ТУРБИНА НК-16СТ

Турбина газогенератора.

Турбина (рис. 4.4.) предназначена для преобразования энергии газа в мощность на валу. Турбина - двухкаскадная, двухступенчатая, осевая, реактивная, охлаждаемая.

Первый каскад - турбина высокого давления (турбина ВД).

Второй каскад - турбина низкого давления (турбина НД).

Турбина газогенератора включает в себя следующие узлы:

- ротор турбины ВД;

- ротор турбины НД;

- статор;

- заднюю опору.

Рис. 4.4. Турбина газогенератора

Опорами роторов турбин ВД и НД являются средняя и задняя опора двигателя.

Ротор турбины высокого давления.

Ротор турбины ВД (рис. 4.5.) включает в себя следующие основные элементы:

- диск 3 I ступени турбины;

- вал 1;

- лабиринтное кольцо 5.

Диск соединен с валом стяжными болтами 6. Центрирование осуществляется по буртику на диске и по лапам на вале. Крутящий момент с диска на вал передается втулками 7. Передним фланцем вал крепится призонным болтом к ротору компрессора ВД. Крутящий момент на вал компрессора ВД передается через призонные болты.

Конструкция ротора турбины ВД.

Рабочие лопатки 2 диска I ступени - неохлаждаемые, литые, крепятся в диске замками типа "елочка" и фиксируются от осевого перемещения контровками.

Для уменьшения утечек газа через радиальный зазор на бандажных полках лопаток выполнены гребешки лабиринтного уплотнения.

На периферийной части обода диска выполнены замки типа "елочка" для крепления рабочих лопаток. На хвостовике диска выполнены гребешки лабиринтного уплотнения и расположена внутренняя обойма подшипника ротора. От осевого перемещения внутренняя обойма фиксируется гайкой-лабиринтом 8.

Лабиринтное кольцо 5 центрируется по буртику и крепится к фланцу диска стяжными болтами, соединяющими диск с валом.

С передней стороны диска крепится дефлектор 4 - тонкостенный, дисковой конструкции, центрирующийся по цилиндрическим выступам у ступицы диска. Дефлектор стягивается с диском шестью болтами.

Выступы у обода диска обеспечивают торцевой натяг над замковой частью диска и лопаток для обеспечения герметичности воздухоподводящей полости.

Рис. 4.5. Конструкция ротора турбины ВД.   1 – Вал 2 – Лопатка 3 – Диск 4 – Дефлектор 5 – Лабиринтное кольцо 6 – Болт 7 – Втулка 8 – Гайка-лабиринт 9 – Внутренняя обойма подшипника 10 – Балансировочный болт 11 – Втулка

Ротор турбины низкого давления.

Ротор турбины НД (рис. 4.6.) включает в себя:

- вал 1;

- диск 10 II ступени;

- диск 12 III ступени;

- лабиринтное кольцо 13.

Диск II ступени и диск III ступени, вал 1 и лабиринтное кольцо 13 соединяются между собой стяжными болтами 7 и центрируются по буртикам. Крутящий момент с диска II ступени на вал передается втулками 11.

Осевая фиксация роторов компрессора и турбины НД выполнена специальным стяжным устройством, установленным на заднем вале ротора компрессора НД. Крутящий момент от ротора турбины НД на задний вал компрессора НД передается шлицами, выполненными на переднем конце вала турбины НД.

Вал 1 представляет собой полый стержень, на заднем конце которого установлены лабиринтная крышка 2, форсунка 18, гайки 3 и 6 с экранами, втулка 16 с запрессованной наружной обоймой подшипника 15 ротора турбины НД. Под фланцем крепления дисков турбины установлена наружная обойма подшипника ротора турбины ВД. Внутри вала расположена крышка 17 для подвода масла к подшипнику.

На диске II ступени закреплены рабочие лопатки 9.

Лопатки 9 - штампованные, имеют удлиненные ножки и бандажные полки и крепятся в диске замками типа "елочка". От осевого перемещения лопатки фиксируются контровками и боковыми пластинами 8.

Для уменьшения утечек газа через радиальный зазор на бандажных полках лопаток выполнены гребешки лабиринтного уплотнения, а удлиненные ножки лопаток закрыты пластинами.

В полости между хвостовиками лопаток для уменьшения утечек газа и теплоотдачи в диске и для демпфирования лопаток поставлены уплотнители, выполненные из жаропрочной фольги в форме коробочек. Коробочки наполняются теплоизоляционным материалом.

На периферийной части обода диска выполнены замки типа "елочка" для крепления рабочих лопаток.

Диск III ступени на периферийной части обода имеет лабиринтные гребешки, которые создают разгрузочную полость для уменьшения осевой нагрузки на шариковый подшипник средней опоры.

Лабиринтное кольцо 13 центрируется по буртику и крепится к диску III ступени стяжными болтами 7, соединяющими диск II ступени и диск III ступени с валом.

Рис. 4.6. Конструкция ротора турбины низкого давления.   1 – Вал; 2 – Лабиринтная крышка; 3 – Гайка с экраном 4 – Втулка; 5 – Прокладка 6 – Гайка с экраном; 7 – Болт; 8 – Пластина; 9 – Лопатка II ступени; 10 – Диск II ступени 11 – Втулка; 12 – Диск III ступени; 13 – Лабиринтное кольцо; 14 – Гайка; 15 – Подшипник; 16 – Втулка 17 – Крышка; 18 – Форсунка 19 – Подшипник; 20 – Жиклерное кольцо

Статор турбины.

Статор турбины (рис. 4.7.) включает в себя:

- сопловой аппарат I ступени;

- сопловой аппарат II ступени;

- наружное кольцо 10.

Сопловые аппараты I и II ступеней и наружное кольцо 10 центрируются между собой призонными болтами и соединяются стяжными болтами по фланцам.

Сопловой аппарат I ступени крепится в камере сгорания двумя фланцами. Фланец наружного кольца центрируется с наружным корпусом камеры сгорания призонными болтами и крепится болтами. Фланец внутреннего корпуса соплового аппарата I ступени центрируется с внутренним корпусом камеры сгорания штифтом, а также крепится болтами.

Задним фланцем наружного кольца 10 статор турбины центрируется с задней опорой по призонным болтам и стягивается болтами.

Рис. 4.7. Конструкция статора турбины: 1 – Внутренний корпус 2 – Сопловая лопатка I ступени 3 – Дефлектор 4 – Втулка 5 – Наружное кольцо I ступени 6 – Промежуточное кольцо 7 – Наружное кольцо II ступени 8 – Заглушка 9 – Вставка 10 – Наружное кольцо 11 – Заглушка 12 – Замковое кольцо 13 – Теплоизоляционный мат 14 – Сопловая лопатка II ступени 15 – Вставка 16 – Теплоизоляционный мат 17 – Внутренне кольцо 18 – Диафрагма 19 – Лабиринтное кольцо 20 – Вставка 21 – Внутреннее кольцо

Сопловой аппарат I ступени.

Сопловой аппарат I ступени конструктивно представляет собой следующее:

Лопатки 2 соплового аппарата - литые, пустотелые, охлаждаемые, имеют наружные и внутренние полки. Пазами на внутренней полке лопатки устанавливаются на шлицы внутреннего корпуса 1. От перемещения в осевом направлении лопатки фиксируются буртиками в наружном 5 и промежуточном 6 кольцах, от перемещения в радиальном направлении - шлицами промежуточного кольца.

Во внутреннюю полость I ступени установлен дефлектор 3.

В наружную полку лопатки сверху вставляется крышка с отверстием. На боковых торцах наружных и внутренних полок лопаток имеются прорези, в которых монтируются пластины, устраняющие перетекание газа из тракта в щели между лопаток.

На наружном кольце установлены втулки 4 для подвода воздуха на охлаждение сопловых лопаток.

В промежуточном кольце 6 установлены металлокерамические вставки 15, обеспечивающие радиальное уплотнение по гребешкам бандажных полок рабочих лопаток колеса I ступени турбины.

Внутренний корпус 1 соплового аппарата - сварной. Он состоит из внутреннего кольца, конуса, фланца и козырька. Козырек прикреплен к внутреннему кольцу 21.

Сопловой аппарат II ступени.

Сопловой аппарат II ступени конструктивно представляет собой следующее:

Лопатки 14 соплового аппарата - литые, пустотелые, неохлаждаемые и имеют наружную и внутреннюю полки, объединяющие по две лопатки в секцию и цапфу. Передней частью верхней полки секции устанавливаются в паз наружного кольца 7, а задней - зажимаются замковым кольцом 12. Цапфами секции устанавливаются в прорези внутреннего корпуса, одновременно центрируя его.

По боковым тоцам наружных и внутренних полок секций имеются пазы, в которые устанавливаются пластины, устраняющие перетекание газа из тракта в щели между полками секций сопловых лопаток.

В наружном кольце установлены сотовые паяные вставки 9 и теплоизоляционный мат 13, служащий для устранения перетекания газа над наружными полками секций сопловых лопаток II ступени. Сотовые вставки обеспечивают радиальное уплотнение по гребешкам лабиринтного кольца ротора ВД.

Во внутреннем кольце располагается теплоизоляционный мат, устраняющий перетекание газа через щели между цапфами секций и прорезями внутреннего кольца.

На наружном кольце слева сзади (выше горизонтали) расположен смотровой лючок ЛТ1-2. Лючок состоит из корпуса, приклепанного, к наружному кольцу, и заглушки 8. Корпус лючка имеет отверстие и две шпильки. Заглушка устанавливается в отверстие корпуса и крепится двумя самоконтрящимися гайками. На заглушке выполнены внутренний квадрат и резьбовое отверстие.

Свободная турбина.

Свободная турбина (СТ) предназначена для преобразования энергии газа, вырабатываемого газогенератором, в мощность на приводном валу. Свободная турбина - одноступенчатая, осевая, реактивная.

Свободная турбина выполнена как отдельный узел (модуль) и при необходимости может быть заменена без замены газогенератора.

Свободная турбина состоит из следующих основных узлов:

- соплового аппарата;

- ротора турбины;

- опоры турбины.

Двумя горизонтально расположенными цапфами на корпусе опоры свободной турбины и двумя подвижными цапфами в силовой проставке свободная турбина крепится к своей раме.

Для предотвращения поперечного смещения в нижней точке опоры турбины установлен фиксатор.

Подвод газа от газогенератора к свободной турбине осуществляется через переходное устройство, являющееся корпусной частью соплового аппарата. Основным силовым элементом свободной турбины является опора турбины. Вал ротора СТ опирается на два роликовых подшипника (передний и задний).

Осевые силы, действующие на ротор турбины, воспринимаются шариковым подшипником, установленным в корпусе заднего подшипника.

Свободная турбина приводит во вращение ротор нагнетателя ГПА. Энергия газа на лопатках соплового аппарата и рабочего колеса преобразуется в крутящий момент на валу ротора.

Крутящий момент передается ротору нагнетателя от полумуфты, расположенной на конце ротора СТ, на ответную гибкую щеку муфты приводного вала.

Сопловой аппарат.

Рис. 4.8. Общий вид турбины

Основными элементами соплового аппарата свободной турбины являются:

- наружный корпус 6;

- внутренний корпус 4;

- сопловые лопатки 11;

- наружное кольцо 8;

- козырек 10;

- сегменты 9 уплотнения;

- заглушки лючков осмотра;

- кронштейны с пружинами;

- плавающие кольца 1 и 5.

Сопловой аппарат со стороны выхода фланцем наружного кольца жестко соединяется с опорой свободной турбины, со стороны входа имеет подвижное телескопическое соединение с опорой газогенератора по наружному и внутреннему фланцам.

Наружный и внутренний корпуса образуют плавный канал, служащий для подачи рабочего тела от газогенератора на вход свободной турбины.

Стыковка соплового аппарата с фланцами газогенератора осуществляется следующим образом.

У передних фланцев наружного и внутреннего корпусов устанавливаются плавающие кольца 1 и 5, обеспечивающие телескопическое соединение с газогенератором.

Рис. 4.9. Общий вид турбины (продолжение)

Концентричность плавающих колец обеспечивается пружинами, установленными в три кронштейна, равнорасположенные по окружности.

Кронштейны крепятся к переднему фланцу внутреннего корпуса болтами и самоконтрящимися гайками.

Рис. 4.10. Конструкция соплового аппарата:

1 – Плавающие кольца; 2 – Пружины; 3 – Кронштейны; 4 – Внутренний корпус

5 – Плавающие кольца; 6 – Наружный корпус; 7 – Заглушка; 8 – Наружное кольцо

9 – Сегмент уплотнения; 10 – Козырек; 11 – Сопловая лопатка;

12 – Элемент уплотнения; 13 – Диафрагма

Наружный корпус.

Наружный корпус 6 – сварной конструкции, состоит из переднего фланца, конуса и заднего фланца. На корпусе приклепано семь фланцев для осмотра входных кромок рабочих и сопловых лопаток свободной турбины.

Внутренний корпус.

Внутренний корпус 4 - сварной конструкции, состоит из переднего фланца, конуса, кольца с отверстиями под цапфы сопловых лопаток и сварной диафрагмы. В кольце внутреннего корпуса выполнены две кольцевые проточки, в которые устанавливаются уплотнительные элементы.

Сопловые лопатки.

Сопловые лопатки 11 - литые, пустотелые. Сопловые лопатки в наружном корпусе центрируются буртиками, выполненными на наружных полках лопаток, а во внутреннем корпусе - цапфой, выполненной на нижней полке лопатки.

Сегменты уплотнения.

Сегменты уплотнения с припаянными сотами устанавливаются в наружное кольцо 8, а с выхода входят в кольцевую канавку козырька 10. Сегменты с сотовыми элементами обеспечивают минимальный радиальный зазор между ротором и статором свободной турбины.