Конструкции газотурбинных установок - Шварц В.А.
Скачать (прямая ссылка):
- При эффективной конструкции отопительных радиаторов можно добиться низкой температуры отводимой воды, существенно понизить ее расход и уменьшить диаметры сетевых трубопроводов. Так, на предприятиях фирмы Эшер-Висс установлены радиаторы с принудительной вентиляцией, обеспечивающие нагрев воздуха до 60° С при начальной температуре воды 75° С.
Кроме того, замкнутым ГТУ присущи существенные недостатки, связанные с конструкцией воздушного котла. Для труб котла, работающих при высокой температуре, применяют дорогостоящую аустенитную сталь, но даже при этом температура циклового воздуха на выходе из котла не превышает на сегодняшний день 710° С и перспектива ее дальнейшего роста ограничена. Размеры воздушных котлов примерно соответствуют паровым котлам той же мощности. Характерной особенностью
133
Ч IIZ0C
52 С
-€>-
А S Й5-0-
Б ZZ 7 ZZ
Ф наружная
¦j- температуро
Рис. 82. Теплофикационная схема ГТУ замкнутого цикла мощностью 2000 квт фирмы Эшер — Висс
воздушных котлов является возможность их установки вне пределов здания, поскольку опасность их замерзания исключена. Эта компоновка принята для всех стационарных ГТУ замкнутого цикла.
Воздушные котлы и система подготовки топлива имеют большее количество вспомогательного оборудования, усложняющего и удорожающего установку.
Специального рассмотрения заслуживает цикл Лафлер, основанный на совмещении двух циклов — замкнутой ГТУ и рефрижераторной установки для сжижения азота (рис. 83). Для получения температуры за турбиной, более низкой, чем она может быть обеспечена при расширении в турбине, начиная с температуры атмосферного воздуха, в схему добавлен регенератор. Если в качестве рабочего тела использован гелий, то оптимальная степень сжатия цикла невелика — порядка 1,8, что допускает применение осевого компрессора. Так как ГТУ замкнутого цикла на гелии имеет примерно такую же оптимальную степень сжатия, американский инженер Лафлер предложил совместить оба цикла, использовав общий компрессор для сжатия гелия в цикле ГТУ и в цикле рефрижераторной установки. Первая экспериментальная установка замкнутого цикла была изготовлена фирмой Эшер-Висс в 1939 г.
Основной конструктивной особенностью ГТУ замкнутого
цикла является выполнение компрессора (или компрессора вы-
сокого давления при двух ступенях сжатия) в общем корпусе с турбиной при двухопорном роторе турбокомпрессора. Этот конструктивный принцип сохраняется как для радиального, так и для осевого типа компрессора. Благодаря этому отпадает необходимость уплотнять воздух со стороны наиболее высокого давления— на выходе из компрессора и на входе в турбину — и достигается высокая компактность турбомашинной группы.
В связи с высоким давлением в цикле и малым объемным расходом воздуха компрессоры для установок мощностью до 6—8 Мет выполняют радиальными, для установок большей мощности — осевыми.
Рис. 83. Схема ГТУ совмещенного цикла Лефлер с рефрижераторной установкой для сжижения азота:
/ и 6 — предохладители; 2 — регенератор;
3 — общий компрессор для обоих циклов;
4 — гелиевый нагреватель; 5 — турбина; 7 — последующий охладитель; 8 — теплообменник; 9 — газовый сжижитель; 10 — компрессор; 11 — расширительная турбина;
12 — емкость сжиженного газа
134
Надо отметить, что турбомашинам свойственны массивность корпусов турбин и компрессоров, диктуемая высоким давлением воздуха в цикле. Относительно малые объемные расходы воздуха предопределяют высокие числа оборотов турбомашин, поэтому обязательным элементом каждой машины является понижающий редуктор с большим передаточным отношением — чаще всего планетарный. Конструкции ГТУ замкнутого цикла характеризуются рядом общих решений—двухстенные корпуса турбин с внутренней изоляцией, встроенные подшипники, работающие в зоне высокого давления воздуха, высокотемпературные трубопроводы большой длины, компактные регенераторы и др.
Одной из принципиальных конструктивных проблем для ГТУ замкнутого цикла является применение подшипников скольже-.ния, смазка которых осуществляется не маслом, а газом, циркулирующим в тракте установки. Успешное решение этой задачи откроет перспективу создания герметизированных турбокомпрессоров с одним только концевым уплотнением со стороны генератора. Особенно актуально это по данным зарубежных авторов для атомных ГТУ, работающих на гелии, утечка которого из-за высокой стоимости должна быть минимальной. Кроме того, очевидны преимущества установок, в которых исключено масло как рабочее тело и все масляное хозяйство с насосами, фильтрами, маслоохладителями, баками и т. п. Это особенно важно для атомных ГТУ с графитными материалами в реакторе, где присутствие масляных паров в теплоносителе должно быть полностью исключено.
Масло, как рабочее тело, в высокотемпературных агрегатах не удовлетворяет необходимым требованиям в связи с огнеопасностью, недостаточной термической стойкостью, кроме того, при попадании в тракт оно загрязняет проточную часть. Поэтому попытки заменить масло иной средой производятся уже длительное время. Положительные результаты в этой части достигнуты пока только в системах регулирования (гидравлические системы с водой и пневматические системы). Применение газовых подшипников будет дальнейшим шагом решения этого вопроса. •Реальной предпосылкой к этому является также и то, что масса роторов в ГТУ замкнутого цикла значительно меньше, чем в паровых турбинах и установках открытого цикла, поэтому газовые подшипники, обладающие малой грузоподъемностью, могут быть использованы в первую очередь в замкнутых установках.
