Регенератор, встроенный в газотурбинную установку
Владельцы патента RU 2472020:
Закрытое акционерное общество "Уральский турбинный завод" (RU)
Регенератор, встроенный в газотурбинную установку, содержит тепловые трубы в качестве теплообменной поверхности. При этом испаритель тепловых труб расположен в выхлопном тракте отходящих газов ГТУ, а конденсатор тепловых труб выполнен в выходной камере компрессора ГТУ. Тепловые трубы выполнены оребренными. Изобретение направлено на увеличение КПД регенеративной газотурбинной установки, вследствие уменьшения потерь давления воздуха. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Техническое решение относится к стационарным газотурбинным установкам (ГТУ) регенеративного цикла и может быть использовано в газотурбостроении.
Известны трубчатые и пластинчатые регенераторы, которые служат для подогрева теплом отработанных в турбине газов воздуха, направляемого из компрессора в камеру сгорания ГТУ (см., например, С.Н.Мовчан, Ю.В.Бочкарев, Д.Н.Соломонюк. Этапы развития стационарных и судовых ГТУ с регенерацией теплоты. «Газотурбинные технологии», октябрь 2008, стр.8-11).
Данные регенераторы входят в состав регенеративных ГТУ отдельным узлом. Сжатый воздух после компрессора и обратно к камере сгорания, а также отработанные газы подаются для теплообмена в регенератор по трубопроводам.
Недостатком таких регенераторов является:
- гидравлическое сопротивление регенератора по воздушной и газовой сторонам и воздухопроводов к регенератору и от него к камере сгорания снижает удельную полезную работу ГТУ;
- применение воздухопроводов к регенератору и от него к камере сгорания усложняет компоновочные решения ГТУ (взаимное расположение входящего в турбоустановку оборудования и размещение этого оборудования относительно строительных конструкций машинного зала);
- большие размеры и масса регенераторов.
В качестве прототипа выбран регенеративный теплообменник для газотурбинных двигателей транспортных силовых установок (см., например, SU 954782, МПК F28D 15/00, 1982).
В данном теплообменнике в кольцевом корпусе, разделенном на секции, расположены тепловые трубы (ТТ), посредством которых осуществляется теплообмен между сжатым воздухом после компрессора и отработанными газами. Конструкция данного теплообменника позволяет использовать его в регенеративных ГТУ только отдельным узлом, т.е. сжатый воздух после компрессора и обратно к камере сгорания, а также отработанные газы должны подаваться для теплообмена в регенератор по трубопроводам.
К недостаткам прототипа относятся:
- гидравлическое сопротивление воздухопроводов к регенератору и от него к камере сгорания снижает удельную полезную работу ГТУ;
- применение воздухопроводов к регенератору и от него к камере сгорания усложняет компоновочные решения ГТУ.
Задачей технического решения является: исключить применение воздухопроводов от компрессора к регенератору и от него к камере сгорания в регенеративных ГТУ, тем самым уменьшить сопротивление воздушного тракта и потери давления воздуха, что приведет к увеличению КПД газотурбинной установки.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в регенераторе, встроенном в газотурбинную установку, содержащем тепловые трубы в качестве теплообменной поверхности, предусмотрены следующие отличия: теплообменная поверхность регенератора (конденсатор тепловых труб) выполнена в выходной камере компрессора ГТУ, а испаритель тепловых труб расположен в выхлопном трубопроводе отходящих газов ГТУ.
Между совокупностью существенных признаков заявленного объекта и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь, а именно: расположение теплообменной поверхности регенератора (конденсатора тепловых труб) в выходной камере компрессора ГТУ, а испарителя тепловых труб в выхлопном трубопроводе отходящих газов ГТУ позволяет исключить применение воздухопроводов от компрессора к регенератору и от него к камере сгорания в регенеративных ГТУ, тем самым уменьшить сопротивление воздушного тракта и потери давления воздуха, что приведет к увеличению КПД газотурбинной установки.
Техническое решение позволяет упростить компоновочные решения по выводу и вводу воздуха после компрессора к регенератору и от регенератора к камере сгорания ГТУ.
Использование тепловых труб в качестве теплообменных поверхностей позволяет увеличить коэффициент теплопередачи за счет оребрения тепловых труб, омываемых как отходящими газами ГТУ, так и подогреваемым воздухом, и, следовательно, уменьшить габариты теплообменных поверхностей регенератора.
Техническая сущность предложенного технического решения поясняется чертежами, на которых:
Фиг.1 - главный вид ГТУ с регенератором с входящими в них элементами конструкции, где: газотурбинная установка с входящими в нее нижеперечисленными узлами 1, регенератор 2, компрессор 3, теплообменная поверхность (конденсатор тепловых труб) 4, выходная камера компрессора 5, кольцевая полость 6, камера сгорания 7, выхлопной трубопровод 8, испаритель тепловых труб 9.
Позиции 4 теплообменная поверхность (конденсатор тепловых труб) и 9 (испаритель тепловых труб) входят в состав регенератора.
Фиг.2 - поперечный разрез ГТУ и элементы конструкции регенератора, где: теплообменная поверхность (конденсатор тепловых труб) 4, испаритель тепловых труб 9.
Фиг.3 - элементы конструкции регенератора, где система отсоса воздуха 10, вентиль отсоса 11, трехходовой кран 12 и мановакуумметр 13.
Фиг.4 - промежуточный теплоноситель 14.
Предложенный регенератор (поз.2), встроенный в газотурбинную установку (поз.1), состоит из теплообменной поверхности (конденсатора тепловых труб) 4, испарителя тепловых труб 9, системы отсоса воздуха 10, вентиля отсоса 11, трехходового крана 12, мановакуумметра 13 и промежуточного теплоносителя 14.
В газотурбинную установку 1, кроме встроенного регенератора 2, входят компрессор 3, выходная камера компрессора 5, кольцевая полость 6, камера сгорания 7 и выхлопной трубопровод 8.
Описанное выше техническое решение «регенератор, встроенный в газотурбинную установку» осуществляется следующим образом: предварительно в тепловые трубы испарителя 9 (фиг.1, 2) заливается промежуточный теплоноситель 14 (фиг.4) и через систему отсоса 10 открытием вентиля 11 отсасывается воздух. Открытием трехходового крана 12 определяется давление (разрежение) по мановакуумметру 13 и закрывается вентиль 11 (фиг.3). При обтекании оребренной поверхности испарителя 9 отходящими газами ГТУ промежуточный теплоноситель 14 кипит, и пары его поступают в конденсатор 4 (фиг.1, 2), оребренную поверхность которого омывает воздух после компрессора 3 (фиг.1). Пар промежуточного теплоносителя 14 охлаждается в конденсаторе 4, конденсируется, и конденсат поступает в испаритель 9, и далее процесс повторяется. А нагретый в конденсаторе 4 воздух через кольцевую полость 6 поступает в камеру сгорания 7 (фиг.1).
Таким образом, расположение теплообменной поверхности регенератора (конденсатора тепловых труб) в выходной камере компрессора ГТУ, а испарителя тепловых труб в выхлопном трубопроводе отходящих газов ГТУ позволяет исключить применение воздухопроводов от компрессора к регенератору и от него к камере сгорания в регенеративных ГТУ, тем самым уменьшить сопротивление воздушного тракта и потери давления воздуха, что приведет к увеличению КПД газотурбинной установки, а также отсутствие трубопроводов транспортировки воздуха упрощает компоновочные решения размещения ГТУ с регенератором.
1. Регенератор, встроенный в газотурбинную установку и содержащий тепловые трубы в качестве теплообменной поверхности, при этом испаритель тепловых труб расположен в выхлопном тракте отходящих газов ГТУ, отличающийся тем, что конденсатор тепловых труб выполнен в выходной камере компрессора ГТУ.
2. Регенератор по п.1, отличающийся тем, что тепловые трубы выполнены оребренными.
