Диффузор для стационарной газотурбинной установки



Диффузор для стационарной газотурбинной установки
Диффузор для стационарной газотурбинной установки
Диффузор для стационарной газотурбинной установки
Диффузор для стационарной газотурбинной установки
Диффузор для стационарной газотурбинной установки

 


Владельцы патента RU 2569015:

АЛЬСТОМ ТЕКНОЛОДЖИ ЛТД (CH)

Диффузор (20), в частности, для осевого компрессора, предпочтительно стационарной газотурбинной установки. В диффузоре (20) кольцевой канал (17), имеющий первую площадь поперечного сечения, переходит в выходное пространство (21), имеющее вторую, большую площадь поперечного сечения вдоль оси (31) машины. Переход осуществлен в несколько ступеней (22а-с). Диффузор (20a) содержит внешний корпус (23) и внутренний корпус (24), между которыми через диффузор (20a) перемещается рабочая среда. Ступени (22a-c) в площади поперечного сечения образованы ступенями диаметра внутреннего корпуса (24) Достигается улучшенная эффективность диффузора и повышение общего КПД газотурбинной установки. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к области стационарных газотурбинных установок. Изобретение касается диффузора, заявленного в ограничительной части п. 1 формулы изобретения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Из уровня техники известны диффузоры, которые размещены на выходе стационарных газотурбинных установок и служат для уменьшения скорости потока газов, выходящих из газотурбинной установки, и повышения давления в ней, а значит, и повышения ее КПД (документ EP 0491966 А1 или документ US 2011/058939 А1, а также прилагаемая к настоящему документу фиг. 1).

В прошлом вносилось немало предложений по оптимизации действия диффузора, расположенного на выходе газотурбинной установки, а значит, повышению общего кпд машины. Так, в документе EP 0265633 В1 предлагается среди прочего разделить диффузор на несколько частей в радиальном направлении с помощью направляющих перегородок.

В соответствии с уже упомянутым US 2011/058939 A1 для улучшения характеристик потока в диффузоре во внутреннюю сужающуюся часть диффузора подается регулируемый поток Коанда, с помощью которого на поток в диффузоре можно воздействовать положительным образом. Внутренняя часть диффузора - ядро - сужается в направлении потока без образования ступени. Газ подается из внешнего источника в кольцевую камеру внутри ядра, а оттуда нагнетается с помощью серии щелевых сопел в направлении перемещения горячих выхлопных газов параллельно поверхности ядра. В результате известного эффекта Коанда поток указанного дополнительного газа засасывает горячий выхлопной газ, отклоняя его в направлении ядра. Поток выхлопного газа ускоряется, перемещаясь по контуру поверхности ядра, которое сужается в направлении потока. Чтобы воздействовать оптимальным образом на поток выхлопного газа в диффузоре, необходимо подавать дополнительный газ, масса которого составляет до 4% массы выхлопного газа, что влечет существенные издержки.

В EP 0265633 В1, напротив, предложена площадь поперечного сечения на выходе диффузора с резкой ступенью, который обозначен как диффузор Карно.

Хотя указанные меры позволяют несколько улучшить КПД, возможности оказания воздействий на область диффузора далеко не исчерпаны.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача изобретения - предусмотреть диффузор, в частности, для промышленной газотурбинной установки, который позволит легко увеличить общий КПД газотурбинной установки.

Эти и другие задачи решаются с помощью совокупности признаков по п. 1 формулы изобретения.

Изобретение относится к диффузору для стационарной газотурбинной установки, в котором кольцевой канал, имеющий первую площадь поперечного сечения, переходит в выходное пространство, имеющее вторую, большую площадь поперечного сечения вдоль оси машины. Диффузор характеризуется тем, что указанный переход осуществляется в несколько ступеней.

Первое новшество изобретения заключается в том, что площадь поперечного сечения внутри диффузора возрастает в две ступени. Указанный диффузор устроен особенно просто.

Второе новшество изобретения заключается в том, что диффузор реализован в виде диффузора Карно.

Третье новшество изобретения заключается в том, что диффузор включает в себя внешний корпус и внутренний корпус, между которыми через диффузор перемещается рабочая среда, и тем, что ступени в площади поперечного сечения образованы ступенями диаметра внутреннего корпуса.

Четвертое новшество изобретения заключается в том, что между двумя соседними ступенями расположена кольцевая выпуклая направляющая поверхность, которая сходит на конус по своему диаметру, и что на верхней по потоку ступени из двух ступеней предусмотрено круговое отверстие, через которое газовый поток может вытекать и перемещаться вдоль направляющей поверхности в виде потока Коанда. В результате на поток в диффузоре можно воздействовать положительным образом.

Предпочтительно, чтобы направляющая поверхность была расположена между предпоследней и последней ступенями диффузора.

Пятое новшество изобретения заключается в том, что диффузор расположен на выходе промышленной газотурбинной установки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение будет описано ниже на примерах его осуществления, проиллюстрированных чертежами, на которых:

фиг. 1 - схематичный вид газотурбинной установки с выхлопным диффузором, которые, по существу, известны;

фиг. 2 - внутренний вид обычного диффузора Карно;

фиг. 3 - внутренний вид многоступенчатого диффузора, соответствующего одному примеру осуществления изобретения, в противоположность диффузору по фиг. 2;

фиг. 4 - общий вид двухступенчатого диффузора, соответствующего другому примеру осуществления изобретения; и

фиг. 5 - внутренний вид двухступенчатого диффузора с регулировкой с помощью потока Коанда, в соответствии с еще одним примером осуществления изобретения.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг. 1 иллюстрирует схематичный вид газотурбинной установки с выхлопным диффузором, соответствующим известному уровню техники. Газотурбинная установка 10, изображенная на фиг. 1, включает в себя компрессор 12, который засасывает воздух через вход 11 для воздуха и сжимает его. Сжатый воздух подается в камеру 13 сгорания, где участвует в горении топлива 14. Полученный горячий газ расширяется в турбине 15, расположенной ниже по потоку, при рабочих условиях и затем проходит через диффузор 16, что позволяет снизить скорость его потока и увеличить давление.

На фиг. 2 в крайне упрощенном виде показана внутренняя структура обычного диффузора Карно. Данный диффузор 16 выполнен концентрически по отношению к оси 31 машины, причем на стороне своего входа диффузор 16 включает в себя кольцевой канал 17, в который выхлопной газ 19 поступает из турбины. К кольцевому каналу 17 примыкает выходное пространство 21, поперечное сечение которого значительно превышает поперечное сечение кольцевого канала 17, что облегчает прохождение потока через пространство 21. В данном примере переход между кольцевым каналом 17 и выходным пространством 21 осуществлен через крутую ступень 22, которая и характеризует диффузор 16 в качестве диффузора Карно. В кольцевом канале 17 могут быть расположены радиальные распорки 18, которые связывают между собой внутреннюю часть и внешнюю часть диффузора 16 и в то же время служат для перемешивания потока.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения, иллюстрируемым фиг. 3, предлагается выполнить переход между кольцевым каналом 17 и выходным пространством 21 в виде серии ступеней, как в диффузоре 20. В иллюстрируемом примере для этой цели предусмотрено две ступени - 22а и 22b. При необходимости можно предусмотреть еще одну ступень - 22 с (изображена на фиг. 3 пунктиром). Количество ступеней при этом не ограничено сверху. В примере осуществления, иллюстрируемом фиг. 3, ступени диаметра, которые относятся к ступеням 22а-с, ограничены внутренней частью диффузора 20. Точно также ступени диаметра можно предусмотреть и на внешней части диффузора.

Такой многоступенчатый внутренний контур обеспечивает прирост давления, который может соответствовать 0,1% КПД турбины, что в случае газотурбинной установки модели Alstom GT26 означает увеличение мощности почти на полмегаватта.

На практике соответствующий диффузор выглядит, к примеру, как показано на фиг. 4. Диффузор 20а по фиг. 4 включает в себя кольцевой внешний корпус 23, который окружает внутренний корпус 24 концентрическим образом и вместе с внутренним корпусом 24 ограничивает канал потока. Внутренний корпус 24 и внешний корпус 23 связаны между собой через радиальные распорки 25. В выходной области диффузора 20а расположены друг за другом в продольном направлении два кольца 26 и 27, которые смещены между собой по диаметру и за счет которых обеспечивается многоступенчатое расширение диффузора 20а.

Кроме многоступенчатого расширения потока, пронизывающего поперечное сечение, на характеристики потока в диффузоре можно воздействовать с помощью потока Коанда, как предложено, в принципе, в документе US 2011/058939 А1, упомянутом во вводной части. С этой целью между двумя ступенями 22а и 22b размещена кольцевая выпуклая направляющая поверхность 28, которая сходит на конус по своему диаметру, как в случае с диффузором 20b по фиг. 5. На верхней по потоку ступени из двух ступеней 22а и 22b предусмотрено круговое отверстие 29, через которое газовый поток может вытекать и перемещаться вдоль направляющей поверхности 28 в виде потока 30 Коанда. При этом газ для потока 30 Коанда может подаваться различными способами. Однако в соответствии с изобретением и в противоположность тому, что говорится в вышеупомянутом документе необходимо исключить внешний опорный источник для активного нагнетания дополнительного газа. При условии правильного размещения компонентов параметры давления, преобладающие в области неравномерного поперечного расширения диффузора, должны использоваться так, чтобы в рабочем режиме поток 30 вблизи стенки автоматически нарастал вдоль изогнутой направляющей поверхности 28, отклоняя при этом параллельный поток 19 выхлопного газа. Статический напор P2 за кольцевым элементом 27 превышает входной напор P1 на круговом отверстии за счет замедления потока вследствие его поперечного расширения. Таким образом, возникает поток 32, который перемещается из области повышенного давления в область пониженного давления. Если диффузор содержит более двух ступеней, то поток Коанда предпочтительно подавать между предпоследней и последней ступенями.

1. Диффузор (20, 20a, 20b) для стационарной газотурбинной установки, в котором кольцевой канал (17), имеющий первую площадь поперечного сечения, переходит в выходное пространство (21), имеющее вторую, большую площадь поперечного сечения вдоль оси (31) машины, отличающийся тем, что указанный переход осуществляется в несколько ступеней (22a-c), при этом диффузор (20a) содержит внешний корпус (23) и внутренний корпус (24), между которыми через диффузор (20a) перемещается рабочая среда, причем ступени (22a-c) в площади поперечного сечения образованы ступенями диаметра внутреннего корпуса (24).

2. Диффузор по п. 1, отличающийся тем, что площадь поперечного сечения внутри диффузора (20, 20a, 20b) возрастает в две ступени (22a, 22b).

3. Диффузор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что диффузор (20, 20a, 20b) реализован в виде диффузора Карно.

4. Диффузор по п. 1, отличающийся тем, что между двумя соседними ступенями (22a, 22b) расположена кольцевая выпуклая направляющая поверхность (28), которая сходит на конус по своему диаметру, при этом на верхней по потоку ступени из двух ступеней (22a, 22b) предусмотрено круговое отверстие (29), через которое газовый поток может вытекать и перемещаться вдоль направляющей поверхности (28) в виде потока (30) Коанда.

5. Диффузор по п. 4, отличающийся тем, что направляющая поверхность (28) расположена между предпоследней и последней ступенями диффузора (20b).

6. Диффузор по п. 1, отличающийся тем, что диффузор (20, 20a, 20b) расположен на выходе стационарной газотурбинной установки (10).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к конструкции полости отбора воздуха в корпусе осевого компрессора газотурбинного двигателя. Спиральный корпус осевого компрессора высокого давления выполнен в форме «улитки» со спиральным диффузорным каналом, кольцевой щелью забора воздуха и выходным фланцем перепуска воздуха диффузорного канала.

Компрессор (1) турбореактивного двигателя летательного аппарата содержит решетку (2) неподвижных лопаток и систему для отбора воздуха на уровне проходов (5) между двумя лопатками (3) через щели (6), выполненные в упомянутой стенке (4).

Осевой компрессор имеет двухступенчатый каскад (8) направляющих лопаток на конце (5) вала ротора (4) со стороны выхода. Направляющие лопатки (11) второй ступени каскада смещены относительно направляющих лопаток (10) в окружном направлении таким образом, что вихревые хвосты, производимые направляющими лопатками (10) первой ступени направляющих лопаток, не могут попадать на направляющие лопатки (11) второй ступени.

Крепежная конструкция для прикрепления направляющей лопасти к раме или кожуху вентилятора двигателя воздушного судна. Направляющая лопасть образована из композитного материала.

Лопаточный кольцевой сектор статора турбомашины летательного аппарата содержит сектор внутренней обечайки, множество лопаток и сборку, образующую сектор наружной обечайки.

Кольцо статора модуля турбинного двигателя летательного аппарата имеет множество сквозных отверстий, предназначенных для расположения лопатки статора. Каждое отверстие определяет среднюю линию, проходящую между первым краем, предназначенным для расположения задней кромки лопатки, и вторым краем, предназначенным для расположения передней кромки лопатки.

Изобретение относится к области соединения компрессора и камеры сгорания газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения. Статор компрессора газотурбинного двигателя включает внутренний (3) и наружный (2) корпусы, связанные между собой упругими элементами (6, 7).

Компрессор для турбомашины содержит кожух (4), по меньшей мере, одну ступень компрессора и полости (5), выполненные в упомянутом кожухе по пути хода подвижных лопаток (1).

Система осевой турбинной машины содержит проточный канал, ограниченный наружной и внутренней стенками, и решетку направляющих лопаток. Ниже по потоку решетки направляющих лопаток расположен кольцевой диффузор, имеющий наружную и внутреннюю стенки.

Изобретение относится к компрессору газотурбинного двигателя, оборудованного системой отбора воздуха, а также к газотурбинному двигателю, такому как авиационный турбореактивный или турбовинтовой двигатель, оборудованному компрессором этого типа.

Выхлопной диффузор (10) для газовой турбины имеет расширяющийся в направлении выхода (20) диффузора проточный канал (22), в центре которого предусмотрен распространяющийся в осевом направлении направляющий аппарат (14).

Устройство выпуска отработавшего пара для модуля паровой турбины снабжено каналом (4а, 4b) для выпуска пара, ограниченным поверхностью (8а, 8b) диффузора (5а, 5b), направляющей пар, а также нижней стенкой (7а, 7b).

Выпускной патрубок (110) паровой турбины (10) содержит нижний выпускной патрубок (105), направляющую (24) для пара, отверстие (26) конденсатора, пластину (200) выпускного патрубка и внутренний канал (215).

Выпускное устройство (100) осевой паровой турбины содержит внутренний корпус (116) турбины и конденсатор (140) турбины, установленный ниже выпускного кожуха (121). Выпускной кожух (121) содержит верхний выпускной кожух (122) и нижний выпускной кожух (123) и обеспечивает двойной выпускной тракт (180, 190) к конденсатору (140) турбины.

Изобретение относится к энергетическим установкам, предназначенным для выработки механической, тепловой или электрической энергии. Выхлопное устройство энергетической установки содержит корпус, преобразующий горизонтальное движение потока выхлопных газов в вертикальное.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на тепловых электростанциях (ТЭС) с конденсационными паровыми турбинами, в том числе имеющими отбор на теплофикацию.

Выпускное устройство (400) для двухпоточной паровой турбины (401) обеспечивает отдельный внешний выпускной канал (320) из верхней части (316) выпускного отверстия (315) первой секции (305) турбины и отдельный внешний выпускной канал (325) из нижней части (317) выпускного отверстия первой секции (305) турбины, ведущие к первому конденсатору (330).

Изобретение относится к энергетике. Часть низкого давления паровой турбины, включающая регулирующий орган на входе, группу ступеней с промежуточными камерами и выхлопной патрубок, соединенный с конденсатором, разделенным трубной системой на входной и выходной объемы, при этом выходной объем конденсатора соединен с промежуточной камерой, например, перед последней ступенью, посредством перепускной трубы с клапаном.

Выпускной патрубок для использования с турбиной, включающей множество ступеней, выполнен с возможностью направления пара из турбины в конденсатор и содержит опорный конус, окружающий ротор турбины, направляющую и колпак направляющей.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в выхлопном тракте газоперекачивающего агрегата или газотурбинной электростанции. Диффузор выхлопного тракта газотурбинной установки содержит обечайку с фланцами, кожух, охватывающий обечайку и звукоизоляцию, размещенную между обечайкой и кожухом.

Концевые бандажи (411) на лопатках (419) последней ступени конденсационной паровой турбины (410) могут создавать значительное препятствие и образовывать завихрение у стенки паронаправляющей (423, 424) диффузора (300), что приводит к отрыву потока пара от указанной стенки паронаправляющей. Образование завихрения уменьшает проходное сечение для распространения оставшейся текучей среды, что приводит к недостаточному восстановлению давления. Предложен направленный внутрь радиальный выступ (425), который имеет заданную высоту и расстояние вдоль внутренней стенки (480) паронаправляющих (423, 424) и слегка отклоняет потоки концевой протечки в направлении вниз, уменьшая эффект блокирования, создаваемый бандажом. 9 з.п. ф-лы, 9 ил.
Наверх