ГАЗОТУРБИННАЯ ЭНЕРГОУСТАНОВКА

Полезная модель относится к области промышленного производства электроэнергии, преимущественно посредством газотурбинного привода электрогенератора.
Известна газотурбинная энергоустановка, содержащая газогенератор, соединенный с силовой турбиной трубопроводом транспортировки газа подвижным в осевом направлении соединительным элементом, включающим соосно расположенные с радиальным зазором цилиндрические обечайки (Патент Р.Ф. №2135782, Мкл. F 01 D 25/24, 27.08.1999 г.).
Недостатком этой энергоустановки является утечка через кольцевой радиальный зазор части горячего газа, поступающего из газогенератора к силовой турбине, что приводит к перегреву помещения и снижению расхода газа, поступающего на силовую турбину, вследствие чего снижается ее мощность. Ликвидация в рабочих условиях радиального зазора приводит к повышению вибрационных нагрузок на элементы устройства вследствие частичного суммирования воздействий неуравновешенностей роторов газогенератора и силовой турбины, вращающихся с разной частотой и имеющих разные частотные характеристики.
Указанный недостаток может быть устранен заключением соединительного элемента трубопровода в кожух с подключением к его внутренней полости источника сжатого воздуха, либо вытяжного вентилятора (Патент Р.Ф. №2189454, Мкл. F 01 D 25/24, 20.09.2002 г.). Однако такое техническое решение сопровождается снижением мощности силовой турбины из - за уменьшения расхода газа. поступающего на силовую турбину, либо вследствие отбора сжатого газа из компрессора газогенератора.
Задачей полезной модели является минимизация утечек через радиальный зазор подвижного соединения трубопровода транспортировки газа при обеспечении подвижности соединения, что уменьшает вибрационные нагрузки на элементы энергоустановки.
Поставленная задача достигается тем, что в газотурбинной энергоустановке, содержащей газогенератор, соединенный с силовой турбиной трубопроводом транспортировки газа с подвижным в осевом направлении соединительным элементом, включающим внутреннюю цилиндрическую обечайку и расположенную соосно с радиальным зазором внешнюю цилиндрическую обечайку с выполненной на ее наружной поверхности кольцевыми проточками, установленный над внешней цилиндрической обечайкой коллектор горообразной формы, присоединенный к источнику охладителя и снабженный равномерно расположенными отверстиями, оси которых направлены вовнутрь кольцевых проточек внешней цилиндрической обечайки. Между источником охладителя
и коллектором торообразной формы установлен регулируемый дроссель. На корпусах газогенератора и силовой турбины установлены датчики вибрации, а на поверхности цилиндрических обечаек, образующих соединительный элемент, установлены термопары.
В газотурбинной энергоустановке согласно полезной модели, благодаря оптимизации величины радиального зазора между обечайками, образующими соединительный элемент, корпуса двух источников вибраций - роторов силового и газогенераторного модулей - отделяются друг от друга, эффект от их вибрационного воздействия не суммируется, а снижается за счет демпфирования при взаимном смещении двух корпусов. В то же время утечка через кольцевой радиальный зазор части горячего газа, поступающего из газогенератора к силовой турбине, будет снижена до минимума, благодаря оптимизации на рабочем режиме величины радиального зазора, который уменьшается (увеличивается) при увеличении (уменьшении) расхода охладителя и соответствующем уменьшении (увеличении) диаметра внешней обечайки соединительного элемента вследствие ее теплового расширения. Подвод охладителя непосредственно вовнутрь полостей, образованных проточками на наружной поверхности внешней цилиндрической обечайки, интенсифицирует охлаждение материала внешней обечайки соединительного элемента.
Для контроля эффективности охлаждения внешней обечайки соединительного элемента на поверхности цилиндрических обечаек установлены термопары, а для контроля эффективности снижения вибраций
на корпусе газогенератора и силовой турбины установлены датчики вибраций.
На фиг.1 представлен общий вид газотурбинной энергоустановки, на фиг.2 соединительный элемент фиг.1 в увеличенном масштабе.
Газотурбинная энергоустановка содержит газогенератор 1, включающий ротор 2 и корпус 3, и силовую турбину 4, включающую корпус 6 и ротор 5, соединенный жестко валом 7 с электрогенератором 8. На корпусе 3 газогенератора 1 жестко закреплена внутренняя цилиндрическая обечайка 9. На корпусе 6 силовой турбины 4 жестко закреплена внешняя цилиндрическая оболочка 10. Внешняя цилиндрическая обечайка 10 и внутренняя цилиндрическая обечайка 9, установленные соосно с радиальным зазором 11, образуют соединительный элемент 12, позволяющий взаимное перемещение цилиндрических обечаек 9 и 10 и жестко связанных с ними корпусов 3 и б газогенератора 1 и силовой турбины 4 без возникновения напряжений. Над внешней обечайкой 10 соединительного элемента 12 установлен коллектор 13, выполненный горообразной формы с равномерно расположенными отверстиями 14, присоединенный трубопроводом 15 через регулируемый дроссель 16 к источнику охладителя (на чертеже не показан). Оси отверстий 14 направлены вовнутрь полостей, образованных кольцевыми проточками 21 на наружной поверхности внешней цилиндрической обечайки 10. На корпусе 3 газогенератора 1 и корпусе 6 силовой турбины 4 установлены датчики вибрации 17 и 18. На внутренней и внешней цилиндрических обечайках 9 и
10 соединительного элемента 12 установлены термопары 19 и 20, присоединенные к указателю температуры.
Газотурбинная энергоустановка работает следующим образом. Газогенератор 1, в качестве которого может быть использован газотурбинный двигатель, вырабатывает горячий газ повышенного давления. Этот газ поступает из корпуса 3 газогенератора 1 внутри внутренней обечайки 9 в корпус 6 силовой турбины 4 внутри внешней цилиндрической обечайки 10, соединенной с внутренней цилиндрической обечайкой 9 соединительным элементом 12. Перепад давления газа срабатывает на силовой турбине 4, ротор которой 5 приводится во вращение. Ротор 5 силовой турбины 4 по валу 7 передает энергию ротору электрогенератора 8.
В связи с тем, что соединительный элемент 12 выполнен с радиальным зазором 11, часть горячего газа вытекает через указанный зазор 11 в помещение, что приводит к снижению мощности на валу 7 электрогенератора 8. Для минимизации этой утечки горячего газа по трубопроводу 15 в коллектор 13 торообразной формы через регулируемый дроссель 16 подается от внешнего источника охладитель, например, сжатый воздух, который через отверстия 14 поступает вовнутрь кольцевых проточек 21 на наружной поверхности внешней цилиндрической обечайки 10 соединительного элемента 12 и охлаждает ее. Снижение температуры внешней цилиндрической обечайки 10 приводит к уменьшению радиального зазора 11, что в свою очередь приводит к снижению утечки горячего газа через радиальный зазор 11. В процессе подбора расхода охладителя по
датчикам вибрации 17 и 18 контролируется уровень вибрации корпусов 3 и 9 газогенератора 1 и силовой турбины 4, не допуская увеличения уровня вибраций, при чрезмерном снижении радиального зазора 11.
Дополнительно измеряется температура цилиндрических обечаек 9 и 10 с помощью установленных на их поверхности термопар, что позволяет с учетом теплового расширения обечаек 9 и 10 контролировать радиальный зазор 11 в соединительном элементе 12, не допуская ликвидации радиального зазора 11.
Таким образом, использование полезной модели позволяет оптимизировать величину радиального зазора в соединительном элементе трубопровода транспортирования горячего газа от газогенератора к силовой турбине и, тем самым минимизировать утечку горячего газа при сохранении подвижности соединения, необходимой для уменьшения вибрационных нагрузок на элементы газотурбинной энергоустановки.