Способ защиты от перегрева корпусных деталей газовой турбины и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к газотурбостроению. Способ защиты от перегрева корпусных деталей, преимущественно окружающих жаровую вставку наружного и внутреннего корпусов газовой турбины, содержащей осевой компрессор со ступенями сжатия воздушного потока, заключается в том, что защиту от перегрева осуществляют путем подачи части охлаждающего воздушного потока, отводимой из зоны после последней ступени осевого компрессора, в зазоры между корпусами и нежестким кожухом, закрепленным на этих корпусах, и последующим выводом его через нежесткий кожух и жаровую вставку. Для этого зона после последней ступени осевого компрессора соединена трубопроводами со стойками. На конце стоек установлены заглушки с отверстиями. Стойки вмонтированы во внутренний корпус и в нежесткий кожух, выполненный в виде соединенных на накладках металлических лепестков и закрепленный на внутренних поверхностях наружного и внутреннего корпусов с помощью полых втулок. Один торец каждой втулки, снабженный прорезями для прохода охлаждающего воздушного потока, соединен с внутренними поверхностями наружного и внутреннего корпусов. Другой торец втулки, закрытый заглушкой с отверстием, соединен с наружной поверхностью металлических лепестков нежесткого кожуха. В боковых поверхностях стоек, между нежестким кожухом и внутренним корпусом выполнены прорези, а в жаровой вставке - отверстия для прохода охлаждающего воздушного потока из зоны после последней ступени осевого компрессора. Изобретение повышает эффективность защиты от перегрева. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретения относятся к газотурбостроению и могут быть использованы для защиты от перегрева корпусных деталей стационарной газовой турбины.

Известен способ защиты от перегрева корпусных деталей (см., например, издание “Паровые и газовые турбины” под редакцией А.Г.Костюка и др., М.: Энергоатомиздат, 1985 г., стр. 282, 284-285), в котором защиту осуществляют путем охлаждения корпусных деталей турбины с помощью пропускания газа (воздуха) между обшивкой и наружным патрубком (рис.13.7), при этом с внутренней стороны патрубка используется закрепленный теплоизоляционный материал.

Известное из того же издания (рис.13.8) устройство для защиты от перегрева корпусных деталей газовой турбины включает использование жаропрочного экрана, изготовленного из аустенитной стали, причем между экраном и стенками корпуса помещен теплоизоляционный материал.

Таким образом, и способ защиты от перегрева, и устройство используют в качестве поглотителя тепла изоляционный материал, что не всегда приводит к эффективным результатам.

Известен также способ защиты от перегрева корпусных деталей газовой турбины (см., например, атлас конструкций и схем “Газотурбинные установки” под редакцией Л.А.Шубенко-Шубина, М.: Машиностроение, 1976 г., стр. 29-35), при котором охлаждение корпусных деталей газовой турбины осуществляют цикловым воздухом, отбираемым за осевым компрессором и из кольцевого канала за четвертой ступенью компрессора. При этом защита от перегрева непосредственно корпусных деталей производится с помощью тепловой изоляции путем расположения ее между корпусом и жаровой вставкой.

В этом же издании (рис.1-67, 1-71) представлено конструктивное решение нанесения теплоизоляционного материала на корпусные детали для защиты от перегрева. Для деталей, на которые установка изоляционного материала не возможна, приходится использовать дорогостоящие жаропрочные сплавы, обработка которых связана с большими трудозатратами и требует использования специального оборудования. Чтобы понизить уровень необходимости использования дорогостоящих жаропрочных сплавов, приходится ограничивать предельную рабочую температуру перед турбиной, а следовательно, снижать ее технические показатели. Кроме того, как уже указывалось, использование в качестве поглотителя тепла изоляционного материала всегда является эффективным.

Предлагаемыми изобретениями решается задача эффективной защиты от перегрева корпусных деталей газовой турбины, преимущественно наружного и внутреннего корпусов и жаровой вставки, которую они окружают.

Для получения такого технического результата в предлагаемом способе защиты от перегрева корпусных деталей преимущественно наружного и внутреннего корпусов, которые окружают жаровую вставку газовой турбины, содержащей осевой компрессор со ступенями сжатия воздушного потока, защиту от перегрева осуществляют путем подачи части охлаждающего воздушного потока, отводимой из зоны после последней ступени осевого компрессора, в зазоры между корпусами и нежестким кожухом, закрепленным на этих корпусах, и последующим выводом его через нежесткий кожух и жаровую вставку.

Отличительные признаки предлагаемого способа заключаются в том, что для охлаждения наружного и внутреннего корпусов и жаровой вставки, которую они окружают, используют часть воздушного потока, имеющего более низкую температуру, чем внутри корпусов, которую направляют в зазоры между корпусами и нежестким кожухом, закрепленным на этих корпусах, и в последующем выводят ее через нежесткий кожух и жаровую вставку с отводом в проточную часть на охлаждение первой ступени сопловых лопаток и обоймы.

Для достижения названного технического результата и реализации заявляемого способа предлагается устройство, отличающееся тем, что зона после последней ступени осевого компрессора соединена трубопроводами со стойками, на конце которых установлены заглушки с отверстиями и которые вмонтированы во внутренний корпус и в нежесткий кожух, выполненный в виде соединенных на накладках металлических лепестков и закрепленный на внутренних поверхностях наружного и внутреннего корпусов с помощью полых втулок так, что один торец каждой втулки соединен с внутренними поверхностями наружного и внутреннего корпусов, а другой торец, закрытый заглушкой с отверстием, - с наружной поверхностью металлических лепестков нежесткого кожуха. Причем в боковых поверхностях стоек между нежестким кожухом и внутренним корпусом выполнены прорези, а в жаровой вставке - отверстия для прохода охлаждающего воздушного потока из зоны после последней ступени осевого компрессора.

Описанное устройство позволяет эффективно охладить внутренний и наружный корпуса и жаровую вставку.

Предлагаемые изобретения иллюстрируются чертежами, на которых изображены: на фиг.1 - часть продольного разреза газовой турбины; на фиг.2 - часть нежесткого кожуха (вид А); на фиг.3 - чертеж стойки с прорезями (вид Б).

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом: часть от всего расхода циклового воздуха подводят из зоны после последней ступени осевого компрессора газовой турбины по трубопроводам к стойкам, имеющим прорези в боковой стенке в промежутке между внутренним корпусом и нежестким кожухом, после чего охлаждающий воздушный поток попадает в зазоры между внутренним, наружным корпусами и нежестким кожухом и через прорези в полых втулках и калиброванные отверстия в их торцах со стороны нежесткого кожуха отводится на жаровую вставку, проходя через отверстия, выполненные в ней. Кроме того, на жаровую вставку попадает охлаждающий воздушный поток, вышедший сквозь отверстия в заглушках стоек. Охлаждающий воздушный поток выводится далее в проточную часть на охлаждение первой ступени сопловых лопаток и обоймы.

Предлагаемое устройство для защиты от перегрева корпусных деталей: внутреннего корпуса 1, наружного корпуса 2 и жаровой вставки 3 газовой турбины, содержит зону 4 после последней ступени 5 осевого компрессора 6, которую трубопроводами 7 соединяют со стойками 8, на конце которых установлены заглушки 9 с отверстиями 10 и которые имеют в боковых поверхностях прорези 11. При этом стойки 5 вмонтированы во внутренний корпус 1 и нежесткий кожух 12, выполненный в виде соединенных на накладках 13 металлических лепестков 14 и закрепленный на внутренней поверхности наружного корпуса 2 и внутреннего корпуса 1 с помощью полых втулок 15 так, что один торец 16, снабженный прорезями 17 для прохода охлаждающего воздушного потока, соединен с внутренними поверхностями наружного корпуса 2 и внутреннего корпуса 1, а другой торец 18, закрытый заглушкой 19 с отверстиями 20, - с наружной поверхностью металлических лепестков 14 нежесткого кожуха 12. Кроме того, для более полного охлаждения жаровой вставки 3 в ее корпусе выполнены отверстия 21. На фиг.1. также показаны первая сопловая лопатка 22 и часть обоймы 23.

Работа устройства осуществляется следующим образом. Цикловой воздух из осевого компрессора 6 газовой турбины, имеющий температуру значительно ниже, чем корпусные детали, после последней его ступени 5 поступает в зону 4, из которой часть от общего расхода циклового воздуха отводят по трубопроводу 7 через стойки 8, боковые поверхности которых имеют прорези 11, в зазоры между наружным корпусом 2, внутренним корпусом 1 и нежестким кожухом 12. Далее охлаждающий воздушный поток проходит через прорези 17 с торца 16 и выходит через отверстия 20 заглушек 19 в зону жаровой вставки 3, проходя сквозь отверстия 21, расположенные в ней. Кроме того, к жаровой вставке 3 подается охлаждающий воздушный поток и через отверстия 10, имеющиеся в заглушках 9 стоек 8. После чего охлаждающий воздушный поток отводится на охлаждение первой сопловой лопатки 22 и обоймы 23.

В процессе работы нежесткая конструкция кожуха 12 позволяет ему “дышать”, а его крепление обеспечивает эффективную защиту от перегрева, не допуская теплу, исходящему от высоко нагретой жаровой вставки 3, поступать к внутреннему корпусу 1 и наружному корпусу 2.

Формула изобретения

1. Способ защиты от перегрева корпусных деталей, преимущественно окружающих жаровую вставку наружного и внутреннего корпусов газовой турбины, содержащей осевой компрессор со ступенями сжатия воздушного потока, отличающийся тем, что защиту от перегрева осуществляют путем подачи части охлаждающего воздушного потока, отводимой из зоны после последней ступени осевого компрессора, в зазоры между корпусами и нежестким кожухом, закрепленным на этих корпусах, и последующим выводом его через нежесткий кожух и жаровую вставку.

2. Устройство для защиты от перегрева корпусных деталей, преимущественно окружающих жаровую вставку наружного и внутреннего корпусов газовой турбины, содержащей осевой компрессор со ступенями сжатия воздушного потока, отличающееся тем, что зона после последней ступени осевого компрессора соединена трубопроводами со стойками, на конце которых установлены заглушки с отверстиями и которые вмонтированы во внутренний корпус и в нежесткий кожух, выполненный в виде соединенных на накладках металлических лепестков и закрепленный на внутренних поверхностях наружного и внутреннего корпусов с помощью полых втулок так, что один торец каждой втулки, снабженный прорезями для прохода охлаждающего воздушного потока, соединен с внутренними поверхностями наружного и внутреннего корпуса, а другой торец, закрытый заглушкой с отверстием - с наружной поверхностью металлических лепестков нежесткого кожуха, причем в боковых поверхностях стоек, между нежестким кожухом и внутренним корпусом выполнены прорези, а в жаровой вставке - отверстия для прохода охлаждающего воздушного потока из зоны после последней ступени осевого компрессора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3