Конструкции газотурбинных установок - Шварц В.А.
Скачать (прямая ссылка):
Водяное охлаждение корпуса эффективнее воздушного и при минимальных энергетических затратах обеспечивает практически неизменные размеры корпуса. Во избежание загрязнения каналов для охлаждения используют замкнутые системы циркуляции, заполненные очищенной водой, охлаждаемой в специальном водоводяном теплообменнике.
Такая система охлаждения используется, в частности, в ГТУ фирмы Дженерал-Электрик (рис. 140, 141 и 143) и в судовой турбине ГТУ-20 Ленинградского Кировского завода (рис. 142), в которой каналы для охлаждения образованы половинами труб, приваренных к корпусу с шагом 110 мм. При стендовых испытаниях ГТУ было установлено, что двухкратное уменьшение числа каналов не снижает эффективности охлаждения. Температура различных точек внешней поверхности корпуса находилась в интервале 50—-150°С при начальной температуре газа 750° С [13]. В турбине, показанной на рис. 143, гидравлическое сопротивление тракта охлаждения составляет 6,1 м вод. ст., расход воды — 6,8 м3/ч (в том числе и на водяные экраны для охлаждения ротора). Расход воды на охлаждение корпуса и втулок поворотных лопаток ГТУ (рис. 140) составляет 1,1 мъ1ч при отводе тепла около 6-Ю4 ккал/ч.
Корпуса с внутренним охлаждением выполняют двухстенными. Газовый поток омывает внутренний корпус, ограничивающий проточную часть. 'Между корпусами предусматривают тепловую изоляцию и полости для прохода охлаждающего воздуха. Таким способом отсекают поток тепла, идущего от внутреннего корпуса к внешнему, в результате внешний корпус остается относительно холодным при всех режимах работы установки.
217
Рис. 138. Корпус турбины ГТУ мощностью 3000 л. с. фирмы Метро — Виккерс
Рис. 139. Корпус турбины ГТУ мощностью 2500 квт фирмы Ричардсої
гарт
¦не Вест-
Рис. 140. Корпус турбины ГТУ мощностью 5000 л. с. фирмы Дженерал—
Электрик:
/ — коллектор камер сгорания; 2 — патрубок подвода газа от камер сгорания; 3 — сопловый аппарат; 4 — патрубок подвода охлаждающего воздуха; 5 — поворотный направляющий аппарат; 6 — диафрагма; 7 — радиальное ребро
218
1 2 З
11
Рис. 141. Турбина ГТУ мощностью 4800 л. с. фирмы Дженерал — Электрик:
І — шарнирная стяжка; 2 — промежуточная часть зубчатой муфты; 3 — шарнирное «соединение; 4 — камера сгорания; 5, 6 — кольцевые элементы корпуса; 7 — вставки; S — ребра; 9 — трубопровод подвода воздуха к лабиринтному уплотнению; 10 — вентилятор; 11 — стяжка
Рис. 142. Корпус турбины ГТУ-20 ЛКЗ: і/ — выпускной патрубок; 2 — обсйма направляющих лопаток турбины низкого давления; 3 — промежуточный патрубок; 4 — внутренняя часть входного патрубка; ? — корпус турбины высокого давления; 6 — каналы для прохода воды; 7 — компенсатор
219
Следует отметить, что охлаждение корпусов в отличие or охлажденця роторов выполняется в первую очередь для фиксации размеров и формы корпуса, так как напряжения в элементах корпуса невелики и характеристики ползучести металла улучшать нет необходимости. Попутно благодаря охлаждению-появляется возможность использования менее качественного материала, но этот вопрос не первостепенной важности.
При двухстенной конструкции внешний корпус подвержен полному давлению газа, но изолирован от горячего потока; внутренний корпус соприкасается с газом, принимает его темпе-
Рис. 143. Турбина ГТУ мощностью 5000 квт фирмы Дженерал — Электрик:
1, 4 — радиальные штифты; 2 — компенсатор; 3, 5 — экраны водяного охлаждения
ратуру, но давление не воспринимает. Внешний корпус изготовляют из углеродистой стали или сталей перлитного класса, а внутренний — из жаропрочных сталей. Так как внутренний корпус нагревается сильнее внешнего и коэффициент линейного расширения жаропрочных сталей выше, чем углеродистых, чтобы сохранить концентричность корпусов обязательно предусматривается свобода их взаимных перемещений.
Рассмотрим примеры конструктивного оформления двухстенных корпусов различных турбин и способы крепления внутренних корпусов относительно наружных. В турбине высокого-давления установки ГТ-12-3 ЛМЗ фиксация корпусов в вертикальной плоскости обеспечивается беззазорными шпонками
220
{рис. 144), в горизонтальной плоскости — двойными лапами (рис. 145). В опорных поверхностях шпонок и лап предусмотрены жаналы, через которые продувают охлаждающий воздух. Ана-
BifdA
}Ось турбины
Рис. 144. Беззазорные соединения внешнего корпуса с внутренним турбины ГТ-12-3 ЛМЗ при помощи шпонок
логичным образом выполнена подвеска в турбине низкого давления. В ГТУ фирмы Метро — Виккерс (рис. 146) внешний корпус турбины выполнен из углеродистой стали и изолирован изнутри. Внутренний корпус представляет собой тонкостенную отливку из аустенитной стали, полученную центробежным литьем. В пространство между корпусами подается охлаждающий воздух, отбираемый за третьей ступенью компрессора. Концентричность корпусов обеспечивается их соединением с помощью пальцев, а уплотнение кольцевой полости — компенсатором. Примером конструкции двухстенных корпусов могут также служить турбины замкнутых ГТУ фирмы Эшер-Висс. Внутренний корпус
