СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ ГОРЯЧИХ УЗЛОВ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК Российский патент 2005 года по МПК F02C7/12 

Способ охлаждения горячих узлов газотурбинных установок относится к области машиностроения для газотурбинных технологий и может быть использован в наземных установках, например в газоперекачивающих агрегатах, где в качестве силового привода применяются газотурбинные двигатели.

Существует способ охлаждения рабочих лопаток турбины и соплового аппарата газотурбинных двигателей с отбором предварительно очищенного воздуха от компрессора, Конструирование и проектирование авиационных газотурбинных двигателей, под ред. Д.В.Хронина, Москва, Машиностроение, 1989 г., стр.218.

Поскольку на охлаждение рабочих лопаток турбины и к сопловому аппарату воздух попадает после сжатия компрессором и прохождения по внутренним каналам подогретым, охлаждающий эффект снижается.

Повышенная температура охлаждающего воздуха и ее возрастание с повышением степени сжатия компрессоров снижают эффективность охлаждения, требуя при этом все большего относительного расхода охлаждающего воздуха, увеличения расхода топлива, и приводит к снижению эффекта от повышения степени сжатия компрессора.

Известен также способ охлаждения горячих неподвижных и подвижных деталей основных ступеней расширения газотурбинной установки по патенту РФ №2052643 от 26.02.92, МПК F 02 С 7/12, “Способ работы газотурбинной установки”, при котором осуществляют отбор части сжатого рабочего тела, дополнительно сжимают и охлаждают перед и после дополнительного сжатия. После этого отобранной охлажденной частью сжатого рабочего тела производят охлаждение горячих неподвижных и подвижных деталей основных ступеней расширения газотурбинной установки.

Наиболее близким по технической сущности является способ охлаждения двухступенчатой газовой турбины (Конструирование и проектирование авиационных газотурбинных двигателей, под ред. Д.В.Хронина, Москва, Машиностроение, 1989 г., стр.219, рис.4.62, 6).

Отбор сжатого воздуха на охлаждение с необходимыми параметрами производят от компрессора двигателя для внешних сетей подвода воздуха к его потребителям (каналов, полостей, отверстий) и внутренних сетей каждого из потребителей (лопаток соплового аппарата и рабочего колеса), междисковой полости и задисковой полости, параллельно присоединенных к внешним сетям.

Для первой ступени, особенно для охлаждения лопаток соплового аппарата, воздух отбирают за последней ступенью компрессора из камеры сгорания в передней ее части, несмотря на то, что требуемому давлению отбираемого воздуха соответствует и наибольшая его температура. При этом следует учесть, что, проходя мимо жаровых труб, воздух еще нагревается, поэтому охлаждающий эффект значительно снижается.

Задачей предлагаемого технического решения является создание максимально эффективного способа охлаждения, при котором требуемое снижение температуры деталей достигается при минимальных затратах мощности на охлаждение, при высокой надежности охлаждения и удобстве эксплуатации.

Поставленная цель достигается способом охлаждения горячих узлов газотурбинных установок путем отбора воздуха из нескольких зон газотурбинной установки, формирования потоков и разделения их на индивидуальные, для каждого объекта, потоки охлаждения, при котором отобранный из нескольких зон газотурбинной установки воздух выводят за пределы двигателя, формируют в группы потоков для групп объектов охлаждения со схожими параметрами, дополнительно охлаждают и, перед подачей к каждому объекту отдельно, разделяют на потоки с индивидуально необходимым давлением, очищают каждый поток индивидуальным воздухоочистителем до индивидуально необходимой степени очистки и подают к каждому объекту охлаждения.

На чертеже представлена схема способа охлаждения горячих узлов газотурбинных установок, компрессор 1, групповые потоки 2, охладители 3, индивидуальные потоки 4, индивидуальные воздухоочистители 5, объекты охлаждения 6.

Способ охлаждения горячих узлов газотурбинных установок осуществляют следующим образом. От компрессора 1 из нескольких зон отбирают потоки воздуха 2 с обобщенными параметрами по давлению и расходу, обеспечивающие оптимальные условия работы соответствующих групп объектов охлаждения 6. Потоки отбираемого воздуха выводят за пределы газотурбинной установки и охлаждают внешним охлаждающим устройством 3.

Потоки, выходящие из охлаждающих устройств 3, разделяют на индивидуальные потоки 4, с оптимальными по расходу и давлению параметрами, необходимыми для каждого охлаждаемого объекта 6, и очищают воздухоочистительными устройствами (фильтрами) 5, обеспечивающими необходимые параметры для каждого объекта охлаждения 6.

Формирование потоков для групп объектов охлаждения со схожими параметрами, их дополнительное охлаждение и деление на потоки с индивидуально необходимыми параметрами, уменьшает расход отбираемого воздуха на нужды охлаждения турбины, позволяет осуществлять более эффективное охлаждение горячих узлов.

Очищение каждого потока индивидуальным воздухоочистителем до индивидуально необходимой каждому объекту охлаждения степени очистки позволяет снизить требования к предельно допустимой степени очистки всего объема воздуха на входе перед компрессором в системе всаса, исключает налипание пыли на трактовую поверхность и эффект абразивного износа узлов и деталей, особенно лопаток второй ступени, от частиц пролетающей пыли, уменьшает отложения пыли на внутренних поверхностях лопаток, повышает эффективность отвода тепла от стенок лопаток в процессе эксплуатации за счет более эффективной очистки охлаждающего воздуха.

Благодаря снижению температуры поступающего в лопатки воздуха может быть улучшен теплосъем, либо уменьшен требуемый расход охлаждаемого воздуха, увеличение температуры газа перед турбиной за счет более эффективного охлаждения лопаток, повышения мощности и КПД двигателя.

Это приводит к уменьшению входного сопротивления, улучшению параметров двигателя, повышению КПД и мощности двигателя, снижению стоимости.

За счет этих мер может быть достигнуто улучшение технико-экономических показателей газотурбинной установки в целом при повышении температуры газа перед турбиной, уменьшение затрачиваемой мощности на охлаждающий воздух, уменьшение межремонтного ресурса самых теплонапряженных элементов, снижение требований к степени очистки циклового воздуха на входе в компрессор газотурбинной установки.

Способ охлаждения горячих узлов газотурбинных установок, например газоперекачивающих агрегатов, осуществляется путем отбора воздуха из нескольких зон газотурбинной установки, формирования потоков и разделения их на индивидуальные, для каждого объекта, потоки охлаждения. Отобранный из нескольких зон газотурбинной установки воздух выводят за пределы двигателя. Формируют в группы потоков для групп объектов охлаждения со схожими параметрами. Дополнительно охлаждают и перед подачей к каждому объекту отдельно разделяют на потоки с индивидуально необходимым давлением. Очищают каждый поток индивидуальным воздухоочистителем до индивидуально необходимой степени очистки и подают к каждому объекту охлаждения. Изобретение позволяет уменьшить расход отбираемого воздуха на нужды охлаждения турбины и осуществлять более эффективное охлаждение горячих узлов. 1 ил.

Способ охлаждения горячих узлов газотурбинных установок путем отбора воздуха из нескольких зон газотурбинной установки, формирования потоков и разделения их на индивидуальные для каждого объекта потоки охлаждения, отличающийся тем, что отобранный из нескольких зон газотурбинной установки воздух выводят за пределы двигателя, формируют в группы потоков для групп объектов охлаждения со схожими параметрами, дополнительно охлаждают и перед подачей к каждому объекту отдельно разделяют на потоки с индивидуально необходимым давлением, очищают каждый поток индивидуальным воздухоочистителем до индивидуально необходимой степени очистки и подают к каждому объекту охлаждения.