ВЫХЛОПНАЯ СИСТЕМА ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 1999 года по МПК F01D25/30 

Изобретение относится к газотурбостроению и может быть использовано в установках промышленного назначения.

Известна конструкция выхлопной системы судовой газотурбинной установки, включающая диффузор, образованный наружной стенкой и затурбинным обтекателем, улитку, образованную передней, задней и боковой стенками, конфузорный участок за улиткой и выходную шахту [1].

Недостатками известной системы являются большие потери полного давления в выхлопной системе для обеспечения охлаждения на различных режимах работы установки, а также необходимость существенных затрат и усложнение конструкции при модернизации системы с целью повышения эффективности ее охлаждения без снижения КПД.

Наиболее близкой по конструкции к предлагаемой является выхлопная система паровой турбины, содержащая осерадиальный диффузор с затурбинным обтекателем, улитку и выходную тахту [2].

Недостатком данной системы является низкая эффективность ее охлаждения из-за затрат на дополнительное охлаждение и потерь мощности в корпусе газотурбинной установки со снижением ее КПД.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении эффективности охлаждения выхлопной системы с минимальными затратами путем снижения потерь полного давления за счет эжектирования воздуха в выходную шахту установки.

Данная техническая задача решается за счет того, что в выхлопной системе газотурбинной установки, включающей последовательно расположенные осерадиальный диффузор, образованный наружной стенкой и затурбинным обтекателем, улитку и выходную шахту, согласно изобретению, между улиткой и выходной шахтой установлен воздухосборник внутри которого размещены поворотные створки, а в корпусе воздухосборника со стороны передней стенки улитки выполнена щель.

Установка воздухосборника между улиткой и выходной шахтой со щелью, расположенной со стороны передней стенки улитки, позволяет эжектировать охлаждающий воздух в воздухосборник, создавая парный вихрь на выходе из улитки и осуществляя полное смешение горячего газа и воздуха.

Поворотные створки, размещенные внутри воздухосборника на выходе из улитки, служат для образования конфузорного участка, при прохождении которого воздух разрежается, создавая эффект эжекции и увеличивая расход охлаждающего воздуха, что исключает дополнительное охлаждение и неэффективные потери воздуха в боксе двигателя, не снижая КПД установки. Регулируя угол поворота створок, можно изменять расход охлаждающего воздуха, снизить потери полного давления.

Благодаря достаточно большой площади сечения выходной шахты за воздухосборником скорость течения газов в ней падает, что приводит к снижению потерь полного давления на ниже расположенных элементах установки. Данная конструкция обеспечивает полное смешивание горячего газа и воздуха вдоль выходной шахты на длине благодаря парному вихрю на выходе из улитки. Низкая скорость потока исключает необходимость использования диффузора, усложнение конструкции и дополнительные затраты для повышения эффективности охлаждения системы.

Изобретение иллюстрируется следующими фигурами.

На фиг. 1 показан продольный разрез выхлопной системы газотурбинной установки, на фиг.2 - вид А-А на фиг. 1.

Выхлопная система содержит последовательно расположенные диффузор 1, образованный наружной стенкой 2 и затурбинным обтекателем 3, улитку 4 с передней 5, задней 6 и боковой стенками 7. На выходе из улитки 4 размещены поворотные створки 8, прикрепленные к поворотным валам 9. Воздухосборник размещен между улиткой 4 и выходной шахтой 11, выполняющей роль камеры смешения. Передняя стенка 5 улитки 4 и корпус воздухосборника 10 скреплены с кожухом 12 установки. Вентилятор 13 расположен внутри кожуха 12. Со стороны передней стенки 5 улитки 4 выполнена щель 14.

При работе выхлопной системы газотурбинной установки поток газа, выходящий из турбины, поступает в диффузор 1, где он снижает свою скорость и, разворачиваясь в радиальном направлении, поступает в улитку 4 в сторону ее выхода. Проходя через конфузорный участок, образованный поворотными створками 8, поток газа разгоняется, статическое давление на выходе уменьшается. Охлаждающий воздух из атмосферы поступает в кожух установки 12 благодаря разряжению на выходе из поворотных створок 8, полное давление повышается вентилятором 13. Охлаждая газотурбинную установку, воздух через щель 14 эжектируется в корпус воздухосборника 10, из которого вдоль наружной поверхности створок 8 поступает в выходную шахту 11, где происходит его смешение с горячим воздухом. Скорость газа в выходной шахте 11 резко снижается, реализуется полное смешение горячего газа и воздуха благодаря парному вихрю на выходе из улитки 4.

На пониженных режимах работы охлаждение установки осуществляется воздухом, подаваемым вентилятором 13 в кожух 12. В этом случае створки 8 устанавливают в положении, параллельном стенкам выходной шахты 11, что снижает потери полного давления в выхлопной системе.

На номинальном и пиковом режимах работы установки возрастает эжекционная способность струи газа. Створки 8 отклоняются, образуя конфузорный участок и увеличивая расход охлаждающего воздуха. В случае отказа вентилятора 13 створки 8 отклоняются на больший угол и создают расход охлаждающего воздуха в кожухе 12, необходимый для поддержания заданной температуры в течение заданного промежутка времени.

Источники информации
1. Манушин Э.А. Газовые турбины: проблемы и перспективы. -М.: Энергоатомиздат, 1986, стр. 106, рис. 4. 1.

2. Авторское свидетельство ЧССР N 258025, F 01 D 25/30, 1988.

Выхлопная система газотурбинной установки содержит последовательно расположенные осерадиальные диффузор, образованный наружной стенкой и затурбинным обтекателем, улитку и выходную шахту. Между улиткой и выходной шахтой установлен воздухозаборник, внутри которого размещены поворотные створки. В корпусе воздухозаборника со стороны передней стенки улитки выполнена щель. Такое выполнение выхлопной системы приводит к повышению эффективности ее охлаждения с одновременным снижением потерь полного давления. 2 ил.

Выхлопная система газотурбинной установки, включающая последовательно расположенные осерадиальный диффузор, образованный наружной стенкой и затурбинным обтекателем, улитку и выходную шахту, отличающаяся тем, что между улиткой и выходной шахтой установлен воздухосборник, внутри которого размещены поворотные створки, а в корпусе воздухосборника со стороны передней стенки улитки выполнена щель.