Главные энергетические установки кораблей и судов...

Недавно привезли два корабельных газотурбинных движка. Огромные! Мощность – около 15 тыс. киловатт каждый. В жутком состоянии – три десятка лет за плечами, сделаны на Украине. Где лежали, что с ними делали – доподлинно неизвестно. Надо восстанавливать, ещё пара на очереди. Без них сразу два корабля никогда не вернутся в боевой состав Военно-морского флота России. Первый двигатель уже разобрали, изучают. Документации, паспортов на них нет...

 

Газогенератор является наиболее ответственным агрегатом ГТД, непосредственно определяющим параметры и характеристики двигателя. Газогенератор является также наиболее напряженной частью двигателя в отношении прочности, теплостойкости, эксплуатационной надежности. Он включает узлы и системы, работающие при наибольших температуре и давлении в тракте двигателя и наибольших же окружных скоростях (компрессор, камера сгорания, турбина, трансмиссия). Поэтому в газогенераторе сосредоточены самые передовые и дорогостоящие технологии и материлалы, используемые при производстве ГТД. Значительная часть технических проблем, возникающих при создании и доводке новых двигателей, а также финансовых и временных затрат также связана с газогенераторной частью.
Стоимость создания полностью нового ГТД, например, ТРДД класса тяги 100…400 кН, (при проектировании «с осевой линии») достигает 1…3 миллиарда долларов США и приближается к стоимости разработки планера самолета. Поэтому газогенератор вновь созданного двигателя целесообразно использовать для разработки на его базе модификаций бoльшей или мeньшей тяги или создания ГТД другого назначения. Кроме значительной экономии финансовых средств, использование доведенного газогенератора позволяет существенно снизить технический риск и сроки создания новых ГТД, а также обеспечить более высокий уровень начальной надежности двигателей, что повышает их конкурентоспособность.
Конструктивно создание ГТД различных схем на базе единого газогенератора осуществляется надстройкой газогенератора необходимыми дополнительными узлами и системами (Рис. 2.11). Например, при разработке ТРД газогенератор дополняется входным устройством и соплом. При создании ТРДД газогенератор надстраивается каскадом низкого давления (вентилятором и турбиной низкого давления (ТНД)), наружным контуром и выхлопной системой, которая может быть выполнена с раздельными соплами внутреннего и наружного контуров или с общим соплом. При создании промышленных ГТД разрабатывается узел СТ, а при необходимости значительного повышения мощности газогенератор может быть надстроен каскадом НД для увеличения расхода воздуха.
Также на базе конвертированных газогенераторов авиадвигателей возможна разработка наземных ГТД различных схем. Пример создания семейства промышленных ГТД в классах мощности 10, 12, 16 и 25 МВт на базе ТРДД ПС-90А разработки ОАО «Авиадвигатель» показан на Рис. 2.13.
Наиболее мощная модификация — ГТУ-25П в классе мощности 25 МВт — была создана путем надстройки базового газогенератора каскадом низкого давления для значительного повышения расхода воздуха и степени сжатия. СТ разработана вновь на базе СТГТУ-16П.Турбокомпрессор НД включает трехступенчатый КНДПС-90А со срезанной наружной частью лопаток вентилятора и новую одноступенчатую ТНД. В конструкцииГТУ-25Пв наибольшей степени используется параметрический и прочностной потенциал базового авиадвигателяПС-90А,а высокие параметры цикла: Т*СА = 1512 К, π *КΣ = 28 обеспечивают высокий уровень эффективного к.п.д.η е = 40 %.
В практике проектирования ГТД наряду с использованием полноразмерных базовых газогенераторов находит широкое применение геометрическое моделирование газогенераторов, отдельных узлов ГТД и ступеней лопаточных машин.
Если в геометрически подобных конструкциях выдерживается равенство гидродинамических критериев подобия (относительных скоростей потока в осевом и окружном направлении − λ а иλ u, чисел Рейнольдса (Re), Пекле (Ре), Фруда (Fr) и показателей адиабаты (к =СР/СV ) в сходственных точках), то возможно распространение результатов аэродинамического и прочностного проектирования и испытаний базового узла на моделируемый узел. Это означает, что при идентичных параметрах цикла (Т*СА иπ *К) и внешних условиях в модельном узле сохраняются аэродинамика потока, температуры и давления по тракту, исходное количество лопаток, напряжения и запасы прочности, вибросостояние деталей, запасы по критической частоте вращения. Поэтому, использование стратегии проектирования ГТД, основанной на моделировании, значительно снижает объемы проектных работ и технические риски, а также делает возможным применение результатов испытаний и опыта эксплуатации существующих ГТД при разработке моделируемых.