Газотурбинная установка

 

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и может быть использовано в качестве энергетической установки стационарного назначения, в частности энергетической установки теплоэлектроцентралей. Газотурбинная установка содержит газотурбинный блок и рекуперативный воздухоподогреватель, соединенные между собой отводящими и подводящими газовыми и воздушными трубопроводами с устройствами для компенсации термических расширений. Газотурбинная установка снабжена установленной на фундаменте вблизи корпуса газотурбинного блока неподвижной опорой, обеспечивающей возможность жесткого закрепления воздушных трубопроводов. Рекуперативный воздухоподогреватель установлен с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости, например, на подвижных опорах. Изобретение позволяет компенсировать термические расширения основных узлов установки и уменьшить силовые воздействия на фланцевые соединения трубопроводов сжатого воздуха с корпусом газотурбинного блока, исключив возможность их разгерметизации, снизить количество компенсирующих термические расширения воздушных трубопроводов узлов. 4 з.п.ф-лы, 3 ил.

Предложенное техническое решение относится к энергетическому машиностроению и может быть использовано в качестве энергетической установки стационарного назначения. Предпочтительное применение -энергетические установки теплоэлектроцентралей (ТЭЦ), для которых свойственна глубокая утилизация теплоты выпускных газов газотурбинной установки (ГТУ), обеспечивающая высокую эффективность использования теплоты топлива.

Росту экономической эффективности ГТУ способствует введение в ее состав рекуперативного воздухоподогревателя. Однако такие теплообменники громоздкие и металлоемкие аппараты (Шварц В.А. Конструкция ГТУ. - М.: Машиностроение, 1970, с. 348, с. 420). Они связаны с газотурбинным блоком высокотемпературными газовыми и воздушными магистралями, длина которых должна быть сведена к минимуму. Поэтому использовать самокомпенсацию трубопроводов при температурных расширениях не представляется возможным (Шварц В.А. Конструкция ГТУ. - М.: Машиностроение, 1970, с. 348, с 420).

В связи с этим воздухо- и газопроводы ГТУ оснащаются гибкими элементами, компенсирующими тепловые расширения и перемещения турбомашины, теплообменных аппаратов и собственно трубопроводов. Компенсаторы воспринимают распорные усилия от термической деформации и от давления рабочей среды. Они должны практически исключить передачу усилий на фланцевые соединения турбомашины и воздухоподогревателя во избежание нарушения их герметичности в процессе эксплуатации.

Значительно сокращает протяженность газовых магистралей компактное размещение воздухоподогревателя над двигателем (Ольховский Г.Г. Газотурбинные и парогазовые за рубежом. Теплоэнергетика, № 1 1999, с. 74; Патент США № 5996334 от 07.12.99). Такая компоновка уменьшает величину термических расширений, снижает потребность в дорогостоящих высокотемпературных компенсаторах. Однако при таком размещении оборудования ГТУ резко снижается доступность двигателя для обслуживания и ремонта на месте эксплуатации установки ГТУ ТЭЦ. Кроме того, использование компактной компоновки приводит к применению нерациональных форм соединительных элементов газо- воздуховодов, что, несмотря на уменьшение их длины, не способствует снижению гидравлического сопротивления трактов ГТУ.

Известна ГТУ (патент США № 4090358 от 23.05.1978), выбранная в качестве прототипа, состоящая из газотурбинного блока (ГБ) и размещенного над ним рекуперативного воздухоподогревателя (РВП). ГБ и РВП соединены воздуховодами и газоходом, которые оснащены уравновешенными, имеющими сложную конструкцию сильфонными компенсаторами. Эти компенсаторы воспринимают вертикальные термические расширения матрицы РВП и собственно воздуховодов, а также уравновешивают гидравлический распор, обусловленный давлением сжатого воздуха в них, и допускают горизонтальное температурное перемещение матрицы РВП. Вместе с тем при использованной компоновке затруднен доступ к ГБ для выполнения обслуживания и ремонта в процессе эксплуатации ГТУ.

Предлагаемым изобретением решается задача упрощения конструкции при сохранении надежной термокомпенсации оборудования и трубопроводов и повышении доступности узлов газотурбинного блока для обслуживания и ремонта в процессе эксплуатации ГТУ.

Для решения указанной задачи газотурбинная установка, содержащая газотурбинный блок и рекуперативный воздухоподогреватель, соединенные между собой отводящими и подводящими газовыми и воздушными трубопроводами с устройствами для компенсации термических расширений, дополнительно снабжена установленной на фундаменте вблизи корпуса ГБ неподвижной опорой, обеспечивающей возможность жесткого закрепления воздушных трубопроводов, а рекуперативный воздухоподогреватель установлен с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости.

При этом неподвижная опора может быть выполнена в виде полого цилиндра.

В случае, когда в ГТУ предусмотрено регулирование расхода проходящего через РВП воздуха, во внутренней полости неподвижной опоры может быть размещен трехходовой клапан.

Подводящий и отводящий воздушные трубопроводы между РВП и неподвижной опорой могут быть расположены коаксиально, при этом высокотемпературный отводящий воздух от РВП трубопровод располагается внутри подводящего трубопровода, в котором воздух имеет более низкую температуру, и на внутреннем высокотемпературном трубопроводе может быть установлен телескопический компенсатор.

Установка неподвижной опоры воздушных трубопроводов вблизи корпуса ГБ, непосредственно на котором находятся фланцевые соединения для сообщения с компрессором и камерой сгорания, уменьшает термические расширения этих участков трубопроводов, снижает их силовое воздействие на корпус газотурбинного блока, исключает возможность разгерметизации фланцевых соединений на корпусе.

Кроме того, упрощается конструкция многослойных сильфонных компенсаторов, размещаемых на более коротких участках трубопроводов. Термическое расширение протяженных участков воздушных трубопроводов между неподвижной опорой и РВП компенсируется за счет возможности его перемещения в горизонтальной плоскости. ГБ защищен неподвижной опорой от силовых воздействий, возникающих на этом участке воздушных трубопроводов.

На фиг.1 изображена компоновка ГТУ, на фиг.2, 3 - узел I с размещением воздушных трубопроводов вблизи газотурбинного блока.

ГТУ (фиг.1) содержит газотурбинный блок (ГБ) 1, рекуперативный воздухоподогреватель (РВП) 2, соединенные между собой газовыми 3 и воздушными (подводящим 4 воздух к РВП 2 и отводящим 5 воздух от РВП 2) трубопроводами, имеющими в своем составе устройства для компенсации термических расширений (например - сильфонные компенсаторы 6, 7 (фиг.3), линзовый компенсатор 8 (фиг.1)), а также для восприятия температурных и гидравлических распоров - неподвижную опору 9, установленную на фундаменте 10 вблизи корпуса ГБ 1, т.е. на минимальном расстоянии, определяемом технологическими возможностями изготовления и монтажа изогнутых участков трубопроводов.

Неподвижная опора 9 может быть иметь внутреннюю цилиндрическую полость (фиг.2). При размещении в ней трехходового клапана 13 эта полость может быть использована для перепуска воздуха из подводящего трубопровода 4 в отводящий трубопровод 5, минуя РВП 2. За счет регулирования клапаном 13 расхода воздуха, поступающего к РВП, изменяется его тепловая мощность и ТЭЦ в целом. РВП 2 установлен с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости, например на подвижных опорах 12, по закладным элементам 11, установленным в фундаменте 10.

Повышению компактности трубопроводной обвязки ГТУ и доступности корпуса газотурбинного блока 1 для обслуживания и ремонта служит коаксиальное расположение воздушных трубопроводов 4 и 5 (фиг.2) на участке между РВП 2 и неподвижной опорой 9, обеспечивающей такую компоновку. Причем высокотемпературный отводящий нагретый воздух от РВП 2 трубопровод 5 размещен внутри подводящего 4, температура воздуха в котором, как правило, существенно ниже. Различие между тепловыми расширениями этих участков воздуховодов устраняется за счет использования телескопического компенсатора 14, расположенного на внутреннем трубопроводе. Уменьшению возможных перетечек воздуха через тонкий кольцевой зазор такого компенсатора способствует практически одинаковое давление сред в обоих трубопроводах.

При эксплуатации ГТУ вследствие высокой температуры теплоносителей в трактах ГБ 1, РВП 2, газовых 3 и воздушных 4, 5 трубопроводов происходит температурное расширение этих узлов, их перемещение, сопровождающееся деформацией компенсирующих эти расширения устройств 6, 7, 8 и силовым воздействием, обусловленным влиянием термических и гидравлических распоров, частично передаваемым через корпус ГБ 1 и неподвижную опору 9 на фундамент 10 установки, а частично приводящим к перемещению РВП 2, например, на подвижных опорах 12 по закладным элементам 11, установленным в фундаменте 10. Предлагаемое техническое решение позволяет при эксплуатации ГТУ компенсировать не только возможные термические расширения основных узлов установки, но и за счет установки неподвижной опоры 9 воздушных трубопроводов вблизи корпуса ГБ 1 и подвижной установки РВП 2 резко уменьшить силовые воздействия на фланцевые соединения трубопроводов сжатого воздуха с корпусом ГБ 1, тем самым исключить возможность их разгерметизации, что при общем снижении количества компенсирующих термические расширения воздушных трубопроводов узлов, необходимых для них опор и подвесов, упрощении конструкции обвязки ГТУ приводит к росту надежности ГТУ в целом.

Формула изобретения

1. Газотурбинная установка (ГТУ), содержащая газотурбинный блок (ГБ) и рекуперативный воздухоподогреватель (РВП), соединенные между собой отводящими и подводящими газовыми и воздушными трубопроводами с устройствами для компенсации термических расширений, отличающаяся тем, что она снабжена установленной на фундаменте вблизи корпуса ГБ неподвижной опорой, обеспечивающей возможность жесткого закрепления воздушных трубопроводов, а РВП установлен с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости.

2. ГТУ по п.1, отличающаяся тем, что неподвижная опора выполнена в виде полого цилиндра.

3. ГТУ по 2, отличающаяся тем, что во внутренней полости неподвижной опоры размещен трехходовой регулирующий расход воздуха клапан.

4. ГТУ по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что подводящий и отводящий воздушные трубопроводы между РВП и неподвижной опорой расположены коаксиально, при этом высокотемпературный отводящий воздух от РВП трубопровод расположен внутри подводящего трубопровода, в котором воздух имеет более низкую температуру.

5. ГТУ по п.4, отличающаяся тем, что на внутреннем высокотемпературном трубопроводе установлен телескопический компенсатор.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3