RU2524594C1 - Система впрыска воды осевого многоступенчатого компрессора - Google Patents
Система впрыска воды осевого многоступенчатого компрессора Download PDFInfo
- Publication number
- RU2524594C1 RU2524594C1 RU2013110915/06A RU2013110915A RU2524594C1 RU 2524594 C1 RU2524594 C1 RU 2524594C1 RU 2013110915/06 A RU2013110915/06 A RU 2013110915/06A RU 2013110915 A RU2013110915 A RU 2013110915A RU 2524594 C1 RU2524594 C1 RU 2524594C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- water
- multistage compressor
- axial multistage
- injection system
- blade
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Изобретение относится к стационарным газотурбинным установкам (СГТУ), имеющим в своем составе осевой многоступенчатый компрессор. Технический результат достигается тем, что система впрыска воды осевого многоступенчатого компрессора, имеющая трубки и выпускные каналы, дополнительно содержит обтекатель, при этом обтекатель расположен в области передней кромки каждой направляющей лопатки осевого многоступенчатого компрессора с возможностью образования щелевого канала. Каждая трубка расположена в продольной полости, выполненной в области передней кромки указанной лопатки, и имеет отверстия, выполненные по высоте лопатки с возможностью обеспечения равномерного расхода паров по сечению потока воздуха, а выпускные каналы выполнены на передней кромке каждой указанной лопатки, при этом щелевой канал и выпускные каналы выполнены в каждой направляющей лопатке осевого многоступенчатого компрессора с возможностью обеспечения безотрывного течения воды и потока воздуха. При этом каждая трубка имеет теплозащитный материал. Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка системы впрыска воды осевого многоступенчатого компрессора, не вызывающей дополнительные гидравлические и волновые потери, а также не требующей высокой степени очистки воды. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к стационарным газотурбинным установкам (СГТУ), имеющим в своем составе осевой многоступенчатый компрессор, и может быть использовано в теплоэнергетике, газоперекачивающих станциях, наземных и судовых транспортных средствах.
Потребляемая компрессором мощность прямо пропорциональна расходу G, начальной температуре Т и теплоемкости Cp воздуха, зависит также от степени сжатия πк, показателя изоэнтропического сжатия k и изоэнтропического КПД ηиз.
Известны системы впрыска воды осевого многоступенчатого компрессора (Середа С.О., Гильмедов Ф.Ш., Сачкова Н.Г. Расчетные оценки изменения характеристик многоступенчатого осевого компрессора под влиянием испарения воды в его проточной части // Теплоэнергетика. 2004. №1, с.60-65; Середа C.O., Гильмедов Ф.Ш., Мунтянов И.Г. Экспериментальное исследование влияния впрыска воды во входной канал многоступенчатого компрессора на его характеристики // Теплоэнергетика, 2004, №5, с.66-71). Хотя изменение основных характеристик (мощности, степени сжатия, КПД компрессора, удельного расхода топлива) СГТУ было неоднозначным, ожидалось, что мощность и полезная мощность газотурбинной установки будут расти. За счет снижения температуры среды (паровоздушной смеси) при определенных расходах воды мощность на привод компрессора могла снижаться, это естественно приводило бы к увеличению полезной мощности СГТУ для совершения механической работы. Дополнительно, снижение температуры на входе в компрессор должно вызвать увеличение плотности среды, что (аналогично влиянию температуры окружающей среды) приводит к росту общей мощности СГТУ.
В работе (Григорьяни P.P., Залкинд В.И., Зайгарник Ю.А., Иванов П.П., Мурахин С.А., Низовский В.Л. Особенности поведения жидкой фазы в высокооборотных компрессорах конверсионных газотурбинных установок, их влияние на характеристики и эффективность «влажного» сжатия // Теплоэнергетика. 2007. №4, с.55-62) экспериментально установлено, что впрыскиваемая во входном сечении компрессора вода выпадает при сжатии в ступенях в осадок, которая, увлекаясь во вращательное движение в межлопаточных каналах компрессора, испытывая действие центробежных сил, образует слой жидкой пленки в радиальных зазорах рабочих лопаток компрессора.
Жидкая сплошная пленка имеет небольшую площадь поверхности раздела фаз. В этих условиях даже при благоприятных условиях (повышение температуры в процессе сжатия) дальнейшее испарение воды будет затруднено. За характерные времена пребывания паровоздушной смеси в тракте многоступенчатого компрессора полное испарение образовавшейся пленки воды не происходит. По этой причине системы впрыска воды в ступенях среднего и высокого давления (Ануров Ю.М., Пеганов А.Ю., Скворцов А.В., Беркович А.Л., Полищук В.Г. Расчетное исследование влияния впрыска воды на характеристики компрессора газотурбиной установки ГТ-009 // Теплоэнергетика. 2006. №12, с.13-24) заслуживают особого внимания.
Известна система впрыска мелкодисперсной воды осевого многоступенчатого компрессора по патенту РФ на полезную модель №95764, МПК F04D 19/02, F04D 29/00, 10.07.2010.
Впрыск мелкодисперсной воды предлагается проводить через систему струйных форсунок, вынесенных в поток, установленных перпендикулярно потоку с шагом не более 100 мм.
Авторы известной системы впрыска воды считают, что максимального испарения воды можно добиться при равномерном заполнении всего объема среды мелкодисперсными каплями, и дают оценочные рекомендации по выбору температуры (200…250°C) впрыскиваемой воды, при этом температура воды не увязана с местным давлением и температурой среды.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является система впрыска мелкодисперсной воды осевого многоступенчатого компрессора по патенту РФ на полезную модель №72514, МПК F04D 19/02, F04D 29/00, 20.04.2008, имеющая трубки и выпускные каналы.
Впрыск мелкодисперсной воды производят через систему струйных форсунок, вынесенных в поток, причем для обеспечения равномерного заполнения проходного сечения концентрацией капель воды по высоте лопаток предлагается угол впрыска менять в интервале от 110 до 180 град.
Основным недостатком известных технических решений является то, что конструктивные элементы системы впрыска воды, расположенные в потоке, вызывают дополнительные гидравлические потери, а также являются источниками волновых потерь в лопаточных венцах следующих ступеней ниже по потоку.
Недостатком известной системы впрыска является также повышенное требование к степени очистки воды.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка системы впрыска воды осевого многоступенчатого компрессора, не вызывающей дополнительные гидравлические и волновые потери, а также не требующей высокой степени очистки воды.
Технический результат достигается тем, что система впрыска воды осевого многоступенчатого компрессора, имеющая трубки и выпускные каналы, согласно заявляемому изобретению дополнительно содержит обтекатель, при этом обтекатель расположен в области передней кромки каждой лопатки направляющего аппарата осевого многоступенчатого компрессора с возможностью образования щелевого канала, каждая трубка расположена в продольной полости, выполненной в области передней кромки указанной лопатки, и имеет отверстия, выполненные по высоте лопатки с возможностью обеспечения равномерного расхода паров по сечению потока воздуха, а выпускные каналы выполнены на передней кромке каждой указанной лопатки, при этом щелевой канал и выпускные каналы выполнены в каждой лопатке направляющего аппарата осевого многоступенчатого компрессора с возможностью обеспечения безотрывного течения воды и потока воздуха. При этом каждая трубка имеет теплозащитный материал.
Сущность изобретения поясняется фиг.1, на которой изображена предлагаемая система впрыска воды осевого многоступенчатого компрессора.
На фиг.1 цифрами обозначены:
1 - обтекатель лопатки направляющего аппарата осевого многоступенчатого компрессора,
2 - выпускные каналы на передней кромке лопатки направляющего аппарата,
3 - щелевой канал,
4 - трубка для подачи воды,
5 - теплозащитный материал,
6 - продольная полость лопатки направляющего аппарата,
7 - отверстия, выполненные в трубке по высоте лопатки.
Система впрыска воды осевого многоступенчатого компрессора имеет трубки 4 для подачи воды и выпускные каналы 2.
Отличием предлагаемой системы впрыска воды является то, что она дополнительно содержит обтекатель 1, при этом обтекатель расположен в области передней кромки каждой лопатки направляющего аппарата осевого многоступенчатого компрессора (неподвижной или поворотной направляющей лопатки ступеней многоступенчатого компрессора) с возможностью образования щелевого канала 3.
Каждая трубка 4 расположена в продольной полости 6, выполненной в области передней кромки указанной лопатки.
Каждая трубка 4 имеет отверстия 7, выполненные по высоте лопатки с возможностью обеспечения равномерного расхода паров по сечению потока воздуха.
Каждая трубка 4 имеет теплозащитный материал 5.
Выпускные каналы 2 выполнены на передней кромке каждой указанной лопатки.
Щелевой канал 3 и выпускные каналы 2 выполнены в каждой лопатке направляющего аппарата осевого многоступенчатого компрессора (неподвижной или поворотной направляющей лопатки ступеней многоступенчатого компрессора) с возможностью обеспечения безотрывного течения воды и потока воздуха.
Впрыск воды осуществляется следующим образом.
Подачу перегретой воды осуществляют по трубке 4, расположенной в продольной полости 6 по высоте лопатки направляющего аппарата.
Для снижения количества подведенной теплоты в элементы конструкции лопатки направляющего аппарата поверхность трубки 4 может быть покрыта теплозащитным материалом 5.
Трубка 4 по высоте лопатки направляющего аппарата имеет ряд отверстий 7. Отверстия 7 обеспечивают равномерный расход паров по сечению потока воздуха (в этом случае исключается продольное перетекание пароводяной смеси в продольной полости 6 по высоте лопатки направляющего аппарата, а также образовавшейся паровоздушной смеси в межлопаточных каналах).
Суммарное сечение отверстий 7 в сотни раз меньше общего сечения отверстий выпускных каналов 2, а также сечений щелевых каналов 3, образованных поверхностями профиля (передней кромкой) лопаток направляющего аппарата и обтекателей 1. Поэтому основной перепад давления реализуется на отверстиях 7 трубки 4.
Пространство между трубкой 4 и продольной полостью 6 заполняется двухфазной пароводяной смесью с давлением, практически равным локальному значению давления среды pj. Полного испарения перегретой воды не происходит по причине резкого снижения температуры среды, при этом теплота воды расходуется на испарение - фазовый переход части воды в режиме взрывного кипения. Температура образовавшейся пароводяной смеси существенно ниже местной температуры воздушного потока. Перегретая вода на выходе из выпускных каналов 2 к поверхности лопаток направляющего аппарата мгновенно испаряется, равномерное перемешивание паров воды с основным потоком происходит на малых расстояниях в турбулентном потоке.
Истечение пароводяной смеси происходит по щелевым каналам 3 с небольшим перепадом, следовательно, с небольшой скоростью касательно к поверхностям лопатки направляющего аппарата.
Тем самим исключается отрыв вдуваемого потока, достигается устойчивость газодинамической пленки. При этих условиях за счет снижения коэффициента трения обеспечиваются минимальные гидравлические потери.
Итак, для снижения мощности на сжатие воздуха, потребляемой осевым многоступенчатым компрессором, необходимо:
- подачу перегретой воды в воздушный поток проводить на передней кромке лопаток направляющего аппарата осевого многоступенчатого компрессора;
- впрыск воды следует проводить при температуре насыщения, соответствующей сумме локальных значений давления и перепада давления в форсунках впрыска, роль которых в предлагаемой системе впрыска выполняет система отверстий 7 трубки 4, подводящей перегретую воду;
- подачу перегретой воды следует проводить по трубке 4, расположенной в продольной полости 6, выполненной по высоте лопаток и имеющей наружное теплозащитное покрытие 5.
За счет частичного испарения перегретой воды пространство между трубкой 4 и стенками продольной полости 6, заполняется двухфазной пароводяной смесью с давлением, практически равным локальному значению давления среды pj, с температурой существенно ниже локальной температуры воздушного потока, за счет чего реализуются благоприятные условия для снижения рабочей (паровоздушной) среды компрессора.
Подача пароводяной смеси, имеющей температуру ниже температуры воздушного потока, происходит по щелевому каналу 3, образованному между поверхностью профиля (передней кромкой) лопаток направляющего аппарата и обтекателя 1, под небольшим перепадом, за счет чего достигается устойчивость завесы, снижаются гидравлические потери, в турбулентном потоке последующей ступени происходит полное перемешивание пароводяной завесы с основным (воздушным) потоком с образованием паровоздушного потока с более низкой температурой.
Таким образом, в предлагаемой системе впрыска воды осевого многоступенчатого компрессора отсутствуют конструктивные элементы, расположенные в потоке, что не вызывает дополнительных гидравлических и волновых потерь, при этом снижается потребляемая компрессором мощность на сжатие воздуха. Кроме этого, в предлагаемой системе впрыска не требуется высокая степень очистки воды.
Claims (2)
1. Система впрыска воды осевого многоступенчатого компрессора, имеющая трубки и выпускные каналы, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит обтекатель, при этом обтекатель расположен в области передней кромки каждой лопатки направляющего аппарата осевого многоступенчатого компрессора с возможностью образования щелевого канала, каждая трубка расположена в продольной полости, выполненной в области передней кромки указанной лопатки, и имеет отверстия, выполненные по высоте лопатки с возможностью обеспечения равномерного расхода паров по сечению потока воздуха, а выпускные каналы выполнены на передней кромке каждой указанной лопатки, при этом щелевой канал и выпускные каналы выполнены в каждой лопатке направляющего аппарата осевого многоступенчатого компрессора с возможностью обеспечения безотрывного течения воды и потока воздуха.
2. Система впрыска воды осевого многоступенчатого компрессора по п.1, отличающаяся тем, что каждая трубка имеет теплозащитный материал.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013110915/06A RU2524594C1 (ru) | 2013-03-12 | 2013-03-12 | Система впрыска воды осевого многоступенчатого компрессора |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013110915/06A RU2524594C1 (ru) | 2013-03-12 | 2013-03-12 | Система впрыска воды осевого многоступенчатого компрессора |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2524594C1 true RU2524594C1 (ru) | 2014-07-27 |
Family
ID=51265409
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013110915/06A RU2524594C1 (ru) | 2013-03-12 | 2013-03-12 | Система впрыска воды осевого многоступенчатого компрессора |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2524594C1 (ru) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2208713C1 (ru) * | 2001-11-09 | 2003-07-20 | Ахмеров Марат Серажетдинович | Способ охлаждения компремируемого воздуха и компрессорная установка |
| RU72514U1 (ru) * | 2007-11-26 | 2008-04-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский Государственный политехнический университет" (ГОУ "СПбГПУ") | Осевой многоступенчатый компрессор |
| RU95764U1 (ru) * | 2009-09-28 | 2010-07-10 | Учреждение Российской Академии Наук Объединенный Институт Высоких Температур Ран (Оивт Ран) | Осевой компрессор с системой впрыска мелкодисперсной воды |
-
2013
- 2013-03-12 RU RU2013110915/06A patent/RU2524594C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2208713C1 (ru) * | 2001-11-09 | 2003-07-20 | Ахмеров Марат Серажетдинович | Способ охлаждения компремируемого воздуха и компрессорная установка |
| RU72514U1 (ru) * | 2007-11-26 | 2008-04-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский Государственный политехнический университет" (ГОУ "СПбГПУ") | Осевой многоступенчатый компрессор |
| RU95764U1 (ru) * | 2009-09-28 | 2010-07-10 | Учреждение Российской Академии Наук Объединенный Институт Высоких Температур Ран (Оивт Ран) | Осевой компрессор с системой впрыска мелкодисперсной воды |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Tang et al. | Visualization experimental study of the condensing flow regime in the transonic mixing process of desalination-oriented steam ejector | |
| US8573946B2 (en) | Compressor blade | |
| NO340284B1 (no) | Aksjonsturbin for bruk ved toveis strømninger | |
| RU2012119216A (ru) | Центробежная форсунка с выступающими частями | |
| Schobeiri et al. | A comparative aerodynamic and performance study of a three-stage high pressure turbine with 3-D bowed blades and cylindrical blades | |
| RU2524594C1 (ru) | Система впрыска воды осевого многоступенчатого компрессора | |
| RU2420674C2 (ru) | Сверхзвуковое сопло для вскипающей жидкости | |
| US8550693B2 (en) | Device for preparation of water-fuel emulsion | |
| EP2818637B1 (en) | Gas turbine component for releasing a coolant flow into an environment subject to periodic fluctuations in pressure | |
| JP6866187B2 (ja) | タービンノズル及びそれを備えたラジアルタービン | |
| RU2529289C1 (ru) | Способ повышения эффективности работы осевого многоступенчатого компрессора | |
| Chen et al. | Novel multi-stage vortex cooling with bypass for turbine blade leading edge design considering rotational effect | |
| Wang et al. | The effect of the pressure distribution in a three-dimensional flow field of a cascade on the type of curved blade | |
| Granovskiy et al. | Parametrical investigation of turbine stages with open tip clearance for the purpose of stage efficiency increase | |
| Guo et al. | Anti-cavitation performance of a splitter-bladed inducer under different flow rates and different inlet pressures | |
| Gupta et al. | Numerical simulation of TOBI flow: analysis of the cavity between a seal-plate and HPT disc with pumping vanes | |
| Gribin et al. | A study of interchannel separation of moisture in nozzle cascades of turbines | |
| Kim et al. | Experimental investigation of an annular injection supersonic ejector | |
| RU2789237C1 (ru) | Способ повышения давления лопастных турбомашин и устройство для его реализации | |
| RU151769U1 (ru) | Сопловой аппарат турбины высокого давления | |
| Mikielewicz et al. | A Simple Analytical Model of Direct-Contact Condensation from Vapour-Inert Gas Mixture in a Spray Ejector Condenser | |
| JP6867189B2 (ja) | タービンノズル及びそれを備えたラジアルタービン | |
| Alekseev et al. | Optimization of stator blade profile design for last stages of steam turbines based on the features of coarse droplets movement in inter-blade channels | |
| Zhao et al. | The mechanism of the flow in the hub corner and the control by tailing edge gaps | |
| Huo et al. | Numerical investigations on the conceptual design of a ducted contra-rotating Fan |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160313 |