Устройство для охлаждения корпуса компрессора

 

Целью изобретения является повышение эффективности охлаждения статора компрессора. При работе компрессора открывают запорный орган 11 на трубопроводе 6 подачи сжатого воздуха к инжектору 5, вход 7 которого сообщен с атмосферой. Трубопровод 6 подключен к промежуточному сечению компрессора. По нагнетательному патрубку 4 охлаждающий воздух поступает в полость 3 между корпусом 1 компрессора и кожухом 2. Ребра 10 в полости 3 увеличивают поверхность охлаждения. Использование инжектора 5 позволяет увеличить общее количество охлаждающего воздуха и уменьшить его температуру по сравнению с температурой воздуха, отбираемого из промежуточного сечения, что приводит к повышению эффективности охлаждения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.,1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 F 04 0 29/58

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 4

О (Q) ! (л

i@i

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4670718/06 (22) 31.03.89 (46) 07.02.92. Бюл. ¹ 5 (71) Всесоюзный теплотехнический научноисследовательский институт им. Ф.Э. Дзержинского (72) А,И. Соколов, В.В. Чижов, А.И. Механико,в и И.С. Бодров (53) 621.515(088.8) (56) 1. Патент ФРГ

¹ 2905564, кл. F 01 D 25/12, опублик.

29.01.81. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ

КОРПУСА КОМПРЕССОРА (57) Целью изобретения является повышение эффективности охлаждения статора („) 5U(„) 1710855 Al компрессора. При работе компрессора открывают запорный орган 11 на трубопроводе 6 подачи сжатого воздуха к инжектору 5, вход 7 которого сообщен с атмосферой. Трубопровод 6 подключен к промежуточному сечению компрессора. По нагнетательному патрубку 4 охлаждающий воздух поступает в полость 3 между корпусом 1 компрессора и кожухом 2. Ребра 10 в полости 3 увеличивают поверхность охлаждения. Использование инжектора 5 позволяет увеличить общее количество охлаждающего воздуха и уменьшить его температуру по сравнению с температурой воздуха, отбираемого из промежуточного сечения, что приводит к повышению эффективности охлаждения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил. )1 табл.

1710855

20

Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано в энергетических и транспортных газотурбинных установках.

В однокорпусных многоступенчатых осевых компрессорах газотурбинных двигателей при степенях сжатия более 10 темпе, ратура газа от ступени к ступени растет и в конце сжатия достигает значительных величин, При этом увеличивается мощность, Iloтребляемая компрессором, из-за повышения начальной температуры перед каждой последующей ступенью и, соответственно, уменьшается полезная мощность

ГТУ. Для снижения мощности, потребляемой компрессором, применяется промежуточное охлаждение. Компрессор становится многокорпусным, появляются громоздкие холодильники, источники водоснабжения, циркуляционные насосы и т,д. Все это приводит к усложнению и удорожанию конструкции, снижению надежности, увеличению эксплуатационных расходов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является охлаждаемый корпус турбины или компрессора (1).

Недостатком этого решения является малая эффективность охлаждения из-за использования для прокачки охлаждающего воздуха только лишь подъемной силы, возникающей при нагревании потока охлаждающего воздуха от корпуса компрессора и не обеспечивающей его достаточного расхода и скоростей обтекания охлаждаемой поверхности.

Целью изобретения является повышение эффективности охлаждения статора компрессора, Указанная цель достигается тем, что статор многоступенчатого компрессора, содержащий установленный на охлаждаемом корпусе кожух, образующий с корпусом кольцевую замкнутую полость, и патрубок подачи в эту полость охлаждающего газа, дополнительно снабжен инжектором, установленным на входе в патрубок, и трубопроводом подачи к инжектору сжатого газа, подключенным к проточнОй части компрессора, при этом вход инжектора сообщен с атмосферой, а трубопровод подключен к проточной части компрессора в ее промежуточном сечении. На поверхности корпуса могут быть выполнены ребра в виде спирали, расположенные в полости, а трубопровод подачи сжатого газа может быть снабжен регулируемым запорным органом.

На чертеже изображен статор многоступенчатого компрессора, продольный разрез.

Устройство для охлаждения корпуса компрессора содержит установленный на охлаждаемом корпусе 1 кожух 2, образующий с корпусом кольцевую замкнутую полость 3, и патрубок 4 подачи в эту полость охлаждающего газа. Дополнительно статор снабжен инжектором 5, установленным на входе в патрубок 4, и трубопроводом 6 подачи к инжектору 5 сжатого газа, подключенным к проточной части компрессора. При этом вход 7 инжектора 5 сообщен с атмосферой, а трубопровод 6 подключен к проточной части компрессора в ее промежуточном сечении, которое может быть выбрано в пределах от рабочей полости 8 первой ступени до выходного патрубка 9 компрессора. Для интенсификации охлаждения на поверхности корпуса 1 могут быть выполнены ребра

10 в виде спирали, расположенные в полости 3, Трубопровод 7.подачи сжатого газа может быть снабжен регулируемым запорным органом 11.

Охлаждение статора компрессора осуществляется следующим образом.

При расчетной частоте вращения компрессор подает воздух с большим давлением в камеру сгорания газотурбинного двигателя, Открывая запорный орган 11 на трубопроводе 6 инжектора 5, на него подают 1 — 2ф воздуха из отсека выбранного промежуточного сечения компрессора, При этом количество эжектируемого воздуха, поступающего в инжектор через вход 7, увеличивается в 5 — 6 раз по сравнению с количеством эжектирую щего газа. По нагнетательному патрубку 4 большое количество охлаждающего воздуха поступает в полость 3 между корпусом 1 компрессора и кожухом 2. Движение воздуха в полости 3 может быть организовано ребрами 10, одновременно увеличивающими поверхность охлаждения. Происходит интенсивный теплообмен, в разу.,тате которого охлаждается газ, протекз ощий через ступени сжатия, и снижается его начальная температура перед каждой ступенью. Это, в свою очередь, приводит к уменьшению работы сжатия каждой ступени, которая прямо пропорциональна начальной температуре, Снижается мощность, потребляемая компрессором, и увеличивается полезная мощность газотурбинной установки„а учитывая, что компрессор потребляет 2/3 мощности турбины, положительный экономический эффект будет весьма существенным за счет снижения удельного расхода топлива.

При отборе 1 — 2 воздуха из различных отсеков ступеней компрессора и использовании одного и того же инжектора наиболее

1710855

Параметры

1,6

0,3

0,4

633 .5

415

453

0,127

0.115

0,122

356

303

317

56,7

47,25

37,85

414,72

414,79

414,77

7,21

7,23

7,28 оптимальным по снижению мощности, потребляемой компрессором, и преодолению гидравлического сопротивления тракта охлаждения является отсек, степень повышения давления в котором равна корню 5 квадратному из суммарной степени повышения давления в компрессоре.

Рассмотрим три варианта места отбора воздуха на инжектор: I — за компрессором;

II — за отсеком со степенью повышения дав- 10 ления, равной корню квадратному из суммарной степени сжатия; 11I — перед отсеком со степенью сжатия, равной корню квадратному из суммарной степени сжатия компрессора. 15

В таблице приведены параметры для объекта ГТЭ вЂ” 150 с суммарной степенью сжатия 16.

Как видно из таблицы, выигрыш в уменьшении работы сжатия для трех вари- 20 антов отбора охлаждающего воздуха практически одинаков. Поскольку мощность, потребляемая компрессором, определяется произведением работы сжатия на весовой расход, оптимальным местом отбора следо- 25 вало бы считать первые ступени сжатия, так как в этом случае через большую часть ступеней компрессора идет меньший расход и, следовательно, потребляется меньшая мощность. Однако давление охлаждающего 30 воздуха после смешения в инжекторе становится настолько малым, что недостаточно

Давление отбираемого на.инжектор воздуха, МПа

Температура отбираемого на инжектор воздуха, К

Степень эжекции(возможная)

Давление воздуха за инжектором, МПа

Температура воздуха за инжектором, К

Расход охлаждающего воздуха, кг/с

Работа сжатия компрессора, кДж/кг

Уменьшение ра5оты сжатия комп ессо а для преодоления гидравлического сопротивления тракта охлаждения.

Для преодоления сопротивления тракта охлаждения давление должно быть достаточно большим (например, для выбранного объекта необходимое давление перед ним должно быть не менее 0,12 МПа), Следова-, тельно, вариант II можно считать оптимальным местом отбора эжектирующего газа.

Формула изобретения .1. Устройство для охлаждения корпуса компрессора, содержащее установленный на охлаждаемом корпусе кожух, образующий с корпусом кольцевую замкнутую полость, и патрубок подачи в эту полость охлаждающего газа,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности охлаждения, устройство дополнительно снабжено инжектором, установленным на входе в патрубок, и трубопроводом подачи к инжектору сжатого газа, подключенным к проточной части компрессора, при этом вход инжектора сообщен с атмосферой, а трубопровод подключен к проточной части компрессора в ее промежуточном сечении.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что на поверхности корпуса выполнены ребра в виде спирали, расположенные в полости.

3. Устройство по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что трубопровод подачи сжатого газа снабжен регулируемым запорным органом, Показатели я ва ианта