ТУРБИНА ПЖТ-10

Силовой вал (или вал низкого давления)

Изготовлен из монолитной стальной поковки, и является приводом нагрузки. Спереди на ротор прикреплены на шпонку через стяжные болты турбинные колеса 3-й и 4-й ступеней и соответствующее промежуточное колесо (Рис.4.19. и 4.20).

Колеса и лопатки турбины 3-й и 4-й ступеней

По аналогии с колесами высокого давления, турбинные колеса 3-й и 4-й ступеней, а также промежуточное колесо подсоединены к ротору Н.Д. через ряд стяжных болтов, призванных гарантировать конструктивную стабильность роторного узла низкого давления (См. Рис.4.20.).

Лопатки, посаженные на шпонку на колеса, по шестьдесят на ступень, по аналогии с лопатками высокого давления, изготовлены точным литьем из никелевого сверхсплава, но без охлаждения, поскольку температура расширяющихся газов, на них, сравнима с величинами напряжений/срока службы, предусмотренными на этапе проектирования (Рис.4.21).

Сопла 3-й ступени (1-я ступень низкого давления)

Речь идет о статорных лопатках, на которых возможно изменение сечения прохода потока газов, пересекающих турбину по оси.

Ассимиляция происходит на измерительной шайбе с переменным сечением, через которую газы переходят из секции В.Д. в секцию Н.Д. турбины.

Всего их тридцать шесть, расположенных на корпусе низкого давления.

При условии максимального проходного сечения (макс, открытие) для прохода через "сопловую диафрагму" газы нуждаются в меньшем дифференциале давления, поэтому, на лопатках турбины В.Д. стараются максимально возможно использовать энергию давления газов, сводя, в результате, до минимума значения параметров скорости вращения и мощность турбины Н.Д.

Рис.4.19. Силовой вал

Рис.4.20. Ротор турбины н.д. в сборе

Рис.4.21. Роторные лопатки н.д. 3-й и 4-й ступеней

И наоборот, в условиях минимального проходного сечения (минимальное открытие), газам для прохода через "сопловую диафрагму" необходим максимальный дифференциал давления; при этом, на лопатках газогенератора добиваются минимального использования энергии давления рабочего тела, сводя до максимума параметры скорости/мощности турбины Н.Д.

Таким образом, подвижный сопловый аппарат является истинным делителем энергии между секциями В.Д. и Н.Д. турбины.

С рабочей точки зрения эти сопла позволяют достигать максимальной функциональной гибкости машины при работе на частичных нагрузках и оптимизации теплового к.п.д. в режиме регенеративных и/или комбинированных циклов.

Кинематическая система, синхронно двигающая сопла, похожа на систему приведения в движение входного направляющего аппарата осевого компрессора. И в этом случае, приведение в движение рычажных механизмов происходит за счет гидравлического цилиндра, шток которого представляет собой единое целое с трансформатором с переменной характеристикой, выполняющим роль обратной связи системы.

Отдельное сопло реализовано из монолитного микролитьевого кобальтового сверхсплава; в центре сопла расположена сама лопатка, на одном из торцов - шток с точкой опоры в корпусе турбины Н.Д. и на другом - штифт с точкой опоры на внутреннем шаровом уплотнении.

Сопла 4-й ступени (2-я ступень н.д.)

По аналогии с соплами 2-й ступени В.Д., сопла 4-й ступени разделены на шестнадцать сегментов с тремя листьевидными микролитьевыми лопатками из кобальтового сверхсплава без охлаждения (Рис.4.22.), ивгоговленных точным литьем.

Понятно, что размеры и, соответственно, проходные сечения у этих сопл выше тех, которые имеются у сопл В.Д., поскольку, при одинаковой массе, но при более низком давлении, объемы, занимаемые газами, становятся выше. Внутри на этих соплах также смонтированы уплотнительные сегменты диафрагменного кольца Н.Д., выполняющего аналогичную функцию.

Рис.4.22. Сопла 4-й ступени

Корпус турбины низкого давления

Корпус турбины низкого давления болтами прикреплен к корпусу турбины высокого давления и выхлопному корпусу турбины. В состав корпуса входят следующие элементы:

- Наружная конструкция из двух половин, отлитая из сфероидального чугуна.

- Ряд наружных и внутренних защитных экранов, расположенных по окружности, определяющих геометрию канала для прохода газа перед подвижными статорными лопатками (сопло 3-й ступени).

- Ряд радиальных штифтов (всего восемь) для позиционирования и поддержки сегментов и внутреннего корпуса. Через полые внутри штифты воздух проходит в систему охлаждения и уплотнения.

- Внутренний корпус, отлитый из сфероидального чугуна, в свою очередь, содержит:

- внутренние защитные экраны;

- разделительную диафрагму зон высокого/низкого давления;

- уплотнительные кольца роторных лопаток 3-й ступени;

- сферические сегменты (всего 36), образующие круговую опору внутри подвижных статорных лопаток (сопла 3-й ступени).

Наружная конструкция корпуса турбины низкого давления служит опорой сопловому кольцу 4-й ступени. Ряд отверстий, проделанных по окружности в наружной стенке отливки, в зоне соединения с выхлопным корпусом турбины, служит для охлаждения самого выхлопного корпуса.

Выхлопной корпус турбины

Выхлопной корпус турбины представляет собой несущую конструкцию всех компонентов (роторных и статорных) модуля низкого давления, частично попадающую в конструкцию газового перехода на выхлопе (Рис.4.23).

В отличие от всех других корпусов, этот корпус - стальной. Одна часть корпуса изготовлена из каландрированного и сварного листа, а другая - из отливки.

Основные секции, входящие в состав конструкции выхлопного корпуса

Ниже перечислены главные компоненты корпуса:

Концентрические кожухи (наружный и внутренний), имеющие горизонтальные фланцы и жестко соединенные друг с другом посредством шести расположенных по окружности ребер жесткости. Названные выше кожухи образуют несущую конструкцию корпуса.

Внутренний разъемный диффузор из листа нержавеющей стали.

Наружный разъемный диффузор из листа нержавеющей стали, подсоединенный через фланец к внутреннему диффузору.

Построение выхлопного корпуса турбины

Выхлопные газы после расширения на последней ступени силовой турбины, направляются в выхлопной короб, проходя через внутренний и наружный диффузоры корпуса.

Поскольку температура газов продолжает оставаться высокой, диффузоры выполняют также функцию тепловой защиты несущей конструкции корпуса.

В связи с этим, внутренний диффузор теплоизолирован и устроен так, чтобы "прикрывать" а, следовательно, и защищать от прямого потока выхлопных газов шесть ребер жесткости, в любом случае, охлаждаемых потоком "холодного" воздуха, частично, забранного из осевого компрессора и, частично, - снаружи, который в дальнейшем выводится за пределы корпуса по двум отрезкам трубы, смонтированным на кожухе наружного диффузора.

Рис.4.23. Выхлопной корпус турбины. Поперечное сечение.

Через два диаметрально противоположных смотровых отверстия на внутреннем диффузоре можно получить доступ ко всем фланцевым болтам, позволяя таким образом смещать корпус по горизонтали.

Конструктивно, опорой внутренней части диффузора служит осевой фланец наружного кожуха. Для обеспечения надлежащего теплового расширения, внутренняя часть диффузора оборудована направляющими элементами, структурно связанными спереди и сзади с внутренним кожухом.

Наружный диффузор опирается на внутренний кожух корпуса в четырех точках.

Часть диффузора, обращенная внутрь корпуса, - теплоизолирована по аналогии с частью наружного кожуха, содержащегося в выхлопном коробе.

Корпус турбины высокого давления

Отфланцован спереди у выхлопного корпуса компрессора и сзади - у корпуса турбины низкого давления. С горизонтальным разъемом из отлитого сфероидального чугуна. Задний фланец определяет границу между модулями высокого и низкого давления. Камера сгорания опирается на корпус турбины высокого давления независимо от того, как она установлена (вертикально или горизонтально).

Неподвижные лопатки (сопла)

Функционально, сопла, установленные перед роторными ступенями, представляют собой ряд измерительных шайб с постоянным и/или переменным сечением прохода (сопла 3-й ступени) для определения физического и аэродинамического состояния газа перед расширением на роторных лопатках.

Сопловый аппарат и роторные лопатки определяют размеры проточной части турбины.

Сопла 1-й ступени В.Д.

Эти сопла, прямо попадающие под поток газов на выходе из переходного патрубка, являются элементами, больше всего подвергаемыми термическим напряжениям по сравнению со всеми остальными секциями (высокого и низкого давления) турбины, поскольку они попадают в зону максимальной температуры газов на выходе из газового переходного патрубка.

Сопла разбиты на двадцать два сегмента по два листьевидных профиля каждая, зажатых, в свою очередь, между двумя полками (наружной и внутренней)

Обе лопатки с аэродинамическим профилем и полки образуют цельный монолитный микролитьевой сегмент из кобальтового сверхсплава, особенно стойкого к горячему окислению.

В любом случае, ввиду высокой рабочей температуры, нижняя полка и листьевидные профили охлаждаются потоком воздуха, забираемого на выходе из осевого компрессора.

Неразрывность по окружности и газовое уплотнение между секторами обеспечиваются рядом пластин, заделанных в соответствующие полки. Наружная полка оснащена механической системой подсоединения к разъемному кольцу, выполненному, в свою очередь, заодно с корпусом турбины высокого давления.

Дополнительное внутреннее кольцо, зафиксированное к выхлопному корпусу компрессора, наряду с наружным кольцом, противостоит осевому давлению газов, проходящих по листьевидным профилям сопел.

Сопла 2-й ступени В.Д.

Разбиты на 16 сегменгов по три листьевидных профиля каждый (рис.4.25) и, по аналогии с соплами первой ступени, охлаждаются и изготовляются из микролитьевого кобальтового сверхсплава, и только по окружности опираются на кольцо, выполненное заодно с корпусом турбины В.Д.

С внутренней стороны сопла поддерживают секции диафрагменных колец В. Д. со вставленными пластинами, формирующими статическую часть газовых уплотнений на лопатках 1-й и 2-й ступеней.

Рис.4.24 Сопла 1-й ступени в.д.	Рис.4.25. Сопла и диафрагмы 2-й ступени в.д.