Способ эксплуатации газовой турбины, система охлаждения газовой турбины и газовая турбина, содержащая такую систему



Способ эксплуатации газовой турбины, система охлаждения газовой турбины и газовая турбина, содержащая такую систему
Способ эксплуатации газовой турбины, система охлаждения газовой турбины и газовая турбина, содержащая такую систему
Способ эксплуатации газовой турбины, система охлаждения газовой турбины и газовая турбина, содержащая такую систему
Способ эксплуатации газовой турбины, система охлаждения газовой турбины и газовая турбина, содержащая такую систему

 


Владельцы патента RU 2550371:

Нуово Пиньоне С.п.А. (IT)

Способ эксплуатации газовой турбины включает в себя сжатие рабочей текучей среды с помощью компрессора, перегрев сжатой рабочей текучей среды путем ее подачи в по меньшей мере одну камеру сгорания, последующее расширение перегретой сжатой рабочей текучей среды в по меньшей мере одной расширительной турбине с обеспечением выработки энергии. Осуществляют далее подачу сжатой рабочей текучей среды из компрессора в первую полость для охлаждения расширительной турбины из первого отбора сжатой рабочей текучей среды, подачу сжатой рабочей текучей среды из компрессора во вторую полость для охлаждения расширительной турбины из второго отбора сжатой рабочей текучей среды, причем указанная вторая полость расположена перед указанной первой полостью. Второй отбор сжатой рабочей текучей среды выполняют ниже по потоку относительно первого отбора. Во время работы в режиме частичной нагрузки для поддержания температуры первой полости в допустимых пределах с учетом сопротивления материалов осуществляют проточное соединение первого и второго отборов и избирательную подачу части сжатой рабочей текучей среды второго отбора в первый отбор. Изобретение направлено на повышение эффективности охлаждения. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Область техники

[0001] Данное изобретение относится к способу и соответствующей системе охлаждения газовой турбины, а также к газовой турбине, содержащей данную систему охлаждения.

Предпосылки изобретения

[0002] К основным компонентам газовой турбины относятся осевой компрессор, несколько камер сгорания и расширительная турбина, заключенная в герметичный корпус. Воздух из окружающей среды поступает в компрессор и подвергается сжатию для подачи в камеру сгорания, где он вступает в реакцию с топливом с образованием высокотемпературного газа (обычно имеющего температуру примерно 1000-1300°С), затем горячий газ подается в расширительную турбину по расширительному тракту, где он расширяется и приводит в действие лопатки с обеспечением преобразования собственной тепловой энергии в механическую энергию.

[0003] В целом, материалы, из которых изготовлена камера сгорания, обуславливают необходимость выполнения мощного охлаждающего устройства для предотвращения выхода из строя. В данной зоне установки указанные материалы подвергаются воздействию чрезвычайно высоких температур. Охлаждение компонентов расширительной турбины, подвергаемых непосредственному воздействию высокотемпературного газа, также является чрезвычайно важным с точки зрения эффективности и надежности установки.

[0004] По существу, максимальная распределяемая мощность турбины в основном зависит от максимальной температуры, до которой может нагреться технологический газ и которая существенно ограничена сопротивлением материалов, из которых изготовлены компоненты, находящиеся в непосредственном контакте с газом.

[0005] Таким образом, чрезвычайно важным является надлежащее охлаждение указанных компонентов для повышения максимальной распределяемой мощности с одновременным понижением вероятности выхода из строя, который может стать катастрофическим для установки.

[0006] Следует отметить, что температура технологического газа уменьшается вдоль расширительного тракта, на котором выше по потоку вблизи камеры сгорания расположены компоненты, подверженные воздействию наибольших температур. По существу, при отсутствии охлаждения указанных компонентов они изнашиваются гораздо быстрее по сравнению с компонентами, которые не подвержены непосредственному воздействию горячего газа, даже в случае их изготовления из специальных материалов с тепловыми барьерами или без них.

[0007] В частности, учитывая важность указанных компонентов, расположенных выше по потоку относительно расширительного тракта, были разработаны усовершенствованные, но в то же время дорогие в производстве и эксплуатации технологии охлаждения, такие как пленочное охлаждение, инжекция, использование, среди прочего, форсированной турбулентности или соответствующих тепловых барьеров, что хорошо известно специалистам в данной области техники.

[0008] Кроме того, следует отметить, что система охлаждения компонентов, которые подвержены непосредственному воздействию газа, находящегося при максимальной температуре, в целом способствует регулированию потока охлаждающего воздуха. Однако для изменения охлаждения одного из данных компонентов зачастую необходимо произвести существенные модификации в системе или замену компонентов, что в результате приводит к повышению эксплуатационных и ремонтных затрат.

[0009] С другой стороны, в расширительной турбине имеются такие компоненты и зоны, которые не подвергаются непосредственному воздействию технологического газа и, как правило, не требуют применения специальных материалов для их изготовления, причем при отсутствии охлаждения они изнашиваются гораздо медленнее по сравнению с компонентами, подверженными непосредственному воздействию технологического газа. Таким образом, указанные компоненты менее критичны, а технологии, используемые для их охлаждения, являются более простыми и дешевыми.

[0010] В настоящее время, несмотря на технологические усовершенствования, назрела проблема и необходимость создания газовых турбин, обладающих повышенной производительностью при относительно ограниченных затратах, такие установки в целом проектируются с обеспечением повышенных производительности и сопротивления максимальным температурам, достигаемым при эксплуатации в режиме полной нагрузки.

Сущность изобретения

[0011] Целью данного изобретения является выполнение некоторых усовершенствований охлаждающей системы газовой турбины для устранения по меньшей мере некоторых из вышеуказанных недостатков.

[0012] Конкретные цели изобретения достигаются с помощью способа и соответствующей системы охлаждения газовой турбины, обеспечивающих улучшение охлаждения определенных компонентов или областей установки при конкретных эксплуатационных условиях. Указанные цели и преимущества достигаются по существу с помощью способа по п.1, при этом система охлаждения выполнена в соответствии с п.4, а газовая турбина - в соответствии с п.7 формулы изобретения.

[0013] В соответствии с первым аспектом предложен способ эксплуатации газовой турбины, включающий по меньшей мере следующие этапы: сжатие рабочей текучей среды с помощью компрессора, подачу данной сжатой рабочей текучей среды в по меньшей мере одну камеру сгорания, где ее подвергают перегреву, расширение данной перегретой рабочей текучей среды в по меньшей мере одной расширительной турбине с обеспечением выработки энергии, выполнение по меньшей мере первого отбора сжатой рабочей текучей среды из компрессора с обеспечением ее подачи в первую полость расширительной турбины для охлаждения, выполнение второго отбора рабочей текучей среды ниже по потоку относительно указанного первого отбора с обеспечением ее подачи в по меньшей мере вторую полость расширительной турбины, расположенную перед указанной первой полостью, для охлаждения и проточное соединение первого отбора со вторым отбором для избирательной подачи первого отбора с помощью части второго отбора во время работы в режиме частичной нагрузки для поддержания температуры первой полости в допустимых пределах с учетом сопротивления материалов.

[0014] В области техники, к которой относятся данное описание и прилагаемая формула изобретения, выражение «полость расширительной турбины» подразумевает все полости или лопатки, не подверженные непосредственному воздействию высокотемпературной текучей среды, которая циркулирует в указанной турбине, и, в частности, обозначает либо полость статора, выполненную в корпусе турбины, либо пространство рабочего колеса турбины.

[0015] Вкратце, под дисковой полостью или пространством рабочего колеса понимается либо пространство между конструкцией статора и опорным диском лопаток расширительной турбины, либо пространство между опорным диском и соседним диском. Таким образом, в указанном пространстве содержатся, по существу, все изображенные компоненты или части установки (см. также приведенное ниже описание).

[0016] Рабочая текучая среда в целом образована воздухом, всасываемым из окружающей среды в компрессор, таким образом, перегретая рабочая текучая среда способствует смешиванию атмосферного воздуха с горючим газом при высокой температуре.

[0017] В особенно преимущественном варианте выполнения изобретения этап (е) регулировки применяют в особом случае и осуществляют, когда давление первого отбора является недостаточным для создания потока текучей среды, достаточно сильного для охлаждения полости, либо вследствие неисправности конкретной установки, либо вследствие конкретных условий окружающей среды, например, при необходимости получения только небольшой части распределяемой мощности, либо при наличии областей тепловых атмосферных выбросов, либо в процессе запуска механизма и т.д.

[0018] В частности, следует отметить, что в некоторых областях промышленного применения используется газовая турбина, спроектированная специально для постоянной работы в режиме полной нагрузки с обеспечением максимального количества полезной энергии в постоянном выпуске, например турбина, применяемая для управления электрогенераторами. В данном случае условия эксплуатации в значительной степени соответствуют условиям, существующим в процессе запуска или отключения установки либо при ее внезапной непредусмотренной остановке.

[0019] С другой стороны, в других областях промышленного применения турбины спроектированы специально для работы в режиме неполной нагрузки для подачи переменных количеств выпускаемой энергии, например турбины, используемые в качестве авиационных двигателей или для приведения в действие установки при переменной нагрузке (компрессора и др.).

[0020] В соответствии с преимущественным вариантом выполнения осуществляют дополнительный этап для постоянного и непосредственного контроля температуры первой полости, а именно исходя из температуры в соответствующем местоположении внутри указанной лопатки, либо непосредственно, а именно исходя из одного или более базовых термодинамических параметров, температуры и/или давления осевого компрессора, температуры выходящего газа, мощности установки, нагрузки установки, а также угла наклона любых лопаток различной формы, расположенных в компрессоре или в другом месте.

[0021] В соответствии с другим аспектом данное изобретение относится к системе охлаждения для газовой турбины, а также к газовой турбине, содержащей: первый проход, предназначенный для осуществления первого отбора сжатой рабочей текучей среды из компрессора с обеспечением ее подачи в по меньшей мере первую полость для охлаждения, второй проход, предназначенный для осуществления второго отбора рабочей текучей среды ниже по потоку относительно первого отбора с обеспечением ее подачи в по меньшей мере вторую полость турбины, расположенную перед указанной первой полостью, для охлаждения, гидродинамическую систему, предназначенную для объединения первого и второго отборов с обеспечением избирательного увеличения потока первого отбора во время работы в режиме частичной нагрузки для поддержания его температуры в по меньшей мере первой полости в допустимых пределах с учетом сопротивления материалов, и систему управления, соединенную электронным способом с указанной гидродинамической системой и предназначенную для избирательной подачи части второго отбора в первый проход во время работы в режиме частичной нагрузки, благодаря контролю рабочих параметров, для поддержания температуры первой полости в допустимых пределах с учетом сопротивления материалов.

[0022] Система управления является преимущественной, поскольку может обеспечивать непосредственный контроль температуры первой полости, а именно с помощью температурных датчиков, расположенных в соответствующем местоположении внутри указанной лопатки, либо непосредственно, а именно исходя из одного или более базовых термодинамических параметров, температуры и/или давления осевого компрессора, температуры выходящего газа, мощности установки, нагрузки установки, а также угла наклона любых лопаток различной формы, расположенных в компрессоре или в другом месте.

[0023] Предпочтительно вышеупомянутая гидродинамическая система выполнена в виде эжектора, проточно соединенного с первым проходом, и соединительного прохода с соединительным клапаном, предназначенным для проточного соединения эжектора со вторым проходом. Указанный эжектор предпочтительно и преимущественно предназначен для создания пониженного давления, так что происходит увеличение потока текучей среды из первого прохода вследствие быстрого расширения текучей среды, протекающей из второго прохода. Кроме того, эжектор предпочтительно предназначен для направления потока по существу в одном направлении либо для прекращения оттока или рециркуляции текучей среды при поступлении в первый проход.

[0024] Следует отметить, что второй отбор осуществляется в компрессоре ниже по потоку относительно первого отбора, поэтому давление первого отбора ниже давления второго отбора. Аналогичным образом, в расширительной турбине по меньшей мере вторая полость расположена перед первой полостью, так что вторая полость расположена в области турбины, которая имеет более высокую температуру по сравнению с первой полостью. Таким образом, первая полость, находящаяся при более низкой температуре, охлаждается первым отбором при более низком давлении, тогда как вторая полость, находящаяся при более высокой температуре, охлаждается вторым отбором при более высоком давлении, следовательно, имеет место оптимизация производительности установки.

[0025] В соответствии с еще одним аспектом данное изобретение относится к газовой турбине, содержащей систему охлаждения вышеописанного типа.

[0026] Преимущество данного изобретения заключается в возможности эффективного охлаждения первой полости либо во время работы эксплуатации в режиме полной нагрузки, либо во время работы в режиме очень низкой частичной нагрузки, то есть когда давление первого отбора является недостаточным для обеспечения эффективного охлаждения первой лопатки. Еще одно преимущество заключается в возможности эффективного охлаждения полости расширительной турбины в условиях минимального потока (текучей среды в компрессоре) по сравнению с существующими установками.

[0027] В соответствии с конкретными вариантами выполнения данная система охлаждения может быть реализована как в новых, так и в существующих установках простым и недорогим способом без необходимости установки дополнительной измерительной аппаратуры или новых систем датчиков.

[0028] И, наконец, данный способ и система охлаждения обеспечивают чрезвычайно надежное и гибкое регулирование охлаждающей текучей среды, а также улучшенную и тщательную оптимизацию производительности установки в соответствии с ее рабочими режимами и/или окружающими условиями.

[0029] Дополнительные преимущественные особенности и варианты выполнения предложенных способа и устройства изложены в прилагаемой формуле изобретения и подробно описаны в нижеследующих разделах со ссылкой на некоторые примеры неограничивающих вариантов выполнения.

Краткое описание чертежей

[0030] Данное изобретение может быть изложено более подробно, так что его многочисленные цели и преимущества станут понятны специалистам в данной области техники, со ссылкой на прилагаемые схематические чертежи, которые иллюстрируют пример практической реализации изобретения, не выходящий за рамки его сущности, и на которых:

[0031] фиг.1А изображает схематический продольный разрез части установки в соответствии с вариантом выполнения изобретения,

[0032] фиг.1В изображает схематический разрез устройства, входящего в состав установки, показанной на фиг.1,

[0033] фиг.2 изображает увеличенный фрагмент фиг.1, и

[0034] фиг.3 изображает увеличенный фрагмент фиг.2.

Подробное описание изобретения

[0035] На чертежах, на всем протяжении которых одинаковые номера позиций соответствуют одинаковым элементам, турбина обозначена номером 1 позиции (см. фиг.1) и ее основными компонентами являются осевой компрессор 2, несколько камер сгорания 5 (из которых для простоты на чертеже изображена только одна) и расширительная турбина 6, выполненная из первой части, называемой частью 7 высокого давления, и следующей за ней части 9 низкого давления, которые заключены в герметичный корпус 8, образованный из одной или более взаимосвязанных оболочек.

[0036] Воздух из окружающей среды поступает (см. стрелку F1) во впускное отверстие, расположенное перед компрессором, в котором он подвергается сжатию с дальнейшей подачей (стрелка F2) в камеру 5 сгорания через соответствующую каналообразующую систему 11, в указанной камере 5 сжатый воздух вступает в реакцию с топливом с образованием горячего газа, обычно имеющего температуру примерно 1000-1300°С. Горячий газ поступает (стрелка F3) в расширительную турбину 7 высокого давления и далее в расширительную турбину 9 низкого давления по расширительному тракту (обозначенному в целом номером 12 позиции), где он расширяется с преобразованием собственной тепловой энергии в механическую энергию. Наконец, подвергшийся расширению газ выходит из установки (стрелка F4).

[0037] Турбина 7 в целом содержит одну или более лопаток 13R ротора и лопаток 13S статора и приводит в действие компрессор 3 с помощью первого вала 17, вращающегося вокруг оси Х1. Турбина 9 также содержит одну или более лопаток 15R ротора и лопаток 15S статора (см. также фиг.2) и приводит в действие внешний механизм (как правило, но без ограничения этим, генератор электрического тока или компрессор, для простоты не показанный на чертежах) с помощью второго вала 18, коаксиального указанному первому валу 17. Специалистам в данной области техники очевидно, что возможна замена первого и второго валов 17 и 18, описанных в данном документе применительно к конкретному варианту установки, одним сплошным валом.

[0038] Лопатки 13R ротора турбины 7 механически соединены с валом 17 при помощи соответствующих подогнанных вращающихся дисков 17А, тогда как между лопатками 13S статора и соединенными с ними соответствующими подогнанными дисками 17В статора, установленными на вал 17, имеется уплотнение. Диски 17А и 17В расположены в чередующемся порядке и жестко соединены друг с другом с образованием единого вращающегося узла. Аналогичным образом, лопатки 15R ротора турбодетандера 9 механически соединены с валом 18 при помощи соответствующих подогнанных дисков 18А. В свою очередь, между лопатками 15S статора турбины 9 и соединенными с ними соответствующими подогнанными дисками 18В статора, установленными на вал 18, имеется уплотнение. Диски 18А и 18В расположены в чередующемся порядке и жестко соединены друг с другом. См. также приведенное ниже описание.

[0039] Также следует отметить, что между дисками 17А, 17В и 18А, 18В, лопатками 13R, 13S и 15S, 15R и корпусом 8 по существу выполнены уплотнения, обеспечивающие максимально возможную изоляцию газа, протекающего по расширительному тракту 11, и повышение производительности установки, что хорошо известно специалистам в данной области техники.

[0040] В соответствии с преимущественным вариантом выполнения изобретения имеется первый проход 21 с гидродинамическим устройством 27А (см. также описание со ссылкой на фиг.1В), выполненный с возможностью осуществления первого отбора сжатой рабочей жидкости из компрессора 3 для ее подачи в первую полость S1, второй проход 23, выполненный с возможностью осуществления второго отбора сжатой рабочей жидкости из компрессора 3 ниже по потоку относительно первого отбора для ее подачи во вторую полость S2 и S3, расположенную перед указанной первой полостью S1, для охлаждения, и соединительный проход 22 с соединительным клапаном 27В, установленным для обеспечения проточного сообщения с гидродинамическим устройством 27А и вторым проходом 23.

[0041] Система С управления электронным способом присоединена к клапану 27 В с обеспечением избирательной подачи части второго отбора в первый проход 21 при конкретных условиях эксплуатации для поддержания температуры первой полости S1 в допустимых пределах с учетом сопротивления материалов.

[0042] На фиг.1 также изображены механический опорный вкладыш 33 для вращающегося вала 17 и устройство 29 тепловой защиты, которое в целом предусмотрено для отделения турбины 7 высокого давления от турбины 9 низкого давления по существу в соответствии с давлением газа в расширительном тракте 11. Указанное устройство 29 может отсутствовать, если в соответствии с техническими требованиями оно не является обязательным.

[0043] На данном чертеже изображен канал 35, который обеспечивает проточное соединение потока, вытекающего из компрессора 3, с лопаткой 37, коаксиально вытянутой внутри вала 17, и в свою очередь проточно сообщается с вращающимися пространствами турбины 7 для постоянного охлаждения с помощью части рабочей текучей среды, попавшей в канал 35 (стрелка F9), без выполнения какого-либо регулирования или контроля. Однако в сочетании с данным изобретением может использоваться любое количество известных систем охлаждения, которые для простоты не представлены в данном документе.

[0044] На фиг.1В изображен схематический вид гидродинамического устройства 27А эжекционного типа, которое содержит всасывающее впускное отверстие 127А, сопло 127В, впускное отверстие 127С с сервоприводом, предназначенное для впуска текучей среды, испарительную камеру 127D и диффузор 127Е.

[0045] Вкратце, канал 21 обеспечивает подачу (стрелка F5) в эжектор 27А текучей среды первого отбора, соединительный канал 22 обеспечивает подачу (стрелка Fc) жидкости второго отбора через эжектор 27А при открытом клапане 27В. Количество движения (или, другими словами, давление), создаваемое текучей средой второго отбора, в целом выше по сравнению с текучей средой первого отбора, в результате чего количество движения (или давление) на выходе из эжектора повышается до значения, представляющего собой промежуточное значение между давлениями первого и второго отборов. Более того, конструкция эжектора 27А обеспечивает предотвращение возврата текучей среды, выходящей из канала 21, в компрессор 3.

[0046] Очевидно, что эжектор 27А описан в данном документе в качестве примера и данное устройство может относиться к любому типу устройств, предназначенных для указанной цели. На фиг.2 изображен увеличенный фрагмент представленной на фиг.1 турбины 9, на котором показано, в частности, первое пространство S1 рабочего колеса, образованное между первым вращающимся диском 18А и вторым вращающимся диском 18А (между которыми расположен первый диск 18В статора), второе пространство S2 рабочего колеса, образованное между устройством 29 тепловой защиты и вторым диском 18А, и третье или последнее пространство S3 рабочего колеса, в свою очередь образованное между вторым диском 18А и корпусом 8. Пространства S1-S3 окружены боковыми стенками корпуса 8.

[0047] В соответствии с описанным вариантом выполнения первый проход 21 идет через вторую лопатку 8S″ статора, втянутую в корпусе 8, и далее через вторую лопатку 15S статора входит соответственно во второе и третье пространства S2 и S3 турбины 9. Второй проход 23 идет через первую лопатку 8S′ статора, втянутую в корпус 8, и далее через первую лопатку 15S статора входит в первое пространство S1 указанной турбины 9.

[0048] Очевидно, что форма корпуса 8, лопаток 8S′ и 8S″ и лопаток 13R, 13S и 15R, 15S пространств S1, S2 и S3 приведена в качестве примера, и в зависимости от технических требований, предъявляемых к конструкции или эксплуатации, они могут быть выполнены в различных количествах и иметь различные формы, например, лопатки 8S′ и 8S″ могут отсутствовать, и, таким образом, лопатки 18S′ и 16S″ могут быть прикреплены непосредственно к корпусу 8, каналы 21 и 23 также могут быть выполнены в другом количестве или в другом виде.

[0049] Следует отметить, что в описанном варианте выполнения для каналов 21 и 23 не предусмотрены отверстия, выходящие соответственно к лопаткам 8S′ и 8S″, однако это не исключает возможности их выполнения для подачи по меньшей мере части охлаждающей текучей среды к соответствующей лопатке.

[0050] Преимущественно во втором пространстве S2 установлен первый датчик 29А (см. фиг.3), местоположение которого обеспечивает измерение максимальной температуры указанного пространства и находится предпочтительно вблизи указанной лопатки 15S, в лопатке 15S установлены второй и третий датчики 29 В и 29С, в первом пространстве установлены второй и третий датчики 29 В и 29С, местоположение которых также обеспечивает измерение максимальной температуры в процессе эксплуатации установки, а в соответствующем местоположении в пространстве S3 установлен четвертый датчик 29D. Указанные датчики 29A-29D соединены электронным способом с управляющим блоком С, который осуществляет их контроль (см. также фиг.1). Таким образом, блок С может производить непосредственный контроль изменений температуры в пространствах S1-S3 в режиме реального времени и при необходимости управлять работой клапана 27 В.

[0051] В другом преимущественном варианте реализации имеется возможность осуществления косвенного контроля температуры каждого пространства S1-S3 при помощи одного или более датчиков, предназначенных для измерения одного или более базовых термодинамических параметров, например датчика 29Е измерения наружной температуры, датчика 29F измерения температуры и/или давления осевого компрессора 3, датчика 29G измерения температуры газа, выходящего из выхлопной трубы установки, датчика 29Н измерения мощности установки, датчика 29I измерения нагрузки установки, либо имеется возможность контроля (не проиллюстрировано на чертеже) угла наклона лопастей различной формы (для простоты не показаны), установленных в компрессоре 3 или в другом месте. В данном случае блок С управления принимает от датчиков 29Е-29I данные, из которых он извлекает информацию об изменениях температуры пространств S1-S3 для управления работой клапана 27 В по запросу. Это не исключает возможности выполнения другого количества датчиков и/или датчиков другого типа, нежели датчики 29А-29I, или возможности использования по меньшей мере некоторых из датчиков, обычно установленных в конкретной турбине 1. На фиг.3 изображены, в частности, лопатка 15S статора, нижний край которой связан с верхним краем первого диска 18В статора с помощью обычного лабиринтного уплотнителя 31, и лопатка 15R ротора, которая имеет закрылки, ограничивающие проходное отверстие и выполненные между каждым колесным пространством S1-S3 и расширительными каналами 12, по которым в целом выпускается охлаждающий воздух.

[0052] В лопатках 8S′ и 8S″ статора имеются места соединения или прикрепления, которые расположены снаружи корпуса 8, не находятся в непосредственном контакте с технологическим газом и могут быть снабжены системой механического уплотнения (для простоты не показана на чертеже), которая исключает или ограничивает любой впуск горячего газа. Таким образом, данные лопатки 8S′ и 8S″ могут предусматривать независимые системы охлаждения. Это не исключает возможности применения данного изобретения также для по меньшей мере частичного охлаждения указанных лопаток 8S′ и 8S″ в зависимости от конкретных областей применения или требований.

[0053] В частности, предложенная система охлаждения может быть реализована в соответствии с различными многочисленными конфигурациями в качестве способа охлаждения других полостей расширительной турбины, которые не подвержены непосредственному воздействию высокотемпературной текучей среды, циркулирующей по расширительному тракту 12. Вариант реализации, изображенный со ссылкой на фиг.2 и фиг.3, по существу описан в качестве примера и не ограничивает изобретение данным назначением. Например, каналы 21 и/или 23 могут быть проточно соединены с другими лопатками статора и обеспечивать их непосредственное охлаждение, либо может быть выполнено большее количество каналов 21, 23 для охлаждения различных полостей установки, либо могут быть выполнены специальные гидродинамические каналы для охлаждения большего количества полостей с использованием единого потока текучей среды и т.д.

[0054] Эксплуатация системы охлаждения в соответствии с изобретением предусматривает независимую подачу охлаждающей текучей среды по каналам 21 и 23 к соответствующим лопаткам S1, S2, S3, когда установка работает в условиях высокой нагрузки или, предпочтительнее, когда давление текучей среды в проходе 21 является достаточным для эффективного охлаждения лопатки S1. С другой стороны, когда установка работает в условиях частичной нагрузки или когда давление текучей среды в проходе 21 является недостаточным для эффективного охлаждения лопатки S1, канал 23 проточно соединяют с каналом 21 с помощью вышеописанного устройства.

[0055] Вышеописанные условия работы в режиме частичной нагрузки могут быть реализованы в случае, когда распределенная мощность установки уменьшается для удовлетворения эксплуатационных требований или, как вариант, когда имеют место значительные различия в условиях окружающей среды (например, между дневными и ночными часами в конкретных областях земного шара) и т.д. В данных случаях система охлаждения регулирует поток охлаждающей текучей среды с обеспечением поддержания температуры всех пространств S1-S3 рабочего колеса в пределах допустимых значений.

[0056] Вышеописанную систему охлаждения предпочтительно реализуют в комбинации с известной системой охлаждения для получения высокоэффективной установки с высокими производительностью и тепловым КПД, например с системами охлаждения лопаток ротора и статора и системами охлаждения механических подшипников.

[0057] Более того, в случае испрашивания патентной охраны на описанную в данном документе системе она также может быть реализована в комбинации с традиционными системами охлаждения пространств рабочего колеса, в которых предусмотрен впуск постоянного количества охлаждающего воздуха в соответствии с конкретными областями применения.

[0058] Очевидно, что возможно соединение одного или более охлаждающих устройств друг с другом или реализация различных способов управления для осуществления улучшенной и тщательной оптимизации производительности и значительного повышения срока службы компонентов установки.

[0059] Приведенные чертежи изображают исключительно возможные неограничивающие варианты выполнения изобретения, которые могут изменяться с точки зрения формы и расположения без отклонения от основной идеи изобретения. Номера позиций используются в прилагаемой формуле изобретения исключительно для облегчения ее прочтения в свете приведенного выше описания и прилагаемых чертежей и никоим образом не ограничивают объем правовой охраны изобретения.

1. Способ эксплуатации газовой турбины, включающий:
сжатие рабочей текучей среды с помощью компрессора,
перегрев указанной сжатой рабочей текучей среды путем ее подачи в по меньшей мере одну камеру сгорания,
расширение указанной перегретой сжатой рабочей текучей среды в по меньшей мере одной расширительной турбине с обеспечением выработки энергии,
подачу сжатой рабочей текучей среды из компрессора в первую полость для охлаждения указанной расширительной турбины из первого отбора сжатой рабочей текучей среды,
подачу сжатой рабочей текучей среды из компрессора во вторую полость для охлаждения расширительной турбины из второго отбора сжатой рабочей текучей среды, причем указанная вторая полость расположена перед указанной первой полостью, при этом второй отбор сжатой рабочей текучей среды выполняют ниже по потоку относительно указанного первого отбора,
проточное соединение первого и второго отборов, и
избирательную подачу части сжатой рабочей текучей среды второго отбора в первый отбор во время работы в режиме частичной нагрузки для поддержания температуры первой полости в допустимых пределах с учетом сопротивления материалов.

2. Способ по п.1, в котором избирательную подачу части сжатой рабочей текучей среды второго отбора в первый отбор во время работы в режиме частичной нагрузки осуществляют, когда давление первого отбора является недостаточным для создания потока текучей среды, достаточного для охлаждения первой полости.

3. Способ по п.1, в котором выполняют постоянный непосредственный или косвенный контроль температуры первой полости.

4. Система охлаждения газовой турбины, содержащая:
первый проход, предназначенный для подачи сжатой рабочей текучей среды из первого отбора из компрессора в первую полость для охлаждения расширительной турбины,
второй проход, предназначенный для подачи сжатой рабочей текучей среды из второго отбора из компрессора во вторую полость для охлаждения расширительной турбины,
гидродинамическую систему, выполненную с возможностью объединения рабочей текучей среды первого отбора с рабочей текучей средой второго отбора с обеспечением избирательного увеличения потока рабочей текучей среды первого отбора во время работы в режиме частичной нагрузки для поддержания температуры по меньшей мере в первой полости в допустимых пределах с учетом сопротивления материалов, и
систему управления, соединенную электронным способом с указанной гидродинамической системой и выполненную с возможностью избирательной подачи части сжатой рабочей текучей среды из второго отбора в первый проход во время работы в режиме частичной нагрузки на основании контроля рабочих параметров для поддержания температуры первой полости в допустимых пределах с учетом сопротивления материалов.

5. Система по п.4, которая выполнена с возможностью непосредственного или косвенного контроля температуры в по меньшей мере первой полости для охлаждения расширительной турбины.

6. Система по п.4, в которой гидродинамическая система содержит эжектор, проточно соединенный с первым проходом, и соединительный проход с соединительным клапаном, выполненным с возможностью проточного соединения эжектора с соединительным проходом.

7. Газовая турбина, содержащая систему охлаждения по п.4.



 

Похожие патенты:

Охлаждаемая турбина авиационного газотурбинного двигателя содержит рабочее колесо с установленными на нем рабочими лопатками с двумя контурами охлаждения, последовательно соединенные с воздушными каналами в рабочем колесе, с независимыми кольцевыми диффузорными каналами, сопловые лопатки и теплообменник.

Устройство инжектирования топлива для кольцевой камеры сгорания турбомашины содержит контур управления, постоянно питающий инжектор, выходящий открывающийся в первую трубку Вентури, и многоточечный контур.

Устройство впрыска топлива для кольцевой камеры сгорания турбомашины содержит основную систему, постоянно питающую инжектор, открывающийся в первую трубку Вентури, и многоточечную систему, прерывисто питающую инжекторные отверстия.

Турбореактивный двигатель содержит впускной канал потока воздуха охлаждения диска турбины высокого давления, открывающийся в полость. Полость является по существу изолированной с входной стороны от полости, в которой циркулирует поток воздуха, отбираемый с выхода компрессора высокого давления, первым лабиринтным уплотнением и с выходной стороны от полости, сообщающейся с первичным каналом турбореактивного двигателя, вторым лабиринтным уплотнением.

Структура ударного воздействия в системе ударного охлаждения имеет отверстия для ударного воздействия, выполненные с обеспечением пропускания потока охладителя и направления полученных струй охладителя на целевую поверхность, расположенную напротив указанной структуры, через образованную между ними полость.

Способ охлаждения газотурбинного двигателя (ГТД), заключающийся в понижении температуры воздуха, используемого для охлаждения ГТД. Понижение температуры воздуха осуществляется в турбохолодильной установке (ТХУ) и включает сжатие воздуха, используемого при охлаждении, в компрессоре с последующим его охлаждением в теплообменнике и турбодетандере.

Двухконтурный газотурбинный двигатель содержит компрессор, камеру сгорания, турбину высокого давления, турбину низкого давления с сопловым аппаратом. Внутренние полости соплового аппарата примыкают к стенкам охлаждаемых сопловых лопаток, соединены с полостью отбора охлаждающего воздуха и отделены от магистрали наддува междисковой полости с помощью транзитных трубок.

Высокотемпературная газовая турбина содержит рабочую лопатку первой ступени, первую сопловую лопатку и установленную на внутреннем корпусе камеры сгорания опору соплового аппарата.

Высокотемпературный газотурбинный двигатель включает турбину, в которой внутренняя полость охлаждаемой сопловой лопатки второй ступени на входе через заслонку регулирования расхода охлаждающего воздуха соединена с промежуточной ступенью компрессора.

Высокотемпературная турбина газотурбинного двигателя, в наружном корпусе которой установлены сопловая лопатка и ниже по потоку газа разрезное секторное кольцо, а также рабочая лопатка и уплотнительные гребешки на верхней полке.

Изобретение относится к энергетике. Устройство сегмента горячих газов для камеры сгорания газовой турбины, содержащее один сегмент горячих газов, установленный с возможностью съема на несущем элементе и подвергающийся со своей наружной стороны воздействию горячих газов и охлаждаемый инжекционным образом со своей внутренней стороны, при этом инжекционная пластина с множеством распределенных инжекционных отверстий расположена на расстоянии с внутренней стороны указанной инжекционной пластины, причем средство подачи охлаждающего воздуха предусмотрено для загрузки указанной инжекционной пластины находящимся под давлением охлаждающим воздухом для генерирования через указанные инжекционные отверстия струй охлаждающего воздуха. Изобретение позволяет улучшить эффективность охлаждения, увеличить продолжительность срока службы, а также улучшить процесс сборки и разборки сегмента горячих газов. 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

Газотурбинный двигатель включает в себя компрессор, осуществляющий сжатие воздуха, поступающего из воздухозаборника, камеру сгорания, в которой осуществляется сжигание топлива с использованием сжатого воздуха, в результате чего вырабатывается горячий газ, и турбину. Турбина имеет ротор или вал с турбинными лопатками, проходя через которые горячий газ расширяется, выполняя при этом работу. Предусмотрены первые средства для охлаждения турбинных лопаток сжатым охлаждающим воздухом, содержащие по меньшей мере одну отдельную ступень компрессора, обеспечивающую сжатие охлаждающего воздуха независимо от основного компрессора. По меньшей мере одна ступень компрессора встроена в ротор или вал. По меньшей мере одна ступень компрессора установлена непосредственно за лопатками ротора последней ступени турбины по направлению потока. По меньшей мере одна ступень компрессора получает массовый расход охлаждающего воздуха из полости подшипника ротора, и по меньшей мере одна ступень компрессора подает основную часть массового расхода сжатого охлаждающего воздуха на лопатки ротора последней ступени турбины для их охлаждения. Изобретение направлено на повышение эффективности охлаждения. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ охлаждения лопаток турбин газотурбинной установки осуществляют с помощью контура охлаждения. Контур охлаждения выполнен в виде электропроводящей схемы, элементы которой размещают на конструктивных элементах турбины с образованием катода путем нанесения термоэмиссионного слоя на лопатки из электропроводящего материала, эмитирующего электроны в рабочее тело при нагреве, и анода, который укрепляют через слой электроизоляции внутри корпуса, например на внутренней стенке корпуса, и воспринимающего электроны эмиссии из рабочего тела. Электропроводящую схему образуют последовательным соединением анода и катода через электрическую нагрузку, токосъем, вал, ротор и лопатки турбины. Температуру анода поддерживают ниже температуры эмиссионного слоя лопаток турбины путем охлаждения анода в месте его установки на конструктивных элементах турбины. Изобретение направлено на снижение температуры лопаток турбин, повышение КПД и надежности газотурбинной установки. 1 ил.

Изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания, содержащему по меньшей мере одну турбину с жидкостным охлаждением, в котором турбина, содержащая кожух, снабжена по меньшей мере одной рубашкой охлаждения, встроенной в кожух для формирования системы жидкостного охлаждения. Рассмотрен способ охлаждения, по меньшей мере, одной турбины указанного двигателя внутреннего сгорания. Предлагается обеспечить двигатель внутреннего сгорания описанного выше типа оптимизированным в отношении турбины. Указанная задача достигается в двигателе внутреннего сгорания упомянутого типа, характеризующимся тем, что, по меньшей мере, одна рубашка охлаждения, встроенная в кожух, относится к масляному контуру. Изобретение обеспечивает уменьшение теплопередачи в кожухе турбины за счет использования масла. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 1 ил.

Устройство охлаждения лопаток турбины газотурбинной установки включает рабочие и сопловые лопатки с элементами их подключения к системе охлаждения. Система охлаждения представляет собой электропроводящую схему, соединяющую анод и катод. Катод выполнен в виде рабочих и сопловых лопаток из электропроводящего материала и нанесенного на их поверхность эмиссионного слоя из электропроводящего материала, характеризующегося низкой работой выхода электронов при нагреве. Анод выполнен в виде выполненного из электроновоспринимающего материала элемента, воспринимающего электроны из потока рабочего тела. В электропроводящей схеме между анодом и катодом электрически последовательно располагаются токовывод, электрическая нагрузка. Анод располагается через слой электроизоляции на внутренней стенке корпуса ГТУ. Снаружи стенки корпуса ГТУ напротив места установки анода в тепловом контакте с ним через стенку корпуса ГТУ установлен охлаждающий элемент с каналами циркуляции охлаждающего вещества, подключенный к компрессору ГТУ. Изобретение обеспечивает снижение температуры рабочих и сопловых лопаток турбины при одновременном повышении температуры рабочего тепла перед турбиной и повышение КПД ГТУ в целом. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к паровым и газовым турбинам. Турбина с нагревом проточной части, по меньшей мере, включает в себя корпус с каналом для газа или жидкости нагрева проточной части, ротор, рабочие лопатки; входной патрубок для газа или жидкости нагрева проточной части, выходной патрубок для газа или жидкости нагрева проточной части; входной патрубок рабочего тела, выходной патрубок рабочего тела, подшипниковый узел, концевое уплотнение. Все детали проточной части, включая корпус турбины с каналом для газа или жидкости нагрева проточной части, выполняются для увеличения поверхности теплообмена с трубками, ребрами, с целью нагрева рабочего тела в процессе расширения его в турбине, следовательно, получения изотермического процесса расширения в турбине. Изобретения направлено на увеличение КПД паровых и газовых турбоустановок, как следствие, повышение экономической эффективности. 3 ил. .
Наверх