Установки промышленного типа МS-1000, МS-3000, МS-5000, МS-7000 и их модификации фирмы «Дженерал электрик» конвертированы в судовые из стационарных ГТУ. Все они работают но открытому циклу с регенерацией теплоты уходящих газов для подогрева воздуха.
Особенностью ГТУ М5-3012К является привод генератора переменного тока от ТНД и постоянная частота их вращения. Главный электродвигатель (ГЭД) переменного тока с постоянной частотой вращения приводит в действие ВРШ. Установка М5-3012К со всеми обслуживающими механизмами и системами расположена на верхней палубе судна, а ГЭД — в машинном отделении. Некоторые данные о судовых ГТД промышленного типа приведены в табл. 1.3.
Таблица1.3. Характеристики судовых ГТД типа МS.
Характеристика | МS-1002R | МS-3002R | МS-50002R | МS-7000 |
Мощность, кВт | 2 940- | 5500- | 16200- | 33000- |
3680 | 8800 | 22000 | 44000 | |
Номинальная мощность, кВт | 3300 | 8100 | 20700 | 40500 |
Температура газа перед ТВД на номи- | 1198 | 1 198 | 1 173 | |
нальном режиме, К | ||||
Удельный расход топ. | 272 | 269 | 266 | 274 |
лива, г/(кВт-ч) | ||||
Частота вращения, | ||||
об/мин: | ||||
ТВД | — | 6900 | 5100 | — |
ТВ (ТНД) | 10290 | 6500 | 4670 | 3020 |
Расход воздуха, кг/сек | — | 46,5 | 113 | 216 |
Степень повышения давления Лк | 6,7 | 8,2 | 8,1 | |
Сухая масса ГТД, т: | ||||
с регенератором | 70 | 111 | 200 | 455 |
с редуктором | — | 179 | 315 | — |
Габариты (без редук- | ||||
тора), мм: | ||||
длина | 7200 | 9600 | 14700 | 18500 |
ширина | 4900 | 5200 | 8400 | 12000 |
высота (с регенератором) | 6500 | 9100 | 10200 | 13400 |
Расчетная температуря То, °С | 21 | 21 | 21 | - |
1.1.4.2. Судовые ГТУ легкого типа.
На судах такие ГТУ нашли применение в следующем исполнении:
- с одним компрессором и одной турбиной (блокированная, рис. 1.6, а);
-с одним турбокомпрессором и свободной ТВ (рис. 1.6, б);
— с двумя турбокомпрессорами и свободной ТВ (см. рис. 1.2). Были проведены большие работы по конвертированию авиационных ГТД для использования их на судах: в СССР — ГТУ М-25.
В США были созданы ГТД типов: LМ-100, LМ-300, LМ-1500, LМ-2500, LМ-5000, FТ-4А, FТ-4А12, FТ-4С-2 и др.; в Англия -типов «Олимп», «Тайн», «Гном» и др. Некоторые данные о судовых ГТД авиационного типа приведены в табл. 1.4.
Табл.1.4. Характеристики зарубежных судовых ГТД.
Характеристика | LМ-1500 | LМ-2500 | FТ-4А-2 | FТ-4А-12 | “Олимп"ТМ1 | “Олимп"ТМ3 | “Тайн” | “Гном"GN |
Фирма (страна) | „Дженерал электрик"(США) | „Дженерал электрик"(США) | „Пратт энд Уитни” (США) | „Пратт энд Уитни" (США) | „Ролс-Ройс»(Англия) | „Ролс-Ройс»(Англия) | „Ролс-Ройс»(Англия) | „Ролс-Ройс»(Англия) |
Мощность, кВт: | ||||||||
максимальная | 10300 | 18768 | 18768 | 20600 | 17660 | 20000 | 3310 | 883 |
номинальная | 9200 | 16340 | 15456 | 17958 | 14270 | 15890 | 2 650 | 750 |
Удельный расход топ | 345—357 | 240—253 | 308-321 | 314—321 | 307—319 | 296—312 | 308-332 | 382 -401 |
топлива,г/(кВт-ч) | ||||||||
Температуравозд. °С °С наружного | 38 | 38 | — | — | 15 | 15 | 15 | — |
Степень повыш.давл.возд. | 12 | 17 | 12 | 12 | 10,3 | — | 11,5 | 8,3 |
Температура газа перед | 1213— | 1373 | 1116 | — | 1150 | 1280 | 1240 | 1170 |
перед ТВД, К | 1115 | |||||||
Расход воздуха, кг/с | 69,4 | 69,3 | — | — | — | — | 20 | 5,6 |
Число ступеней: | ||||||||
КНД | — | — | 8 | — | 5 | 7 | 6 | -- |
КВД | 17 | 16 | 7 | — | 7 | 7 | У | 10 |
ТВД | 3 | 2 | 1 | — | 1 | 1 | — | 2 |
ТНД | — | 2 | — | 1 | 1 | — | » | |
ТВ | 1 | 6 | 2 | — | 1 | 1 | — | — |
Масса ГТД, кг | 3400 | 3 850 | 6440 | 6440 | 24850 | 20850 | 860 | 160 |
Габариты, мм: | ||||||||
длина | 5700 | 6780 | 7920 | 7900 | 6780 | — | 4 .350 | 1 800 |
ширина | 2130 | 2130 | 1 455 | 1430 | 3 330 | 2440 | 1 625 | 500 |
высота | 2440 | 2130 | 2182 | 2157 | 2800 | 3000 | 1 727 | 550 |
1.2. Редукторы
Редукторы обладают рядом преимуществ перед другими типами передач: меньшие масса и габариты, более высокий КПД, простота устройства, сравнительно меньшая стоимость, большая долговечность, высокая безотказность и т. д. По назначению различают редукторы главные и вспомогательные; по конструкции — переборные, планетарные и комбинированные, по направлению вращения—реверсивные и нереверсивные; по виду зубчатых колес—цилиндрические и конические; по числу зубчатых пар— одно- и многоступенчатые; по расположению осей валов—горизонтальные и вертикальные; по типу передач — цепные, гнездовые и с раздвоением мощности.
Примером двухступенчатого редуктора с раздвоением мощности является редуктор главного газотурбинного агрегата М-25 судов типа «Атлантика». В 1-й ступени мощность ГТД через шестерню Z1 передается на две шестерни Z2. На 2-й ступени от каждой шестерни Z3, приводимой от Z2, мощность передается на две шестерни Z4, от них—на главное колесо редуктора Z5 и далее—на ВФШ.
Редуктор установки М-25—переборный, реверсивный, с цилиндрическими зубчатыми колесами, с горизонтальным расположением валов; редуктор установки ГТУ-20—также переборный, с цилиндрическими зубчатыми колесами, двухступенчатый, с горизонтальным расположением валов, но нереверсивный, с цепным типом передачи. Редуктор судовой ГТУ средней мощности с ГТД GТРЕ-990 выполнен планетарным.
Планетарные редукторы в основном устанавливаются на КВП и СПК. Для комбинированных установок наиболее характерны редукторы, собирающие мощности от нескольких двигателей, в том числе и разнотипных и разной мощности, а также раздающие мощность двигателей различным нескольким потребителям. Для этих же установок характерны операции
подключения и отключения двигателей с помощью гидравлических и специальных механических разобщительных муфт. Наиболее простой, но достаточно распространенной муфтой такого назначения является автоматическая механическая с обгонным устройством .В редукторах широко используются так называемые самосинхронизирующие муфты, конструкция которых представляет собой сочетание фрикционной и зубчатой муфт. Первая служит для синхронизации валов и создания тем самым условий для включения зубчатой муфты, которая способна продолжительное время передавать основной крутящий момент.
1.3. Средства реверса
Упор винта на переднем ходу называют положительным, на заднем—отрицательным. Отрицательный упор применяют в эксплуатации для движения судна задним ходом, торможения и остановки судна, идущего передним ходом, для стаскивания судна с мели и т. п.
Реверсом называют маневр, связанный с изменением направления упора, создаваемого гребным винтом. Осуществляют реверс с помощью одного из трех элементов пропульспвного комплекса:
-силовая турбина—передача—движитель, который в этом случае называют реверсивным.
1.3.1. Газовый реверс.
При использовании реверсивной силовой турбины реверс называют газовым, а ГТД—реверсивным. В соответствии с требованиями к проектированию судовых установок мощность на заднем ходу должна составлять примерно 40—50 % мощности переднего хода.
Конструктивно турбина заднего хода может быть выполнена в виде :
а) отдельной турбинной ступени, расположенной на диске, жестко связанном с ротором турбины переднего хода;
б) отдельной турбины, передающей крутящий момент на редуктор через собственный вал (рессору);
в) верхнего (нижнего) яруса лопаток, расположенного над (под) ярусом лопаток одной из ступеней переднего хода.
В конструкциях (а) и (б) существенно возрастают массогабаритные показатели ГТД, возникает необходимость в создании надежных закрытий в газовых каналах, а в случае «б», кроме того, нарушается принцип прямоточности ГТД. В случае применения радиальной реверсивной турбины возникают трудности компоновки проточных частей турбин, состоящих из нескольких последовательно расположенных центростремительных турбин, а также затруднения, связанные с конструктивным сочетанием в одной проточной части осевых и радиальных ступеней .
Газовый реверс с использованием двухъярусного облопачивания реверсивной турбины может быть выполнен по схеме, разра-
ботанной и испытанной фирмой «Дженерал электрик» для судовых ГТУ промышленного типа третьего поколения (рис. 1.4). На рисунке показаны направления движения газов и положения органов реверсивных устройств ГТУ. Специальные дефлекторы, расположенные за реверсивной ступенью, образуют на переднем ходу канал для прохода отработавших газов из рабочей решетки верхнего яруса в выпускной диффузор, обеспечивая тем самым уменьшение протечек газа в ступень заднего хода и снижение вентиляционных потерь. При работе на заднем ходу дефлекторы перемещаются в положение, при котором образуется канал для прохода отработавших газов из рабочей решетки заднего хода в выпускной диффузор.
Существенный недостаток ГТУ с газовым реверсом - потери мощности, достигающие 4—5%, что вызвано увеличенным сопротивлением вращению неработающих ступеней рабочего тела, имеющего весьма высокую плотность (например, по сравнению с ПТУ, в которой неработающие ступени располагают в зоне вакуума).