КОМПЕНСАТОР ГТУ

Компенсатор ГТУ
F02C 7/20 F16L51/02
Заявляемая полезная модель относится к машиностроению и может быть использована при создании стационарных и транспортных газотурбинных установок (ГТУ).
Известны линзовые и сильфонные компенсаторы (Овчинников И.Н., Овчинников Е.И. Судовые системы и трубопроводы. Л., Судостроение, 1988, стр.65), устанавливаемые непосредственно за диффузорным выпускным патрубком газовой турбины и предназначенные для снижения механических усилий, возникающих вследствие термических расширений деталей и узлов газотурбинного двигателя и воздействующих, в частности, на его корпус. При высоких температурах газа, свойственных современным газотурбинным двигателям, эти усилия при отсутствии термокомпенсации могут привести к разгерметизации фланцевых соединений на его корпусе, короблению, нештатному смещению корпуса относительно ротора турбины и, как следствие, аварии.
Для энергетических ГТУ даже сравнительно малой мощности (до 10 Мвт) велики термические перемещения, воспринимаемые газовыми компенсаторами, а также их габаритные размеры. Последнее обусловлено значительными объемными расходами вьюокотемпературных газов, движущихся через компенсатор.
кинетической энергии высокоскоростного газового потока в потенциальную энергию давления, необходимую для перемещения газа через теплообменное оборудование, размещенное в газоходе и выпуска газа в атмосферу.
Для высокой эффективности процесса преобразования энергии должно быть обеспечено безотрывное течение газа в диффузоре. Последнее возможно при малых углах раскрытия диффузора, а значит при большей его длине.
Все это способствует увеличению продольных размеров диффузора и ГТУ в целом.
Наиболее близким техническим решеним является конструкция двигателя Titan-130 производства фирмы Solar (International Turbomachinery, November/December, 2001, Vol. 42, № 7 p.19), в которой компенсатор содержит термоупругую гофрированную обечайку, установленную между входным и выходным патрубками, внутреннюю направляющую обечайку, закрепленную на входном патрубке и размещенную во внутренней полости компенсатора формирующую концевой участок диффузора газотурбинного двигателя обечайку, выполненную в виде усеченного конуса, основание которого направлено в сторону движения газового потока, присоединенную ребрами к входному патрубку.
Размещение концевого участка диффузора в полости компенсатора позволило сократить продольные размеры двигателя без ущерба его надежности. Однако при использовании данного компенсатора для высокоэкономичной ГТУ с регенерацией теплоты в теплообменниках, размещенных в газовыпускном тракте необходимо обеспечить перестройку поля скоростей газа для подачи в газовый тракт теплообменников, что, в
данной конструкции, можно обеспечить за счет существенного удлинения переходного патрубка, а следовательно и всей ГТУ.
Полезной моделью решается задача повышения компактности ГТУ с регенерацией теплоты выпускных газов.
Для решения поставленной задачи, в компенсаторе газотурбинной установки, содержащем термоупругую гофрированную обечайку, установленную между входным и выходным патрубками, внутреннюю направляющую обечайку, закрепленную одним концом на входном патрубке, и расположенную в его внутренней полости формирующую концевой участок диффузора газотурбинного двигателя обечайку, присоединенную ребрами к входному патрубку, указанная обечайка, формирующая концевой участок диффузора газотурбинного двигателя выполнена в виде конуса, усеченная вершина которого направлена в сторону движения газового потока.
При этом, термоупругая гофрированная обечайка может быть выполнена из двух или более секций, соединенных между собой несущими обечайками.
При таком исполнении компенсатора нет необходимости в существенной перестройке газового потока при направлении его в тракт теплообменника, так как, в отличие от прототипа, вектора выходных скоростей газового потока направлены к оси переходного патрубка, что способствует сокращению длины вихревой зоны за обечайкой, выполненной в виде конуса, усеченная вершина которого направлена в сторону движения газового потока, и выравниванию поля скоростей по поперечному сечению патрубка, что существенно сокращает длину переходного патрубка между газотурбинным двигателем и этим теплообменником. Кроме того, наличие во внутренней
полости компенсатора ребер, имеющих удобообтекаемую форму, в предлагаемой конструкции, способствует выпрямлению закрученного газового потока движущегося в диффузоре. При этом происходит снижение гидравлических потерь в диффузоре, рост КПД процесса преобразования энергии в нем.
.На чертеже приведен пример конструкции компенсатора ГТУ с термоупругой гофрированной обечайкой, выполненной из двух секций, продольный разрез.
Компенсатор (фиг.) содержит термоупругую гофрированную обечайку 1, установленную между входным 2 и выходным 3 патрубками. В данном примере термоупругая гофрированная обечайка 1 выполнена из двух секций, соединенных соответствующей несущей обечайкой 4.
Для уменьшения гидравлического сопротивления внутри гофрированной обечайки 1 размещена направляющая обечайка 5, закрепленная одним концом на внутренней поверхности входного патрубка 2. В случае выполнения термоупругой гофрированной обечайки 1 из двух секций, направляющая обечайка 5 так же может быть выполнена из двух частей. При этом вторая часть закрепляется на несущей обечайке 4.
Во внутренней полости компенсатора расположена формирующая концевой участок диффузора газотурбинного двигателя обечайка 6, выполненная в виде конуса, усеченная вершина которого направлена в сторону движения газового потока. Обечайка 6 присоединена к входному патрубку 2 ребрами 7, имеющими удобообтекаемую форму.
двигателя и вывода коммуникаций от датчиков контроля и диагностики его узлов и деталей.
Устройство работает следующим образом.
Газовый поток поступает в диффузорный канал, образованный внутренними стенками входного патрубка 2, направляющей обечайки 5, выходного патрубка 3 и внешней стенкой обечайки 6. В канале происходит преобразование кинетической энергии газового потока в потенциальную энергию давления, которое, при выполнении формирующей концевой участок диффузора газотурбинного двигателя обечайки 6 в виде конуса, усеченная вершина которого направлена в сторону движения газового потока, реализуется с высокой эффективностью из-за снижения гидравлических потерь энергии, обеспечиваемого ребрами 7.
Вместе с тем, термические перемещения, связанные с изменением температуры как собственно газотурбинного двигателя, так и газоходов, воздуховодов, патрубков и теплообменников ГТУ, воспринимается термоупругой гофрированной обечайкой 1 компенсатора, вызывая изменение ее длины, практически устраняя силовое воздействие на корпус газотурбинного двигателя, и, тем самым, исключая разгерметизацию фланцев и смещение корпуса двигателя относительно ротора, обеспечивая надежную работу ГТУ.
При этом продольные размеры уменьшаются, так как не требуется перестраивать газовый поток перед подачей его в теплообменник, что сокращает длину переходного патрубка между газотурбинным двигателем и теплообменником, а значит и ГТУ в целом.