Газотурбинная установка Советский патент 1993 года по МПК F02C3/04 

Изобретение относится к энергетическому и транспортному машиностроению и может быть использовано в газотурбинных установках, содержащих керамические и металлические детали в проточной части.

Известны газотурбинные установки (ГТУ), включающие турбину для привода нагрузки и двухзальный газогенератор, в котором с целью улучшения массогабаритных характеристик вал одного из турбокомпрессоров расположен в расточке вала другого турбокомпрессора.

Однако, такое использование конструкций приводит к существенному снижению прочности и, соответственно, надежности узлов высокотемпературного газогенератора в случае их выполнения из керамики. Кроме того, недостатком такой ГТУ является плохая ремонтопригодность.

Известны также ГТУ, содержащие расположенные на одном валу компрессор низкого и турбину среднего давления, расположенные на другом валу компрессор и турбину высокого давления и турбину низкого давления, соединенную с нагрузкой - прототип.

Недостатком такой ГТУ является ограничение уровня повышения ее экономичности за счет использования высокотемпературного рабочего тела, требующего применения жаропрочных керамических материалов. Это вызвано значительным влиянием.масштабного фактора на прочность керамических элементов, выражающемся в резком ухудшении их прочностных свойств при увеличении размеров. Таким образом, величина габаритных характеристик элементов и, в частности, .рабочих- колес, требуемая для обеспечения заданной мощности таких ГТУ, может привести в случае изготовления их из керамики к значительному снижению надежности и недостаточному уровню экономичности.

Целью изобретения является повышение надежности ГТУ при работе на высоких температурах газа;

Указанная цель достигается тем, что в ГТУ, содержащей расположенные на одном валу компрессор низкого и турбину среднего давления, расположенные на другом валу компрессор и турбину высокого давления и

VI

ю ел

д

со ел

турбину низкого давления, соединенную с нагрузкой, турбины высокого и среднего давления выполнены из керамики, причем турбина среднего давления выполнена в виде последовательно соединенных по газу двух керамических кфтес, консольно закрепленных на валу по обе стороны от компрессора низкого давления.

Новым в поедлагаемом изобретении является то, что турбина среднего давления разбивается на две Ступени таким образом, что керамические рабочие колеса этих ступеней закреплены консольно на противоположных концах вала компрессора низкого давления.

Такое техническое решение обеспечивает возможность выполнения турбин из ке- рамики с приемлемым уровнем надежности, что в свою очередь, позволяет существенно повысить температуру рабоче- го тела и соответственно экономичность ГТУ. Выполнение турбин из керамики обеспечивается консольным закреплением каждого рабочего колеса на противоположных концах валов (т.к. в противном случае, при закреплении рабочих колес турбины среднего давления на одном конце вала компрессора низкого давления, потребуются конструктивные решения, неприемлемые с точки зрения обеспечения в случае изготов- ления указанных рабочих колес цельнокера- мическими).На чертеже изображена схема высокотемпературной ГТУ,

F1V содержит турбину низкого давления 1, соединенную с нагрузкой 2, камеру сгорания 3, расположенные на валу 4 компрессор высокого давления 5 и турбину высо- ког,р давления 6 и расположенные на валу 7 компрессор низкого давления 8 и турбину среднего давления, состоящую из двух рабочих колес 9 и 10, консольно закрепленных на валу 1 по обе стороны от компрессора 8.

При работе ГТУ воздух сжимается последовательно в компрессорах 8 и 5 и поступает в камеру сгорания 3. Энергия выходящего из камеры сгорания газа последовательно срабатывается сначала в турбинной ступени 6, приводящей во вращение компрессор 5, затем - в турбинных ступенях

9 и 10, приводящих во вращение компрессор 8. Из турбинной ступени 10 газ поступает в турбину 1, приводящую во вращение нагрузку 2. Использование для привода компрессора 8 двух турбинных ступеней 9 и

10 позволяет уменьшить габаритные характеристики и консольно закрепить рабочее колесо каждой из них, тем самым обеспечивается возможность изготовления рабочих колес из керамики и соответствующее повышение надежности ГТУ при работе с высокотемпературным газом.

Технико-экономическая эффективность предложенного изобретения заключается в повышении надежности газотурбинной установки благодаря обеспечению выполнения турбины из керамики.

Использование: газотурбостроение. Сущность изобретения: повышение надежности газотурбинных установок при работе турбины на высоких температурах газа, путем изготовления турбин среднего и высокого давления из керамики, причем турбина среднего давления выполнена в виде последовательно соединенных по газу керамических колес, консольно закрепленных на валу по обе стороны компрессора низкого давления. 1 ил.

Формула изобретения

Газотурбинная установка, содержащая расположенные на одном валу компрессор низкого давления и турбину среднего давления, расположенные на другом валу компрессор и турбину высокого давления и турбину низкого давления, соединенную с электрогенератором, отличающаяся

тем, что, с целью повышения надежности установки при работе турбины на высоких температурах газа, турбины высокого и среднего давления выполнены из керамики, причем турбина среднего давления выполнена в виде последовательно соединенных по газу двух керамических колес, консольно закрепленных на валу по обе стороны от компрессора низкого давления.