Газотурбінна установка

Реферат: Газотурбінна установка містить каскадний обмінник тиску, оснащений каналом для відведення стисненого повітря, підключеним до газоприймального патрубка турбіни за допомогою газової магістралі з розміщеною в ній камерою згоряння з органом паливопостачання, каналом для підведення стискаючого середовища, підключеним до газової магістралі на ділянці між камерою згоряння і газоприймальним патрубком турбіни. При цьому ділянку газової магістралі між камерою згоряння і каналом для відведення стисненого повітря сполучено за допомогою байпасного каналу з розміщеною в ньому заслінкою з газоприймальним патрубком турбіни, оснащеним датчиком навантаження, сполученим із блоком керування, що діє на орган паливопостачання і заслінку. UA 85337 U (12) UA 85337 U UA 85337 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до енергетичного машинобудування, зокрема до газотурбінних установок (ГТУ), і може бути використана для привода різних механізмів. Відома газотурбінну установку, що містить компресор для стискування повітря, камеру згоряння і газову турбіну, у якій відбувається перетворення енергії газів, що покинули камеру згоряння, у механічну енергію обертання вала установки (див. Турбогвинтові двигуни. П.К. Казанджан, А.В. Кузнецов.- М.: Військове видавництво міністерства оборони СРСР, 1961. - с. 268). Недоліком відомої газотурбінної установки є використання громіздкого поршневого компресора, що приводить до ускладнення конструкції і збільшенню її габаритів, а також до необхідності застосування знижувальних редукторів, виконання яких не завжди може бути реалізоване технічно просто. Як найближчий аналог вибрано газотурбінну установку, що містить каскадний обмінник тиску (КОТ), оснащений каналом для відведення стисненого повітря, підключеним до газоприймального патрубка турбіни за допомогою газової магістралі з розміщеній в ній камерою згоряння і органом паливопостачання, каналом для підведення стискаючого середовища, підключеним до газової магістралі на ділянці між камерою згоряння і газоприймальним патрубком турбіни (див. Krajniuk A.I.,.Klyus Oleh, Organization prinsiples of the operating process of the cascade compression units and some directions of their aplication // Journals of Polish Cimac. Diagnosis, reliabiliti and safeti. Gdansk University of techology. Faculty of Ocean Engineering and Ship Technology Department of Ship Power Plants.-2009. - Gdansk № 2.-103-109.). Недоліком відомої установки є відносно невисокий ККД ГТУ на режимах повних навантажень, внаслідок обмеження максимальної температури циклу термоміцнісними властивостями застосовуваних у турбобудуванні матеріалів. Збільшення максимальної температури циклу супроводжується зниженням ресурсу турбіни і необхідністю застосування жароміцних матеріалів, які здорощують конструкцію газотурбінної установки. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення ККД і ресурсу ГТУ шляхом сполучення ділянки газової магістралі між камерою згоряння і каналом для відведення стисненого повітря за допомогою байпасного каналу з розміщеною в ньому заслінкою з газоприймальним патрубком турбіни, оснащеним датчиком навантаження, сполученим із блоком керування, що діє на орган паливопостачання і заслінку, що дозволить підвищити максимальну температуру циклу в агрегаті стискування повітря і його ККД при одночасному зниженні теплонавантаженості деталей турбіни. Поставлена задача вирішується тим, що газотурбінній установці, яка містить каскадний обмінник тиску, оснащений каналом для відведення стисненого повітря, підключеним до газоприймального патрубка турбіни за допомогою газової магістралі з розміщеною в ній камерою згоряння і органом паливопостачання, каналом для підведення стискаючого середовища, підключеним до газової магістралі на ділянці між камерою згоряння і газоприймальним патрубком турбіни, згідно з корисною моделлю, ділянку газової магістралі між камерою згоряння і каналом для відведення стисненого повітря сполучено за допомогою байпасного каналу з розміщеною в ньому заслінкою з газоприймальним патрубком турбіни, оснащеним датчиком навантаження, сполученим із блоком керування, що діє на орган паливопостачання і заслінку. Сполучення ділянки газової магістралі між камерою згоряння і каналом для відведення стисненого повітря з газоприймальним патрубком турбіни за допомогою байпасного каналу з розміщеною в ньому заслінкою, забезпечить на режимах повних навантажень надходження на турбіну відносно холодного стисненого повітря, завдяки чому забезпечуються сприятливі температурні умови роботи турбіни, практично при будь-яких значеннях максимальної температури циклу ГТУ. Через зниження температури робочого тіла перед турбіною підвищується ресурс її роботи і з'являється можливість використання для виготовлення деталей турбіни більше доступних і дешевих матеріалів, що сприяє зниженню вартості ГТУ. Крім того, така схема підключення газоприймального патрубка турбіни до газової магістралі дозволить помітно підвищити максимальну температуру робочого циклу ГТУ, що забезпечить підвищення ККД і потужності теплової установки. Оснащення газоприймального патрубка турбіни датчиком навантаження, сполученим з блоком керування, що діє на орган паливопостачання і заслінку, дозволить на різних режимах роботи ГТУ здійснювати зміну прохідного перерізу байпасного каналу і кількості подаваного в камеру згоряння палива для підтримки необхідних термічних умов роботи турбіни, обмежених жароміцністю її конструкційних матеріалів. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, на якому зображена принципова схема газотурбінної установки з каскадним обмінником тиску. 1 UA 85337 U 5 10 15 20 25 30 35 Газотурбінна установка містить каскадний обмінник тиску 1 (КОТ), виконаний у вигляді ротора 2 з комірками 3 і статора 4, оснащеного каналом 5 для відведення стисненого повітря з вентилятором 6, каналом 7 для підведення стискуваного повітря з вентилятором 8, каналом 9 для підведення стискаючого середовища і каналом 10 для відведення стискаючого середовища. Канал 5 для відведення стисненого повітря за допомогою газової магістралі 11 з розміщеною в ній камерою згоряння 12 і органом паливопостачання 13 підключений до газоприймального патрубка 14 турбіни 15, сполученої зі споживачем 16. Канал 9 для підведення стискаючого середовища з'єднаний з газовою магістраллю 11 на ділянці між камерою згоряння 12 і газоприймальним патрубком 14 турбіни 15. Ділянка газової магістралі 11 між камерою згоряння 12 і каналом 5 для відведення стисненого повітря сполучена за допомогою байпасного каналу 17 з розміщеною в ньому заслінкою 18 з газоприймальним патрубком 14 турбіни 15, оснащеним датчиком 19, сполученим з блоком керування 20, що діє на орган паливопостачання 13 і заслінку 18. Газотурбінна установка працює наступним чином. При роботі ГТУ атмосферне повітря, яке нагнітається вентилятором 8, надходить у комірки 3 ротора 2, де в результаті робочого процесу КОТ 1 здійснюється його стиск газами, які підводяться у комірки 3 через канал 9 для підведення стискаючого середовища, що перебуває у статорі 4. Після віддання значної частини потенційної енергії, стискаючі гази через канал 10 для відведення стискаючого середовища відводяться у атмосферу, а стиснене повітря під дією вентилятора 6 витісняється через канал 5 для відведення стисненого повітря у камеру згоряння 12, де в результаті згоряння, підведеного через орган паливопостачання 13 палива, утворюються гази. Частина генерованих камерою згоряння 12 газів відводиться у канал 9 для підведення стискаючого середовища і, таким чином, використовуються для здійснення робочого циклу КОТ 1. Інша частина газів по магістралі 11 направляється через газоприймальний патрубок 14 у турбіну 15, де, розширюючись, виконує роботу, що відводиться до споживача 16. У випадку збільшення температури газу перед турбіною 15 вище гранично допустимої, обумовленої термічною міцністю застосовуваних у турбобудуванні матеріалів, по сигналу від датчика 19 блок керування 20 відкриває заслінку 18, і стиснене повітря надходить у турбіну 15, змішується із продуктами згоряння і знижує температуру газів перед нею. Не усунуте таким чином підвищення температури перед турбіною реалізується зниженням кількості підведеного у камеру згоряння 12 палива завдяки сигналу блоку керування 20 до органа паливопостачання 13. Завдяки самоохолодженню ротора 2 КОТ 1, з причини періодичного омивання комірок 3 ротору 2 свіжим зарядом, реалізується можливість значного підвищення максимальної температури циклу ГТУ і пов'язаного із цим збільшення ККД установки. При цьому підмішування до робочого тіла турбіни 15 стисненого повітря через байпасний канал 17 дозволить поліпшити термічні умови роботи турбіни 17, що сприятиме збільшенню її ресурсу і допускає можливість використання менш жароміцних і дорогих конструкційних матеріалів турбіни. 40 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 Газотурбінна установка, що містить каскадний обмінник тиску, оснащений каналом для відведення стисненого повітря, підключеним до газоприймального патрубка турбіни за допомогою газової магістралі з розміщеною в ній камерою згоряння з органом паливопостачання, каналом для підведення стискаючого середовища, підключеним до газової магістралі на ділянці між камерою згоряння і газоприймальним патрубком турбіни, яка відрізняється тим, що ділянку газової магістралі між камерою згоряння і каналом для відведення стисненого повітря сполучено за допомогою байпасного каналу з розміщеною в ньому заслінкою з газоприймальним патрубком турбіни, оснащеним датчиком навантаження, сполученим із блоком керування, що діє на орган паливопостачання і заслінку. 2 UA 85337 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3