Газотурбинный двигатель НК-16СТ

 

Стационарный газотурбинный двигатель НК16-СТ (рис. 5) создан на базе авиационного турбовентиляторного двигателя НК-8-2У. При конвертировании в НК-16СТ вентиляторный контур заглушен. Представляет собой двухкаскадную трехвальную ГТУ.

Состоит из двух модулей - газогенератора и свободной турбины, имеющих собственные рамы. Модули при эксплуатации могут заменяться.

Принцип работы двигателя состоит в следующем. Атмосферный воздух через воздухоочистительное устройство поступает в компрессор, где он сжимается и направляется в камеру сгорания. В камере сгорания в потоке воздуха сжигается топливо - природный газ. Из камеры сгорания горячие газы направляются на лопатки турбин. В турбинах тепловая энергия продуктов сгорания превращается в механическую энергию вращения роторов. Мощность, полученная на валах турбин низкого и высокого давления (ТНД и ТВД), расходуется на вращение компрессоров низкого и высокого давления (КНД и КВД) и вспомогательных приводов. Мощность, полученная на валу свободной турбины (СТ), расходуется на привод нагнетателя природного газа и его вспомогательных агрегатов. Отработанные продукты сгорания через выхлопное устройство выбрасываются в атмосферу.

Двигатель состоит из следующих основных узлов:

- передней опоры;

- осевого двухкаскадного компрессора (КНД и КВД);

- средней опоры с корпусом центрального привода вспомогательных агрегатов;

- камеры сгорания;

- осевой двухступенчатой турбины (ТВД и ТНД);

- задней опоры;

- осевой одноступенчатой свободной турбины (СТ);

- опоры свободной турбины;

- подмоторной рамы газогенератора;

- подмоторной рамы свободной турбины.

На двигателе установлены агрегаты вспомогательных систем: масля-

ной, топливорегулирующей, контроля работы и защиты.

ПЕРЕДНЯЯ ОПОРА двигателя является силовым узлом, воспринимающим радиальные усилия от ротора КНД. Она вмонтирована во входной направляющий аппарат и крепится к переднему и заднему фланцам внутреннего кольца аппарата. В нижней части корпуса опоры установлен шестеренчатый откачивающий маслонасос. Подвод масла на смазку роликового подшипника передней опоры производится через трубопровод, смонтированный в лопатке входного направляющего аппарата КНД. Масляная полость опоры изолируется от воздушной резиновым кольцом и радиально-торцевым контактным уплотнением.

КОМПРЕССОР двигателя состоит из двух компрессоров: низкого (КНД) и высокого (КВД) давления, разделенных средней опорой.

Компрессор низкого давления четырехступенчатый. Ротор КНД двухопорный. Передний роликовый подшипник смонтирован в корпусе передней опоры. Задний шариковый подшипник установлен в средней опоре. Статор КНД включает в себя входной направляющий аппарат и четыре направляющих аппарата ступеней.

Компрессор высокого давления шестиступенчатый. Ротор КВД вращается в двух подшипниках. Передний шариковый подшипник смонтирован в средней опоре. Задний роликовый подшипник установлен в задней опоре. В статор КВД входят: регулируемый направляющий аппарат и пять направляющих аппаратов ступеней; клапан перепуска воздуха; ресивер отбора воздуха, подаваемого на обогрев входного направляющего аппарата КНД.

СРЕДНЯЯ ОПОРА двигателя является силовым элементом, воспринимающим осевую и радиальную нагрузку от роторов каскадов низкого и высокого давлений. Корпус опоры состоит из наружного кольца, усиленного посередине ребром жесткости, и внутренней конической оболочки, соединенных между собой двенадцатью ребрами. К переднему наружному фланцу крепится статор КНД. К заднему внутреннему фланцу крепится статор КВД. К нижнему фланцу крепится коробка привода вспомогательных агрегатов.

КАМЕРА СГОРАНИЯ кольцевого типа, в передней части которой располагаются по окружности в один ряд 32 газовые форсунки с завихрителями. Два воспламенителя факельного типа расположены сверху на корпусе камеры сгорания под углом 38 градусов от вертикальной оси.

ТУРБИНА ГАЗОГЕНЕРАТОРА приводит во вращение компрессор двигателя. Первая ступень турбины (ТВД) вращает КВД. А вторая ступень (ТНД) вращает КНД.

Ротор ТВД состоит из рабочего колеса и вала. Вал ТВД крепится спереди к проставке ротора компрессора. В стыке между валом и проставкой установлено лабиринтное уплотнение, замыкающее межлабиринтную полость, ограниченную с передней стороны лабиринтом, расположенным за последней ступенью КВД. Из этой полости отбирается воздух на охлаждение диска ТВД. Опорами ротора ТВД являются роликовый подшипник, расположенный на валу ТНД, и шариковый подшипник, расположенный в корпусе средней опоры.

Ротор ТНД состоит из рабочего колеса, лабиринтного диска и вала, соединенных между собой стяжными болтами. Ротор вращается на двух опорах. Передней опорой является шариковый подшипник вала КНД, второй опорой служит роликовый подшипник, расположенный в задней опоре. Вал ТНД наружными шлицами на переднем конце соединен с внутренними шлицами вала КНД.

Статор турбины состоит из сопловых аппаратов ТВД и ТНД. Сопловой аппарат ТВД охлаждается вторичным воздухом камеры сгорания.

ЗАДНЯЯ ОПОРА является силовым узлом, воспринимающим радиальные усилия от ротора ТНД. Опора состоит из двух разъемных сварных узлов: сопла и внутреннего корпуса, соединенных между собой шестью равнорасположенными вилками (каждая крепится тремя болтами). Газовый тракт образован наружным и внутренним кожухами сопла, соединенными между собой шестью пустотелыми ребрами.

СВОБОДНАЯ ТУРБИНА одноступенчатая. Состоит из ротора, соплового аппарата и узла опоры. Ротор свободной (силовой) турбины включает в себя рабочее колесо, вал и полумуфту, с которой состыкована муфта промвала.

Ротор СТ вращается на двух опорах: передняя - роликовый подшипник, задняя - роликовый и шариковый подшипники. Подшипники расположены в корпусных узлах опоры СТ.

Статор силовой турбины состоит из наружного и внутреннего корпусов, наружного кольца, козырька и сопловых лопаток. В передней части наружного и внутреннего корпусов установлены плавающие кольца, обеспечивающие стыковку СТ с газогенератором.

ОПОРА СТ состоит из корпусов опоры, передней и задней стенок, корпуса масляной полости. В силовую схему опоры входят наружные и внутренние корпуса опоры с приваренными фланцами, соединенные между собой силовыми стойками.

Силовая турбина крепится к подмоторной раме цапфами, расположенными в горизонтальной плоскости. В нижней точке опоры на переднем фланце имеется фиксатор, воспринимающий боковые силы и дающий возможность осевого перемещения СТ. В масляной полости опоры расположен привод коробки вспомогательных агрегатов СТ.

 

Техническая характеристика двигателя НК16-СТ

 

Номинальная мощность _________________________________ 16000 кВт

Частота вращения ротора:

высокого давления _________________________________ 6900 мин ^-1

низкого давления __________________________________ 5270 мин ^-1

свободной турбины ________________________________ 5300 мин ^-1

Степень повышения давления в компрессоре ______________ 9,7

Температура перед ТВД _________________________________ 810 °С

Температура перед СТ __________________________________ 630 °С

Эффективный КПД _____________________________________ 27,5 %

Вес___________________________________________________ 7,8 т

 

 

Нагнетатель НЦ-16

 

Нагнетатель (рис. 6) представляет собой двухступенчатую центробежную машину, предназначенную для сжатия природного газа. Состоит из следующих составных частей: корпус; торцевые крышки; ротор с насаженными рабочими колесами первой и второй ступеней, думмисом; лопаточные диффузоры; обратный направляющий аппарат; опорный и опорно-упорный подшипники; торцевые уплотнения.

КОРПУС нагнетателя - стальной, сварно-кованый. Выполнен в виде цилиндра с приваренными к нему всасывающим и нагнетательным

патрубками. На торцах патрубков выполнены фланцы для присоединения труб обвязки на компрессорной станции. Плотность соединения патрубков и труб обвязки достигается при помощи закладных резиновых шнуров, укладываемых в канавки на торце фланцев. К нижней части корпуса приварены опорные лапы, а к верхней части - кронштейны для установки гидроаккумуляторов масла.

В корпусе нагнетателя выполнены проточки под установку сегментов разрезных колец, фиксирующих торцевые крышки в осевом направлении. В нижней части корпуса просверлены технологические отверстия, закрываемые резьбовыми пробками, которые служат для слива воды при гидроиспытаниях нагнетателя и дренирования полости силового корпуса.

Между опорными лапами на корпусе, параллельно оси нагнетателя, выполнены шпоночные пазы для фиксации нагнетателя от поперечных смещений после его центровки с силовой турбиной приводного газотурбинного двигателя.

Корпус имеет два вертикальных разъема, закрываемых стальными коваными крышками. Осевое положение крышек и их фиксация обеспечиваются сегментными стопорными кольцами. В свою очередь от выпадения из проточек корпуса сегменты удерживаются кронштейнами и болтами, заворачиваемыми в корпус и сегмент. В теле крышки выполнены масляные и газовые каналы, выходящие на наружную поверхность крышки для подсоединения фланцев трубопроводов.

Плотность внутреннего соединения крышек и корпуса, а также плотность соединения внутреннего корпуса (статорных деталей) достигаются за счет резиновых уплотнительных шнуров.

К крышке крепится улитка, которая образует совместно с внутренней поверхностью крышки сборную камеру, соединенную с нагнетательным патрубком компрессора. С внутренней стороны к улитке крепится втулка, образующая с усикамина наружной поверхности думмиса лабиринтовое уплотнение.

ПРОТОЧНАЯ ЧАСТЬ нагнетателя образована подвижными (роторными) и неподвижными (статорными) элементами, к которым относят внутренний корпус, объединяющий лопаточные диффузоры первой и второй ступеней; обратный направляющий аппарат, состоящий из наружной и внутренней частей; входной конфузор. В процессе сборки нагнетателя во внутренний корпус заводится нижняя половина обратного направляющего аппарата, имеющего кольцевой монтажный разъем. Такая конструкция позволяет вынимать ротор нагнетателя без извлечения статорных элементов. В нижней части внутреннего корпуса имеются ролики,на которыхонвкатывается в силовой корпус.

Лопаточные диффузоры первой и второй ступеней имеют одинаковую конструкцию. Из тела основного диска выфрезеровываются лопатки диффузора. Покрывной диск приваривается к лопаткам. В теле лопаток, основном и покрывном дисках после сварки выполняют отверстия, через которые пропускаются болты. При помощи этих болтов диффузоры крепятся к внутреннему корпусу нагнетателя.

К всасывающей части внутреннего корпуса крепится входной конфузор сварной конструкции. Наружный и внутренний стаканы конфузора соединены между собой при помощи профильных ребер.

Средняя часть внутреннего корпуса литая. Образует верхнюю половину обратного направляющего аппарата и поворотное колено. Обратный направляющий аппарат имеет кольцевой разъем по лопаткам. Лопатки обратного направляющего аппарата залиты в тело диафрагмы. Нижняя половина обратного направляющего аппарата имеетаналогичную конструкцию.

РОТОР нагнетателя представляет собой ступенчатый вал с насаженными двумя рабочими колесами, думмисом, втулками уплотнений и упорным диском, закрепленным при помощи гайки.

Рабочие колеса первой и второй ступеней унифицированы между собой. Отличаются только шириной рабочего колеса на входе и выходе. Конструктивно рабочие колеса состоятиз основного диска с выфрезерованными рабочими лопатками аэродинамического профиля и покрывающего диска. Лопатки основного диска рабочего колеса соединяются с покрывным диском вакуумной пайкой.

Разгрузочный поршень (думмис) предназначен для уменьшения (компенсации части) осевого усилия на опорно-упорный подшипник. На наружной поверхности думмиса выполнены усики лабиринтного уплотнения. Втулки уплотнения имеют износостойкое покрытие.

Ротор нагнетателя жесткий. После окончательной сборки подвергается многоплоскостной балансировке.

Ротор вращается в двух подшипниках скольжения. Передний – опорный, задний - опорно-упорный.

ПОДШИПНИКИ нагнетателя крепятся к торцевым крышкам через обойму масляных уплотнений и закрыты кожухами. К кожуху заднего подшипника крепится блок маслонасосов, который состоит из шестеренчатого насоса системы смазки и трехвинтового насоса системы уплотнения.

Вкладыш опорного подшипника сегментный. Имеет пять опорных самоустанавливающихся колодок. Включает в себя следующие детали: корпус из двух половин; опорные колодки; разъемные втулки.

Корпус подшипника стальной. Состоит из двух половин, стянутых призонными болтами.

Опорные колодки стальные. Рабочие поверхности залиты баббитом для уменьшения трения при пуске нагнетателя.Колодки от поворота фиксируются штифтами.

Подвод масла к вкладышу осуществляется через отверстия в нижней и верхней половинах корпуса.

Подшипник закрыт кожухом с горизонтальным разъемом, в котором собирается сливающееся масло. Снизу к кожуху крепится трубопровод для слива масла.

Опорно-упорный подшипник нагнетателя состоит из двух частей. Опорная часть вкладыша по конструкции, геометрическим параметрам аналогична вкладышу переднего опорного подшипника.

Упорный вкладыш реверсивный двухсторонний. Состоит из корпуса, двух пакетов упорных колодок, регулировочного кольца и крышки.

Пакет упорных колодок в сборе включает в себя сепаратор, в пазах которого установлены колодки упорные, пружину и кольцо. От поворота относительно кольца сепаратор фиксируется винтом. Кольца и регулировочное кольцо фиксируются от поворота в корпусе штифтами.

Корпус упорного подшипника крепится к корпусу опорного подшипника болтами и винтами.

Подвод масла к упорным пакетам осуществляется раздельно. Дляэтойцели в корпусе выполнен ряд отверстий.

Для уплотнения полости подшипника и создания необходимого избыточного давления масла в корпусе установлена стальная втулка с баббитовой заливкой (плавающее уплотнение).

УПЛОТНЕНИЕ ротора на концах обеспечивается концевыми уплотнениями. Уплотнения ротора нагнетателя включают в себя щелевое масляное уплотнение, затвор с плавающими кольцами и лабиринтовое уплотнение.

Щелевое масляное уплотнение состоит из внутреннего и наружно­го уплотнительных колец, изготовленных из стали с баббитовой заливкой рабочих поверхностей. Предотвращение поворота уплотнения обеспечивается штифтами.

Внутри наружного уплотнительного кольца закреплены пять колодок, также имеющих баббитовую заливку рабочей поверхности. Колодки обеспечивают всплытие наружного уплотнительного кольца во время работы нагнетателя.

Лабиринтовое уплотнение выполнено на алюминиевой втулке.Устанавливается в крышке нагнетателя и фиксируется штифтами.

Все посадочные поверхности уплотняются резиновыми шнурами, закладываемыми в проточки на крышке корпуса и втулке уплотнения.

Запирание торцевого уплотнения достигается подачей масла в полость между наружным и внутренним уплотнительными кольцами. Масло подается с давлением, большим давления газа на 0,20…0,25 МПа.

Равные условия работы торцевых уплотнений достигаются выравниванием давления газа перед уплотнением при помощи внешней трубы, соединяющей полостьза думмисным уплотнением с всасывающим патрубком нагнетателя.

На верхней части корпуса нагнетателя установлены два гидроаккумулятора масла. Они предназначены для подачи масла на смазку подшипников и запирания уплотнений при аварийном останове газоперекачивающего агрегата. Избыточное (над давлением газа) давление масла обеспечивается разницей высотного положения уплотнений и аккумуляторов. Для обеспечения необходимого давления полость над уровнем масла соединена уравнительной линией с всасывающим патрубком.

Нагнетатель установлен на индивидуальную раму-маслобак. После установки и центровки с ротором силовой турбины приводящего газотурбинного двигателя его положение фиксируется продольными шпонками.

 

Техническая характеристика нагнетателя НЦ-16

 

Производительность:

коммерческая ___________________________ 33,3 млн м³/сут

объемная ___________________________ 385 м³/мин

Давление газа конечное______________________ 7,45 МПа

Степень повышения давления__________________1,44

Политропный КПД___________________________ 83 %

Повышение температуры газа__________________ 31 °С

Частота вращения:

номинальная_____________________________ 5300 мин ^-1

минимальная_____________________________ 3750 мин ^-1