Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор и анализ современного состояния теоретических и экспериментальных разработок по созданию малогабаритных газотурбинных установок 12
1.1 Краткий обзор зарубежных производителей малогабаритных газотурбинных установок
1.2 Краткий обзор Российских разработок малогабаритных газотурбинных установок 13
1.3 Обзор функциональных схем малогабаритных газотурбинных установок зарубежных фирм 14
1.4 Основные конструктивные решения роторов малогабаритных газотурбинных установок 17
1.5 Материалы, применяемые для изготовления рабочих колес малогабаритных газотурбинных установок 18
1.6 Рекуперативные воздухоподогреватели, используемые в малогабаритных газотурбинных установках 19
1.7 Особенности камер сгорания применяемых в малогабаритных газотурбинных установках 21
1.8 Особенности выбора подшипников в малогабаритных газотурбинных установках 24
1.9 Обзор основных компоновок в зарубежных малогабаритных газотурбинных установках 1.10 Анализ современного состояния теоретических исследований и экспериментальных стендов малогабаритных газотурбинных установок 33
1.11 Цели и задачи исследования 35
2 Анализ тепловых схем малогабаритных газотурбинных установок с малорасходными турбомашинами 37
2.1 Тепловая схема одновальной малогабаритной газотурбинной установки простого типа
2.2 Тепловая схема двухвальной малогабаритной газотурбинной установки со свободной турбиной . 39
2.3 Тепловая схема двухвальной малогабаритной газотурбинной установки со свободной турбиной и рекуперацией 42
2.4 Анализ способов повышения эффективности малогабаритной газотурбинной установки для цикла простой тепловой схемы. 44
2.5 Тепловая схема двухвальной малогабаритной газотурбинной установки с приводом компрессора от отдельного электродвигателя 47
2.6 Выбор и научно-техническое обоснование типа тепловой схемы малогабаритной газотурбинной установки. 49
2.7 Выбор оптимальных параметров и характеристик малогабаритной газотурбинной установки 53
2.8 Расчет предлагаемых тепловых схем малогабаритной газотурбинной установки 56
3 Модифицированная методика расчета малорасходных турбомашин малогабаритной газотурбинной установки. Обоснование характеристик малорасходных турбомашин и малогабаритной газотурбинной установки 62
3.1 Выбор и научно-техническое обоснование типа турбины для малогабаритной газотурбинной установки 62
3.2 Модифицированная методика газодинамических расчетов малорасходной турбины радиально-осевого типа 71
3.3 Модифицированная методика газодинамического расчёта малорасходного центробежного компрессора. 73
3.4 Оценка мощностей малорасходной турбины радиально-осевого типа и малорасходного центробежного компрессора при разных частотах вращения в предложенной тепловой схеме
4 Экспериментальные исследования малорасходных турбин и компрессоров малогабаритной газотурбинной установки 87
4.1 Экспериментальный стенд для исследования малорасходных компрессоров и турбин 87
4.2 Модельные испытания малорасходной радиально-осевой турбины 98
4.3 Модельные испытания малорасходного центробежного компрессора 113
5 Разработка рекомендаций по проектированию малорасходных турбин и компрессоров, а так же малогабаритной газотурбинной установки и созданию ее конструктивного облика 125
5.1 Рекомендации по созданию, проектированию и конструированию малогабаритной газотурбинной установки 125
5.2 Конструктивный облик малогабаритной газотурбинной установки с приводом компрессора от отдельного электродвигателя. 127
Заключение 139
Список сокращений и уловных обозначений 143
Список используемых источников 146
- Материалы, применяемые для изготовления рабочих колес малогабаритных газотурбинных установок
- Тепловая схема двухвальной малогабаритной газотурбинной установки со свободной турбиной
- Модифицированная методика газодинамических расчетов малорасходной турбины радиально-осевого типа
- Рекомендации по созданию, проектированию и конструированию малогабаритной газотурбинной установки
Материалы, применяемые для изготовления рабочих колес малогабаритных газотурбинных установок
Анализ вышеприведенных рисунков показывает, что присутствуют все элементы газовой турбины, а именно турбина, компрессор, камера сгорания, рекуператор, причем генератор приводится как от общей с компрессором турбины, так и от силовой турбины. [59]
Как правило, ротор МГТУ является единой конструкцией, в которой объединены: рабочее колесо турбины, рабочее колесо компрессора, ротор генератора и цапфы подшипников. Это позволяет уменьшить вес и повысить надежность всей установки (См. Рисунок 1.9 и 1.10). Исключением является конструкция фирмы Ingersoll, в которой используются две турбины - для привода компрессора и для привода силовой турбины. Силовая турбина соединена с электрогенератором через редуктор. Эта конструкция наиболее сходна с предлагаемой в диссертации. Но имеет два коренных отличия: предлагаемая двух роторная конструкция не связана газодинамически между собой; Предлагаемая силовая турбина приводит в движение высокоскоростной генератор, что
Данные по материалам предоставлены в итоговой таблице. Особенно надо отметить фирму Ingersoll, характерной особенностью является использование керамического рабочего колеса турбины. Усовершенствованная керамика типа кремниевого нитрида (Si3 N4 Ceramics) позволяет микротурбине работать с более высокими температурами, чем турбине из металлических сплавов. Сказанное приводит к экономии топлива и снижению выброса NOх. Однако керамика характеризуется большим разбросом в сопротивлении разрыву, особенно при учете качества поверхности после ее обработки. Последнее обстоятельство потребовало уточненных исследований прочности РК турбины (Рисунок1.11).
Стремление повысить КПД МГТУ заставляет фирмы использовать рекуперативные подогреватели. Кроме этого КПД МГТУ можно повысить и за счет повышения температуры газа перед турбиной. Фирма Ingersoll стремление повысить температуру газа перед турбиной привело к увеличению температуры газа и перед РВ. Это обстоятельство заставляет использовать керамику не только в турбине, но и в РВ с целью уменьшения температурной коррозии и уменьшения ползучести его элементов. Как показали оценочные расчеты, при перспективной температуре газа на входе в турбину 11600 С и при степени сжатия 3,0 использование керамики в РВ обеспечит достаточную надежность и повышает КПД установки до 36% (Рисунок 1.12). [62]
Фирма Ingersoll использует керамику для обеспечения высокого КПД (32%) и достаточно высокого ресурса (80000 часов) при температуре газа перед турбиной 925С. Керамика используется для РК турбины и других элементов конструкции. Такое традиционное для Ingersoll направление совершенствования является перспективным, так как в дальнейшем обеспечит переход на повышенную температуру газа с целью повышения КПД.
Рисунок 1.14 Кольцевой РВ (А) и его радиальные секции (пластины) (Б) Рекуперативный воздухоподогреватель - это сложная пространственная конструкция. В стремлении к уменьшению массогабаритных параметров РВ, ставит перед разработчиками ряд сложных конструктивных и сварочных задач. Уменьшение площадей каждого из каналов повышает требование к очистке воздуха. [63]
Снижение выбросов NOx зависит напрямую от процесса горения в камере сгорания. Поэтому, одним из таких направлений для фирмы Elliott является совершенствование процесса горения в камере сгорания с целью снижения вредных выбросов NOx. В работах R.K.Cheng выполненных в лаборатории Беркли в рамках программы DOE USA, описаны результаты совместных исследований, позволивших получить в камерах сгорания с предварительным смешением выбросы NOx менее 5,0 ppm при 15% О2. Общий вид одной из исследованных горелок и камеры сгорания приведены на Рисунке 1.15 и Рисунке 1.16. [66]
Камера сгорания обеспечивает эмиссию NOx 25 ppm при 15% О2. Газообразное топливо подается на вход камеры при номинальной мощности под давлением 5,4 кг/см2. Процесс горения стабилен при значительных изменениях свойств используемого газа. В установке использована камера сгорания с низкими выбросами NOx (Рисунок 1.18). На Рисунке 1.17 б) представлена конструктивная схема камеры, указанная камера значительно отличается от камер сгорания устаревших конструкций (Рисунок 1.17 а)). [74]
Фирма Turbec принимает участие в Европейских программах усовершенствования микротурбинных энергетических установок ОМЕS.BIOTURBINE.AGATA. Последняя программа посвящена увеличению электрического КПД установки до 40% с одновременным уменьшением вредных выбросов NOx. Выполнению поставленных задач способствует проектируемая фирмой Turbec каталитическая камера сгорания на температуру газа перед турбиной 13500 С. Примерный вид такой камеры сгорания представлен на Рисунке 1.19. Ожидаемый уровень выбросов NOx менее 2,5 ppm.
Используются различные типы подшипников: масляные гидродинамические подшипники скольжения, керамические шариковые, газодинамические лепестковые, магнитный подвес. В конструкции Elliott использован масляный подшипник скольжения и подшипник качения, выполняющий функцию опорно-упорного подшипника. Основным направлением совершенствования является отказ от подшипников на жидкой смазке, что определено программами развития подобных установок - DOE USA и др. Можно предположить, что выбор будет сделан в пользу магнитного подвеса ротора или газодинамических лепестковых подшипников. Косвенно об этом свидетельствует анализ традиционной деятельности фирмы Calnetix, Inc, в которую сегодня входит компания Elliott. Рисунок 1.25.
Газодинамические лепестковые подшипники установок Capstone. Хотя газодинамические лепестковые подшипники относительно давно известны в технике, их применение в энергетических установках определило новые задачи. Главной из них являлась задача обеспечения непрерывной работы подшипника в течение длительного срока - более 40 000 часов. Существенным дополнительным условием является возможность работы узла подшипника при высокой температуре, достигающей 6500 С. В NASA были исследованы газодинамические лепестковые подшипники с целью выбора наиболее предпочтительного варианта (см. Рисунок 1.22). В процессе работы выяснилось, что одним из главных условий высокой работоспособности подшипника является поверхностное покрытие его рабочих поверхностей сплавом РS304. Компоненты материала РS304, наносимые на поверхности с помощью плазменной струи, приведен на Рисунке 1.23. [70]
Тепловая схема двухвальной малогабаритной газотурбинной установки со свободной турбиной
Для того чтобы преодолеть некоторые недостатки одновальной МГТУ простого типа, его снабжают второй независимой турбиной, которая приводится во вращение газами, выходящими из первой турбины, вращающей компрессор. Тепловая схема двухвальной МГТУ со свободной турбиной показана на Рисунке 2.3. На Рисунке 2.4. показана T-S диаграмма двухвальной МГТУ со свободной турбиной.
Такая тепловая схема позволяет получить максимальный крутящий момент на промежуточных числах оборотов. Основные преимущества двухвальной МГТУ со свободной турбиной заключаются в следующем: 1. При такой конструкции МГТУ, компрессор работает на выгоднейших, с эксплуатационной точки зрения, числах оборотов. В тоже время свободная турбина может вращаться с нужным числом оборотов, в зависимости от нагрузки, обеспечивая гибкость регулировки МГТУ. 2. Наличие свободной турбины практически обеспечивает идеальные характеристики крутящего момента по числу оборотов, что необходимо для многих потребителей мощности, например таких, как автомобиль. Кривые зависимости крутящего момента от оборотов для двухвального МГТУ со свободной турбиной, одновального МГТУ простого типа и поршневого двигателя показаны на Рисунке 2.5 Из анализа Рисунка 2.5 видно, что в то время, как крутящий момент одновального газотурбинного двигателя увеличивается от минимальной до максимальной величины с увеличением числа оборотов, крутящий момент двух вального МГТУ простого типа со свободной турбиной имеет максимум при малых числах оборотов и уменьшается с ростом числа оборотов. 3. Двухвальный МГТУ со свободной турбиной обладает более легким запуском из холодного состояния, так как пусковой агрегат связан только с турбиной компрессора и компрессором, и при запуске свободная турбина и ее выходной вал остаются неподвижными. 4. Отсутствие механической связи между турбиной компрессора и свободной турбиной позволяет осуществить более быструю раскрутку свободной турбины от оборотов холостого хода до максимального числа оборотов. 5. При постоянной скорости вращения компрессора число оборотов выходного вала свободной турбины может меняться в широком диапазоне.
Свободная турбина в настоящее время широко применяется в авиационных, автомобильных и других конструкциях двигателей, кроме самых малых газотурбинных двигателях мощностью 50-100 кВт. Нужно отметить что, несмотря на свои особенности, двухвальный МГТУ со свободной турбиной, с точки зрения термического КПД, относится к классу простых газотурбинных двигателей. X T об/мин Рисунок 2.5 Кривые зависимости крутящего момента от оборотов для двухвального МГТУ со свободной турбиной, одновального МГТУ простого типа и поршневого двигателя. 1 – двухвальный МГТУ со свободной турбиной; 2 – поршневой двигатель; 3 – одновальный МГТУ простого типа. [35, 43] 2.3 Тепловая схема двухвальной малогабаритной газотурбинной установки со свободной турбиной и рекуперацией
Продукты сгорания Воздух Рисунок 2.6 Тепловая схема двухвальной МГТУ со свободной турбиной и рекуперацией. 1 – компрессор; 2 – камера сгорания (КС); 3 – турбина компрессора (ТК); 4 – турбина свободная (ТС); 5 – рекуперативный воздухоподогреватель (РВ); 6 – генератор. Цикл двухвальной МГТУ со свободной турбиной и рекуперацией (тг =5). Н - 1 изотермический процесс течения рабочего тела во входном устройстве; 1 - 2t адиабатный процесс сжатия в компрессоре; 1 - 2 политропный процесс сжатия в компрессоре; 2 - 5 процесс подвода тепла к воздуху в РВ; 5 - 3 процесс подвода тепла в камере сгорания; 3 - 4Jt адиабатный процесс расширения в ТВД; 3 - 4 политропный процесс расширения в ТВД; 4 - 4t адиабатный процесс расширения в ТНД; 4 - 4 политропный процесс расширения в ТНД; 4 - 6 процесс отдачи газом тепла в РВ; 6 - Н 1 изотермический процесс течения рабочего тела в выходном устройстве; Н - Н 1 изобарный процесс отвода тепла.
Первый способ повышения КПД МГТУ — это применение рекуперативного подогрева воздуха перед его поступлением в камеру сгорания. Повышение температуры воздуха осуществляется в специальном теплообменнике — рекуперативном воздухоподогревателе (РВ), за счет теплоты газов, покидающих МГТУ. Количество теплоты, передаваемой воздуху в РВ, характеризуется степенью регенерации \х, которая определяется как отношение действительной величины повышения энтальпии воздуха в РВ к максимальной величине энтальпии, при которой температура воздуха за РВ становится равной температуре газа за турбиной. [5] При сжатии воздуха в компрессоре температура воздуха за компрессором повышается, что накладывает ограничение на степень сжатия в компрессоре, т.к. температура воздуха за компрессором должна быть меньше температуры газа за турбиной в пропорции от степени регенерации. Ограничение к является ограничением КПД компрессора. Кроме того, степень регенерации напрямую зависит от площади соприкосновения потоков воздуха и отходящих газов. Площадь соприкосновения напрямую связана с габаритами РВ, и если на габариты компрессора и турбины можно повлиять, например, за счет увеличения к или температуры перед турбиной, то РВ не подлежит уменьшению размеров. К тому же кроме площади теплообменника следует учитывать размеры теплоизоляции, которая уменьшает тепловые потери в окружающую среду. Таким образом, использование РВ в малогабаритной газотурбинной установке ведет к отказу от самой идеи малогабаритности. [2,4]
Включение РВ в схему МГТУ вызывает дополнительные потери давления, которые изменяются пропорционально величине теплопередающей поверхности. Степень понижения давления в турбине падает, что вызывает снижение полезной работы МГТУ. Однако, в каждом конкретном случае, вопрос о применении регенерации должен решаться с учетом результатов технико-экономического анализа. [2]
Вторым способом повышения КПД МГТУ является повышение температуры газа перед турбиной. Повышение температуры газа перед турбиной требует применения новых конструктивных решений: применение более жаростойких и жаропрочных материалов, применение керамики, охлаждение соплового аппарата турбины, охлаждение рабочих лопаток.
Основными требованиями к новым материалам для МГТУ являются: предсказуемость поведения при высоких уровнях нагрузки, высокая прочность и жесткость, высокая жаростойкость и жаропрочность, низкая плотность, низкая себестоимость. К перечисленным требованиям следует добавить: технологичность при изготовлении деталей, сопротивляемость к образованию топологически плотно упакованных фаз (ТПУ – фаз), низкий технологический разброс свойств, управляемость коэффициентом термического расширения, унифицированность по температуре применения. Кроме того, повышение температуры газа перед турбиной ведет: к увеличению расхода воздуха на охлаждение статора и ротора турбины, к применению более сложной камеры сгорания, к усложнению конструкции компенсирующей большие температурные расширения деталей, к снижению надежности, к снижению ресурса, к повышению стоимости изготовления. [1,26,]
Модифицированная методика газодинамических расчетов малорасходной турбины радиально-осевого типа
Сомножитель 2л/тг =2 л3.141 = 3.545 введен для того, чтобы непосредственно связать численное значение Кп с двумя важнейшими безразмерными параметрами ступени - Ф и Ч , Безразмерное число оборотов может быть с пользой применено к разным типам турбомашин. Наиболее широко оно используется в центробежных ступенях, предоставляя возможность быстрого анализа будущей конструкции ожидаемых свойств. Для получения высокого КПД и приемлемой характеристики диапазон коэффициента теоретического напора на расчетном режиме не следует выбирать за пределами: Tр = 0,45- 0,65. (2.5) Для получения максимального КПД диапазон условного коэффициента на расчетном режиме не следует выбирать за пределами: Фр = 0,050- 0,075. (2.6) В этом случае получается, что оптимальная быстроходность ступеней лежит в пределах: 0.05005 0.07505 (2.7) W = 0.650.75 0.450.75 0,31"0,50
Минимальное значение Knopt входит в зону быстроходности центробежных ступеней, т.е. существует зона быстроходности, в которой могут применяться как те, так и другие ступени. Вообще очевидно, что осевые компрессоры следует применять для получения больших объемных расходов и относительно малых отношений давлений. Область применения центробежных компрессоров соответствует меньшим объемным расходам, но они могут обеспечивать значительно большее отношение давлений. Для сжатия воздуха на входе в камеру сгорания МГТУ наиболее благоприятным будет выбор малорасходного центробежного компрессора. Оптимизация и выбор его параметров, профилирование входной и выходной улиток, лопаточного и безлопаточного диффузоров, рабочего колеса, построение газодинамических характеристик проводись по методикам кафедры компрессорной и вакуумной техники. Полученные параметры и характеристики практически обеспечивают принятые оптимальные параметры тепловой схемы малогабаритной газотурбинной установки. [25]
Для расчета, предложенной тепловой схемы, необходимо провести анализ выбора параметров МГТУ и оценку потерь в различных элементах МГТУ. На Рисунке 2.11 показана зависимость КПДГТУ от степени повышения давления воздуха п в МГТУ тепловой схемы с приводом компрессора от отдельного электродвигателя при разных Тз [7] о
Область оптимальных значений для простой одновальной установки без рекуперации 8 12 16 0,35 ПМГТУ 0,3 0,25 0,2 0,15 ОД 0,05 О 4 20 к п при nk=0,90 п при nk=0,89 п при nk=0,88 п при nk=0,87 п при nk=0,86 п при nk=0,85 п при nk=0,84 п при nk=0,83 п при nk=0,82 п при nk=0,81 п при nk=0,8 Рисунок 2.12 График зависимости гмгту от степени повышения давления воздуха в компрессоре п МГТУ тепловой схемы с приводом компрессора от отдельного электродвигателя, при разных значениях КПД компрессора (гк). На Рисунке 2.13 показана зависимость гмгту от степени повышения давления воздуха тг в МГТУ предлагаемой тепловой схемы с рекуперацией. при Тз - 1100 К и разных степенях рекуперации . видно, что с повышением степени рекуперации и оптимальной степени повышения давления воздуха в компрессоре п , при оптимистичной степени рекуперации = 0,9, гмгту может достигать 33%, при тг = 3,5. Из Рисунка 2.12 видно, что гмгту тепловой схемы с приводом компрессора от отдельного электродвигателя изменяется от 19% до 33% при изменении тік от 8 до 12, и изменении КПД компрессора от 0,8 до 0,9. Из рисунка 2.11 видно, что в диапазоне тг от 8 до 12 оптимальное значение Т от 1150 К до 1250 К. Проведенный анализ выбора параметров МГТУ показал, что приемлемых параметров можно достичь в тепловой схеме с приводом компрессора от отдельного электродвигателя. [33, 34] 2.8 Расчет предлагаемых тепловых схем малогабаритной газотурбинной установки
Расчет предлагаемых тепловых схем МГТУ проводился в двух вариантах. В первом варианте определялась оптимальная степень сжатия п для различных степеней рекуперации . Во втором определялась оптимальная степень сжатия 7Гк по максимальному гмгту при начальной температуре газа перед турбиной Т для тепловой схемы без рекуператора с приводом компрессора от отдельного электродвигателя. Поскольку в ЭУ-700 используются Рабочие колеса компрессора и турбины аналогичные МТГ-100 (Микротурбинный генератор мощностью 100 кВт производства ООО «НТЦ «Микротурбинные технологии»), в расчетах принята полезная мощность Ne = 100 кВт. [21]
Далее приведены методики первого этапа расчетов предлагаемой тепловой схемы с рекуперативным воздухоподогревателем (РВ) и предлагаемой тепловой схемы без РВ, когда еще не определены термодинамические параметры продуктов сгорания и характеристики элементов установки. Эти параметры задаются на базе накопленного опыта расчетов. На следующем этапе уточняются параметры рабочего процесса МГТУ с учетом зависимости теплоемкости рабочего тела от температуры воздуха для выбранных степеней повышения давления в компрессоре 7Гк и температуры продуктов сгорания перед турбиной, с учетом физических свойств продуктов сгорания реального топлива и уточненных внутренних КПД турбины и компрессора. [56]
Рекомендации по созданию, проектированию и конструированию малогабаритной газотурбинной установки
В настоящее время уровень совершенства турбомашин требует высококачественных исследований их проточных частей. Для проведения исследования малорасходных радиально-осевых турбин и малорасходных центробежных компрессоров в лаборатории кафедры «ТГиАД» СПбПУ была создана экспериментальная установка ЭУ-700 и экспериментальный стенд для исследования малорасходных турбомашин. Описание стенда, установки, МРТ и МЦК приведены ниже.
Экспериментальный стенд для исследования малорасходных компрессоров и турбин состоит из экспериментальной установки для исследования малорасходных турбомашин с использованием индукторного тормоза (ИТ) (ЭУ-700), воздушной системы, масляной системы, водяной системы и системы управления, измерения и сбора экспериментальных данных (СУИ и СЭД). [8] Принципиальная схема стенда для исследования малорасходных компрессоров и турбин в составе воздушного стенда приведена на Рисунке 4.1.
Воздушная система базируется на воздуходувной станции кафедры «Турбины, гидромашины и авиационные двигатели» СПбПУ и состоит из воздуходувной станции, системы воздушных коллекторов и трубопроводов. Воздуходувная станция имеет в своем составе четыре компрессора, которые могут подавать воздух в общий расходный коллектор как самостоятельно, так и в параллельной работе. Внешний вид и основные характеристики компрессоров представлены на Рисунках 4.2, 4.3, 4.4, 4.5.
Масляная система предназначена для смазки подшипников качения индукторного тормоза. Принципиальная схема масляной системы приведена на Рисунке 4.7. Перед запуском ЭУ включается насос и редукционным клапаном устанавливается необходимо рабочее давление по показаниям манометра.
Водяная система предназначена для охлаждения статора индукторного тормоза. Принципиальная схема водяной системы приведена на Рисунке 4.8 Вода в систему подается из водопровода. Перед началом эксперимента с помощью регулирующих клапанов вода поступает в рубашки охлаждения индукторного тормоза. из водопровода На охлаждение индукторного тормоза Принципиальная схема водяной системы 4.1.5 Система управления, измерения и сбора экспериментальных данных экспериментального стенда Система управления, измерения и сбора экспериментальных данных (СУИ и СЭД) предназначена для автоматического управления экспериментальным стендом. СУИ и СЭД состоит из щита управления, шкафа с системами управления, экспериментальной установки с установленными датчиками, персонального компьютера (ПК), который подключается к СУИ и СЭД. На Рисунке 4.10 приведена мнемосхема системы управления при испытании МРТ, на Рисунке 4.11 приведена мнемосхема системы управления при испытании МЦК.
Щит управления. Конструктивно Щит управления является крышкой Шкафа с системами управления. Схемы коммутации блоков, управления и перечень оборудования приведены ниже. На лицевой стороне щита управления установлены следующие приборы - сигнальная лампа включения питания, имеющая два состояния: ВКЛ (горит зеленый) и ВЫКЛ (не горит), сигнальная лампа при понижении давления масла загорается красным. Выключатель питания с двумя положениями ВКЛ и ВЫКЛ для включения и выключения СУИ и СЭД, кнопка аварийного останова, квитирование, переключатель выбора датчиков частоты вращения. [22]
Шкаф с системами управления. В шкаф с системами управления входят следующие системы, предназначенные для измерения и обработки давлений, температур, частоты и усилий на моментомерах в исследуемых компрессоре и турбине. Датчики давлений АИР-20/М2-ДИВ (неопределенность 0,5%), АИР-20/М2-ДШВ (неопределенность 0,5%), АИР-20/М2-ДД (неопределенность 2%), АИР-ДА (неопределенность 0,5%). Термосопротивление, термопары (хромель-копелевые). Автомат, предохранители и клеммный блок для датчиков температуры, давления, усилий и оборотов. Для управления индукторным тормозом служит устройство зарядное выпрямительное ВСА5М, с пределами изменения напряжения от 3 (+/-3)В до 65 (+6)В при токе нагрузки 12А; Модули аналогового ввода МВА-8 (неопределенность 0,25%), Приборы ТРМ138 (неопределенность 0,25%), ТРМ200 (неопределенность 0,25%), ТРМ201 (неопределенность 0,25%) и ТРМ202 (неопределенность 0,25%).
Продольный разрез экспериментальной установки ЭУ-700 для исследования малорасходных турбомашин. 1 – индукторный тормоз; 2 – малорасходная радиально-осевая турбина (МРТ); 3 – малорасходный центробежный компрессор (МЦК); 4 – рама. Фотографии экспериментальной установки ЭУ-700 представлены на Рисунке 4.12 (вид справа) и Рисунке 4.13 (вид слева).
Основным элементом ЭУ-700 является нагрузочное устройство – индукторный тормоз, позволяющий предупреждать несанкционированный разгон ротора (аварийный режим). Для исключения потерь мощности на трение в подшипниках вала применяется усовершенствованная схема ЛМЗ и ВИГМ с взвешиванием подшипников вала в подшипниках корпуса тормоза (схема «подшипник в подшипнике»). Данная система позволяет автоматически выделять моменты механического трения в подшипниках вращения и газодинамического трения роторных поверхностей.
В состав индукторного тормоза (Рисунок 4.14) входит Корпус, опирающийся на два подшипника 2 и 18, которые установлены в опорах 3 и 9 имеющих горизонтальный разъем и ротор 12 установленный в двух подшипниках 5 и 17. Корпус состоит из стенки левой 6, статора левого 7, рубашек охлаждения 8, 11 и 15, среднего статора 10, двух катушек возбуждения 13, статора правого 14 и стенки правой 16.
Для компенсации температурных перемещений, каждая пара «подшипник в подшипнике» составлена из шарикового и роликового подшипников. Подшипники имеют масляную смазку. Для охлаждения катушек возбуждения применяется водяное охлаждение. Вода подается через пять специальных отверстий, которые расположены в деталях корпуса, на охлаждающие рубашки, которые изготовлены из меди. Нагретая вода из пяти отверстий в нижней части деталей корпуса выводится в поддон и далее в сливную магистраль. Ротор тормоза с двух сторон оканчивается двумя втулками с торцевыми зубьями (соединение типа «хирт»). С одной стороны, на рабочем колесе турбины также нарезаны торцевые зубья, которые центрируют рабочее колесо и одновременно передают момент на ротор тормоза. Так же через втулку крепится колесо компрессора и ответная втулка. Такая конструкция позволяет в качестве материала колеса компрессора использовать алюминиевые сплавы, что упрощает возможность изготовления разных рабочих колес. Консольное расположение рабочего колеса компрессора и турбины, и соответственное расположение статорных узлов компрессора и турбины позволяет менять проточную часть компрессора и турбины без разборки индукторного тормоза. Рама. На раме смонтирована экспериментальная установка. Рама стоит на фундаментной плите, исключающие вибрации установки. К раме прикреплены стойки, предназначенные для крепления тензометрических датчиков измерителей крутящего момента.