Сопловой аппарат
Основным конструктивным узлом, отличающим ГТУ серий MS 3002 и MS 5002 от большинства отечественных турбин, является регулируемый сопловой аппарат силовой турбины. Назначение этого узла – изменение проходного сечения в СТ, что приводит к перераспределению мощности между турбокомпрессором и силовой турбиной.
Такое перераспределение позволяет поддерживать расход топлива минимальным на промежуточных режимах нагрузки, а также дает возможность улучшить пусковые характеристики, обеспечивая большую мощность для разгона вала турбокомпрессора.
Наличие РСА силовой турбины обеспечивает возможность регулирования ГТУ автоматически по двум параметрам: расходу топлива и углу поворота лопаток.
Сопловые лопатки
Тридцать две сопловые лопатки РСА изготовлены как одно целое со стержнем, который жестко соединен с рычагом. Рычаг связан с регулировочным кольцом через соединительную шарнирную тягу, укрепленную на кольце при помощи выступа.
Кольцо управления опирается на пять роликовых опор и может поворачиваться на определенный угол. При поступлении команды от системы управления «Спидтроник» шток специального гидравлического цилиндра поворачивает на заданный угол регулировочное кольцо, и вместе с ним поворачиваются сопла на угол, соответствующий данному режиму.
Установку требуемых углов поворота сопел и кольца осуществляют тягой при стендовой обкатке ГТУ на заводе-изготовителе. Такое регулирование не рекомендуется проводить на компрессорных станциях.
В случае заедания, по какой-либо причине, стержня сопловой лопатки, во избежание несрабатывания всего узла, предусмотрены предохранительные срезаемые штифты. Их срезание приводит к нарушению жесткой связи между рычагом и стержнем лопатки.
Ротор СТ
Рабочее колесо СТ, укрепленное болтами на отдельном валу, образует единое целое с ротором силовой турбины. Ротор опирается на два подшипника, расположенных в корпусе выхлопного устройства - опорный подшипник № 3 и опорно-упорный подшипник № 4.
Вал силовой турбины содержит предохранительный болт автомата безопасности от превышения оборотов вала. Балансировку ротора проводят с предохранительным болтом, установленным внутри вала. На конце вала выполнено зубчатое колесо датчика скорости СТ.
Рабочие лопатки СТ установлены в елочных пазах, прорезанных на ободах рабочих колес. Каждая лопатка зафиксирована стопорной пластиной, установленной на дне каждого паза. Края пластин загнуты в канавку, выполненную на одной стороне каждого колеса турбины.
Диафрагма
Между рабочими колесами турбины, опираясь на шесть полых опорных пальцев, которые завинчены в корпусе турбины, находится диафрагма. Она представляет собой элемент, разъемный на две половины в горизонтальной плоскости, и служит, главным образом, для предотвращения утечек газа вокруг соплового аппарата второй ступени.
Диафрагма также служит опорой для внутреннего воздухоотражателя, образующего пространства за рабочим колесом ТВД и перед рабочим колесом СТ. В эти пространства подается воздух, охлаждающий рабочие колеса и уплотняющий проточную часть. На торцах диафрагмы выполнены воздушные уплотнения, уменьшающие утечку охлаждающего воздуха в проточную часть.
Задний конец наружной стенки диафрагмы заведен в кольцо РСА для уменьшения перетеканий газа вокруг него.
Система охлаждения
Конструкция системы охлаждения статора и диска силовой турбины выполнена следующим образом: воздух подводится от десятой ступени осевого компрессора к штуцерам шести полых штифтов, которые соединяют наружную и внутреннюю оболочки статора. Из центральных отверстий штифтов воздух проходит по наклонному отверстию в переднюю полость диска силовой турбины.
Фланец вертикального разъема под рабочими лопатками СТ имеет двадцать шесть отверстий для прохода охлаждающего воздуха, создающих также двадцать шесть эжектирующих сопел для подсоса окружающего воздуха. Охлаждающий воздух в смеси с эжектируемым уменьшает температуру и вентилирует полость вокруг подшипников № 3 и № 4.
Один из полых опорных штифтов служит также для вывода термопар, контролирующих температуру среды с задней стороны диска ТВД и с передней стороны диска СТ.
Вся полезная энергия ГТУ реализуется на рабочих лопатках силовой турбины, приводящей во вращение центробежный нагнетатель. Конструктивно рабочие лопатки этой турбины отличаются от лопаток первой ступени. Поскольку температура горячих газов во второй ступени значительно ниже начальной и температура металла лопатки невысока, ножка лопатки выполнена короче.
В верхней части пера каждая лопатка имеет бандаж с лабиринтным уплотнением от перетечек рабочего тела. Стыкуемый с соседней лопаткой край бандажа имеет зигзагообразную форму, гарантирующую хороший контакт и взаимное демпфирование рабочих лопаток. Конструкция крепления лопаток на диске аналогична описанной для ТВД.