Конструкции газотурбинных установок - Шварц В.А.
Скачать (прямая ссылка):
Проблема сведения к минимуму утечек рабочего тела актуальна для всех'турбоустановок, но особое значение приобретает ¦она для ГТУ замкнутого цикла, работающих не на воздухе, а на гелии или на ином газе. Наряду с объединением турбины и компрессора в общем корпусе и применением газовых подшипников, конструкторские проблемы уплотнения роторов могут
135
136
быть значительно упрощены при исключении промежуточного воздухоохладителя. К. п. д. установки при этом падает, однако эта потеря экономичности может быть отчасти компенсирована уменьшением сопротивлений в тракте или увеличением регенератора на величину объема устраненного воздухоохладителя.
Вопросы герметизации актуальны также и для корпуса турбокомпрессора, особенно при больших давлениях в системе. Весьма перспективны конструкции корпусов турбокомпрессоров без горизонтального разъема с минимальным числом вертикальных разъемов. На рис. 84 показан проект турбокомпрессора атомной судовой ГТУ мощностью 10 000 л. с. на гелии (силовая турбина выполнена в отдельном корпусе и на чертеже не показана). Общий 13-ступенчатый ротор компрессора и 5-ступенчатый ротор турбины опираются на три подшипника с газовой смазкой. Внутренний корпус имеет горизонтальный разъем и заключен во внешний неразъемный корпус турбокомпрессора.. Вертикальные разъемы дополнительно обварены для создания повышенной плотности. Герметизированный пусковой электродвигатель прикреплен фланцем со стороны компрессора (на рисунке не показан). Этим обеспечена герметичность агрегата.
Специфичной проблемой замкнутых ГТУ является создание трубопроводов, работающих при больших давлениях и при высоких температурах. Протяженность трубопроводов может быть весьма значительной, так как воздушный котел или реактор размещают обычно в отдалении от турбомашинной группы. Для экономии аустенитной стали трубопроводы выполняют двухстенными: внешняя труба — из перлитной стали, внутренняя
труба — из аустенитной стали. В кольцевом пространстве между трубами размещают изоляцию. Для уравнивания давления в кольцевом зазоре и во внутренней трубе последняя выполнена перфорированной. Таким образом, внешняя труба подвержена полному давлению рабочей среды, но защищена от воздействия температуры, в то время как внутренняя тонкостенная труба разгружена от давления, но омывается горячим газом.
Применение такой схемы трубопроводов в паровых турбинах затруднено из-за конденсации пара на наружной трубе и увлажнения изоляции. В замкнутых ГТУ этой опасности нет, но возникает иная опасность — попадание волокон минеральной изоляции в проточную часть. Если для установок на воздухе присутствие в тракте малого количества изоляционных материалов не вызывает нарушения нормальной работы, то в одноконтурных атомных ГТУ попадание в реактор изоляции, состоящей в основном из соединений кремния, может привести к нежелательным последствиям.
Конструкция трубопроводов для воздушных установок показана на рис. 85, а. Внешняя труба перлитная, две тонкостенные перфорированные трубы — внутренняя и средняя — из аустенит-
J 37
мой стали. Изоляция набита между наружной и средней трубами, для чего в наружной трубе предусмотрен вертикальный разъем. В зазоре между внутренней и средней трубами образуется относительно неподвижная воздушная прослойка и основной поток воздуха, проходящий по внутренней трубе с большой скоростью, не вымывает изоляцию из зоны уравнительных отверстий.
Рис. 85. Трубопроводы ГТУ замкнутого цикла:
а — с внутренней перфорированной трубой; б — с гладкой трубой и выносным фильтром; в — с перфорированной трубой, окруженной фильтрующим
слоем;
/ — внешняя труба из перлитной Cia,m; 2 — фильтрующая изоляция (минеральная шерсть); 3 — внутренняя перфорированная труба из аустенитной стали; 4 — фильтрующий слой из минерального волокна; 5 — проволочная сетка; 6 — гладкая внутренняя труба; 7 — выносной фильтр
В установках с гелием для полного устранения попадания изоляции в тракт используют более сложные конструкции трубопроводов. На рис. 85, б показана схема трубопровода со сплошной внутренней трубой без перфорации. Давление по обе стороны трубы уравнивается специальным трубопроводом с выносным фильтром. Эти фильтры располагают на определенном расстоянии по тракту в соответствии с продольным градиентом давления. На продольном разрезе турбокомпрессора (рис. 84) показан трубопровод такого типа.
На рис. 85, в показан двухстенный трубопровод с одной перфорированной трубой, на которую уложен слой высокотемпературной минеральной изоляции в виде фильтрующей ткани. Па-138
.дение температуры и, следовательно, толщину этого слоя подбирают таким образом, чтобы для последующих слоев могла быть использована обычная изоляция. Во избежание уноса фильтрующей ткани между ней и перфорированной трубой укладывают несколько слоев сетки из аустенитной проволоки. Исследования, проведенные фирмой Эшер — Висс, показали, что при использовании фильтрующей ткани с длинными волокнами уноса ее в проточную часть не наблюдается.
Вследствие высокой теплопроводности гелия толщина изоляции ГТУ, работающих на гелии, должна быть увеличена по сравнению с установками, работающими на воздухе. В интервале 400—800° С теплопроводность гелия в 4—4,5 раза больше, чем воздуха, а для пористых материалов можно считать, что теплопроводность изоляции в гелиевой среде в 1,5—2,5 раза больше, чем в воздушной.
