Конструкции газотурбинных установок - Шварц В.А.
Скачать (прямая ссылка):
В установках с утилизацией уходящих газов теплообменный аппарат за турбиной создает противодавление, исчисляемое несколькими сотнями миллиметров водяного столба, поэтому для охлаждения последнего диска нужно использовать воздух из отбора компрессора.
В современных газовых турбинах нашли применение три метода воздушного охлаждения дисков.
При первом методе воздух подается к центральной части ди-<ка и растекается вдоль полотна к периферии, охлаждая диск и одновременно препятствуя попаданию горячего газа из проточной части к полотну диска. Второй метод—струйное охлаждение — при этом воздух подают к ободу диска через отверстия
269
Рис. 193. Элементы систем охлаждения турбин:
а — элементы ротора турбины ГТ-25-700 JIM3; б — схема охлаждения ротора турбины высокого давления ГТ-6-750 ТМЗ; в — элементы ротора турбины высокого давления ГТУ модели G-9 Народных предприятий ГДР; г — уплотнение стыков лопаток турбины ГТ-6-750 ТМЗ; д — ГТУ EL 60А фирмы Инглиш Электрик; е — ГТУ ЕМ-27Р фирмы Инглиш Электрик;
/ — рабочая лопатка; 2 — направляющая лопатка; 3 — проставка; 4 — паз ротора;
5 — ротор компрессора; 6 — корпус компрессора; 7 — канал под полками лопаток первой ступени; 8 — камера между первой и второй ступенями; 9 — канал под полкам» лопаток второй ступени; 10 — дроссельный диск; 11 — уплотнительная проволока; 12 — уплотнительная пластина; 13 — диск третьей ступени; 14 — отверстие для выхода воздуха
270
малого сечения в корпусе турбины. Третий метод — продувка охлаждающего воздуха через зазоры между хвостами лопаток к их пазами в роторе.
Первый метод несмотря на наименьшую его эффективность нашел преимущественное распространение благодаря простоте осуществления. Приемлем он в основном для дисковых роторов,, но может найти применение и в цельнокованых с глубокими прорезями между дисками. Этот метод удачно сочетается с конструктивным решением подачи охлаждающего воздуха через полости и каналы внутри ротора. Кроме упрощения системы трубопроводов в этом случае уменьшаются термические напряжения в турбинном роторе при пуске установки. В период пуска температура охлаждающего воздуха превышает температуру металла и внутренняя часть ротора нагревается этим воздухом, в то время как внешняя часть ротора нагревается от газового потока. Тем самым сокращается радиальный градиент температур, лимитирующий скорость пуска.
В ГТУ G-6 компании AEI охлаждающий воздух проникает внутрь ротора турбины высокого давления через радиальные пазы жесткой муфты, соединяющей диск с валом (см. рис. 167).
При движении через пазы воздух охлаждает элементы муфты, поэтому здесь могло быть применено жесткое болтовое соединение.
На рис. 163 и 167 показано конструктивное выполнение систем охлаждения, где воздух подается к средней части дисков и растекается затем в радиальном направлении по полотну. При втором методе охлаждения ротора воздухом обдувают обод диска. Воздух можно подавать по отдельным трубкам или по кольцевой щели. В установках НЗЛ охлаждающий воздух подают отдельными струями через сопла, расположенные в нескольких местах по окружности и по радиусу диска. В процессе испытаний было обнаружено, что на теплвотдачу оказывает основное влияние не радиус, на котором устанавливаются сопла, а их числс и сечение. В установке ГТ-700-5 НЗЛ охлаждающий воздух подают от компрессора в кольцевую камеру, откуда он через 16 отверстий диаметром 6 мм, расположенных на одном радиусе, поступает на обдув диска. Аналогично обдувают диск и с тыльной стороны. Опыты показали, что с помощью струйного охлаждения температура обода диска может быть снижена на 150° С по сравнению с неохлаждаемым диском при расходе воздуха порядка 2%.
Фирма СТАЛ'при доводке ГТУ мощностью 40 000 квт заменила первоначальный вариант подачи воздуха по трубам более эффективной подачей по кольцевой щели.
Наиболее эффективным является третий метод охлаждения — продувка воздуха через монтажные зазоры между хвостами
274
рабочих лопаток и пазами в диске. Этот метод пригоден не только для дисковых, но и для барабанных многоступенчатых роторов.
На рис. 150, а, б показаны схемы охлаждения дисковых роторов. Воздух продувают через монтажные зазоры в осевых елочных хвостах лопаток. Подвод воздуха к первой ступени и перепуск воздуха между ступенями достигается с помощью дополнительных дисков, прикрепленных к дискам турбин радиальными штифтами. В цельнокованом роторе установки ГТ-25-700 ЛМЗ применен такой же тип охлаждения. Вдоль всего ротора по образующим выполнены пазы для заводки лопаток с двухопорными хвостами (рис. 188, в). Смежные лопатки каждой ступени уплотнены проволокой. Между рядами лопаток выполнены глубокие проточки (рис. 193, а), прикрытые аустенигными проставками, которые заводят в пазы. Глубокие проточки предназначены для предотвращения изгиба ротора, возникающего при неравномерной температуре. Таким образом, вся поверхность перлитного ротора около первых ступеней не имеет контакта с горячим газом. Через зазоры в хвостах лопаток вдоль ротора продувается ¦охлаждающий воздух. Частично он проходит в проточную часть через неплотности между лопатками и проставками, а оставшаяся его доля попадает в газовый поток за четвертой ступенью. Для того чтобы гарантировать избыточное давление охлаждающего воздуха относительно газового потока на протяжении всего тракта, с торцовой стороны ротора перед первой ступенью установлен импеллер вентилятора. Испытания показали высокую эффективность системы охлаждения: при температуре газа, равной 670° С, температура ротора не превышает 400° С.
