СУДОВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1994 года по МПК B63H21/00 

Изобретение относится к судостроению, в частности к конструкциям судовых энергетических установок (СЭУ) с газотурбинными двигателями (ГТД).

Известна СЭУ, в которой ГТД с однокаскадным турбокомпрессором и свободной силовой турбиной (СТ) при помощи редуктора соединен с гребным винтом [1] . Эта СЭУ имеет низкую экономичность на пониженных нагрузках, т. к. при уменьшении оборотов гребного винта обороты СТ снижаются быстрее, чем обороты турбины компрессора (ТК), в связи с чем производительность компрессора падает медленнее, чем расход топлива. Все это снижает начальную температуру газа, а значит и КПД СЭУ. Этот недостаток проявляется, хотя и в меньшей степени, и при использовании в СЭУ ГТД с двухкаскадным турбокомпрессором. Кроме того, конструкция такого ГТД весьма сложна.

Некоторая стабилизация экономичности в ГТД с однокаскадным турбокомпрессором достигается за счет выполнения направляющих лопаток в компрессоре поворотными (ГТД типа LМ-2500 имеет поворотные направляющие лопатки в первых шести ступенях компрессора [2] . Система управления в таких ГТД весьма сложна и недостаточно надежна, а диапазон нагрузок со стабильной экономичностью узок.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип изобретения, является СЭК [3] , которая содержит ГТД с однокаскадным компрессором, ТК и СТ, а также соединительную муфту (СМ), редуктор и гребной винт. ТК и СТ установлены соосно и посредством СМ могут осуществлять кинематическую связь между собой на пониженных нагрузках (на полной нагрузке СМ выключена). Входная и выходная шестерни редуктора соединены соответственно с СТ и гребным винтом.

Кинематическая связь между ТК и СТ обеспечивает поддержание экономичности СЭУ в некотором диапазоне пониженных нагрузок, однако этот диапазон недостаточно широк, т. к. при значительном снижении оборотов СТ необходимо выключать СМ для предотвращения срыва работы компрессора. Следовательно, задача поддержания экономичности на пониженных нагрузках решается лишь частично.

Цель изобретения - повышение экономичности СЭУ на пониженных нагрузках.

Указанная цель достигается тем, что главный газотурбинный двигатель снабжен дополнительной турбиной (ДТ) с двумя валами. ДТ размещена между ТК и СТ соосно им. Два вала ДТ размещены коаксиально и внутри ТК и компрессора (передний вал) и СТ и входной шестерни редуктора (задний вал). Кроме того, в СЭУ предусмотрена вторая СМ. Соединительные муфты закреплены на концах валов ДТ с возможностью поочередного включения для кинематического соединения ДТ с ТК или с СТ.

На чертеже дана схема предлагаемой СЭУ.

Установка содержит главный ГТД 1 с компрессором 2 и ТК 3, закрепленными на валу 4, и СТ 5, закрепленную на валу 6. На последнем закреплена и входная шестерня 7 редуктора, находящаяся в зацеплении с выходной шестерней 8. К шестерне 8 прикреплен гребной вал с гребным винтом 9. Между ТК 3 и СТ 5 размещена ДТ 10. Ее передний вал 11 размещен коаксиально с компрессором и ТК 2 внутри вала 4, а задний вал 12 - коаксиально с СТ 5 и шестерней 7 внутри вала 6. СМ 13 размещена на конце вала 11, а СМ 14 - на конце вала 12. СМ 13 обеспечивает соединение валов 11 и 4, и, следовательно, кинематическую связь размещенных на указанных валах ТК и ДТ. СМ 14 обеспечивает соединение валов 6 и 12, и, следовательно, кинематическую связь СТ и ДТ.

СЭУ работает следующим образом.

На номинальном и близких к нему режимах ДТ 10 при помощи СМ 13 подключена к ТК 3, СМ 14 выключена, компрессор работает с номинальной производительностью. При существенном снижении нагрузки установки СМ 13 выключается, СМ 14 включается. Происходит отключение ДТ от ТК и подключение ее к СТ. При этом обороты ТК, а следовательно, и производительность компрессора снижаются примерно с той же интенсивностью, с которой снижается подача топлива в ГТД. Поэтому начальная температура газа в ГТД на пониженной нагрузке будет номинальной или близкой к номинальной, что и обеспечивает высокую экономичность СЭУ.

Сущность изобретения: установка содержит главный газотурбинный двигатель 1 с компрессором 2 и турбиной 3 компрессора (ТК), закрепленными на валу 4, и силовую турбину (СТ) 5, закрепленную на валу 6. На валу 6 закреплена входная шестерня 7 редуктора, находящаяся в зацеплении с выходной шестерней 8, к которой прикреплен гребной вал с гребным винтом 9. Между ТК 3 и СТ 5 размещена дополнительная турбина (ДТ) 10. Ее передний вал 11 размещен коаксиально с компрессором и ТК 3 внутри вала 4, а заданный вал 12 - коаксиально с СТ 5 и шестерней 7 внутри вала 6. Соединительная муфта (СМ) 13 размещена на конце вала 11, а СМ 14 - на конце вала 12. СМ 13 обеспечивает соединение валов 11 и 4, т. е. кинематографическую связь ТК и ДТ. СМ 14 обеспечивает соединение валов 6 и 12, т. е. кинематическую связь СТ и ДТ. 1 ил.

СУДОВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА, содержащая главный газотурбинный двигатель, включающий компрессор, турбину компрессора и свободную силовую турбину, соединительную муфту, редуктор и гребной винт, причем турбина компрессора и силовая турбина установлены соосно и кинематически соединены между собой посредством соединительной муфты, входная и выходная шестерни редуктора соединены соответственно с силовой турбиной и гребным винтом, отличающаяся тем, что, с целью повышения экономичности судовой энергетической установки на пониженных нагрузках, она снабжена дополнительной турбиной, турбинными валами и дополнительной соединительной муфтой, причем упомянутая турбина расположена между турбиной компрессора и силовой турбиной соосно с ними и закреплена между турбинными валами, которые установлены коаксиально соответственно внутри компрессора и турбины компрессора, силовой турбины и входной шестерни редуктора, при этом соединительные муфты закреплены соответственно на концах турбинных валов с возможностью кинематического соединения дополнительной турбины с турбиной компрессора или силовой турбиной поочередно.