ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2006 года по МПК F01D3/02 F02C7/36 

Изобретение относится к газотурбинным установкам наземного применения для механического привода и для привода электрогенератора.

Известна газотурбинная установка, на выходе из которой выполнена разгрузочная полость, а отбор полезной мощности от силовой турбины осуществляется со стороны выходного сопла [1].

Недостатком известной конструкции является ее низкая надежность из-за повышенной температуры радиально-упорного подшипника, размещенного в зоне воздействия горячих газов.

Наиболее близкой к заявляемой конструкции является газотурбинная установка с входным устройством и силовой турбиной с радиально-упорным подшипником, размещенным со стороны входного устройства и расположенной перед подшипником разгрузочной полостью, образованной статорным фланцем и лабиринтным диском, закрепленным на валу [2].

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является ее низкая надежность из-за повышенных осевых усилий, действующих на радиально-упорный подшипник, а также из-за повышенных напряжений в ведущем валу, передающем осевые усилия от лабиринтного диска на ротор свободной силовой турбины.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности газотурбинной установки путем снижения напряжений в ведущем валу и уменьшения осевых усилий, действующих на радиально-упорный подшипник за счет регулировки осевых усилий на лабиринтном диске в процессе доводки газотурбинной установки.

Сущность технического решения заключается в том, что в энергетической газотурбинной установке, содержащей газотурбинный двигатель, в котором входное устройство снабжено статорным фланцем, а ротор силовой турбины с радиально-упорным подшипником, размещенным со стороны входного устройства, выполнен с валом и фланцем привода полезной нагрузки, а также с лабиринтным диском, причем статорным фланцем и лабиринтным диском с корпусом входного устройства образована разгрузочная полость свободной силовой турбины, согласно изобретению, лабиринтный диск установлен кольцевым радиальным фланцем на кольцевом радиальном фланце вала привода полезной нагрузки и зафиксирован в осевом направлении фланцем привода полезной нагрузки, при этом валы привода полезной нагрузки и ротора свободной силовой турбины соединены устройством для передачи крутящего момента, выполненного, например, в виде шлиц, а также соединены стяжным болтом. Внешний диаметр статорного фланца в 1,2-2 раза превышает наружный диаметр лабиринтного диска.

Установка лабиринтного диска кольцевым радиальным фланцем на кольцевом радиальном фланце вала привода полезной нагрузки с фиксацией диска в осевом направлении фланцем привода полезной нагрузки позволяет с минимальной трудоемкостью производить замену лабиринтного диска, регулируя в процессе доводки газотурбинной установки величину осевого усилия за счет изменения наружного диаметра лабиринтного диска.

Соединение валов привода полезной нагрузки и ротора свободной силовой турбины устройством для передачи крутящего момента, выполненного, например, в виде шлиц, минимизирует взаимный перекос вала привода и ведущего вала и повышает тем самым надежность шлиц, нагруженных значительным крутящим моментом.

Соединение валов привода полезной нагрузки и ротора свободной силовой турбины стяжным болтом позволяет передавать осевое усилие от ротора силовой турбины на вал привода и далее - на лабиринтный диск, минуя ведущий вал, который в этом случае нагружен только крутящим моментом для привода полезной нагрузки, что повышает надежность ведущего вала и газотурбинной установки в целом.

Выполнение статорного фланца с увеличенным внешним диаметром D позволяет производить регулирование осевой силы лабиринтного диска в широких пределах путем радиального перемещения лабиринтного уплотнения по лабиринтному диску в пределах радиальной высоты статорного фланца.

Превышение внешнего диаметра D статорного фланца меньше, чем в 1,2 раза над наружным диаметром d лабиринтного диска снижает надежность газотурбинной установки из-за возможного увеличения осевой нагрузки на радиально-упорный подшипник при доводке газотурбинной установки.

Превышение внешнего диаметра D статорного фланца больше, чем в 2 раза над наружным диаметром d лабиринтного диска снижает экономичность газотурбинной установки из-за увеличения радиальных габаритов внутренней трактовой стенки входного устройства и повышения во входном устройстве гидравлических потерь потока воздуха, поступающего в газотурбинную установку.

На фиг.1 изображен продольный разрез газотурбинной установки.

На фиг.2 - элемент I на фиг.1 в увеличенном виде.

На фиг.3 - элемент II на фиг.1 в увеличенном виде.

На фиг.4 - элемент III на фиг.2 в увеличенном виде.

Газотурбинная установка 1 состоит из входного устройства 2, входного силового корпуса 3, компрессора 4, камеры сгорания 5, турбины высокого давления 6 и силовой свободной турбины 7, полезная мощность с ротора 8 которой с помощью ведущего вала 9, вала привода полезной нагрузки 10 и через привод полезной нагрузки 11, расположенный со стороны входного устройства 2, передается для привода электрогенератора (на фиг. не показано) или для механического привода. Для компенсации осевой силы, создаваемой ротором 8 силовой турбины 7, с передней стороны от радиально-упорного шарикового подшипника 12, размещенного во входном силовом корпусе 3, выполнена разгрузочная полость 13, ограниченная с передней стороны статорным фланцем 14 и лабиринтным диском 15 с лабиринтным уплотнением 16. Статорный фланец 14 закреплен на внутренней стенке 17 входного устройства 2, а лабиринтный диск 15 установлен кольцевым радиальным фланцем 18 на кольцевом радиальном фланце 19 вала привода полезной нагрузки 10, в осевом направлении диск 15 фланцем 18 зафиксирован фланцем 20 привода полезной нагрузки 11. Осевое усилие от вала 21 ротора 8 силовой турбины 7 передается на лабиринтный диск 15 через промежуточную втулку 22 с помощью стяжного болта 23, установленного задним хвостовиком 24 резьбовым соединением 25 во втулке 22, а передним своим хвостовиком 26 с помощью сферических колец 27 и 28 - в валу привода 10. Вал привода 10 задним хвостовиком 29 установлен в радиально-упорном шариковом подшипнике 12 и охватывает с натягом цилиндрическими, разнесенными в осевом направлении поясками 30 и 31 ведущий вал 9. Между поясками 30 и 31 размещены шлицы 32 для передачи крутящего момента с ведущего вала 9 на вал привода полезной нагрузки 10. Своим задним хвостовиком 33 ведущий вал 9 шлицами 34 установлен на валу 21 ротора 8 силовой турбины 7. Разгрузочная полость 13 на входе трубой 35 соединена с промежуточной ступенью компрессора 4 газотурбинной установки 1.

Работает устройство следующим образом.

При работе газотурбинной установки 1 воздух повышенного давления из-за промежуточной ступени компрессора 4 по трубе 35 поступает в разгрузочную полость 13, и за счет перепада давления на лабиринтном диске 15 создается направленное вперед осевое усилие, передающееся с помощью стяжного болта 23 на ротор 8 силовой свободной турбины 7, что снижает осевую нагрузку на радиально-упорный шариковый подшипник 12, повышая таким образом его надежность. Одновременно от передачи осевых усилий освобождается ведущий вал 9, что повышает его надежность. Из разгрузочной полости 13 воздух истекает через лабиринтное уплотнение 16, образованное лабиринтным диском 15 и статорным фланцем 14. Выполнение статорного фланца 14 с увеличенным внешним диаметром позволяет изменить величину усилия от лабиринтного диска в широких пределах, что позволяет получить оптимальную величину нагрузки на радиально-упорный подшипник 12 и повысить его надежность.

Источники информации:

1. Б.С.Ревзин "Газотурбинные газоперекачивающие установки", М., Недра, 1986 г, стр.131.

2. RU, патент №2172842, 1999 г.

Энергетическая газотурбинная установка содержит газотурбинный двигатель, в котором входное устройство снабжено статорным фланцем. Ротор свободной силовой турбины энергетической газотурбинной установки выполнен с валом, фланцем привода полезной нагрузки, лабиринтным диском и радиально-упорным подшипником, размещенным со стороны входного устройства. Разгрузочная полость свободной силовой турбины образована статорным фланцем, лабиринтным диском и корпусом входного устройства. Лабиринтный диск установлен кольцевым радиальным фланцем на кольцевом радиальном фланце вала привода полезной нагрузки и зафиксирован в осевом направлении фланцем привода полезной нагрузки. Валы привода полезной нагрузки и ротора свободной силовой турбины соединены устройством для передачи крутящего момента, выполненного, например, в виде шлиц, а также соединены стяжным болтом. Изобретение позволяет повысить надежность газотурбинной установки путем снижения напряжений в ведущем валу и уменьшения осевых усилий, действующих на радиально-упорный подшипник. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Энергетическая газотурбинная установка, содержащая газотурбинный двигатель, в котором входное устройство снабжено статорным фланцем, а ротор свободной силовой турбины с радиально-упорным подшипником, размещенным со стороны входного устройства, выполнен с валом и фланцем привода полезной нагрузки, а также с лабиринтным диском, причем статорным фланцем и лабиринтным диском с корпусом входного устройства образована разгрузочная полость свободной силовой турбины, отличающаяся тем, что лабиринтный диск установлен кольцевым радиальным фланцем на кольцевом радиальном фланце вала привода полезной нагрузки и зафиксирован в осевом направлении фланцем привода полезной нагрузки, при этом валы привода полезной нагрузки и ротора свободной силовой турбины соединены устройством для передачи крутящего момента, выполненного, например, в виде шлиц, а также соединены стяжным болтом.2. Энергетическая газотурбинная установка по п.1, отличающаяся тем, что внешний диаметр статорного фланца в 1,2-2 раза превышает наружный диаметр лабиринтного диска.