UA75160C2

UA75160C2 - Gas-turbine engine

Info

Publication number: UA75160C2
Application number: UA2004010303A
Authority: UA
Inventors: Viktor Ivanovych Romanov; Borys Volodymyrovych Isakov; Volodymyr Yevheniiovyc Spitsyn; Oleksandr Oleksiiovy Filonenko; Oleh Spyrydonovych Kucherenko
Original assignee: State Entpr Res And Production
Priority date: 2004-01-15
Filing date: 2004-01-15
Publication date: 2006-03-15

Abstract

A power gas-turbine engine with two-support rotor realizing Braiton cycle and including compressor 1, combustion chamber 2, turbine 3 driving the compressor 1, and through reducer 4 û electric generator, where the drive of the electric generator is performed from the side of the compressor and the gas outlet from turbine is axial additionally comprises a reducer 4 and a power body. The compressor 1 is arranged centrifugal, the outlet branch pipe of the diffuser of this one is turned to the side from the mixers of the fire pipes, the rotor of the turbo-compressor is assembled, of drum-disc type, is comprises a console drum section 5, a drum-disc section 6, a disc of centrifugal section 7, a drum-disc section of the turbine 8. Strength of the stator is provided by the body of the compressor 2 and the turbine 3, and the outer power body 9 comprising of connected to each other front cone 10, cylindrical insert 1, back cone 12 surrounding the compressor 1 and the turbine 3, in the upper part it is connected to the body of external two-pipe combustion chamber 2.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Винахід відноситься до галузі енергетики, і може бути використай при розробці енергетичних газотурбінних 2 двигунів у класі потужностей 1,5-4,5 МВт для перспективних і модернізуємих міні-електростанцій і когенераційних установок.The invention relates to the field of energy, and can be used in the development of energy gas turbine 2 engines in the capacity class of 1.5-4.5 MW for prospective and modernized mini-power plants and cogeneration plants.

Відомі газотурбінні двигуни для приводів електрогенераторів в автономному режимі й у складі когенераційних установок див. Двигуни 1944-2000 авіаційні, ракетні, морські, промислові. М. "Аксконверсалт" 2000 с. 17, 55, 306, 376, див. ОІЗЕЇ 5 ЗАЗ ТОКВІМЕ УУОКІ СУМІОЕ. Осіобег 2002, с.|. 70 Недоліком цих енергетичних газотурбіннийх двигунів є їхній невеликий ресурс, конструктивна і технологічна складність, велика вартість, а також низька паливна економічність.For well-known gas turbine engines for driving electric generators in autonomous mode and as part of cogeneration plants, see Engines 1944-2000 aviation, rocket, marine, industrial. M. "Akskonversalt" 2000 p. 17, 55, 306, 376, see HOSEIUS 5 ZAZ TOKWIME UUOKI SUMIOE. Osiobeg 2002, p.|. 70 The disadvantage of these energy gas turbine engines is their small resource, structural and technological complexity, high cost, as well as low fuel efficiency.

Як прототип прийнятий газотурбінний двигун газотурбогенератора ГГ - 1500-2М "Пролетарського заводу" див. Волчек В, Єфремов Є, Лезнов В., Рахов С., Сімкін М. Газотурбінна електростанція ПГТЗС - 1500.As a prototype, the gas turbine engine of the GG-1500-2M gas turbine generator of the "Proletarsky Zavod" was adopted, see Volchek V, Efremov E, Leznov V., Rakhov S., Simkin M. Gas turbine power plant PGTZS - 1500.

Газотурбінні технології, січень -лютий, 2002, с. 12-14). 12 Цей енергетичний газотурбінний двигун реалізує цикл Брайтона і включає осьовий компресор, виносну протитечійну камеру згоряння, турбіну, що приводить компресор і через редуктор електричний генератор. Привід електричного генератора здійснюється з боку компресора. Вихід газів з турбіни осьовий. Ротор турбокомпресора складається з ротора компресора барабанного типу, у який запресовані лівий вал і втулка-компенсатор, і ротора турбіни, що складається з трьох дисків, стягнутих між собою і з втулкою-компенсатором центральним стяжним болтом. Міцність і твердість двигуна забезпечується головним чином за рахунок стовщених елементів його конструкції. При електричній потужності 1,5 МВт маса силового блоку складає 47,8 тонни.Gas turbine technologies, January - February, 2002, p. 12-14). 12 This energy gas turbine engine implements the Brayton cycle and includes an axial compressor, a remote countercurrent combustion chamber, a turbine that drives the compressor and, through a gearbox, an electric generator. The electric generator is driven by the compressor. The exit of gases from the turbine is axial. The turbocharger rotor consists of a drum-type compressor rotor into which the left shaft and compensator bushing are pressed, and a turbine rotor consisting of three discs tightened together and with the compensator bushing by a central tension bolt. The strength and hardness of the engine is ensured mainly due to thickened elements of its design. With an electric power of 1.5 MW, the mass of the power unit is 47.8 tons.

Приведений енергетичний газотурбінний двигун має наступні недоліки: низька паливна економічність, великі маса і габарити.The reduced power gas turbine engine has the following disadvantages: low fuel economy, large weight and dimensions.

У винаході вирішується задача створення енергетичного газотурбінного двигуна в класі потужностей 1,5 - сThe invention solves the problem of creating an energy gas turbine engine in the power class of 1.5 - s

ДБ МВт із високою паливною економічністю, великим ресурсом, малою металоємністю і габаритами. Ге)DB MW with high fuel efficiency, large resource, small metal capacity and dimensions. Gee)

Рішення задачі досягається тим, що у відомому енергетичному газотурбінному двигуні з двоопорним ротором, що реалізує цикл Брайтона і включає компресор, камеру згоряння, турбіну, що приводить компресор і через редуктор електричний генератор, де привід електричного генератора здійснюється з боку компресора, а вихід газів з турбіни осьовий, застосований вбудований редуктор, компресор виконаний осьовіддентровим, о вихідний патрубок дифузора якого звернений вбік від змішувачів жарових труб, ротор турбокомпресора Ге) складений, барабанно-дискового типу складається з консольної барабанної секції, барабанно-дискової секції, диска відцентрової секції, барабанно-дискової секції турбіни, твердість статора забезпечується як корпусами -- компресора і турбіни, так і зовнішнім силовим корпусом, що складається з з'єднаних між собою переднього ою конуса, циліндричної проставки, заднього конуса, що охоплює собою компресор і турбіну, у верхній частині з'єднаний з корпусом виносної двотрубної камери згоряння. вThe solution to the problem is achieved by the fact that in a well-known energy gas turbine engine with a two-pole rotor that implements the Brayton cycle and includes a compressor, a combustion chamber, a turbine that drives the compressor and, through a reducer, an electric generator, where the electric generator is driven from the side of the compressor, and the output of gases from the turbine is axial, the built-in gearbox is used, the compressor is axially eccentric, the diffuser outlet of which is turned away from the heat pipe mixers, the rotor of the turbocompressor Ge) is folded, drum-disc type consists of a cantilever drum section, a drum-disc section, a disc of a centrifugal section, a drum- disk section of the turbine, the stiffness of the stator is provided both by the housings - the compressor and the turbine, and by the external power housing, which consists of an interconnected front cone, a cylindrical spacer, and a rear cone, which covers the compressor and the turbine, in the upper part with connected to the body of the remote two-tube camera from above nya in

Новизна запропонованого енергетичного газотурбінного двигуна полягає в наявності наступних сукупностей відмітних ознак.The novelty of the proposed energy gas turbine engine consists in the presence of the following sets of distinctive features.

Вбудований редуктор спрощує центрування і гарантує збереження співвісності валопроводів двигуна і « редуктора в експлуатації, що сприяє забезпеченню їхньої експлуатаційної надійності. Силовий корпус З 70 вбудованого редуктора входить у силову схему двигуна, завдяки чому вдається створити міцну і тверду с тонкостінну конструкцію і зменшити в такий спосіб загальну вагу двигуна, редуктора й опорної рами.The built-in reducer simplifies centering and guarantees the maintenance of the alignment of the motor shafts and the reducer during operation, which contributes to ensuring their operational reliability. The power housing Z 70 of the built-in reducer is included in the power circuit of the engine, thanks to which it is possible to create a strong and solid thin-walled structure and thus reduce the total weight of the engine, reducer and support frame.

Із» Ротор турбокомпресорної групи складений, барабанно-дискового типу складається з: консольної барабанної секції, барабанно-дискової секції, диска відцентрової секції, барабанно-дискової секції турбіни. Ротор має велику згинаючу і крутильну твердість, у результаті чого відсутня схильність до порушення коливань дисків, і завдяки чому підвищується експлуатаційна надійність двигуна. Ротор можливо виконати з малою товщиною і стінок утворюючих деталей, що дозволяє створити ротор малої металоємності і маси. Секційна конструкція сл ротора забезпечує, його технологічність, спрощує механічну обробку і балансування, що сприяє зменшенню витрат на виробництво. Консольна барабанна секція компресора дозволяє створювати компресори різної - витрати шляхом пристикування або відстикування компресорних ступіней не торкаючись опори ротора, щоFrom" The rotor of the turbocompressor group is compound, drum-disc type consists of: a cantilever drum section, a drum-disc section, a disc of a centrifugal section, a drum-disc section of a turbine. The rotor has great bending and torsional rigidity, as a result of which there is no tendency to disturb the oscillations of the discs, and thanks to which the operational reliability of the engine increases. It is possible to make the rotor with a small thickness of the walls of the forming parts, which allows you to create a rotor with a small metal capacity and mass. The sectional design of the rotor ensures its manufacturability, simplifies mechanical processing and balancing, which contributes to reducing production costs. The cantilever drum section of the compressor allows you to create compressors of different flow rates by docking or undocking the compressor stages without touching the rotor support, which

Ге»! 20 дозволяє розробляти двигуни різних модифікацій по потужності і сприяє зменшенню витрат на їхнє виробництво.Gee! 20 makes it possible to develop engines of various power modifications and helps to reduce the costs of their production.

Осьовідцентровий компресор, вихідний патрубок дифузора якого звернений вбік від змішувачів жарових труб, с дозволяє виключити втрати енергії на удар потоку робочого тіла об перешкоду утворену змішувачами жарових труб, організувати плавний, з невеликою швидкістю вхід робочого тіла в міжтрубний простір камери згоряння, що дозволяє знизити втрати повного тиску на гідравлічній ділянці від виходу з компресора до входу в сопловий 29 апарат турбіни і, у цілому, підвищити паливну економічність двигуна. Осьовідцентровий компресор, дозволяєAn axial-centrifugal compressor, the diffuser outlet of which is turned away from the heat pipe mixers, allows to eliminate energy losses due to the impact of the working medium flow on the obstacle formed by the heat pipe mixers, to organize a smooth, low-speed entry of the working medium into the inter-tube space of the combustion chamber, which allows to reduce losses of full pressure in the hydraulic section from the compressor outlet to the turbine nozzle 29 inlet and, in general, to improve the fuel efficiency of the engine. Centrifugal compressor allows

ГФ) здійснити процес стиску робочого тіла з великим коефіцієнтом корисної дії, для малих витрат робочого тіла і для великих ступенів підвищення тиску, що дозволяє щонайкраще реалізувати високу температуру о термодинамічного циклу з метою одержання високої паливної економічності двигуна. Осьовіддцентровий компресор, дозволяє здійснити процес стиску робочого тіла з великим коефіцієнтом корисної дії, для великих 60 ступенів підвищення тиску невеликим числом компресорних ступіней, що дозволяє здешевити компресор і зменшити його масу.HF) to carry out the process of compression of the working medium with a high efficiency, for small consumption of the working medium and for large degrees of pressure increase, which allows to realize the high temperature of the thermodynamic cycle as best as possible in order to obtain high fuel economy of the engine. The centrifugal compressor allows the process of compression of the working body with a high efficiency, for a large 60 degrees of pressure increase with a small number of compressor stages, which makes it possible to make the compressor cheaper and reduce its weight.

Зовнішній силовий корпус, що складається з з'єднаних між собою переднього конуса, циліндричної проставки, заднього конуса, що охоплює собою компресор і турбіну, у верхній частині з'єднаний з корпусом виносної двотрубної камери згоряння забезпечує велику згинаючу і крутильну твердість статора. У результаті цього 62 істотно знижується можливість порушення коливань ротора, завдяки чому поліпшуються умови роботи опор і ущільнень, що сприяє збереженню високих експлуатаційних характеристик двигуна і підвищенню експлуатаційної надійності. Завдяки твердій конструкції силового корпуса статор можливо виконати з малою товщиною стінок утворюючих деталей, що дозволяє створити двигун малої металоємності і маси. Зовнішній биловий корпус, що охоплює собою компресор і турбіну утворює порожнину високого тиску, завдяки якій виключаються витоки робочого тіла з компресора і турбіни, а також втрати тепла в навколишнє середовище з температурою поверхні корпуса турбіни, що також обумовлює високу паливну економічність двигуна.The external power housing, consisting of an interconnected front cone, a cylindrical spacer, and a rear cone covering the compressor and turbine, connected in the upper part to the housing of the remote two-pipe combustion chamber, ensures high bending and torsional stiffness of the stator. As a result of this 62, the possibility of rotor oscillations is significantly reduced, thanks to which the working conditions of supports and seals are improved, which contributes to the maintenance of high operational characteristics of the engine and increased operational reliability. Thanks to the solid construction of the power case, the stator can be made with a small thickness of the walls of the forming parts, which allows you to create an engine with a low metal capacity and weight. The external billet housing, which covers the compressor and turbine, forms a high-pressure cavity, thanks to which leakage of the working fluid from the compressor and turbine is excluded, as well as heat loss to the environment with the surface temperature of the turbine housing, which also determines the high fuel efficiency of the engine.

На кресленні представлений газотурбінний двигун, що реалізує винахід.The drawing shows a gas turbine engine that implements the invention.

Енергетичний газотурбінний двигун складається з осьовідцентрового однокаскадного компресора 1, виносної 70 двотрубної протитечійної камери згоряння 2, турбіни З, вбудованого редуктора 4 і комунікацій. Привод електричного генератора здійснюється з боку компресора. Вихід газів з турбіни осьовий. Ротор турбогрупи двоопорний, барабанно-дискової конструкції, складається з: консольної барабанної секції 5, барабанно-дискової секції б, диска відцентрової секції 7, барабанно-дискової секції турбіни 8. Барабан турбінної частини з компресорною - кріпиться болтами. Зовнішній силовий корпус 9, складається із з'єднаних між собою переднього 7/5 Конуса 10, циліндричної проставки 11, заднього конуса 12, охоплює собою компресор 1 і турбіну З, у верхній частині з'єднаний з корпусом виносної двотрубної протитечійної камери згоряння 2.The energy gas turbine engine consists of an axial-centrifugal single-stage compressor 1, a remote 70 two-pipe countercurrent combustion chamber 2, a turbine C, a built-in reducer 4 and communications. The electric generator is driven by the compressor. The exit of gases from the turbine is axial. The rotor of the turbogroup is two-support, drum-disc construction, consists of: cantilever drum section 5, drum-disc section b, centrifugal section disc 7, turbine drum-disc section 8. The drum of the turbine part with the compressor part is fastened with bolts. The external power housing 9 consists of the interconnected front 7/5 Cone 10, cylindrical spacer 11, rear cone 12, includes the compressor 1 and the turbine Z, in the upper part is connected to the housing of the remote two-pipe countercurrent combustion chamber 2.

Атмосферне повітря надходить в осьовідцентровий компресор 1, стискується і подається в камеру згоряння 2, де здійснюється процес спалювання палива в кисні повітря й утворення потоку газу високого енергетичного потенціалу. Далі потік газу розширюється на турбіні 3, що приводить компресор 1 і через вбудований редуктор 4 2о електрогенератор. З турбіни З газ відводиться в навколишнє середовище, можливо, через утилізаційний водогрійний котел або парогенератор.Atmospheric air enters the axial-centrifugal compressor 1, is compressed and fed into the combustion chamber 2, where the process of fuel combustion in air oxygen and the formation of a gas flow of high energy potential is carried out. Next, the gas flow expands on the turbine 3, which drives the compressor 1 and, through the built-in reducer 4, the electric generator. From turbine C, the gas is discharged into the environment, possibly through a waste water boiler or a steam generator.

Практична реалізація й апробування винаходу зроблене ДП НВКГ "Зоря - Машпроект" при створенні енергетичного газотурбінного двигуна ОСТ 2500, потужністю 2,5 МВт. Дослідне - промислова експлуатація ОСТ 2500 підтвердила його високу ефективність. Зокрема маса двигуна складає 1500 кг, а габарити Зх 1,24х2 м. счThe practical implementation and testing of the invention was carried out by the SE NVKG "Zorya - Mashproekt" during the creation of the OST 2500 power gas turbine engine with a capacity of 2.5 MW. Experimental - industrial operation of OST 2500 confirmed its high efficiency. In particular, the mass of the engine is 1,500 kg, and the dimensions of Хх 1.24х2 m

Використання описаного винаходу дозволяє створювати енергетичні газотурбінні двигуни у класі потужностей 1,5 - 4,5 МВт високої економічності, невеликої металоємності, зі зменшеними габаритами і і) підвищеною експлуатаційною надійністю.The use of the described invention makes it possible to create energy gas turbine engines in the power class of 1.5 - 4.5 MW with high efficiency, low metal consumption, with reduced dimensions and i) increased operational reliability.

Claims

The formula of the invention is 30 "so

1. A gas turbine engine with a two-pole rotor, which has a compressor, a combustion chamber, a turbine that drives the compressor and, through a gearbox, an electric generator, where the electric generator is driven from the side of the compressor, and the exit of gases from the turbine is axial, which differs in that which additionally has a built-in M 35 gearbox, an external power housing that hermetically covers the compressor and turbine housings. what-

2. The device according to claim 1, which is characterized by the fact that the compressor is made of eight-sided, with the outlet nozzle of the diffuser facing away from the mixers of the heat pipes of the remote combustion chamber.

C. The device according to claim 1, which differs in that the rotor of the turbocompressor group is folded, drum-disc type and has a cantilever drum section, a drum-disc section, a disk of a centrifugal section, a drum-disc section of a turbine. w-in the village

4. The device according to claim 1, which is characterized by the fact that the external power housing, made of interconnected front cone, cylindrical spacer, rear cone, is connected in the upper part to the housing of the remote combustion chamber. -I 1 - b 50 (42) F) ime) 60 b5