проработка конструкции и сравнение вариантов исполнения

А. Ю. Павлов
Филиал ОАО «Силовые машины» — «ЛМЗ», г. Санкт-Петербург
В турбоустановках различного типа думмисная полость предназначена для снижения общего осевого усилия на опорно-упорный подшипник
турбогруппы за счет поддержания необходимого давления. От рациональной компоновки думмисной полости во многом зависит работоспособность
опорно-упорного подшипника турбогруппы и надежность работы всей турбоустановки.
Основной целью представленной работы является конструктивная проработка думмисной полости для газотурбинной установки среднего класса
мощности, обеспечивающей оптимальную работу опорно-упорного подшипника турбогруппы.
В процессе проектирования разработана конструкция думмисной полости
газотурбинной установки среднего класса мощности (рис. 1). В предлагаемой
конструкции конусная обечайка верхнего затурбинного уплотнения и вертикальная обечайка нижнего затурбинного уплотнения развязаны от тепловых
перемещений силового корпуса заднего подшипника турбины. Это обстоятельство обеспечивает сохранение минимальных зазоров в уплотнениях и
приводит к снижению расхода уплотняющего воздуха в полость думмиса. Для
оценки теплонапряженного состояния контактной пары «вертикальная обечайка нижнего затурбинного уплотнения» — «силовой корпус заднего подшипника турбины» выполнен тепловой и прочностной расчет данного соединения с использованием программного комплекса ANSYS Multiphisics.
Полость думмиса организуется верхним и нижним затурбинными уплотнениями. В ходе проведения работы выполнен сравнительный анализ различных вариантов исполнения затурбинных уплотнений (рассмотрены как
сотовые уплотнения, так и уплотнения с чередующимися гребнями ротора
и статора). Анализ и выбор окончательного варианта основывался на результатах расчетов протечек воздуха через уплотнения и чисел Маха при
обтекании последнего гребня уплотнения при различных значениях радиального зазора в уплотнении. Расчет проводился с использованием программного комплекса FLUENT (рис. 2) и по методике ЦКТИ.
Помимо этого в ходе проведения работы выполнен анализ теплонапряженного состояния задней концевой части ротора с использованием
программного комплекса ANSYS MULTIPHISICS, проведен расчет осевого
усилия на опорно-упорный подшипник турбогруппы и даны рекомендации
по давлению в полости думмиса, обеспечивающему оптимальную работу
опорно-упорного подшипника.
25
Рис. 1. Компоновка думмисной полости, построенная на основании выполненных
расчетов.
1 — верхнее затурбинное гарантированно-бесконтактное уплотнение (верхнее уплотнение думмиса);
2 — нижнее затурбинное гарантированно-бесконтактное уплотнение (нижнее уплотнение думмиса);
3 — полость думмиса;
4 — задняя концевая часть ротора;
5 — масляное уплотнение заднего подшипника турбины с двумя запирающими полостями
Рис. 2. Поля скоростей в нижнем газотурбинном уплотнении, полученные в результате расчета в ПК FLUENT.
26
Спроектированная конструкция думмисной полости (рис. 1) имеет следующие достоинства:
1. Обеспечение в верхнем и нижнем затурбинных уплотнениях минимальных зазоров;
2. Снижение расхода уплотняющего воздуха в думмис;
3. Снижение протечек воздуха через верхнее и нижнее затурбинные
уплотнения;
4. Снижение необходимого давления в полости думмиса для компенсации осевого усилия от турбины;
5. Повышение КПД установки:
6. Снижение возможного риска попадания масляных паров в проточную часть турбины.
27