Газотурбинная установка

20031136t4
ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА
Полезная модель относится к конструкциям газотурбинных наземных установок для механического привода полезной нагрузки.
Известна газотурбинная установка, включающая компрессор, камеру сгорания, турбину и выпускной патрубок, установленные на общей опорной раме
Недостатками такой установки являются низкие эксплуатационные характеристики из-за высокого уровня шума и теплового излучения в окружающую среду, что затрудняет работу обслуживающего персонала.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой является газотурбинная установка, служащая для привода полезной нагрузки, например, электрогенератора, размещенная в контейнере 2.
Однако, надежность известной установки является низкой из-за высокой температуры воздуха в контейнере, вызванной повышенным тепловым излучением корпусов камеры сгорания и турбины газотурбинного двигателя, следствием которых является повреждение изоляции электрических кабелей, электрических устройств и вспомогательных агрегатов.
Кроме того, в случае нелокализованного разрушения турбины газотурбинного двигателя обломки лопаток могут пробить контейнер, повредив окружающее оборудование и обслуживающий персонал.
Техническая задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в повышении надежности и безопасности работы установки в аварийных случаях путем повышения тепловой и механической защиты ее частей.
Для осуществления указанной задачи в газотурбинной установке, включающей контейнер, входное и выходное устройства и газотурбинный двигатель, состоящий из компрессора, камеры сгорания, турбины высокого давления и силовой турбины, внутри контейнера над корпусами камеры сгорания и турбины высокого давления установлен охватывающий сбоку и сверху эти корпуса силовой теплозащитный экран, соединенный по периметру с боковыми и верхней стенками контейнера радиальной перегородкой, при этом отношение
F02C7/12
площади Fi радиальной перегородки к площади р2 поперечного сечения контейнера в зоне установки экрана составляет 0,2 - 0,8.
Известно, что в процессе работы двигателя наиболее теплонапряженными его узлами являются камера сгорания и турбина высокого давления. Повышенное тепловое (инфракрасное) излучение корпусов может привести к перегреву стенок контейнеров, к перегреву и повреждению изоляции электрических кабелей внутри контейнера, а также к повреждению электрических устройств, расположенных внутри контейнера.
Однако, силовой теплозащитный экран, размещенный внутри контейнера, экранирует нагретые до высокой температуры корпуса камеры сгорания и турбины высокого давления, уменьшая тепловое излучение от них не менее, чем в 2 раза.
Размещение радиальной перегородки между экраном и стенками контейнера позволяет перетекать охлаждающему атмосферному воздуху с увеличенной скоростью между теплозащитным экраном и корпусами, интенсивно их охлаждая.
Отношение площадей радиальной перегородки к площади поперечного сечения контейнера в зоне установки экрана составляет 0,2 - 0,8.
При Fi/F2  0,2 будет снижаться эффективность охлаждения корпусов камеры сгорания и турбины высокого давления, что повлечет за собой снижение их надежности и увеличение теплового излучения от наружных поверхностей корпусов.
В случае, если Fi/F2 0,8 , гидравлические потери на прокачку охлаждающего атмосферного воздуха между экраном и корпусами камеры сгорания и турбины высокого давления увеличатся, что повысит мощность вентилятора для прокачки воздуха и снизит экономичность газотурбинной установки.
В аварийном случае при разрушении рабочих лопаток турбины высокого давления теплозащитный экран будет служить для локализации обломков рабочих лопаток, не допуская повреждения контейнера.
(
На фиг.1 показан продольный разрез предлагаемой газотурбинной установки. На фиг.2 представлено сечение А-А на фиг.1, а фиг.З - элемент I в увеличенном виде.
Газотурбинная установка 1 состоит из газотурбинного двигателя 2, установленного на раме 3, на которой также установлен контейнер 4, внутри которого размещены газотурбинный двигатель 2, входное устройство 5 и выхлопное устройство 6. Газотурбинный двигатель 2 состоит из компрессора 7, камеры сгорания 8 и турбины высокого давления 9, которая приводит во вращение компрессор 7 и силовой турбины 10, полезная нагрузка от которой снимается с помощью вала 11.
На раме 3 установлен также теплозащитный экран 12, охватывающий сбоку и сверху с внешней стороны наружные корпуса 13 и 14 камеры сгорания 8 и турбины высокого давления 9.
С внешней стороны теплозащитный экран 12 по периметру соединен радиальной перегородкой 15 с боковыми 16 , 17 и верхней 18 стенками контейнера 4. Радиальная перегородка 15 имеет площадь FI, а поперечное сечение контейнера 4 в зоне установки теплозащитного экрана 12 имеет площадь
Для осмотра и инструментального контроля рабочих 19 и сопловых 20 лопаток турбины вьюокого давления 9 в наружных корпусах 13 и 14 камеры сгорания 8 и турбины 9 выполнены лючки 21, в рабочем положении закрытые заглушками 22. В теплозащитном экране 12 выполнены люки 23, открывающиеся для проведения осмотра в положении 24.
Для искпючения повреждения контейнера 4 в случае нелокализованной поломки рабочих лопаток 19 турбины 9, стенки теплозащитного экрана 12 выполнены силовыми, т.е. стальными и утолщенными.
Корпус 14 турбины вьюокого давления 9 на выходе соединен фланцевым соединением 25 с наружным корпусом 26 переходного канала 27 между турбиной 9 и силовой турбиной 10.
Внутри контейнера 4 с помощью вентилятора (не показан) в направлении от входного устройства 5 к выходному 6 прокачивается охлаждающий атмосферный воздух 28, охлаждающий наружные корпуса двигателя 2 и стенки контейнера 4.
Устройство работает следующим образом.
При работе двигателя наиболее теплонапряженными узлами являются камера сгорания 8 и турбина высокого давления 9, повышенное тепловое (инфракрасное) излучение корпусов которых ведет к перегреву стенок 16, 17 и 18 контейнера 4, а также к перегреву и повреждению изоляции электрических устройств, расположенных внутри контейнера 4. При этом теплозащитный экран 12 экранирует нагретые корпуса 13,14 камеры сгорания 8 и турбины высокого давления 9, уменьшая тепловое излучение от них не менее, чем в 2 раза.
Охлаждающий атмосферный воздух 28 с увеличенной скоростью протекает между теплозащитным экраном 12 и корпусами 13,14, интенсивно охлаждая их.
В аварийном случае, при разрушении рабочих лопаток 19 турбины высокого давления 9 и «раскрытии фланцевого соединения 25 теплозащитный экран задерживает обломки лопаток, не допуская повреждения контейнера 4.
После остановки двигателя для проведения регламентных работ люки 23 теплозащитного экрана 12 устанавливают в положение 24. Это позволяет после съема заглушек 22 осматривать рабочие 19 и сопловые лопатки турбины 9 с помощью бороскопов и контролировать их инструментальными методами.
Источники информации :
1.Ревзин Б.С. Газотурбинные газоперекачивающие агрегаты, Москва, «Недра, 1986, стр.82, рис.37.
2.В.А.Шварц. Конструкция газотурбинных установок, Москва, Машиностроение, 1970, стр.97 , рис. 57. Начальник отдела защиты интеллектуальной собственности/ A f Ташкинова О.Н.