ГАЗОТУРБИННАЯ ЭНЕРГОУСТАНОВКА Российский патент 2002 года по МПК F01D25/24 

Изобретение относится к области промышленного производства электроэнергии преимущественно посредством газотурбинного привода электрогенератора.

Известна газотурбинная энергоустановка, содержащая два модуля, включающие роторы и корпуса, соединенные между собой посредством соединительного элемента, выполненного жестко соединенной с первым модулем кольцевой обечайкой с фланцем и установленной концентрично с радиальным зазором обечайки с фланцем, соединенной со вторым модулем. При этом первый модуль является газогенераторным, а второй - силовым, соединенным с ротором электрогенератора. Такое выполнение соединительного элемента позволяет устранить повышенные вибрационные нагрузки при наличии неуравновешенности роторов газогенератора и силовой турбины, вращающихся с произвольной частотой и имеющие разные частотные характеристики (RU 2135782, М. кл. F 01 D 25/24, 1999 г.).

Недостатком этой установки является утечка через кольцевой радиальный зазор соединительного устройства части горячего газа, поступающего из газогенератора к силовой турбине, что приводит к перегреву помещения бокса и снижению расхода газа, поступающего на силовую турбину, вследствие чего снижается ее мощность.

Задачей изобретения является устранение утечки горячего газа через соединительное устройство, вследствие чего повысится мощность на клеммах электрогенератора и обеспечится необходимый температурный режим в помещении бокса.

Поставленная задача достигается тем, что в газотурбинной энергоустановке, содержащей модуль газогенератора, имеющий корпус с жестко закрепленной на нем обечайкой, силовой модуль, имеющий корпус с жестко закрепленным на нем фланцем и соединяющий корпуса модулей между собой соединительный элемент, установленный концентрично кольцевой обечайке модуля газогенератора с возможностью осевого перемещения, соединительный элемент заключен в кожух, имеющий цилиндрическую стенку, а к его внутренней полости подключен трубопровод транспортирования газа. Трубопровод вторым концом соединен с полостью компрессора газогенератора для создания воздушного замка, препятствующего утечке газа через зазор подвижного соединения, либо с вытяжным вентилятором для сброса вытекающего через радиальный зазор газа во внешнее по отношению к боксу пространство. Кожух выполнен из двух частей, одна из которых связана с корпусом газогенератора, а вторая - с корпусом силового модуля, при этом части кожуха расположены одна относительно другой с перекрытием, образуя компенсатор осевого перемещения.

В газотурбинной установке согласно изобретению отбираемый из полости компрессора воздух высокого давления поступает по трубопроводу в полость кожуха, внутри которого заключен соединительный элемент, и благодаря избыточному над внутренней полостью соединительного элемента давлению препятствует вытеканию горячего газа через кольцевой зазор соединительного элемента.

В варианте исполнения поступающий через радиальный зазор соединительного элемента горячий газ по трубопроводу отводится к вытяжному вентилятору.

На фиг.1 представлен общий вид газотурбинной установки, на фиг.2 - место I на фиг.1 в увеличенном масштабе.

Газотурбинная установка содержит модуль 1 газогенератора, включающий в себя корпус 2 и ротор 3, силовой модуль 4, включающий в себя корпус 5 с выходным патрубком 6 и установленный внутри корпуса 5 ротор 7 силовой турбины 8, а также модуль электрогенератора 9, включающий в себя статор 10 и ротор 11. Ротор 7 силовой турбины 8 соединен с ротором 11 электрогенератора 9. Корпус 2 газогенератора 1 соединен с корпусом 5 силового модуля 4. На корпусе 2 модуля 1 газогенератора жестко закреплена кольцевая обечайка 12, на корпусе 5 силового модуля 4 жестко закреплены фланец 13 с открытой к оси ротора 7 кольцевой проточкой 14 на торцевой поверхности 15 и кольцевая крышка 16, закрывающая проточку 14. Соединительный элемент 17 выполнен в виде кольцевой обечайки 18 с фланцем 19, и соединительный элемент 17 установлен своей обечайкой 18 концентрично с радиальным зазором относительно кольцевой обечайки 12 на корпусе 2 модуля 1 газогенератора с возможностью осевого перемещения. Фланец 19 соединительного элемента 17 помещен внутри проточки 14 на фланце 13 корпуса 5 силовой турбины с возможностью радиального перемещения и фиксирован от выпадения кольцевой крышкой 16.

Соединительный элемент 17 заключен в кожух 20, имеющий цилиндрическую стенку, к внутренней полости которого присоединен трубопровод 21 для транспортирования газа, второй конец которого присоединен к вытяжному вентилятору 22, либо к внутренней полости компрессора 23 газогенератора 1. Кожух 20 выполнен из двух частей, одна из которых жестко связана с корпусом 2 газогенератора 1, а вторая - с корпусом 5 силового модуля 4, при этом части кожуха 20 расположены одна относительно другой с перекрытием, образуя компенсатор осевого перемещения.

Газотурбинная установка работает следующим образом. Модуль 1 газогенератора, в качестве которого может быть использован газотурбинный двигатель, вырабатывает горячий газ, имеющий повышенное давление. Этот газ поступает из корпуса 2 модуля 1 газогенератора внутри обечайки 12 в корпус 5 силового модуля 4, соединенный с обечайкой 12 соединительным элементом 17. Перепад давления срабатывается на силовой турбине 8, ротор 7 которой приводится таким образом во вращение. Отработавший газ через выходной патрубок 6 эвакуируется в атмосферу. Ротор 7 силовой турбины 8 отдает полученную энергию соединенному с ним ротору 11 электрогенератора. При нагреве и охлаждении корпусов благодаря наличию радиального зазора между обечайками 12 и 18 в соединительном элементе 17 может происходить взаимное перемещение корпусов 2 и 5 модуля 1 газогенератора и силового модуля 4.

В связи с тем, что корпуса 2 и 5 модуля 1 газогенератора и силового модуля 4 не имеют силовой связи, частоты вращения роторов 3 и 7 оптимизируются независимо и минимизируются вибрационные нагрузки в модуле 1 газогенератора и силовом модуле 4. Однако наличие радиального зазора между кольцевыми обечайками 12 и 18 с учетом повышенного давления горячего газа внутри кольцевой обечайки 12 приводит к утечке рабочего тела (горячего газа) через соединительный элемент 17 из внутренней полости кольцевой обечайки 12 в помещение бокса, что может привести к перегреву помещения и снижению мощности силовой турбины. Для минимизации утечки горячего газа через соединительный элемент 17 газотурбинная установка снабжена кожухом 20, соединенным трубопроводом 21 транспортирования газа, по которому вытекающий через радиальный зазор горячий газ может быть удален, минуя помещение бокса с помощью вытяжного вентилятора 22. Для минимизации потери мощности силовой турбины 8 трубопровод 21 транспортирования газа вторым концом может быть соединен с внутренней полостью компрессора модуля 1 газогенератора, благодаря чему сжатый воздух из компрессора поступает в полость кожуха 20, препятствуя прорыву горячего газа из полости кольцевой обечайки 12 в полость кожуха 20, а поступающий вследствие избыточного давления из компрессора модуля 1 газогенератора через трубопровод 21 транспортирования газа внутрь кожуха 20 через радиальный зазор между кольцевыми обечайками 12 и 18 сжатый газ возвращается во внутреннюю полость кольцевой обечайки 12 и поступает к силовой турбине 8, минимизируя потери ее мощности.

Использование изобретения позволяет минимизировать потери мощности газотурбинной энергоустановки в условиях подвижного соединения модулей газогенератора и силовой турбины, соединенной с электрогенератором.

Газотурбинная энергоустановка, относящаяся к области промышленного производства электроэнергии, содержит модуль газогенератора, имеющий корпус с жестко закрепленной на нем кольцевой обечайкой, силовой модуль, имеющий силовой корпус с жестко закрепленным на нем фланцем, и соединяющий корпуса модулей между собой соединительный элемент. Соединительный элемент установлен концентрично кольцевой обечайке модуля газогенератора с возможностью осевого перемещения и заключен в кожух, имеющий цилиндрическую стенку, а к его внутренней полости подключен трубопровод транспортирования газа. Трубопровод транспортирования газа соединен с полостью компрессора газогенератора или подведен к вытяжному вентилятору. Изобретение позволяет устранить утечки газа через соединительное устройство, вследствие чего повысить мощность на клеммах электрогенератора и обеспечить необходимый режим в помещении бокса. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Газотурбинная энергоустановка, содержащая модуль газогенератора, имеющий корпус с жестко закрепленной на нем кольцевой обечайкой, силовой модуль, имеющий силовой корпус с жестко закрепленным на нем фланцем, и соединяющий корпуса модулей между собой соединительный элемент, установленный концентрично кольцевой обечайке модуля газогенератора с возможностью осевого перемещения, отличающаяся тем, что соединительный элемент заключен в кожух, имеющий цилиндрическую стенку, а к его внутренней полости подключен трубопровод транспортирования газа. 2. Газотурбинная энергоустановка по п. 1, отличающаяся тем, что трубопровод транспортирования газа соединен с полостью компрессора газогенератора. 3. Газотурбинная энергоустановка по п. 1, отличающаяся тем, что трубопровод транспортирования газа подведен к вытяжному вентилятору. 4. Газотурбинная энергоустановка по п. 1, отличающаяся тем, что кожух выполнен из двух частей, одна из которых связана с корпусом модуля газогенератора, а вторая - с корпусом силового модуля, при этом части кожуха расположены одна относительно другой с перекрытием, образуя компенсатор осевого перемещения.