RU2189474C1

RU2189474C1 - Method of supply and discharge of cleaned cooling air from turbogenerator

Info

Publication number: RU2189474C1
Application number: RU2000133365A
Authority: RU
Inventors: Е.И. Михайлов; В.Д. Варфоломеев; И.А. Кади-Оглы; В.И. Иогансен
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Проектно-конструкторское бюро "Энергия"
Priority date: 2000-12-27
Filing date: 2000-12-27
Publication date: 2002-09-20

Abstract

FIELD: power engineering. SUBSTANCE: invention relates to methods of supply and discharge of cleaned cooling air from turbogenerator with open cooling system gas turbine drive in which coolant-air designed for cooling active and frame members of turbogenerator is supplied from outside and is discharged outside after use. According to proposed method, cooling of active and frame members of turbogenerator is provided by air flow sucked out in inertia cleaning unit of complex air preparation device is amount of 8-20% of amount of air passing through device with subsequent after-cleaning of air in straight-flow cyclone and delivery of cleaned air into turbogenerator along pipeline by means of high-pressure electric fan. Discharge of-air from turbogenerator is provided by means of fans installed on rotor of turbogenerator along pipeline either into atmosphere or into receiving unit of complex air preparation device through electrically operated gate switched on by signal of ice detector. Head of air in pipeline before air getting into heating system of receiving unit of complex air preparation device is provided through injector operating on compressed air from gas turbine drive. EFFECT: simplified design of turbogenerator cooling unit, increased efficiency and improved reliability both of turbogenerator and entire gas turbine plant. 2 cl, 1 dwg

Description

Заявляемое изобретение относится к энергетике, в частности к способам подачи и отвода потока очищенного охлаждающего воздуха к турбогенератору, работающему от газотурбинного привода по разомкнутой системе охлаждения, при которой хладагент-воздух, предназначенный для охлаждения активных и конструктивных частей турбогенератора подают в него извне и выводят наружу после использования. The claimed invention relates to energy, in particular to methods for supplying and discharging a stream of purified cooling air to a turbogenerator operating from a gas turbine drive through an open cooling system, in which refrigerant-air intended for cooling the active and structural parts of the turbogenerator is supplied from outside and brought out after use.

Известен способ охлаждения активных и конструктивных частей турбогенератора (см., например, книгу: А.И. Абрамов и др. "Проектирование турбогенераторов", М., 1990, с.8, 15-20, 83-84) воздухом по замкнутой системе, когда в машине циркулирует одно и тоже количество воздуха, охлаждаемого в воздухоохладителе. Применение замкнутой системы вентиляции определяет прежде всего необходимость использовать очищенный воздух. При этом в связи с нагревом этого воздуха после прохождения между активными и конструктивными частями турбогенератора его приходится охлаждать, для чего используют камеры с воздухоохладителями, по трубам которых циркулирует охлаждающая жидкость. Кроме того, необходимо установление центробежных вентиляторов, которые бы опять засасывали охлаждающий воздух к частям турбогенератора. Таких камер может быть несколько. В связи с возможной утечкой воздуха из системы охлаждения, необходим забор и очистка дополнительного количества воздуха из атмосферы и установка очищающих фильтров. Все вышесказанное требует для охлаждения турбогенератора большого количества дополнительного оборудования, непосредственно связанного с турбогенератором. A known method of cooling the active and structural parts of a turbogenerator (see, for example, the book: A.I. Abramov et al. "Design of turbogenerators", Moscow, 1990, p. 8, 15-20, 83-84) by air in a closed system when the same amount of air is being circulated in the machine, which is cooled in the air cooler. The use of a closed ventilation system primarily determines the need to use purified air. Moreover, in connection with the heating of this air after passing between the active and structural parts of the turbogenerator, it has to be cooled, for which purpose chambers with air coolers are used, through which coolant circulates. In addition, it is necessary to install centrifugal fans, which would again suck in cooling air to the parts of the turbogenerator. There may be several such cameras. Due to the possible leakage of air from the cooling system, it is necessary to take and clean an additional amount of air from the atmosphere and install cleaning filters. All of the above requires for cooling a turbogenerator a large number of additional equipment directly connected to the turbogenerator.

Известен способ подачи хладагента в машину, в т.ч. турбогенератор, при котором хладагент попадает в машину не из окружающей среды, а из другого источника через входную трубу или канал, затем удаляется из машины через выходную трубу или канал на некотором расстоянии от машины (см., например, ГОСТ 20459-87 "Машины электрические вращающие. Методы охлаждения. Обозначения. ", с. 3, табл. 2, позиция 3) - прототип. В данной информации не указываются способы подачи хладагента, в том числе чистого вентиляционного охлаждающего воздуха в турбогенератор. A known method of supplying refrigerant to a machine, including a turbogenerator in which the refrigerant enters the machine not from the environment, but from another source through the inlet pipe or channel, then is removed from the machine through the outlet pipe or channel at some distance from the machine (see, for example, GOST 20459-87 "Electric machines rotating. Cooling methods. Designations. ", p. 3, table 2, position 3) - prototype. This information does not indicate how to supply refrigerant, including clean ventilation cooling air to the turbogenerator.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является предложение способа подачи и отвода потока очищенного вентиляционного охлаждающего воздуха, предназначенного для охлаждения активных и конструктивных частей турбогенератора, позволяющего сократить дополнительное оборудование, непосредственно связанное с турбогенератором и служащее для очистки и охлаждения этого воздуха. The problem to which the claimed invention is directed, is to propose a method for supplying and discharging a stream of purified ventilation cooling air, intended for cooling the active and structural parts of a turbogenerator, which makes it possible to reduce additional equipment directly connected to the turbogenerator and used to clean and cool this air.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что подачу и отвод потока очищенного охлаждающего воздуха к турбогенератору, работающему от газотурбинного привода с комплексным воздухоподготовительным устройством, включающим приемный блок с системой обогрева входящего воздуха, работающей по сигналу датчика обледенения, а также блок инерционной очистки, осуществляют следующим образом: из блока инерционной очистки комплексного воздухоподготовительного устройства, предназначенного для обеспечения минимальных потерь полного давления во входном тракте энергоустановки, для обеспечения равномерности поля скоростей на входе в отдельные блоки, как условие равномерного распределения воздушного потока перед входным направляющим аппаратом компрессора, для защиты от попадания в проточную часть различных включений, снижающих расходно-напорные характеристики газотурбинной установки и ее надежности, а также для обеспечения шумоглушения, отсасывают часть воздушного потока частично за счет действия инерционных сил очищенного от взвешенной пыли (грубо-средне-дисперсной) в объеме 8-20% через щелеобразные отверстия, направляют его в сборные короба, и далее через основной короб отсоса блока инерционной очистки направляют в прямоточный циклон и затем по трубопроводу посредством высоконапорного электроприводного вентилятора в турбогенератор. При этом отвод потока воздуха от турбогенератора осуществляют с помощью вентиляторов, обычно двух, установленных на его роторе по трубопроводу или в атмосферу, или в приемный блок через электроприводную задвижку, включаемую в зимнее время по сигналу датчика обледенения, расположенного перед приемным блоком комплексного воздухоподготовительного устройства. Причем нагретый в турбогенераторе поток воздуха, направляемый после него в атмосферу, в дальнейшем может быть использован на хозяйственные нужды для обогрева. Кроме того, подпор воздуха в трубопроводе перед поступлением его в систему обогрева приемного блока комплексного воздухоподготовительного устройства осуществляют через инжектор, работающий на сжатом воздухе газотурбинного привода, в том числе из ступени компрессора или системы уплотнений. При этом следует иметь в виду, что газотурбинный привод работает в своем оптимальном режиме. The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that the supply and discharge of a stream of purified cooling air to a turbogenerator operating from a gas turbine drive with a complex air preparation device, including a receiving unit with a heating system for incoming air, which operates by the signal from the icing sensor, as well as an inertial cleaning unit, carried out as follows: from the inertial cleaning unit of a comprehensive air preparation device designed to provide mi total losses of full pressure in the input tract of the power plant, to ensure uniform velocity field at the inlet to individual units, as a condition for the uniform distribution of air flow in front of the compressor inlet guide, to protect against various inclusions entering the flow part, which reduce the flow-pressure characteristics of the gas turbine unit and its reliability, as well as to ensure sound attenuation, part of the air flow is sucked off partially due to the action of inertial forces purified from suspended dust (coarse-medium-dispersed) in a volume of 8-20% through slit-like openings, direct it to prefabricated boxes, and then through the main suction box of the inertial cleaning unit, direct it to a straight-through cyclone and then through a pipeline using a high-pressure electric drive fan to a turbogenerator. In this case, the air flow is removed from the turbogenerator using fans, usually two, installed on its rotor through a pipeline or into the atmosphere, or into the receiving unit via an electric drive valve, which is turned on in winter by the signal from the icing sensor located in front of the receiving unit of the complex air preparation device. Moreover, the air flow heated in the turbogenerator, sent after it to the atmosphere, can later be used for household needs for heating. In addition, air in the pipeline before it enters the heating system of the receiving unit of the integrated air preparation device is carried out through an injector operating on compressed air of a gas turbine drive, including from a compressor stage or a sealing system. It should be borne in mind that the gas turbine drive operates in its optimal mode.

На чертеже условно представлена общая схема подачи и отвода потока очищенного охлаждающего воздуха к турбогенератору. The drawing conventionally presents a general diagram of the supply and exhaust flow of purified cooling air to a turbogenerator.

Для реализации заявляемого способа используют следующую систему подачи и отвода потока очищенного охлаждающего воздуха к турбогенератору 1, в т.ч. его активным и конструктивным частям, работающему от газотурбинного привода, состоящего из компрессора 2, камеры сгорания 3, газовой турбины 4, вращающей ротор компрессора 2, и газовой турбины 5, вращающей ротор турбогенератора 1, на котором установлены два вентилятора 6 и 7. Газотурбинный привод снабжен комплексным воздухоподготовительным устройством 8, включающим приемный блок 9 с системой обогрева, блок инерционной очистки 10, содержащий сборные короба и короб отсоса 11, блок "тонкой очистки" 12, блок шумоглушения 13 и выходной блок 14 с байпасным устройством. Перед приемным блоком 9 установлен датчик обледенения 15. В качестве комплексного воздухоподготовительного устройства 8 может быть использовано комплексное воздухоподготовительное устройство энергетических ГТУ, указанное в статье Е.И. Михайлова "Создание КВОУ энергетических ГТУ для различных климатических районов страны" (см. сборник "Труды ЦКТИ" 261, Л., 1990 г., с. 137-143). Кроме того, в систему подачи и отвода потока очищенного охлаждающего воздуха к турбогенератору 1 входят прямоточный циклон 16 с установленными перед ним коробами отсоса 11, и далее для продвижения потока воздуха по трубопроводу 17 предназначен высоконапорный вентилятор 18 с электроприводом 19. Отвод воздуха осуществляют по трубопроводу 20, выходящему из турбогенератора 1. В системе возможно использование также инжектора 21, работающего на теплом сжатом воздухе из газотурбинного привода. To implement the proposed method, use the following system for supplying and discharging a stream of purified cooling air to a turbogenerator 1, incl. its active and constructive parts, operating from a gas turbine drive, consisting of a compressor 2, a combustion chamber 3, a gas turbine 4, a rotor rotor of a compressor 2, and a gas turbine 5, a rotor rotor of a turbogenerator 1, on which two fans 6 and 7 are mounted. A gas turbine drive equipped with a comprehensive air preparation device 8, including a receiving unit 9 with a heating system, an inertial cleaning unit 10 containing prefabricated ducts and a suction duct 11, a fine filter unit 12, a noise suppression unit 13 and an output unit 14 with a bypass device. An icing sensor 15 is installed in front of the receiving unit 9. As an integrated air preparation device 8, an integrated air preparation device for energy gas turbines can be used, as indicated in article E.I. Mikhailova "Creation of KVOU of energy GTU for various climatic regions of the country" (see the collection "Proceedings of the CCTI" 261, L., 1990, pp. 137-143). In addition, a direct-flow cyclone 16 with suction ducts 11 installed in front of it is included in the supply and exhaust flow of purified cooling air to the turbogenerator 1, and then a high-pressure fan 18 with electric drive 19 is designed to advance the air flow through the duct 17. The air is vented through the duct 20 leaving the turbogenerator 1. In the system it is also possible to use an injector 21 operating on warm compressed air from a gas turbine drive.

Подтверждением возможности осуществления заявляемого изобретения является следующая последовательность действий: атмосферный воздух с возможной взвешенной пылью, пройдя приемный блок 9 комплексного воздухоподготовительного устройства 8, поступает в блок инерционной очистки 10 с определенной скоростью, где за счет действия инерционных сил он будет очищен от взвешенной пыли (грубо-средне-дисперсной) и направлен в блок "тонкой очистки" 12, а затем, пройдя блок шумоглушения 13, будет подан по всасывающему трубопроводу к входному направляющему аппарату компрессора 2. При этом 8-20% от объема воздуха, проходящего через комплексное воздухоподготовительное устройство 8, а именно с помощью щелеобразных отверстий в его блоке инерционной очистки 10, отсасывают в сборные короба отсоса 11 и направляют через основной короб отсоса в прямоточный циклон 16, где практически на 100% воздух очищают от взвешенной пыли. Далее очищенный холодный воздух направляют в турбогенератор 1 по трубопроводу 17 посредством высоконапорного вентилятора 18 с электроприводом 19. Охладив активные и конструктивные части турбогенератора 1, подогретый воздух отводят с помощью вентиляторов 6 и 7, установленных на роторе турбогенератора 1, по трубопроводу 20 или в атмосферу с возможностью использования его на хозяйственные нужды, или отводят его к приемному блоку 8 с системой обогрева, экономя тем самым на нагреве. Подпор воздуха в трубопроводе 20 осуществляют с помощью горячего сжатого воздуха из газотурбинного привода, пропускаемого через инжектор 21. Причем при отсутствии необходимости подачи греющего агента, горячий воздух из трубопровода 20 по сигналу датчика обледенения 15 с помощью электрозадвижки (не показана) может автоматически отключаться. Confirmation of the possibility of carrying out the claimed invention is the following sequence of actions: atmospheric air with possible suspended dust, passing the receiving unit 9 of the complex air preparation device 8, enters the inertial cleaning unit 10 at a certain speed, where due to the action of inertial forces it will be cleaned of suspended dust (roughly medium-dispersed) and sent to the “fine cleaning” block 12, and then, having passed the noise suppression block 13, it will be fed through the suction pipe to the input guide the compressor apparatus 2. At the same time, 8-20% of the volume of air passing through the complex air preparation device 8, namely with the help of slit-like openings in its inertial cleaning unit 10, is sucked into the collection boxes of the suction 11 and sent through the main suction box to the direct-flow cyclone 16, where almost 100% of the air is cleaned of suspended dust. Next, the purified cold air is sent to the turbogenerator 1 through a pipe 17 by means of a high-pressure fan 18 with an electric drive 19. After cooling the active and structural parts of the turbogenerator 1, the heated air is vented using fans 6 and 7 installed on the rotor of the turbogenerator 1, through a pipe 20 or into the atmosphere with the possibility of using it for household needs, or take it to the receiving unit 8 with a heating system, thereby saving on heating. The air inlet in the pipeline 20 is carried out using hot compressed air from a gas turbine drive, which is passed through the injector 21. Moreover, if there is no need to supply a heating agent, the hot air from the pipeline 20 can be automatically turned off by the signal of the icing sensor 15 using an electric valve (not shown).

Выбранный интервал отсасываемого в блоке инерционной очистки 10 воздуха в количестве 8-20% позволяет получить заявляемый технический результат. При этом, если воздух будет отсасываться в количестве, меньшем 8% от объема, то это приведет к снижению эффективности охлаждения и очистки воздуха, т.к. его будет не хватать на охлаждение турбогенератора. При объеме более 20% могут наблюдаться очень большие скорости в элементах пылеулавливания блока инерционной очистки 10, что снижает эффективность и мощность работы компрессора 2, а также возможно возникновение срывных явлений внутри элементов пылеулавливания. Кроме того, большее количество воздуха потребует для его прокачки по трубопроводам дополнительное оборудование или более мощное, что также неэкономично. The selected interval sucked in the inertial cleaning unit 10 of air in an amount of 8-20% allows to obtain the claimed technical result. At the same time, if air is aspirated in an amount less than 8% of the volume, this will lead to a decrease in the efficiency of cooling and air purification, since it will not be enough to cool the turbogenerator. With a volume of more than 20%, very high speeds can be observed in the dust collection elements of the inertial cleaning unit 10, which reduces the efficiency and power of the compressor 2, as well as the occurrence of stalling phenomena inside the dust collection elements. In addition, a larger amount of air will require additional equipment or more powerful equipment for pumping it through pipelines, which is also uneconomical.

Следует также добавить, что в зависимости от мощности турбогенератора, при его больших значениях и для выравнивания потока в комплексном воздухоподготовительном устройстве возможно подведение очищенного охлаждающего воздуха к турбогенератору 1 по двум линиям, т.е. отсос его осуществляют в сборные короба 11 по двум направлениям и далее в два разных прямоточных циклона 16 с последующим подводом к турбогенератору 1 с помощью двух вентиляторов 18 с электроприводом 19. It should also be added that, depending on the power of the turbogenerator, at its high values and for equalizing the flow in the complex air preparation device, it is possible to supply purified cooling air to the turbogenerator 1 along two lines, i.e. its suction is carried out in prefabricated ducts 11 in two directions and then into two different direct-flow cyclones 16 with subsequent supply to the turbogenerator 1 using two fans 18 with electric drive 19.

Предлагаемый способ позволит значительно упростить конструкцию блока охлаждения турбогенератора, устранить необходимость использования охлаждающей воды, что особенно важно как в районах Крайнего Севера, так и южных районах со значительной запыленностью воздуха. При этом способ позволяет резко повысить эффективность и надежность работы не только турбогенератора, но и всей газотурбинной установки, т. к. подогрев входящего воздуха в осенне-зимний период эксплуатации (обледенение и хладоломкость) осуществляют в предлагаемом способе в основном за счет использования нагретого в системе охлаждения турбогенератора воздуха. The proposed method will significantly simplify the design of the cooling unit of the turbogenerator, eliminate the need for the use of cooling water, which is especially important both in the Far North and southern areas with significant dustiness of air. Moreover, the method can dramatically increase the efficiency and reliability of not only the turbogenerator, but also of the entire gas turbine unit, because the incoming air is heated in the autumn-winter period of operation (icing and cold brittleness) in the proposed method mainly due to the use of heated in the system cooling turbogenerator air.

Claims

1. A method for supplying and discharging a stream of purified cooling air to a turbogenerator, including its active and structural parts, having a gas turbine drive with a comprehensive air preparation device, including a receiving unit with a heating system for the incoming air, which operates by the signal from the icing sensor, as well as an inertial unit purification, characterized in that the cooling of the active and structural parts of the turbogenerator is carried out by an air stream suctioned in the inertial cleaning unit of the integrated air supply An effective device in the amount of 8-20% of the volume of air passing through it, with its subsequent purification in a once-through cycle and then supplied to the turbogenerator through a pipeline by means of a high-pressure electric drive fan, while the flow is removed from the turbogenerator using fans installed on the turbogenerator rotor, through a pipeline or into the atmosphere, or into the receiving unit of an integrated air preparation device through an electric actuator valve, activated by an ice sensor signal nenia.

2. The method according to p. 1, characterized in that the air in the pipeline before it enters the heating system of the receiving unit of the integrated air preparation device is carried out through an injector operating on compressed air from a gas turbine drive.