Конвертированные авиационные и судовые двигатели 90-х годов

В 80-е годы истекшего столетия, когда было развернуто широкое строительство газопроводов с компрессорными станциями из северных районов Тюменской области в центральные регионы России, более половины потребностей в ГПА было удовлетворено за счет агрегатов с конвертированными транспортными газотурбинными двигателями С учетом более простой установки и большей индустриализации строительства в короткое время было построено и укомплектовано ими значительное число компрессорных цехов.

Благодаря имеющимся резервам мощностей отечественного авиадвигателестроения и судового газотурбостроения по заказу Газпрома в 90-е годы было разработано большое число ГПА, оснащенных конвертированными транспортными двигателями, параметры которых приведены в табл. 1.3.

Отметим характерные черты новых транспортных двигателей, которые начали использовать на компрессорных станциях.

ГТД НК-38СТ выполнен трехвальным на наиболее высокую степень сжатия в цикле (26,4). Он задуман, как замена действующим НК-16СТ в агрегате ГПА-Ц-16. Продольный разрез газогенераторной части двигателя представлен на рис.8.9. Имеет семиступенчатый КНД с трансзвуковыми первыми ступенями, тремя регулируемыми первыми ступенями и двумя регулируемыми в хвостовой части и восьмиступенчатый КВД (с РВНА). ТВД и ТНД - одноступенчатые с воздухоохлаждаемыми сопловыми и рабочими лопатками. Рабочие лопатки ТВД монокристальные с развитым термобарьерным покрытием. Охлаждение ТВД и ТНД осуществляется кондиционированным воздухом. В турбине осуществлено активное регулирование радиальных зазоров.

Таблица 1.3

Основные параметры новых двигателей для газовой промышленности

Двухступенчатая СТ с консольным ротором на подшипниках качения имеет расчетную частоту вращения 5300 об/мин.

Камера сгорания двухзонная, что снижает токсичность выхлопа.

Газоперекачивающий агрегат с этим двигателем получил условное обозначение "Волга". Головной образец ГПА установлен на Помарской КС.

Параметры двигателя НК-36СТ указаны в табл. 1.3.

Продольный разрез двигателя приведен на рис. 1.12.

Как видно из рис. 1.11, этот ГТД четырехвальный с двухступенчатой свободной силовой турбиной (СТ). КНД имеет три ступени, КСД - пять и КВД - семь. Турбины привода компрессоров - одноступенчатые. В части трехкаскадного газогенератора двигатель является уникальным и в мировой практике встречается редко. ГТД создан на базе серийного авиадвигателя НК-321 в двух вариантах: для привода нагнетателей природного газа с обозначением НК-36СТ и для привода электрогенератора (с четырехступенчатой СТ) с обозначением НК-37.

Каскады высокого и среднего давления при конвертировании в основном соответствуют серийному двигателю (около двух третей узлов и деталей базового двигателя). Каскад низкого давления отличается от базового двигателя (меньше на одну ступень в ТНД). Лопатки ТНД и СТ имеют большие удлинения, что обусловило значительное их число.

Оболочки внешнего контура являются тепло- и шумозащитным кожухом. В полость между ними и статором двигателя подается воздух после первой ступени КНД для охлаждения (в основном) кожуха.

Камера сгорания двухзонная с целью снижения уровня NO_х.

Один из первых серийных двигателей в составе ГПА-Ц-25 находится в эксплуатации на Заволжской КС.

При повышении температуры воздуха до 25 °С мощность ГТД снижается до 20,5 МВт (без учета гидравлических потерь в тракте).

Из других характерных особенностей двигателя отметим следующее. Для передачи крутящего момента использована мембранная муфта, допускающая некоторые перекосы и несоосность валов свободной турбины и ЦН.

Рис.1.11. Конструктивная схема двигателя типа НК-38 мощностью 16 МВт

Рис.1.12. Газотурбинный двигатель НК-36СТ

Конструкция муфты позволяет производить разборку подшипников нагнетателя без демонтажа муфты со стороны СТ. Для предупреждения разгона СТ при разрушении муфты имеется страховочное шлицевое соединение. Предусмотрена возможность балансировки ротора СТ в собственных подшипниках. К особенностям конструкции также относится:

• одни и те же опорные рамы используются для транспортировки двигателя и его эксплуатации;

• газогенератор и свободная турбина представляют собой отдельные крупные модули;

• соединение всех систем двигателя с ГПА осуществляется через две отдельные панели: электрическую и гидравлическую.

Ремонт двигателя должен производится в заводских условиях или в ремонтных центрах, для чего предусмотрены ролики, облегчающие выкатку модулей газогенератора и свободной турбины из контейнера. Предусмотрены также приспособления, облегчающие прицентровку двигателя к нагнетателю после ремонта. Узлы соединения трубопроводов и кабельных изделий сконцентрированы в хорошо доступном месте и закреплены на раме.

Двигатель снабжен системами регулирования, защиты и автоматического управления. Системы защиты гидромеханические и действуют и при отсутствии электроэнергии.

Разработанный коллективом ОАО "Люлька-Сатурн" двигатель АЛ-31СТ - трехвальный, получен переработкой короткоресурсного двигателя для военной авиации. Имеет КНД четырехступенчатый с регулируемым ВНА и трансзвуковыми первыми ступенями, КВД - десятиступенчатый с тремя рядами регулируемых НА. Между КНД и КВД - противопомпажный выпуск воздуха.

Турбины высокого и низкого давления одноступенчатые, СТ -трехступенчатая с межопорным ротором на подшипниках качения и вертикальным продольным разъемом корпуса. Рабочие лопатки СТ повышенного удлинения с бандажными полками. Благодаря разъему корпуса имеется простой доступ к лопаточному аппарату СТ. Сопловые лопатки СТ закреплены консольно в кольцевых пазах корпуса. Над рабочими лопатками - сотовые уплотнения. В целом СТ имеет черты, присущие силовым турбинам стационарного типа. Навесные агрегаты исходного двигателя перенесены на опоры и раму. Кондиционирование воздуха для охлаждения ТВД и ТНД осуществляется в воздуховоздушном теплообменнике.

Отметим здесь некоторые особенности двигателя ДН-80.

Предприятием "Машпроект" разработаны в 90-е годы три варианта судового двигателя мощностью 25 тыс. кВт: ДГ80, ДН80, ДА80, -имеющие черты ГТД как третьего, так и четвертого поколений.

Отличия между модификациями состоят в частоте вращения свободной турбины, назначении двигателя и ряде других особенностей. Основные параметры двигателя указаны в табл.1.3. Степень сжатия в простом цикле 21,6 обеспечивается двухкаскадным 18-ступенчатым компрессором, каждый каскад которого приводится одноступенчатыми ТВД и ТНД. Свободная турбина четырехступенчатая и в отдельный модуль не выделена, имеет только вертикальные разъемы корпуса. Ротор СТ межопорный (бесконсольный), что позволяет разработчику сравнительно просто изменить число ступеней при соединении с нагнетателем иной быстроходности.

Ресурс двигателя до капитального ремонта 20000 часов, полный ресурс 60000 часов.

На расчетном режиме в станционных условиях КПД двигателя составляет 34,5...35%. Ведутся работы по снижению токсичности выбросов в соответствии с повышающимися требованиями. С 1995 г. ГПА с двигателем ДН80 находятся в эксплуатации на КС "Софиевская", позднее на КС "Бар", "Гребенка" (Украина), что позволило внести в конструкцию ряд усовершенствований, вытекающих из опыта групповой эксплуатации.

К особенностям двигателя ДН80 также относится:

• осуществление запуска с помощью электродвигателей переменного тока;

• охлаждение блок-контейнера ГТД воздухом, отбираемым в зоне первых ступеней КНД. Безвозвратные потери масла 0,3 кг/ч.;

• время пуска и нагружения до полной мощности 25 мин. Число пусков в процессе эксплуатации не ограничивается.

Предусмотрен отбор воздуха за осевым компрессором ГТД для системы противообледенения в количестве 0,9 кг/с с температурой около 420 °С.

Двигатели мощностью 12 МВт и выше имеют наработку в условиях эксплуатации на начало 2001 г. от 15 тыс. часов и более.

Генеральный поставщик ГПА для Газпрома ОАО НПО "Искра" работает над комплектацией оборудования ГПА почти со всеми вышеуказанными двигателями.