RU190359U1

RU190359U1 - Антиобледенительная система газовой турбины

Info

Publication number: RU190359U1
Application number: RU2018101801U
Authority: RU
Inventors: Павел Николаевич Мурашов; Игорь Владимирович Будаков; Дмитрий Юрьевич Колесников
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Волжский инжиниринговый центр"
Priority date: 2018-01-17
Filing date: 2018-01-17
Publication date: 2019-06-28

Abstract

Полезная модель относится к системам обслуживания воздухозаборного тракта газотурбинных двигателей и может быть использована для всех типов газовых турбин (ГТ) и двигателей внутреннего сгорания, установленных в здании. Технический результат, заключающийся в увеличении эффективности антиобледенительной системы ГТ, снижении затрат на отопление здания и подогрева воздуха перед ВОУ, достигается за счет того, что в антиобледенительной системе ГТ, содержащей распределительный воздухопровод, транспортирующий в соединенный с компрессором ГТ воздухозаборный тракт нагретый воздух, удаляемый из теплового укрытия ГТ с размещенными в нем компрессором, на вход которого поступает атмосферный воздух из воздухоочистительного устройства (ВОУ) воздухозаборного тракта, камерой сгорания и ГТ, диффузор которой соединен с котлом-утилизатором, находящимся за пределами теплового укрытия, отличающаяся тем, что воздух в тепловое укрытие может поступать из атмосферы или здания; из атмосферы и здания; из атмосферы и напорного воздуховода теплового укрытия; из атмосферы, здания и напорного воздуховода теплового укрытия удаляемый из теплового укрытия ГТ нагретый воздух поступает на вход ВОУ ВЗТ или на вход ВОУ ВЗТ и в атмосферу.

Description

Полезная модель относится к области энергетики, а именно - к системам обслуживания воздухозаборного тракта (ВЗТ) газотурбинных двигателей (ГТД) и может быть использована для всех типов газовых турбин (ГТ) и двигателей внутреннего сгорания.

ГТД, используемые в качестве привода энергетических и силовых установок, требуют, как правило, высокую степень очистки поступающего в воздухоочистительную установку (ВОУ) наружного (атмосферного, циклового) воздуха, охлаждение (вентиляцию) лопаток и других деталей турбины с целью исключения их перегрева и выхода из строя, а также наличие используемой в зимнее время (при температуре наружного воздуха ниже +5°C и выше -10°C антиобледенительной системы (АОС).

Недостаточно эффективная очистка циклового воздуха приводит к эрозионному износу и загрязнению проточной части двигателя, изменяет треугольники скоростей рабочего тела по проточной части компрессора и турбины, может вызвать засорение каналов систем охлаждения лопаток турбины и, как следствие, приводит к снижению КПД и перерасходу топлива. Подготовку циклового воздуха и снижение шума всасывания компрессора до уровня санитарных норм обеспечивает многофункциональное устройство - воздухозаборный тракт. Отсутствие же АОС может привести к заносу фильтров снегом, образованию на них инея или наледи, и, как следствие, к увеличению вибрации компрессора ГТД вследствие приближения компрессора к зоне неустойчивой работы по причине изменения его характеристик или изменения положения входного направляющего аппарата (ВНА), влияющего на расход циклового воздуха и исполняющего функцию регулятора температуры выхлопных газов ГТ.

Недостатком конструкции известного (рис. 5.3. стр. 127 С.В. Цанев, В.Д. Буров, А.Н. Ремизов. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций. - М.. «МЭИ», 2002. - 574 с.) соединенного с компрессором ГТ ВЗТ, состоящего из комплексного воздухоочистителя (ВОУ - воздухоочистительная установка), блока шумоглушения и воздуховодов, является отсутствие в нем системы подогрева поступающего из атмосферы воздуха перед его подачей в компрессор ГТ, а также системы, предотвращающей обледенение элементов (система фильтров) ВОУ в зимний период.

Известна (рис. 5.7. стр. 129 С.В. Цанев, В.Д. Буров, А.Н. Ремизов. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций. - М.: «МЭИ», 2002. - 574 с.) АОС система ГТУ типа GT8C-FJ\\AO «АВВ-Невский», в которой для подогрева

поступающего в компрессор ГТ циклового воздуха используется автономный источник греющего пара - специально для этого установленный паровой котел, что увеличивает удельный расход топлива на производство электроэнергии.

Известна используемая заводами по изготовлению энергетических газовых турбин (ОАО «НПО «САТУРН» г. Рыбинск, ОАО «Силовые машины» г. Санкт-Петербург) система подогрева циклового воздуха путем подачи на вход ВОУ используемого в компрессоре сжатого воздуха. Недостатком данной схемы является снижение полезной мощности газотурбинной установки (ГТУ) при включении АОС из-за повышения расхода сжимаемого воздуха.

Известна (Повышение эффективности работы энергосистем: Труды. ИГЭУ Вып. IX / Под ред. В.А. Шуина, М.Ш. Мисриханова, А.В. Мошкарина. - М.: Энергоатомиздат, 2009., - 572 с. - С. 50) система охлаждения ГТ ГТД-110 производства НПО «Сатурн», состоящая, в том числе из теплового укрытия ГТ с размещенными в нем компрессором, на вход которого поступает воздух из ВОУ ВЗТ, камерой сгорания и ГТ, диффузор которой соединен с котлом-утилизатором, находящимся за пределами теплового укрытия. Поверхность ГТ, камеры сгорания и компрессора охлаждаются организованным потоком воздуха, поступающим из цеха главного корпуса (ГК), где располагается (ГТУ). Нагретый воздух из теплового укрытия удаляется в атмосферу установленными на напорном воздухопроводе вентиляторами. Недостатком такой тепловой схемы ГТУ являются тепловые потери: нагретый воздух теплового укрытия не используется в технологических схемах ГТУ и удаляется в окружающую среду.

Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к заявляемой полезной модели является, принятая за прототип известная (Патент на полезную модель №127408 Антиобледенительная система газовой турбины. Патентообладатель ОАО «Интер РАО ЕЭС» (ПАО «Интер РАО»). Система охлаждения ГТ ГТД-110 производства НПО «Сатурн», состоящая, в том числе из теплового укрытия ГТ с размещенными в нем компрессором, на вход которого поступает воздух из ВОУ ВЗТ, камерой сгорания и ГТ, диффузор которой соединен с котлом-утилизатором, находящимся за пределами теплового укрытия. Поверхность ГТ, камеры сгорания и компрессора охлаждаются организованным потоком воздуха, поступающим из цеха главного корпуса (ГК), где располагается (ГТУ). Нагретый воздух из теплового укрытия удаляется в атмосферу или в КВОУ установленными на напорном воздухопроводе вентиляторами. Недостатком такой тепловой схемы ГТУ являются тепловые потери: нагретый воздух здания главного корпуса используется в технологических схемах ГТУ в результате из атмосферы в здание главного корпуса поступает воздух с низкими температурами и для его нагрева используется тепло системы теплоснабжения.

Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, состоит в снижении удельного расхода топлива на производство тепловой и электрической энергии путем применения энергосберегающих технологий.

Технический результат, получаемый при осуществлении настоящей полезной модели, заключается в увеличении эффективности АОС и системы вентиляции теплозвукового укрытия ГТД.

Данный технический результат достигается за счет того, что в антиобледенительной системе газовой турбины, содержащей распределительный воздухопровод, транспортирующий в соединенный с компрессором газовой турбины воздухозаборный тракт поступающий из атмосферы и подогретый частичным подмешиванием удаляемого из теплового укрытия воздуха в тепловое укрытие нагретый воздух, удаляемый из теплового укрытия газовой турбины с размещенными в нем компрессором, на вход которого поступает атмосферный воздух из воздухоочистительного устройства воздухозаборного тракта, камерой сгорания и газовой турбиной, диффузор которой соединен с котлом-утилизатором, находящимся за пределами теплового укрытия, удаляемый из теплового укрытия газовой турбины нагретый воздух поступает на вход воздухоочистительного устройства воздухозаборного тракта или на вход воздухоочистительного устройства воздухозаборного тракта и в атмосферу.

При поступлении удаляемого из теплового укрытия ГТ нагретого воздуха на вход ВОУ ВЗТ и в тепловое укрытие происходит смешение холодного атмосферного воздуха с горячим воздухом теплового укрытия ГТ, в результате чего в укрытие ГТ поступает воздух требуемых параметров и на фильтры КВОУ ВЗТ, далее на входной направляющий аппарат компрессора поступает подогретый воздух, предотвращающий одновременно обледенение элементов ВОУ и лопастей компрессора. Удаление нагретого воздуха из теплового укрытия ГТ осуществляется обычно при помощи установленных на выходящем из теплового укрытия ГТ напорном воздуховоде вентиляторов.

Воздух из теплового укрытия разделяется на два потока первый на вход в укрытие для подогрева воздуха при температурах атмосферного воздуха ниже +15°C второй на вход ВОУ при температуре наружного воздуха ниже +5°C. Если же в результате смешения температура воздуха перед компрессором ГТ превысит +15°C, то часть воздуха теплового укрытия сбрасывается в атмосферу. Изменение направления транспортировки нагретого воздуха осуществляется с помощью установленных на распределительном воздуховоде шиберов.

Таким образом, за счет утилизации (рециклирования) низкопотенциального тепла воздуха системы охлаждения ГТ исключаются дополнительные затраты топлива на подогрев воздуха здания и функционирование заявленной АОС ГТУ.

Тепловое укрытие представляет собой металлический корпус или кожух, являющийся автономным, защищенным от внешних воздействий, изолированным и шумозащищенным сооружением, смонтированным на платформе турбоагрегата ГТУ, через верхнюю часть которого поступает из ГК или атмосферы поток воздуха, охлаждающий поверхность ГТ и компрессора. В тепловом укрытии, как правило, предусмотрены система вентиляции, освещения, система обнаружения и тушения поджара, система обнаружения горючих газов и/или датчик, приводящий в действие сигнализацию при повышении температуры в укрытии.

ВЗТ - многофункциональное устройство, состоящее из ВОУ, блока шумоглушения и воздуховодов.

В частном случае исполнения полезной модели увеличение температуры поступающего в укрытие воздуха возможно, как за счет смешения воздуха укрытия, так и за счет подмешивания воздуха внутри здания и увеличение температуры поступающего на фильтры КВОУ и компрессор воздуха возможно, как за счет подачи в ВЗТ горячего воздуха из компрессора ГТ, так и за счет горячего воздуха теплового укрытия.

Для пояснения сущности заявленной полезной модели представлена фиг., на которой изображена тепловая схема АОС ГТ.

Ниже на примере описания конструкции и работы конкретной АОС ГТ представлены сведения, подтверждающие возможность осуществления заявленной полезной модели с получением вышеуказанного технического результата.

Система охлаждения ГТ состоит из теплового укрытия 1 ГТ в виде корпуса с размещенными в нем компрессором 2, камерой сгорания 3 и ГТ 4, диффузор 5 которой соединен с котлом-утилизатором, находящимся за пределами теплового укрытия, соединенного с ним напорного воздуховода с основным и резервным дымососами ДС1/ДС2 (вентиляторы) 6. Генератор ГТУ находится в ГК за пределами укрытия.

Установленный в тепловом укрытии 1 компрессор 2 соединен с ВЗТ 7, по которому на входной направляющий аппарат (на фиг. не показан) компрессора 2 поступает очищенный атмосферный воздух из ВОУ 8 ВЗТ 7.

В результате работы установленных на напорном воздуховоде ДС 1 (ДС 2) 6 в тепловом укрытии 1 ГТ создается разряжение, за счет чего туда через верхнюю часть теплового укрытия поступает из помещения (ГК) или из атмосферы через воздуховод 12 или из атмосферы через воздуховод 12 с частичным подогревом через воздуховод 13 или из помещения ГК и атмосферы 12, который, охлаждая корпус ГТД (компрессор 2, камеру сгорания 3 и ГТ 4) нагревается и удаляется из теплового укрытия 1.

Напорный воздуховод теплового укрытия 1 с ДС 1 (ДС 2) 6 соединен с распределительным воздуховодом (указан пунктиром на фиг.), транспортирующим нагретый воздух из теплового укрытия по одному направлению далее согласно тепловой схеме:

- на фильтры 9 ВОУ 8 через раздающие сопла 10,

- в атмосферу (если температура воздуха перед компрессором газовой турбины превысит +15°C),

- в оба направления (промежуточное положение шиберов).

Или по двум направлениям первое аналогично вышеизложенному и второе:

- в воздуховод подачи воздуха на охлаждение и вентиляцию теплового укрытия

- в тепловое укрытие.

Изменение режимов работы (направления распределения нагретого воздуха теплового укрытия) осуществляется за счет установки на распределительном воздуховоде шиберов 11 (запорное устройство типа заслонки), каждый из которых может находиться в открытом, закрытом или промежуточном положениях.

В результате смешения первого (основного потока) на входе ВОУ 8 ВЗТ 7 холодного атмосферного воздуха с горячим воздухом теплового укрытия 1 на фильтры 9 ВОУ 8 ВЗТ 7 и далее на входной направляющий аппарат 8 компрессора 2 поступает подогретый воздух, предотвращающий обледенение элементов ВОУ и одновременно лопастей компрессора. В результате смешения второго потока на входе воздуха теплового укрытия 1 поступает воздух требуемых параметров из трех источников: атмосферы, здания и напорного воздуховода дымососов 6.

Claims

Антиобледенительная система (АОС) газовой турбины (ГТ), содержащая распределительный воздухопровод, транспортирующий в соединенный с компрессором ГТ воздухозаборный тракт (ВЗТ) нагретый воздух, удаляемый из теплового укрытия ГТ с размещенными в нем компрессором, на вход которого поступает атмосферный воздух из воздухоочистительного устройства (ВОУ) воздухозаборного тракта, камерой сгорания и ГТ, отличающаяся тем, что воздух в тепловое укрытие поступает из атмосферы, здания и напорного воздуховода теплового укрытия, где изменение направления транспортировки нагретого воздуха осуществляется с помощью установленных на распределительном воздуховоде шиберов; из теплового укрытия ГТ нагретый воздух поступает на вход ВОУ ВЗТ.