ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Основные схемы охлаждения рабочих лопаток газовых турбин — Водяной пар как агент для охлаждения проточной части турбины из "Комбинированные парогазовые установки и циклы " Рост бытового потребления электроэнергии вызывает необходимость покрывать пиковые нагрузки энергосистем. Тенденции развития энергопотребления показывают, что, несмотря на применение межрайонных высоковольтных линий передач, потребность в пиковых установках будет увеличиваться. [c.99] До последнего времени ГТУ рассматривались в качестве наиболее рационального типа установок для снятия пиков графика нагрузки. Перспектива создания газопаровых схем открывает иные возможности. Эти схемы, сохраняя основные достоинства ГТУ, позволяют дополнительно снизить необходимые капиталовложения и резко увеличить предельную мощность пиковых установок. [c.99] Вопрос о выборе схемы пиковой установки требует глубокого технико-экономического анализа. Здесь мы ограничимся только кратким разбором основных возможностей схем. [c.99] Простейшая схема пиковой газопаровой установки изображена на рис. 3-18. Она фактически аналогична простейшей одноваль-ной ГТУ. Пар образуется при непосредственном впрыске воды в газовый тракт, но может образовываться и в парогенераторе (как это показано на данном рисунке). Впредь до получения опытных данных по непосредственному впрыску воды, получение пара в поверхностном аппарате представляется обязательным. Но даже при благоприятном исходе опытов по непосредственному впрыску схема с парогенератором сохранит определенные, ранее отмеченные преимущества. [c.100] В тех случаях, когда имеется ТЭЦ с тепловым потреблением, допускающим кратковременный перерыв в подаче тепла, целесообразно использовать для покрытия пиков графика электрической нагрузки теплофикационную установку типа ГПУ-ПК с котлом-утилизатором. Основную часть времени этот котел вырабатывает пар для теплового потребителя. Когда возникает необходимость увеличить электрическую нагрузку, подачу пара потребителю сокращают или прекращают, а пар направляют в газовый тракт, что обеспечивает (при сжигании дополнительного топлива в камере сгорания) получение дополнительной мощности. [c.100] Без форсажных горелок 1, показанных на рис. 3-14, а, дополнительная мощность может составлять 30— 45% от мощности установки, развиваемой в чисто газовом режиме. Капиталовложения, связанные с подобной форсировкой установки, минимальны — они ограничиваются соответствующим увеличением (на 35—45%) мощности электрического генератора и объема камеры сгорания. В отдельных случаях может потребоваться также некоторое увеличение проходного сечения проточной части турбины. [c.100] На рис. 3-19 показана схема, существенно упрощающая и удешевляющая пиковую установку благодаря сочетанию в одном комплексе базисного и маневренного агрегата. [c.101] Пусть базисная ГПУ-ПК высокой термической эффективности имеет три компрессора 1—3 с промежуточными холодильниками 4 и 5, две камеры сгорания б и 7, две газовые турбины 5 и 5 и котел-утилизатор. В соответствии с вышесказанным, установка может быть выполнена одновальной. [c.101] Расчеты показывают, что при мощности базисной ГТУ 100 Мет пиковый агрегат может иметь мощность 50—100 Мет. Несмотря на дроссельное регулирование турбины 10, суммарный расход топлива основным и пиковым агрегатом может не превышать расхода топлива при их раздельном выполнении. Капиталовложения будут значительно сокращены. Подобная установка потребует, однако, решения ряда вопросов, прежде всего по регулированию. [c.101] Повышение рабочих температур газовых турбин, как известно, существенно увеличивает их термическую эффективность и предельную мощность. К сожалению, возможности создания теплостойких материалов ограничены, ибо возрастание допустимых температур нагрева металла идет в замедляющемся темпе. Попытки изготовлять рабочие лопатки из керамических и металлокерамических материалов пока не дали положительных результатов. Поэтому основная возможность существенно увеличить рабочие температуры газовых турбин связана с применением охлаждаемых деталей. Охлаждение отдельных деталей может применяться и в случаях, когда не предусматривается увеличение рабочих температур, например в целях замены дорогостоящих аустенитных сталей. [c.102] Охлаждение статора и дисков турбины осуществляется путем сравнительно простых конструктивных решений [Л. 4-1, 2]. Относительно небольшие напряжения в сопловых и направляющих лопатках, как правило, позволяют обеспечить необходимое снижение их температуры путем пропуска через внутренние полости охлаждающего агента. Поэтому решение проблемы увеличения рабочих температур газовых турбин, в основном, сводится к выработке методов охлаждения движущихся лопаток. [c.102] Данная задача привлекает внимание изобретателей, конструкторов и исследователей на протяженииЧщзчти всей истории развития газовой турбины. Однако, несмотря на большое количество предложенных схем и выдвинутых идей, успехи в этой области весьма ограничены. Применяемые методы охлаждения позволяют увеличить предельные рабочие температуры практически лишь на несколько десятков градусов. [c.102] Схема б предусматривает не наружное обтекание, а пропуск воздуха через внутренние каналы ротора, что позволяет добиться значительно большего охлаждающего эффекта при том же расходе воздуха, что и в схеме а. Однако главное достоинство рассматриваемой схемы заключается в том, что охлаждающее действие распространяется на всю длину лопатки. [c.103] Схема г предусматривает охлаждение рабочих лопаток путем парциального ввода в турбину, наряду с горячими газами, также охлаждающего агента, который затем расширяется параллельно с газами в той же проточной части. [c.104] Схемы дне предусматривают циркуляцию охлаждающего агента через лопатку. Различие этих схем заключается в том, что вторая из них рассчитана на организацию внутри лопатки процесса кипения, который в условиях действия больших массовых (центробежных) сил обеспечивает исключительную интенсивность охлаждения. Обе схемы могут выполняться в двухконтурном варианте. [c.104] Наконец, в схеме ж охлаждение рабочих лопаток достигается непосредственным впрыском в газовый поток распыленной воды через форсунки 1, встроенные в сопловой аппарат. [c.104] Почти все системы охлаждения, о которых в настоящее время можно практически говорить, либо сводятся в принципе к одной из только что рассмотренных схем, либо являются их комбинацией. Ограниченная теплопроводность материала лопатки объясняет, почему даже весьма интенсивное охлаждение корневого сечения, создаваемое схемой б, не вызывает сколько-нибудь заметного снижения температуры металла в сечении, удаленном от охлаждаемой области всего на доли длины хорды профиля. С другой стороны, организация подвода и отвода охлаждающего агента, предусмотренная схемами д VI е при одноконтурном (проточном) варианте, связана с большими конструктивными трудностями. [c.104] Поэтому в настоящее время надежды возлагаются на двухконтурное охлаждение. При такой системе охлаждения последние две схемы сочетаются со схемами а, б или в. Должны быть применены два охлаждающих агента. Первый из них циркулирует внутри лопатки по замкнутому контуру ( глухому каналу), отдавая тепло второму агенту, обтекающему специальный сребренный радиатор, примыкающий к корневой части лопатки. Лопатка и радиатор образуют единый циркуляционный контур. Теоретический анализ и некоторые опытные данные позволяют рассчитывать, что в условиях действующих центробежных сил теплообмен в глухом канале окажется достаточно интенсивным и при отсутствии изменений в агрегатном состоянии вещества [Л. 4-3, 4]. [c.104] Следует подчеркнуть одно важное преимущество схем г н ж (помимо их очевидной конструктивной простоты). Естественно, что любая система охлаждения должна обеспечить равномерное распределение температур по профилю лопатки. Все остальные схемы, кроме двух только что упомянутых, фактически не могут обеспечить удовлетворительного решения этой задачи. [c.105] Величины местных значений интенсивности теплоотдачи могут отличаться от средних величин в несколько раз, причем максимум тепловой нагрузки должен приходиться на кромки, охлаждение которых через внутренние каналы как раз наталкивается на конструктивные трудности. Поэтому попытка внутреннего охлаждения обычно приводит к вынужденному утолщению кромок и к снижению допустимых окружных скоростей. Можно утверждать, что применение сверхзвуковых или больших дозвуковых скоростей набегающего потока (требующих острых передних кромок) здесь окажется заведомо нецелесообразно, что вступает в противоречие со стремлением сократить число охлаждаемых ступеней. [c.105] Вернуться к основной статье