Конструкции газотурбинных установок - Шварц В.А.
Скачать (прямая ссылка):
Установки, целевым назначением которых является только подача сжатого воздуха в сеть, нашли применение на аэродромах для питания пневматических стартеров авиадвигателей, в металлургическом производстве для подачи дутьевого воздуха, в пневматических волнорезах и устройствах для поддержания незамерзающих водных путей (воздух подается по трубам, проложенным по дну акватории, и, выходя через многочисленные отверстия, препятствует волнообразованию или замерзанию). Сжатый воздух может служить рабочим телом в воздушных турбинах для привода насосов, в пеногасительных пожарных
установках и др. На одном валу с турбиной может быть расположен дополнительный приводной компрессор, в котором отбираемый за основным компрессором воздух сжимается под большим давлением. Такие установки по схеме своей комбинированные, так как наряду с отбором воздуха они вырабатывают полезную мощность, потребляемую приводным компрессором.
Примером установки для одновременного привода доменной воздуходувки и электрогенератора может служить ГТУ фирмы Зульцер, которая рассчитана на номинальную производительность 1175 м31мин при давлении на выходе 2 ат. Количество отводимого к потребителю воздуха может быть увеличено до 1740 м3/мин путем дополнительного отбора воздуха из компрессора низкого давления или уменьшено до 700 м3/мин, утилизацией части воздуха из напорной магистрали в специальной воздушной турбине с последующим перепуском его во входной патрубок воздуходувки. Номинальная мощность на валу ГТУ составляет 7500 /сет; мощность на клеммах генератора зависит от производительности воздуходувки и в среднем равна 5300 квт.
Одна базовая модель газотурбинной установки может быть основой для ряда вариантов ее исполнения. Так, установка фирмы Пауэр Джетс модели Т-100 имеет четыре варианта исполнения: 1) ГТУ служит приводом генератора или насоса при мощности на валу 280 л. с.; 2) ГТУ предназначена для комбинированной выработки механической энергии, т. е. для передачи 150 л. с. на вал и отбора за компрессором 35,4 м3/мин сжатого воздуха при избыточном давлении 2,47 ат: 3) ГТУ выдает потребителю только сжатый воздух при расходе 70,8 м3/мин и избыточном давлении 2,47 ат\ 4) ГТУ предусматривает подачу сжатого воздуха потребителю при высоком давлении с эквивалентом по мощности 150 квт (горячие газы при полной утилизации заключенного в них тепла эквивалентны по мощности 1000 квт) [48].
В этой установке (рис. 3) свободная силовая турбина приводит в движение двухступенчатый центробежный компрессор, в который подается воздух, отбираемый за цикловым компрессором. Таким образом, в агрегате осуществлено три ступени сжатия — первая в компрессоре собственно ГТУ, вторая и третья — в приводном двухступенчатом компрессоре. Воздух в количестве 28,3 м3/мин при избыточном давлении 2,43 ат отбирается перед камерой сгорания, проходит через охладитель 12 и сжимается последовательно в двух ступенях компрессора 8 и 9, откуда он выходит нагретым до 262° С. Для понижения температуры воздуха до величины, допустимой для гибких шлангов, по которым он поступает к потребителю, воздух пропускается через конечный охладитель, скомбинированный с промежуточным. С этими же аппаратами совмещен и маслоохладитель. Таким образом все теплообменники установки выполнены в виде общего аппарата,
который охлаждается атмосферным воздухом, нагнетаемым вентилятором с приводом от редуктора. Регулирование установки осуществляется таким образом, что избыточное давление воздуха на выходе поддерживается постоянным (7,17 ат) независимо от •его расхода потребителем. Это достигается тем, что турбина низкого давления и приводимый ею компрессор имеют неизменную постоянную угловую скорость. При сокращении потребления
Рис. 3. Схема ГТУ Т-100 мощностью 280 л. с. фирмы Пауэр
Джетс:
/ — пусковой двигатель* 2 — коробка приводов; 3 — компрессор низкого давления; 4 — турбина высокого давления; 5 — турбина низкого давления; 6 — камера сгорания; 7 — редуктор; 8 — компрессор среднего давления; 9 — компрессор высокого давления; 10 — дроссельный клапан; 13 — регулятор и тахометр; 12 — комбинированный воздухо- и маслоохладитель; 13 — редукционный клапан
сжатого воздуха понижается число оборотов турбокомпрессора, одновременно с уменьшением расхода и давления воздуха за цикловым компрессором снижается и температура воздуха. Поэтому в приводной компрессор воздух поступает хотя и с меньшим давлением, но при пониженной температуре, что обуславливает более высокую степень сжатия воздуха в приводном компрессоре и, в конечном счете, неизменное давление на выходе. Таким образом регулируется расход воздуха от 100 до 60%. При меньшем расходе открывается клапан 10 и избыток воздуха через редукционный клапан 13 возвращается в цикл.
Сжатый воздух из компрессора может быть использован в системах пожаротушения. На рис. 4 изображена схема пеногасительной установки, созданной на базе газотурбинного двигателя фирмы Блекборн модели «Пэлюст» [58]. Установка смонтирована на шасси грузового автомобиля; двигатель подает 0,91 кг/сек воздуха при давлении 2,6 кГ/см2 и температуре 200° С, который поступает в камеру смешения, где в него впрыскивается водяной раствор пенообразующего агента. Пена, проходя через сетки, по шлангу подается к очагу пожара. Раствор приготавливается в баке емкостью около 3000 л. В воде растворяется 3—10% протеинового пенообразующего агента. Раствор под давлением 7 ат в количестве 225—1100 л!мин подается в камеру смешения центробежным насосом, приводимым в движение от автомобильного двигателя.
