RU158108U1 - Привод газотурбинный - Google Patents

Abstract

1. Привод газотурбинный, содержащий компрессор низкого давления, корпус промежуточный, компрессор высокого давления (КВД), камеру сгорания с кольцевой жаровой трубой и воспламенителями, турбину высокого давления, турбину низкого давления, турбину свободную, топливную систему, включающую контур газообразного топлива с коллектором газообразного топлива и топливные форсунки, систему автоматического управления (САУ), электростартер, отличающийся тем, что каждая топливная форсунка выполнена в виде двухканальной центробежной аэрофорсунки, по оси корпуса которой выполнен центральный канал подачи воздуха, соосно которому расположены каналы жидкого и газообразного топлива, причем форсунка имеет две зоны завихрения жидкого топлива и зону завихрения газообразного топлива, а также две зоны смешения жидкого топлива с воздухом и зону смешения газообразного топлива с воздухом, при этом топливная система дополнительно снабжена контуром жидкого топлива с коллектором жидкого топлива, а также линией отбора воздуха из-за КВД, соединенной с контуром газообразного топлива, и линией отбора газообразного топлива, соединенной с контуром жидкого топлива, кроме того, взаимосвязь контуров и линий топливной системы с каналами топливных форсунок осуществляется через систему САУ с возможностью перехода с одного вида топлива на другой без остановки привода и с возможностью продувки канала газообразного топлива форсунки воздухом из-за КВД при работе на жидком топливе, и продувки канала жидкого топлива форсунки газообразным топливом при работе на газообразном топливе.2. Привод газотурбинный по п. 1, отличающийся тем, что на каждо

Description

Полезная модель относится к газотурбостроению, в частности, к устройству газотурбинных приводов для использования в составе электростанции.

Известен привод газотурбинный электрогенератора, работающий на двух видах топлива, выполненный на базе трехвального газотурбинного двигателя UGT 16000 (ДЖ59ЛЗ), содержащий двухвальный турбокомпрессор, трубчато-кольцевую прямоточную камеру сгорания с 10-ю жаровыми трубами и трехканальными форсунками, ротор турбины, силовую турбину, силовой валопровод, электростартер. [С89 Судовое и энергетическое газотурбостроение Научно-технический сборник. 2 тома-Николаев: НПКГ «Заря - Машпроект», НО ИАУ, 2004)]

Недостатками данного привода, является его значительные габариты и сложность конструкции, из-за применения трубчато-кольцевой прямоточной камеры сгорания с трехканальными форсунками. При использовании трехканальных форсунок привод снабжен тремя коллекторами, что в свою очередь значительно увеличивает его габариты и усложняет конструкцию в целом.

Наиболее близким по совокупности признаков является привод газотурбинный АИ-336-2-8, который является прототипом заявляемого привода газотурбинного [см. «ГАЗОТУРБИННЫЙ ПРИВОД (ДВИГАТЕЛЬ) АИ-336-2-8» / Руководство по технической эксплуатации 3380000000 РЭ/Р1: ЗМКБ “Прогресс” им. А.Г. Ивченко, 1998, листов 58]. Этот привод имеет вдвое меньшие габариты, и содержит компрессор низкого давления, корпус промежуточный с компрессором высокого давления (КВД), камеру сгорания с кольцевой жаровой трубой и воспламенителями, турбину высокого давления, турбину низкого давления, турбину свободную, топливную систему, включающую топливные форсунки, контур газообразного топлива с коллектором подачи топлива на форсунки, систему автоматического управления (САУ), электростартер.

Недостатком данного привода газотурбинного является невозможность его использования в условиях отсутствия газообразного топлива из-за монотопливной камеры сгорания и топливной системы.

В основу полезной модели поставлена задача создания высокоэффективного привода, работающего на двух видах топлива. Техническим результатом является обеспечение равноценного использования жидкого и газообразного топлива, а так же безостановочной работы привода при переходе с одного вида топлива на другой.

Дополнительным техническим результатом введения в известный привод новых признаков является высокая эффективность его работы, увеличение экономичности, экологичности и ресурса привода.

Задача решается тем, что в приводе газотурбинном, содержащем компрессор низкого давления, корпус промежуточный, КВД, камеру сгорания с кольцевой жаровой трубой и воспламенителями, турбину высокого давления, турбину низкого давления, турбину свободную, топливную систему, включающую контур газообразного топлива с коллектором газообразного топлива и топливные форсунки, САУ, электростартер,

согласно полезной модели

каждая топливная форсунка выполнена в виде двухканальной центробежной аэрофорсунки, по оси корпуса которой, выполнен центральный канал подачи воздуха, соосно которому расположены каналы жидкого и газообразного топлива, причем форсунка имеет две зоны завихрения жидкого топлива и зону завихрения газообразного топлива, а также две зоны смешения жидкого топлива с воздухом и зону смешения газообразного топлива с воздухом,

при этом топливная система дополнительно снабжена контуром жидкого топлива с коллектором жидкого топлива, а также линией отбора воздуха из-за КВД, соединенной с контуром газообразного топлива, и линией отбора газообразного топлива, соединенной с контуром жидкого топлива,

кроме того, взаимосвязь контуров и линий топливной системы с каналами топливных форсунок осуществляется через систему САУ с возможностью перехода с одного вида топлива на другой без остановки привода и с возможностью продувки канала газообразного топлива каждой форсунки воздухом из-за КВД при работе на жидком топливе, и продувки канала жидкого топлива каждой форсунки газообразным топливом при работе на газообразном топливе.

В предпочтительной форме реализации полезной модели на каждой топливной форсунке выполнены элементы для предотвращения нагарообразования.

Таким образом, для решения задачи создания высокоэффективного привода, работающего на двух видах топлива, в полезной модели используются следующие существенные признаки, влияющие на технический результат, а именно:

- топливная форсунка выполнена двухканальной, что позволяет подавать в камеру сгорания газообразное и жидкое топливо, при этом форсунка выполнена как центробежная аэрофорсунка, что повышает качество топливовоздушной смеси и способствует полноте сгорания как жидкого, так и газообразного топлива, что, в свою очередь, приводит к повышению экономичности и экологичности привода при работе, как на жидком, так и на газообразном топливе;

- в топливную систему привода включена линия отбора воздуха из-за КВД на продувку канала газового топлива, как мероприятие против коксования при работе на жидком топливе, а также линия отбора газообразного топлива соединенная с контуром жидкого топлива, что предотвращает заброс газов из полости жаровой трубы в канал жидкого топлива форсунок, что является необходимым для безостановочной работы привода при смене вида топлива;

- в САУ введен алгоритм работы топливной системы, позволяющий выполнять переход с одного вида топлива на другой без остановки привода и обеспечивающий отсутствие коксования каналов топливных форсунок и воспламенителей;

- в конструкции форсунок выполнены элементы для предотвращения нагара, которые не позволяют перекрыть распыливающие отверстия продуктами сгорания топлива.

Сущность полезной модели поясняется чертежами:

фиг. 1 - продольный разрез привода газотурбинного;

фиг. 2 - камера сгорания;

фиг. 3 - схема топливной системы.

Газотурбинный привод (фиг. 1) содержит двухкаскадный тринадцатиступенчатый компрессор, который служит для сжатия и повышения давления воздуха, состоящий из компрессора низкого давления 1 и КВД 2, соединенных промежуточным корпусом, двухтопливную камеру сгорания 3, реактивную турбину, состоящую из одноступенчатых турбины высокого давления 4, турбины низкого давления 5 и свободной турбины 6, которые совместно с КВД 2 и компрессором низкого давления 1 образуют каскад высокого и каскад низкого давления, выходной тракт, САУ, электростартер.

Расположенная за компрессором двухтопливная камера сгорания 3 (фиг. 1), включает корпус 7 (фиг. 2), жаровую трубу 8 кольцевого типа, имеющую сварную конструкцию и состоящую из отдельных колец с рядом отверстий для прохода вторичного воздуха. На корпус камеры сгорания установлены двадцать четыре равномерно расположенные двухканальные форсунки 9 и воспламенители 10.

Каждая форсунка 9 выполнена по типу центробежной аэрофорсунки и состоит из корпуса и кожуха. По оси корпуса форсунки выполнен центральный канал подачи воздуха, соосно которому расположены каналы подачи жидкого топлива (ЖТ) и газообразного топлива (ГТ). Форсунка имеет две зоны завихрения ЖТ и зону завихрения ГТ, а также зоны смешения ЖТ с воздухом для повышения качества топливовоздушной смеси и обеспечения полноты сгорания. В сопловой части кожуха форсунки выполнены элементы для предотвращения нагарообразования, включающие отверстия для выхода топливо-воздушной смеси и отверстия с направляющим буртом для обдува сопла.

В верхней части корпуса форсунки расположен штуцер подвода ЖТ и штуцер подвода ГТ. К штуцерам форсунок подключены коллекторы контура 12 ЖТ и контура 13 ГТ, в которые подается топливо из топливной системы.

Для повышения качества топливовоздушной смеси в камере сгорания 3 в одной оси с кожухом каждой форсунки организован дополнительный завихритель 11 лопаточного типа.

Топливная система (фиг. 3) представляет собой сбалансированную цельную систему и включает в себя контур 12 ЖТ и контур 13 ГТ с коллекторами подвода топлива к соответствующим каналам форсунок, а также линию 14 отбора воздуха из-за КВД (подвод P_КВД), которая соединена с контуром ГТ, и линию 15 отбора ГТ, которая соединена с контуром ЖТ.

Контур 12 ЖТ оборудован топливным (насос ЖТ) и пусковым насосами (схема на фиг. 3), стопорным (на схеме не показан), перепускным и отсечными клапанами, клапаном пускового ЖТ (клапан ЖТ), а также датчиками и сигнализаторами. Контур 13 ГТ включает стопорный клапан, клапан пускового ГТ (клапан ГТ), клапан дозирования ГТ, датчики и сигнализаторы.

Стопорный клапан контура 13 в открытом положении осуществляет подачу ГТ в клапан дозирования ГТ, а в закрытом положении дренажирует газ в воспламенители. Наличие дренажных клапанов позволяет осуществлять опорожнение контура ЖТ и каналов форсунок на этапе перехода с ЖТ на ГТ.

Линия 15 обеспечивает продувку коллектора ЖТ и соответствующего канала форсунок газом из контура ГТ при работе привода на ГТ. Через линию 14 отбирается воздух из-за КВД (P_КВД), который проходит через теплообменник для охлаждения и жиклер и, проходя через коллектор ГТ, подается для продувки соответствующего канала форсунок.

Взаимосвязь контура ГТ, контура ЖТ, линии отбора воздуха из-за КВД и линии отбора ГТ с каналами топливных форсунок осуществляется через систему САУ с возможностью перехода с одного вида топлива на другой без остановки привода и с возможностью продувки канала ГТ форсунки воздухом из-за КВД при работе на ЖТ, и продувки канала ЖТ форсунки ГТ при работе на ГТ.

Привод газотурбинный работает следующим образом.

Запуск газотурбинного привода осуществляют автоматически с помощью электростартера. Воздух, поступающий на вход в газотурбинный привод, сжимается в компрессоре низкого давления 1 и КВД 2 и попадает в камеру сгорания 3. Топливная система обеспечивает распределение ЖТ или ГТ по контурам и подачу его в камеру сгорания в количестве, определяемом САУ в зависимости от частоты вращения ротора свободной турбины. Выбор вида топлива и выдачу команды на переход с одного вида топлива на другое осуществляет оператор. САУ, осуществляя управление подачей топлива, подает команды на стопорные клапаны ЖТ и ГТ, а также на клапаны пускового топлива.

При запуске, если выбрана работа на ЖТ, САУ проверяет закрыт ли стопорный клапан контура 13 ГТ и, если открыт, отдает команду на его закрытие. После этого открывается стопорный клапан (на схеме не показан) контура ЖТ, и топливо поступает в соответствующий коллектор ЖТ и далее в форсунки в количестве, необходимом для запуска и с последующим увеличением расхода по рассчитанным законам (алгоритму САУ) в зависимости от необходимой мощности привода. Из форсунок топливо подается в жаровую трубу, где, перемешиваясь с воздухом, поступающим из-за КВД, образует топливо-воздушную смесь, которая зажигается воспламенителем 10.

После запуска газотурбинного привода подача пускового топлива прекращается, открывается дренаж пускового жидкого топлива и давлением газов из жаровой трубы ЖТ выдувается в дренажный бак для предотвращения коксования воспламенителей. Одновременно с подачей ЖТ со штуцера 16 (фиг. 2) открывается клапан (не показан, находится в точке “подвод Pквд”, фиг. 3) в линии отбора воздуха из-за КВД, соединенный с контуром ГТ топливной системы, в результате чего воздух через коллектор контура 13 поступает в газовые каналы форсунок обеспечивая их продувку, и тем самым, предотвращая коксование газовых каналов жидким топливом, забрасываемым обратными токами топливовоздушной смеси.

При запуске, если выбрана работа на ГТ, САУ проверяет закрыт ли стопорный клапан контура ЖТ (на схеме не показан) и, если открыт, отдает команду на его закрытие. После этого, САУ выдает команду на открытие стопорного клапана контура ГТ, через который топливо поступает в форсунки. Одновременно с этим часть газообразного топлива по линии 15 направляется в контур ЖТ и далее попадает в коллектор ЖТ, что предотвращает заброс газов из полости жаровой трубы в канал ЖТ форсунок, обеспечивает дополнительное охлаждение форсунок и предотвращает коксование канала ЖТ продуктами сгорания. Из форсунок топливо подается в жаровую трубу, где, перемешиваясь с воздухом, поступающим из-за КВД, образует топливо-воздушную смесь, которая зажигается воспламенителем.

При переходе с одного вида топлива на другой необходимость в подаче пускового топлива отсутствует, поскольку горение в полости жаровой трубы происходит непрерывно.

Для перехода с жидкого на газообразное топливо происходит закрытие клапана отбора воздуха на продувку газовых каналов форсунки и последующее постепенное уменьшение расхода ЖТ с одновременным открытием стопорного клапана ГТ и постепенным увеличением его расхода по алгоритму САУ (по расчетным пропорциям) вплоть до полного отключения жидкого топлива.

Для перехода с газообразного на жидкое топливо происходит перекрытие линии отбора газа на продувку каналов ЖТ форсунки и одновременное открытие стопорного клапана контура ЖТ с дальнейшим пропорциональным уменьшением расхода ГТ и увеличением расхода ЖТ, вплоть до полного отключения ГТ, после чего происходит открытие линии отбора воздуха из-за КВД на продувку газовых каналов форсунки.

В результате сгорания топливовоздушной смеси, поступающей из двадцатичетырех равнорасположенных форсунок 9 в камере сгорания температура газового потока увеличивается. Газ поступает на турбину (4, 5, 6), где происходит преобразование энергии газового потока в механическую работу, используемую для приводов КВД и компрессора низкого давления. При прохождении газа через проточную часть турбины его энергия уменьшается, при этом температура и давление газа понижаются. В выхлопном устройстве происходит расширение газа с падением давления до атмосферного.

Таким образом, предложенная полезная модель позволяет электростанции работать на двух видах топлива стабильно, без перебоев и остановок, а также при необходимости возможна работа в смешанном режиме при одновременной подаче жидкого и газообразного топлива, за счет введения в конструкцию привода двухтопливной камеры сгорания и топливной системы с контуром жидкого, контуром газообразного топлива и линиями для продувки каналов форсунки. А благодаря использованию двухканальных форсунок упростили конструкцию двухтопливной камеры сгорания относительно аналога UGT 16000, что позволило отказаться от воздушного коллектора, за счет чего существенно уменьшаются размеры привода. Использование системы продувки помогает избежать коксования топливных каналов форсунки, антинагарные мероприятия на форсунке - снизить образование нагара на распыляющих отверстиях, а схема центробежной аэрофорсунки позволяет повысить экономичность и экологичность привода.

Claims (2)

1. Привод газотурбинный, содержащий компрессор низкого давления, корпус промежуточный, компрессор высокого давления (КВД), камеру сгорания с кольцевой жаровой трубой и воспламенителями, турбину высокого давления, турбину низкого давления, турбину свободную, топливную систему, включающую контур газообразного топлива с коллектором газообразного топлива и топливные форсунки, систему автоматического управления (САУ), электростартер, отличающийся тем, что каждая топливная форсунка выполнена в виде двухканальной центробежной аэрофорсунки, по оси корпуса которой выполнен центральный канал подачи воздуха, соосно которому расположены каналы жидкого и газообразного топлива, причем форсунка имеет две зоны завихрения жидкого топлива и зону завихрения газообразного топлива, а также две зоны смешения жидкого топлива с воздухом и зону смешения газообразного топлива с воздухом, при этом топливная система дополнительно снабжена контуром жидкого топлива с коллектором жидкого топлива, а также линией отбора воздуха из-за КВД, соединенной с контуром газообразного топлива, и линией отбора газообразного топлива, соединенной с контуром жидкого топлива, кроме того, взаимосвязь контуров и линий топливной системы с каналами топливных форсунок осуществляется через систему САУ с возможностью перехода с одного вида топлива на другой без остановки привода и с возможностью продувки канала газообразного топлива форсунки воздухом из-за КВД при работе на жидком топливе, и продувки канала жидкого топлива форсунки газообразным топливом при работе на газообразном топливе.

2. Привод газотурбинный по п. 1, отличающийся тем, что на каждой топливной форсунке выполнены элементы для предотвращения нагарообразования.

Images