Конструкции газотурбинных установок - Шварц В.А.
Скачать (прямая ссылка):
Введением регенератора в схему установки можно добиться повышения ее экономичности на 25%, причем этот способ повышения экономичности значительно проще, нежели повышение к. п. д. проточных частей компрессоров и турбин, или увеличение температуры газа перед соплами турбины. Однако регенераторы достаточно громоздкие и металлоемкие аппараты, подверженные к тому же различным эксплуатационным неполадкам — утечкам, загрязнениям, поломкам. Кроме того, вследствие потерь давления теплоносителей в регенераторе и в тракте их подвода снижается мощность установки.
РЕКУПЕРАТИВНЫЕ ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛИ
В рекуперативных воздухоподогревателях передача тепла осуществляется через поверхность, разграничивающую горячий и холодный потоки. Поверхность эта может быть выполнена гладкой или оребренной. Чем выше давление воздуха, тем более развито должно быть оребрение поверхностей, где проходит газ. Возможно и двухстороннее оребрение теплообменной поверхности, более развитое по стороне низкого давления, но оно пока применяется только в установках, работающих по замкнутому циклу. Оребрение поверхности теплообмена, сокращая массу и размеры аппарата, существенно усложняет технологию их изготовления и затрудняет или делает невозможной очистку отложений в процессе эксплуатации.
Учитывая специфику работы теплообменной поверхности к регенератору газотурбинной установки предъявляют следующие требования: механическая прочность под действием давления
воздуха; плотность и отсутствие перетечек теплоносителей; вы-348
сокий коэффициент теплопередачи; малые гидродинамические сопротивления; высокая компактность поверхности; тепловая и коррозионная устойчивость; отсутствие склонности к загрязнениям и возможность очистки по газовой стороне; удовлетворительное соотношение размеров; возможность присоединения к сопрягаемым элементам; технологичность изготовления и сборки; простота ремонта и замены дефектных элементов в процессе эксплуатации; низкая стоимость поверхности и отсутствие дефицитных материалов.
Выполнение первых двух требований является обязательным для теплообменных поверхностей всех типов и назначений, остальными определяются характеристики и качество аппарата.
Одним из основных вопросов, возникающих при проектировании трубчатых теплообменников, является выбор теплоносителя, протекающего внутри трубок.
С точки зрения прочности и сокращения металлоемкости аппарата воздух высокого давления целесообразно направлять внутри трубок, а газ — в межтрубном пространстве. При этом воздействию высокого давления воздуха, кроме трубок и трубных досок, подвергаются только воздушные камеры подвода и отвода, а корпус аппарата, ограничивающий газовую полость, может быть выполнен тонкостенным и легким. По описанной схеме выполнено большинство регенераторов стационарных ГТУ и все без исключения регенераторы транспортных установок. Однако в ряде регенераторов газ течет по трубам, а воздух — в межтрубном пространстве; при этом корпус аппарата подвержен высокому давлению воздуха, условия теплоотдачи ухудшены, размеры и масса аппарата значительно увеличены. Основной причиной, обусловливающей выбор такой неблагоприятной схемы, является требование к отсутствию загрязнений по газовой стороне и облегчение очистки теплообменной поверхности от сажистых и смолистых отложений. При пропуске газа внутри трубок вероятность отложений на стенках значительно уменьшается благодаря отсутствию застойных зон, а чистка прямых трубок не представляет затруднений.
Форму трубного пучка и корпуса регенераторов, у которых воздух проходит в межтрубном пространстве, обычно выполняют цилиндрическими из условий обеспечения прочности корпуса.
Несколько обособленно от других аппаратов по схеме компенсации расширений стоит экспериментальный регенератор фирмы Роллс-Ройс, где применено двухкратное обтекание кольцевого трубного пучка потоком газа, проходящего в межтрубном пространстве. При этом обеспечена минимальная разность температуры трубок по внутреннему и наружному диаметрам трубного пучка, в результате трубки не перегружаются в местах заделки их в трубных досках. Весь трубный пучок расположен внутри корпуса на трех цапфах—двух боковых и одной цен-
349
тральной. Трубный пучок имеет возможность расширяться независимо от корпуса аппарата. Патрубки подвода и отвода воздуха проходят через корпус, причем в местах выхода из корпуса патрубков и цапф пучка установлены сальниковые уплотнения. Для свободного расширения всех элементов и устранения температурных перекосов оси патрубков и цапф пересекаются в. одной точке, являющейся геометрическим фокусом расширений во всех направлениях (см. рис. 275).
Трубчатые регенераторы с противотоком
В ГТУ мощностью 15 000 квт фирмы Метро — Виккерс применен регенератор с противоточным течением газа и воздуха. Он обеспечивает степень регенерации около 73,5% и выполнен в виде шести отдельных параллельно включенных секций. Каждая секция состоит из цилиндрического трубного пучка, где газ проходит внутри трубок, а воздух — снаружи,, в противоточном направлении. Трубки скомпонованы в очень тесный пучок. Благодаря этому сводится к минимуму диаметр наружного корпуса,, находящегося под высоким давлением воздуха (10 кГ/см2) и уменьшается общий объем воздуха в системе, что положительно влияет на характеристики регулирования установки.
