Конструкции газотурбинных установок - Шварц В.А.
Скачать (прямая ссылка):
Регенеративные подогреватели имеют более сложную конструкцию, чем рекуперативные аппараты, и многие их специфические конструктивные проблемы до настоящего времени не нашли удовлетворительного решения, поэтому их применяют только в тех ГТУ, где их использование вызвано крайней необходи-376
мостью и применение рекуперативных воздухоподогревателей исключается вследствие их больших размеров и массы. Такими установками являются только автомобильные двигатели, которым свойственны небольшая степень повышения давления (умеренные перетечки воздуха) и малый расход рабочего тела (небольшие размеры аппарата) наряду с необходимостью в высокой степени регенерации и ограниченными размерами аппарата.
На рис. 284 показан регенератор с неподвижной матрицей [39]. В нем имеется две матрицы 3 и 6, расположенные по периферии корпуса 4. В средней части корпуса размещены два полых золотниковых клапана 10 и 11, имеющих возвратно-посту-
Рис. 284. Регенеративный подогреватель с неподвижной матрицей и механическим приводом
пательное движение и связанных рычагом 1. Золотниковые клапаны при перемещении поочередно открывают окна, пропуская газ и воздух через матрицы. Г аз подводится к средней части корпуса через входной патрубок 12, затем проходит через окна 15 и поступает к матрице 6. Проволочная набивка матрицы нагревается, а охлажденный газ через окна 14 и выходной патрубок 13 удаляется в атмосферу. Воздух из компрессора в это время проходит из входного патрубка 9 через окна 5 к предварительно нагретой матрице 3, отбирает у нее тепло и далее через окна 2 и внутреннюю полость золотника 10 направляется по патрубку 8 к камере сгорания. Во избежание перетечек воздуха на газовую сторону золотники снабжены уплотнительными поршневыми кольцами. Через определенный промежуток времени клапан 10 передвигается в крайнее левое положение, клапан
377
Jl—в правое. Путь газа при этом таков: патрубок 12— окна
15 — матрица 3 — окна 16 — внутренняя полость золотникового клапана 11 —• патрубок 13; путь воздуха: патрубок 9 — окна 5 — матрица 6 — окна 7 — патрубок 8.
На рис. 285 показан аналогичный регенератор, отличающийся от предыдущего тем, что его золотниковые клапаны не имеют механической связи, а перемещаются клапаны с помощью поршневого пневматического привода [30]. Рабочим телом для перемещения клапанов является воздух, отбираемый за компрес-
Рис. 285. Регенеративный подогреватель фирмы Парсонс с неподвижной матрицей и пневматическим приводом
сором, однако для этой цели можно использовать также жидкостные сервомоторы. Механическому приводу присущи сложность, громоздкость и непосредственная связь частоты переключения клапанов с числом оборотов двигателя.
Использование регенераторов с неподвижной матрицей ограничивается из-за сложности переключающих устройств, вынужденных работать при резких изменениях температуры. Кроме того, поскольку фронтальное сечение матрицы выбирают исходя из скорости газа, определяемой допустимыми потерями давления, то при прохождении через это сечение воздуха со значительно меньшим объемным расходом скорость его движения существенно ниже оптимальных значений, и вследствие этого эффективность работы аппарата падает.
378
На рис. 286 показан регенератор с подвижной матрицей поршневого типа. Две матрицы, получающие возвратно-поступательное движение от пневматического сервомотора, передвигаются вместе с золотниковым клапаном, поочередно открывающим окна для прохода газа и воздуха. Регенератор поршневого типа несколько проще регенератора с неподвижными матрицами, поскольку в нем имеется всего один золотниковый клапан, но ему присущи все остальные недостатки, свойственные аппаратам с неподвижными матрицами. Практического применения в газо-турбостроении такие аппараты не получили.
Если в рекуперативных теплообменниках транспортных ГТУ предельная степень регенерации не превышает 70%, то во вра-
Рис. 286. Регенератор фирмы Парсонс с подвижной матрицей поршневого
типа
щающихся регенераторах степень регенерации может быть достигнута 80—85 и даже 90%. Объясняется это в первую очередь малыми размерами каналов для прохода теплоносителей в матрице (эквивалентный диаметр канала может исчисляться долями миллиметра); это обеспечивает высокую эффективность тепло? обмена и малую абсолютную длину канала (отношение длины канала к его эквивалентному диаметру для заданной степени регенерации лежит в определенном интервале величин). Таким образом, вращающиеся регенераторы имеют малые размеры матрицы в направлении движения теплоносителей.
Характерной'особенностью вращающихся регенераторов является способность их к самоочистке от сажистых отложений, осаждающихся в каналах матрицы при плохом сгорании топлива. Так как через каналы матрицы попеременно идет газ и воздух, последний, проходя под высоким давлением, продувает каналы и
379
не дает возможности осаждаться твердым частицам. Самоочи-стке способствует также то, что газ и воздух движутся в проти-воточном направлении и воздух выдувает отложения в направлении, противоположном тому, по которому они были занесены. Тем не менее, при работе двигателя на плохих сортах топлива или при нарушении процесса горения ячейки матрицы со временем загрязняются и эффективность регенератора падает. В первую очередь это сказывается на потерях давления в аппарате.
