Антиобледенительная система газовой турбины

Полезная модель относится к системам обслуживания воздухозаборного тракта газотурбинных двигателей и может быть использована для всех типов газовых турбин (ГТ) и двигателей внутреннего сгорания. Технический результат, заключающийся в увеличении эффективности антиобледенительной системы ГТ и исключении затрат на ее эксплуатацию, достигается за счет того, что в антиобледенительной системе ГТ, содержащей распределительный воздухопровод, транспортирующий в соединенный с компрессором ГТ воздухозаборный тракт нагретый воздух, удаляемый из теплового укрытия ГТ с размещенными в нем компрессором, на вход которого поступает атмосферный воздух из воздухоочистительного устройства воздухозаборного тракта, камерой сгорания и ГТ, диффузор которой соединен с котлом-утилизатором, находящимся за пределами теплового укрытия, удаляемый из теплового укрытия ГТ нагретый воздух поступает на вход ВОУ ВЗТ или на вход ВОУ ВЗТ и в атмосферу.

Полезная модель относится к области энергетики, а именно - к системам обслуживания воздухозаборного тракта (ВЗТ) газотурбинных двигателей (ГТД) и может быть использована для всех типов газовых турбин (ГТ) и двигателей внутреннего сгорания.

ГТД, используемые в качестве привода энергетических и силовых установок, требуют, как правило, высокую степень очистки поступающего в воздухоочистительную установку (ВОУ) наружного (атмосферного, циклового) воздуха, охлаждение (вентиляцию) лопаток и других деталей турбины с целью исключения их перегрева и выхода из строя, а также наличие используемой в зимнее время (при температуре наружного воздуха ниже+5°С и выше -10°С антиобледенительной системы (АОС).

Недостаточно эффективная очистка циклового воздуха приводит к эрозионному износу и загрязнению проточной части двигателя, изменяет треугольники скоростей рабочего тела по проточной части компрессора и турбины, может вызвать засорение каналов систем охлаждения лопаток турбины и, как следствие, приводит к снижению КПД и перерасходу топлива. Подготовку циклового воздуха и снижение шума всасывания компрессора до уровня санитарных норм обеспечивает многофункциональное устройство - воздухозаборный тракт. Отсутствие же АОС может привести к заносу фильтров снегом, образованию на них инея или наледи, и, как следствие, к увеличению вибрации компрессора ГТД вследствие приближения компрессора к зоне неустойчивой работы по причине изменения его характеристик или изменения положения входного направляющего аппарата (ВНА), влияющего на расход циклового воздуха и исполняющего функцию регулятора температуры выхлопных газов ГТ.

Недостатком конструкции известного (рис.5.3. стр.127 С.В.Цанев, В.Д.Буров, А.Н.Ремизов. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций. - М.: «МЭИ», 2002. - 574 с.) соединенного с компрессором ГТ ВЗТ, состоящего из комплексного воздухоочистителя (ВОУ - воздухоочистительная установка), блока шумоглушения и воздуховодов, является отсутствие в нем системы подогрева поступающего из атмосферы воздуха перед его подачей в компрессор ГТ, а также системы, предотвращающей обледенение элементов (система фильтров) ВОУ в зимний период.

Известна (рис.5.7. стр.129 С.В.Цанев, В.Д.Буров, А.Н.Ремизов. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций. - М.: «МЭИ», 2002. - 574 с.) АОС система ГТУ типа GT8C-FJ\\AO «АВВ-Невский», в которой для подогрева поступающего в компрессор ГТ циклового воздуха используется автономный источник греющего пара - специально для этого установленный паровой котел, что увеличивает удельный расход топлива на производство электроэнергии.

Известна используемая заводами по изготовлению энергетических газовых турбин (ОАО «НПО «САТУРН» г.Рыбинск, ОАО «Силовые машины» г.Санкт-Петербург) система подогрева циклового воздуха путем подачи на вход ВОУ используемого в компрессоре сжатого воздуха. Недостатком данной схемы является снижение полезной мощности газотурбинной установки (ГТУ) при включении АОС из-за повышения расхода сжимаемого воздуха.

Известна (Повышение эффективности работы энергосистем: Труды. ИГЭУ Вып.IX / Под ред. В.А.Шуина, М.Ш.Мисриханова, А.В.Мошкарина. - М.: Энергоатомиздат, 2009., - 572 с. - С.50) система охлаждения ГТ ГТД-110 производства НПО «Сатурн», состоящая, в том числе из теплового укрытия ГТ с размещенными в нем компрессором, на вход которого поступает воздух из ВОУ ВЗТ, камерой сгорания и ГТ, диффузор которой соединен с котлом-утилизатором, находящимся за пределами теплового укрытия. Поверхность ГТ, камеры сгорания и компрессора охлаждаются организованным потоком воздуха, поступающим из цеха главного корпуса (ГК), где располагается (ГТУ). Нагретый воздух из теплового укрытия удаляется в атмосферу установленными на напорном воздухопроводе вентиляторами. Недостатком такой тепловой схемы ГТУ являются тепловые потери: нагретый воздух теплового укрытия не используется в технологических схемах ГТУ и удаляется в окружающую среду.

Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к заявляемой полезной модели является, принятая за прототип, известная (УДК 621.438 «Энергосбережение низкопотенциального тепла воздуха теплового укрытия ГТД-110». B.C.Рабенко, И.В.Будаков, П.П.Белоусов, стр.54, рис.4 (б)) АОС ГТ ГТД-110 производства НПО «Сатурн», в которой для подогрева поступающего в компрессор циклового воздуха используется нагретый воздух теплового укрытия системы охлаждения ГТ, поступающий в ВЗТ на пути от ВОУ до первой ступени компрессора. Недостатком данного прототипа является отсутствие подогрева элементов ВОУ.

Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, состоит в снижении удельного расхода топлива на производство электроэнергии путем применения энергосберегающих технологий.

Технический результат, получаемый при осуществлении настоящей полезной модели, заключается в увеличении эффективности АОС и исключении затрат на ее эксплуатацию.

Данный технический результат достигается за счет того, что в антиобледенительной системе газовой турбины, содержащей распределительный воздухопровод, транспортирующий в соединенный с компрессором газовой турбины воздухозаборный тракт нагретый воздух, удаляемый из теплового укрытия газовой турбины с размещенными в нем компрессором, на вход которого поступает атмосферный воздух из воздухоочистительного устройства воздухозаборного тракта, камерой сгорания и газовой турбиной, диффузор которой соединен с котлом-утилизатором, находящимся за пределами теплового укрытия, удаляемый из теплового укрытия газовой турбины нагретый воздух поступает на вход воздухоочистительного устройства воздухозаборного тракта или на вход воздухоочистительного устройства воздухозаборного тракта и в атмосферу.

При поступлении удаляемого из теплового укрытия ГТ нагретого воздуха на вход ВОУ ВЗТ происходит смешение холодного атмосферного воздуха с горячим воздухом теплового укрытия ГТ, в результате чего на фильтры ВОУ ВЗТ и далее на входной направляющий аппарат компрессора поступает подогретый воздух, предотвращающий одновременно обледенение элементов ВОУ и лопастей компрессора. Удаление нагретого воздуха из теплового укрытия ГТ осуществляется обычно при помощи установленных на выходящем из теплового укрытия ГТ напорном воздуховоде вентиляторов.

Воздух теплового укрытия подается на вход ВОУ при температуре наружного воздуха ниже +5°С. Если же в результате смешения температура воздуха перед компрессором ГТ превысит +15°С, то часть воздуха теплового укрытия сбрасывается в атмосферу. Изменение направления транспортировки нагретого воздуха осуществляется с помощью установленных на распределительном воздуховоде шиберов.

Таким образом, за счет утилизации (рециклирования) низкопотенциального тепла воздуха системы охлаждения ГТ исключаются дополнительные затраты топлива на функционирование заявленной АОС ГТУ.

Тепловое укрытие представляет собой металлический корпус или кожух, являющийся автономным, защищенным от внешних воздействий, изолированным и шумозащищенным сооружением, смонтированным на платформе турбоагрегата ГТУ, через верхнюю часть которого поступает из ГК или атмосферы поток воздуха, охлаждающий поверхность ГТ и компрессора. В тепловом укрытии, как правило, предусмотрены система вентиляции, освещения, система обнаружения и тушения поджара, система обнаружения горючих газов и/или датчик, приводящий в действие сигнализацию при повышении температуры в укрытии.

ВЗТ - многофункциональное устройство, состоящее из ВОУ, блока шумоглушения и воздуховодов.

В частном случае исполнения полезной модели увеличение температуры поступающего на фильтры ВОУ и компрессор воздуха возможно как за счет подачи в ВЗТ горячего воздуха из компрессора ГТ, так и за счет горячего воздуха теплового укрытия.

Для пояснения сущности заявленной полезной модели представлена фигура, на которой изображена тепловая схема АОС ГТ.

Ниже на примере описания конструкции и работы конкретной АОС ГТ представлены сведения, подтверждающие возможность осуществления заявленной полезной модели с получением вышеуказанного технического результата.

Система охлаждения ГТ состоит из теплового укрытия 1 ГТ в виде корпуса с размещенными в нем компрессором 2, камерой сгорания 3 и ГТ 4, диффузор 5 которой соединен с котлом-утилизатором, находящимся за пределами теплового укрытия, соединенного с ним напорного воздуховода с основным и резервным дымососами ДС 1/ДС2 (вентиляторы) 6. Генератор ГТУ находится в ГК за пределами укрытия.

Установленный в тепловом укрытии 1 компрессор 2 соединен с ВЗТ 7, по которому на входной направляющий аппарат (на фиг. не показан) компрессора 2 поступает очищенный атмосферный воздух из ВОУ 8 ВЗТ 7.

В результате работы установленных на напорном воздуховоде ДС 1 (ДС 2) 6 в тепловом укрытии 1 ГТ создается разряжение, за счет чего туда через верхнюю часть теплового укрытия поступает из помещения (ГК) или атмосферы воздух, который, охлаждая ГТД (компрессор 2, камеру сгорания 3 и ГТ 4) нагревается и удаляется из теплового укрытия 1. Напорный воздуховод теплового укрытия 1 с ДС 1 (ДС 2) 6 соединен с распределительным воздуховодом (указан пунктиром на фиг), транспортирующим нагретый воздух из теплового укрытия далее согласно тепловой схеме:

- на фильтры 9 ВОУ 8 через раздающие сопла 10,

- в атмосферу (если температура воздуха перед компрессором газовой турбины превысит +15°С),

- в оба направления (промежуточное положение шиберов).

Изменение режимов работы (направления распределения нагретого воздуха теплового укрытия) АОС осуществляется за счет установки на распределительном воздуховоде шиберов 11 (запорное устройство типа заслонки), каждый из которых может находиться в открытом, закрытом или промежуточном положениях.

В результате смешения на входе ВОУ 8 ВЗТ 7 холодного атмосферного воздуха с горячим воздухом теплового укрытия 1 на фильтры 9 ВОУ 8 ВЗТ 7 и далее на входной направляющий аппарат 8 компрессора 2 поступает подогретый воздух, предотвращающий обледенение элементов ВОУ и одновременно лопастей компрессора.

1. Антиобледенительная система (АОС) газовой турбины (ГТ), содержащая распределительный воздухопровод, транспортирующий в соединенный с компрессором ГТ воздухозаборный тракт (ВЗТ) нагретый воздух, удаляемый из теплового укрытия ГТ с размещенными в нем компрессором, на вход которого поступает атмосферный воздух из воздухоочистительного устройства (ВОУ) воздухозаборного тракта, камерой сгорания и ГТ, диффузор которой соединен с котлом-утилизатором, находящимся за пределами теплового укрытия, отличающаяся тем, что удаляемый из теплового укрытия ГТ нагретый воздух поступает на вход ВОУ ВЗТ или на вход ВОУ ВЗТ и в атмосферу.

2. АОС ГТ по п.1, отличающаяся тем, что тепловое укрытие представляет собой металлический корпус или кожух, через верхнюю часть которого поступает поток воздуха, охлаждающий поверхность ГТ и компрессора.

3. АОС ГТ по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что в тепловом укрытии ГТ расположены система вентиляции, освещения, система обнаружения и тушения поджара, система обнаружения горючих газов и/или датчик, приводящий в действие сигнализацию при повышении температуры в укрытии.

4. АОС ГТ по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что ВЗТ состоит из ВОУ, блока шумоглушения и воздуховодов.

5. АОС ГТ по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что нагретый воздух из теплового укрытия ГТ удаляется при помощи вентиляторов.

6. АОС ГТ по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что изменение направления транспортировки нагретого воздуха осуществляется с помощью установленных на распределительном воздуховоде шиберов.