво. Конічні, що звужуються до опор, цапфи з вмонтованими дисками дозволяють поліпшити умови роботи опорних і упорних підшипників, що сприяють підвищенню надійності двигуна. З'єднання ротора компресора з ротором турбіни безпосередньо, дозволяє зменшити число деталей двигуна, що приводить до підвищення надійності і скорочення його вартості. На кресленні зображений ГТД реалізуючий винахід. Газотурбінний двигун складається з осьового однокаскадного компресора 1, трубчатої противоточної камери згоряння 2, турбіни 3 і комунікацій. Привід електричного генератора здійснюється з боку компресора, а вихід газів з турбіни осьовий. Ротор турбогрупи двоопорний, барабанно-дискової конструкції, складається з консольної барабанної секції 4 - ступіней низького тиску, зварних барабанно-дискових секцій 5 і 6 - ступіней середнього і високого тисків компресора 1, барабанно-дискової секції 7 турбіни 3. Ротор турбокомпресорної групи включає конічні, що звужуються до опор, цапфи з вмонтованими дисками 8 і 9,10. Барабани 5 і 6 з'єднані між собою радіальними штифтами, барабани 4 і 5 болтами і штифтами - з передньою цапфою-диском 8. Барабан компресорної секції кріпиться з турбінною секцією болтами. Практична реалізація й апробування винаходу зроблене при створенні енергетичного ГТД потужністю 110Мвт. Дослідно-промислова експлуатація двигуна підтвердила високу його ефективність. Зокрема маса цього двигуна складає 50т, а габарити 5,7x4,0x4,5м. Використання описаного винаходу дозволяє створювати енергетичні ГТД у класі потужностей 60-180МВт невеликої металомісткості, зі зменшеними габаритами і підвищеною експлуатаційною надійністю.