RU2269005C1

RU2269005C1 - Gas-turbine power plant

Info

Publication number: RU2269005C1
Application number: RU2004110415/06A
Authority: RU
Inventors: Даниил Дмитриевич Сулимов (RU); Даниил Дмитриевич Сулимов; Олег Анатольевич Васкецов (RU); Олег Анатольевич Васкецов; Валерий Николаевич Климов (RU); Валерий Николаевич КЛИМОВ; Валентин Петрович Щипицын (RU); Валентин Петрович Щипицын; Валерий Алексеевич Кузнецов (RU); Валерий Алексеевич Кузнецов; Раиль Шамильевич Апкин (RU); Раиль Шамильевич Апкин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Авиадвигатель"
Priority date: 2004-04-06
Filing date: 2004-04-06
Publication date: 2006-01-27
Also published as: RU2004110415A

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: proposed gas-turbine power plant contains gas-turbine engine whose input device is furnished with stator flange. Rotor of free power turbine of gas-turbine power plant has radial-thrust bearing at side of input device and labyrinth disk forming labyrinth seal with stator flange. Relief space of free power turbine is formed by stator flange and labyrinth disk and housing of input device. Deflector is installed in relief space of free power turbine forming ring slot channel with surface of part of inner duct wall of input device. Slot channel is connected at input with intermediate stage of compressor, and at output it is connected through perforation with relief space of free power turbine.

EFFECT: improved reliability of gas-turbine power plant owing to cooling of air supplied for pressurizing relief space.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к газотурбинным установкам наземного применения для механического привода и для привода электрогенератора.The invention relates to gas turbine installations for ground use for a mechanical drive and for driving an electric generator.

Известна газотурбинная установка, включающая компрессор, камеру сгорания, турбину привода компрессора и установленную на выходе силовую свободную турбину [1].Known gas turbine installation, comprising a compressor, a combustion chamber, a compressor drive turbine and an installed free power turbine at the output [1].

Недостатком известной конструкции является ее низкая надежность из-за повышенной температуры радиально-упорного подшипника, размещенного в зоне воздействия горячих газов.A disadvantage of the known design is its low reliability due to the increased temperature of the angular contact bearing located in the zone of influence of hot gases.

Наиболее близкой к заявляемой конструкции является газотурбинная установка с силовой свободной турбиной и с разгрузочной полостью, расположенной перед подшипником и образованной лабиринтным диском и статорным фланцем лабиринтного уплотнения [2].Closest to the claimed design is a gas turbine unit with a power free turbine and a discharge cavity located in front of the bearing and formed by a labyrinth disk and stator flange of the labyrinth seal [2].

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является ее низкая надежность вследствие повышенной температуры воздуха, поступающего из-за промежуточной ступени компрессора на наддув разгрузочной полости и вызывающего излишний подогрев подшипника и лабиринтного диска, а также из-за возможного обледенения внутренней трактовой стенки входного устройства.A disadvantage of the known design adopted for the prototype is its low reliability due to the increased temperature of the air coming in due to the intermediate stage of the compressor to pressurize the discharge cavity and causing excessive heating of the bearing and the labyrinth disk, and also because of the possible icing of the inner path wall of the input device.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности энергетической газотурбинной установки путем охлаждения воздуха, поступающего на наддув разгрузочной полости, с одновременным интенсивным подогревом внутренней трактовой стенки входного устройства - для предотвращения ее обледенения в условиях повышенной влажности и пониженной температуры атмосферного воздуха.The technical problem to which the claimed invention is directed is to increase the reliability of an energy gas turbine installation by cooling the air entering the boost of the discharge cavity, while simultaneously heating the inner path wall of the inlet device to prevent icing under conditions of high humidity and low temperature. .

Сущность технического решения заключается в том, что в энергетической газотурбинной установке, содержащей газотурбинный двигатель, в котором входное устройство снабжено статорным фланцем, а ротор свободной силовой турбины с радиально-упорным подшипником, размещенным со стороны входного устройства, выполнен с лабиринтным диском, образующим лабиринтное уплотнение со статорным фланцем, причем статорным фланцем и лабиринтным диском с корпусом входного устройства образована разгрузочная полость свободной силовой турбины, согласно изобретению, в разгрузочной полости свободной силовой турбины установлен дефлектор, образующий кольцевой щелевой канал с поверхностью части внутренней трактовой стенки входного устройства, причем щелевой канал на входе соединен с промежуточной ступенью компрессора, а на выходе через перфорацию соединен с разгрузочной полостью свободной силовой турбины. Площадь радиального кольцевого зазора в лабиринтном уплотнении составляет 0,01...0,001 от площади поверхности внутренней трактовой стенки входного устройства, образующей щелевой канал с дефлектором.The essence of the technical solution lies in the fact that in an energy gas turbine installation containing a gas turbine engine in which the input device is equipped with a stator flange and the rotor of the free power turbine with an angular contact bearing located on the input device side is made with a labyrinth disk forming a labyrinth seal with a stator flange, with a stator flange and a labyrinth disk with an input device housing, an unloading cavity of a free power turbine is formed, according to eteniyu, a free power turbine discharge cavity mounted deflector forming an annular channel with the slotted surface of the inner wall Traktovaya input device, wherein the slotted bore inlet connected to an intermediate stage of the compressor, and the output is connected through the perforations with the discharge cavity free power turbine. The area of the radial annular gap in the labyrinth seal is 0.01 ... 0.001 of the surface area of the inner path wall of the input device forming a slotted channel with a deflector.

Установка дефлектора в разгрузочной полости свободной силовой турбины, образующего кольцевой щелевой канал с поверхностью части внутренней трактовой стенки входного устройства позволяет существенно (на 30-90°С) снизить температуру воздуха, поступающего на наддув разгрузочной полости, за счет его охлаждения атмосферным воздухом, поступающим на вход в газотурбинную установку, что повышает надежность лабиринтного диска и радиально-упорного подшипника за счет снижения их температуры.The installation of a deflector in the discharge cavity of a free power turbine, forming an annular slot channel with the surface of a part of the internal path wall of the input device, can significantly (by 30-90 ° C) reduce the temperature of the air entering the boost of the discharge cavity due to its cooling with atmospheric air supplied to the entrance to the gas turbine installation, which increases the reliability of the labyrinth disk and angular contact bearing by reducing their temperature.

Соединение кольцевого щелевого канала на входе с промежуточной ступенью компрессора, а на выходе через перфорацию с разгрузочной полостью способствует равномерному распределению в окружном направлении воздуха в щелевом канале и более интенсивному его охлаждению. Одновременно за счет подогрева внутренней трактовой стенки исключается ее обледенение в условиях пониженных температур и повышенной влажности атмосферного воздуха, однако излишний подогрев внутренней трактовой стенки входного устройства приводит к излишнему подогреву атмосферного воздуха, поступающего на вход в газотурбинную установку и к снижению ее КПД вследствие увеличения работы компрессора на сжатие подогретого воздуха.The connection of the annular slotted channel at the inlet with the intermediate stage of the compressor, and at the outlet through the perforation with the discharge cavity, promotes uniform distribution in the circumferential direction of air in the slotted channel and more intensive cooling. At the same time, due to the heating of the internal path wall, icing is excluded under conditions of low temperatures and high humidity of the atmospheric air, however, excessive heating of the internal path wall of the inlet device leads to excessive heating of the atmospheric air entering the gas turbine unit and to a decrease in its efficiency due to increased compressor operation to compress the heated air.

Так как величина подогрева атмосферного воздуха зависит от площади F1 поверхности части внутренней трактовой стенки входного устройства, образующей щелевой канал с дефлектором и расхода воздуха на наддув разгрузочной полости, величина которого зависит от площади F2 радиального кольцевого зазора в лабиринтном уплотнении, то площадь F2 зазора в лабиринтном уплотнении составляет 0,01...0,001 от площади F1.Since the amount of atmospheric air heating depends on the surface area F1 of the part of the inner path wall of the input device forming a slotted channel with a deflector and the air flow rate to pressurize the discharge cavity, the value of which depends on the area F2 of the radial annular gap in the labyrinth seal, the clearance area F2 in the labyrinth compaction is 0.01 ... 0.001 of the area F1.

При F2>0,01F1 - снижается надежность газотурбинной установки из-за повышенной температуры воздуха, поступающего в разгрузочную полость, что приводит к повышению температуры лабиринтного диска и радиально-упорного подшипника.At F2> 0.01F1, the reliability of the gas turbine installation decreases due to the increased temperature of the air entering the discharge cavity, which leads to an increase in the temperature of the labyrinth disk and the angular contact bearing.

При F2<0,001F1 - снижается надежность и КПД газотурбинной установки из-за излишнего повышения температуры атмосферного воздуха, поступающего на вход в газотурбинную установку.At F2 <0.001F1, the reliability and efficiency of the gas turbine installation decreases due to an excessive increase in the temperature of the air entering the gas turbine installation.

На фиг.1 изображен продольный разрез газотурбинной установки.Figure 1 shows a longitudinal section of a gas turbine installation.

На фиг.2 - элемент I на фиг.1 в увеличенном виде.Figure 2 - element I in figure 1 in an enlarged view.

Энергетическая газотурбинная установка 1 состоит из входного устройства 2, входного силового корпуса 3, компрессора 4, камеры сгорания 5, турбины привода компрессора 6 и силовой свободной турбины 7, мощность которой через упругую муфту 8, расположенную со стороны входного устройства 2, передается для привода электрогенератора или для механического привода (не показано).Для компенсации осевой силы, создаваемой ротором 9 силовой турбины 7, перед радиально-упорным шариковым подшипником 10 выполнена разгрузочная полость 11, ограниченная с передней стороны установленным на валу 12 лабиринтным диском 13 и статорным фланцем 14, которые образуют между собой лабиринтное уплотнение 15. Входное устройство 2 состоит из внешней 16 и внутренней 17 трактовых стенок, в канале 18 между которыми протекает атмосферный воздух 19, поступающий на вход в газотурбинную установку 1. В разгрузочной полости 11 установлен дефлектор 20, образующий кольцевой щелевой канал 21 с внутренней трактовой стенкой 17 входного устройства 2. Щелевой канал 21 на входе трубой 22 соединен с промежуточной ступенью компрессора 4, а на выходе через перфорацию 23 - с разгрузочной полостью 11. Охлажденный воздух 24 из разгрузочной полости 11 истекает преимущественно через лабиринтное уплотнение 15, например, в атмосферу.An energy gas turbine installation 1 consists of an input device 2, an input power housing 3, a compressor 4, a combustion chamber 5, a compressor drive turbine 6 and a power free turbine 7, the power of which is transmitted through an elastic coupling 8 located on the input device 2 side to drive the electric generator or for a mechanical drive (not shown). To compensate for the axial force created by the rotor 9 of the power turbine 7, an unloading cavity 11 is limited in front of the angular contact ball bearing 10 side mounted on the shaft 12 labyrinth disk 13 and the stator flange 14, which form a labyrinth seal 15 between each other. The input device 2 consists of an external 16 and an internal 17 path walls, in the channel 18 between which atmospheric air 19 flows to the gas turbine plant 1. A deflector 20 is installed in the discharge cavity 11, forming an annular slotted channel 21 with an internal path wall 17 of the input device 2. The slotted channel 21 at the inlet by a pipe 22 is connected to the intermediate stage of the compressor 4, and at the outlets de through perforations 23 - with relief chamber 11. The cooled air 24 from the discharge cavity 11 advantageously ends through labyrinth seal 15, e.g., to the atmosphere.

Работает устройство следующим образом.The device operates as follows.

При работе энергетической газотурбинной установки 1 воздух 24, поступающий из-за промежуточной ступени компрессора 4 в разгрузочную полость 11, интенсивно охлаждается в щелевом канале 21, что способствует снижению температуры и повышению надежности деталей и узлов, расположенных в разгрузочной полости 11, в том числе лабиринтного диска 13 и подшипника 10. Интенсивному охлаждению воздуха 24 способствуют увеличенные по площади внешняя 25 и внутренняя 26 поверхности теплообмена внутренней трактовой стенки 17, на поверхности 25 которой исключено образование льда. При этом благодаря оптимальному подбору проходной площади F2 в лабиринтном уплотнении 15 по лабиринтному диску 13 и площади F1 внутренней поверхности 26 трактовой стенки 17 подогрев атмосферного воздуха 19 на входе в компрессор 4 установки 1 минимален, что минимизирует снижение КПД и мощности установки 1.When the power gas turbine unit 1 is operating, the air 24 coming from the intermediate stage of the compressor 4 into the discharge cavity 11 is intensively cooled in the slotted channel 21, which helps to reduce the temperature and increase the reliability of parts and assemblies located in the discharge cavity 11, including the labyrinth a disk 13 and a bearing 10. Intensive cooling of the air 24 is facilitated by the increased external 25 and internal 26 surface area of the heat exchange surface of the inner path wall 17, on the surface of which 25 ice making. Moreover, due to the optimal selection of the passage area F2 in the labyrinth seal 15 along the labyrinth disk 13 and the area F1 of the inner surface 26 of the path wall 17, the heating of atmospheric air 19 at the inlet to the compressor 4 of installation 1 is minimal, which minimizes the reduction in efficiency and power of installation 1.

Источники информацииInformation sources

1. Б.С.Ревзин, Газотурбинные газоперекачивающие установки, М.: Недра, 1986 г., стр.132, рис.70.1. B.S. Revzin, Gas turbine gas pumping units, M .: Nedra, 1986, p. 132, Fig. 70.

2. Патент RU, №2172842 от 12.10.99 г. - прототип.2. Patent RU, No. 2172842 from 10.10.99, the prototype.

Claims

1. Energy gas turbine installation containing a gas turbine engine in which the input device is equipped with a stator flange, and the rotor of the free power turbine with an angular contact bearing located on the input device side is made with a labyrinth disk forming a labyrinth seal with a stator flange, and a stator flange and a labyrinth disk with an input device housing, an unloading cavity of a free power turbine is formed, characterized in that in the unloading cavity of a free power turbine ins installed deflector forming an annular channel with the slotted surface of the inner wall Traktovaya input device, wherein the slotted bore inlet connected to an intermediate stage of the compressor, and the output is connected through the perforations with the discharge cavity free power turbine.

2. The energy gas turbine installation according to claim 1, characterized in that the area of the radial annular gap in the labyrinth seal is 0.01 ... 0.001 of the surface area of the inner path wall of the input device forming a slotted channel with a deflector.