Газотурбинная установка "салют" для производства азотной кислоты по схеме укл-7

Газотурбинная установка ГТУ-«САЛЮТ» относится к компрессоростроению, газотурбостроению, энергомашиностроению и в частности к производству азотной кислоты по схеме УКЛ-7. ГТУ-«САЛЮТ» состоит из девятиступенчатого компрессора, трехступенчатой турбины, камеры сгорания, новой системой уплотнений и современной АСУ ТП. Отличительной особенностью ГТУ «САЛЮТ» является в том, что с целю, удешевления стоимости установки используется существующий корпус ГТУ ГТТ-3М. Произведено современное облопачивание компрессора, при котором достигнуто повышение КПД минимум на 5%, введен поворотный направляющий аппарат позволяющий изменять расход воздуха через лопатки в пределах 85-105% от номинальной производительности. Обеспечивается расход воздуха 34,5 кг/с при частоте вращения ротора 7500 об/мин. Современное облопачивание турбины повысил КПД минимум на 5%, три ступени турбины обеспечивают привод компрессора и пускового устройства при n=7500 об/мин, доработан вал ротора и обойма статора. Разработана и введена высокоэффективная камера сгорания. Установлены аэродинамические лабиринтно-винтовые уплотнения во вращающихся валах, повышающий КПД ГТУ «САЛЮТ» на 6%, они полностью исключают перетечки, используются как сухие газовые концевые уплотнения, не требуют обслуживания, ремонта, и срок их эксплуатации не ограничен. Введена современная система АСУ ТП, осуществляющая оптимальное управление ГТУ «САЛЮТ» на всех режимах эксплуатации без участия обслуживающего персонала. Ресурс ГТУ-«САЛЮТ» устанавливается 120000 часов.

Полезная модель относится к газотурбостроению, машиностроению, химической промышленности и в частности производству неконцентрированной азотной кислоты по схеме УКЛ-7.

В производстве неконцентрированной азотной кислоты (далее АК) для сжатия воздуха до давления 0,716 МПа используется газотурбинная технологическая установка ГТТ-3М. (Производство азотной кислоты в агрегатах большой единичной мощности, под редакцией В.М.Олевского, М, «Химия», стр.154, 1985)

ГТТ-ЗМ состоит из осевого компрессора, промежуточного холодильника и нагнетателя. В компрессоре воздух сжимается до 0,343 МПа, охлаждается в холодильнике и затем поступает на нагнетатель, где сжимается до давления 0,716 МПа. Далее воздух направляется на технологический процесс.

Поступающий на технологический процесс воздух проходит тщательную очистку от примесей химических веществ. Наиболее распространена одноступенчатая очистка воздуха на различных фильтрующих тканях (грубошерстное сукно, ткани Петрянова из синтетических волокон) от механических примесей. Однако для очистки воздуха от химических примесей применяется и двухступенчатая очистка.

Известны промышленные установки, в которых в качестве фильтра используется абсорбционная водная очистка атмосферного воздуха от пыли и химических примесей. Промывка воздуха водой широко применяется в районах с жарким климатом, где воздух обычно загрязнен крупнодисперсной пылью. Это оказывается эффективна, поскольку в этом случае воздух не только очищается, но и охлаждается, что способствует повышению производительности воздушного компрессора, и, следовательно всей установки в целом.

Вместе с тем очистка воздуха приводит к высокому разрежению на всасывании компрессора и повышению перетечки капель, паров масла и масляного тумана из переднего подшипникового узла и их попадание на венцы лопаток компрессора и проточную часть. Экспериментами было показано, что при попадании даже микроскопического слоя масла на лопатки компрессора его КПД падает на 6% (с 85% до 79%). В производстве азотной кислоты по схеме УКЛ-7 разрежение на всасывании достигает 1400 мм.вод.ст., тогда как на воздушных компрессорах, например ГТК-10-4 на газоперекачивающих станциях разрежение составляет 30-50 мм.вод.ст. Это происходит из за отсутствия очистки воздуха.

Целью создания новой газотурбинной установки является удешевление стоимости, упрощение схемы компрессора, повышение его КПД, производительности, удешевления эксплуатацией получения для технологии очищенного воздуха давлением 0,716 МПа.

Поставленная задача достигается путем исследования и разработке новой газотурбинной установки - «САЛЮТ» (в дальнейшем ГТУ-«САЛЮТ»).

Отличительной особенностью ГТУ - «САЛЮТ» является в том, что использован существующий корпус ГТТ-3М, где располагаются разработанные на основании результатов исследований, и рассчитанных с большой точностью трехступенчатая турбина и девятиступенчатый осевой компрессор.

Турбокомпрессорный блок;

Ротор турбокомпрессора доработан в соответствии с существующим корпусом, его длина не изменена и подшипниковые узлы и стыковка с внешним приводом оставлены прежними.

Компрессор

Произведено современное облопачивание компрессора, при котором достигается повышение КПД минимум на 5% и составляет _{ад к}=0,866 девять ступеней, с физическим расходом воздуха G_фк=34,1 кг/ч. Полное давление на выходе компрессора Р=0,07372 МПа с температурой торможения на выходе воздуха из компрессора 553,6°К, физическая мощность потребляемая компрессором N_k=8930,9 кВт, частота вращения ротора турбокомпрессора n_к= 7500 об/мин. Введен поворотный направляющий аппарат, позволяющий изменять расход воздуха через лопатки в пределах 85-105% от номинальной производительности. Обеспечивается расход воздуха 34,5 кг/с, при частоте вращения ротора 7500 об/мин. Доработан вал ротора и обойма статора.

Турбина

Произведено современное облопачивание турбины, которое обеспечило повышение КПД минимум на 5%. Три ступени турбины обеспечивают привод компрессора и пусковое устройство при n=7500 об/мин. Расход газа на вход в турбину G_T=26 кг/с. Полное давление газа подаваемого в турбину, Р_вхт=0,5588 МПа, КПД _адт=0,9, температура торможения на входе в турбину Т_вхт=953°К, полное давление на выходе из турбины Р_выхт=0,10716 МПа. Температура торможения на выходе из турбины Т_выхт=661,4°К, Мощность турбины N_т=9000 кВт Доработан вал ротора и обойма статора.

Камера сгорания

Разработана и введена новая высокоэффективная камера сгорания в непосредственной близости от турбоблока. Новая камера обеспечивает: полноту сгорания топлива, надежный и плавный запуск, широкие пределы устойчивого горения (пламя не гаснет в широком диапазоне изменения давления, скорости и отношения топливо - воздух), необходимый подогрев воздуха или выхлопных газов, содержащих нитрозные газы, отсутствие пульсаций давления и других проявлений нестабильности, вызванных процессом горения, низкие потери полного давления, выходное поле температуры газа, (степень неравномерности температур по поперечному сечению камеры) удовлетворяет условию максимальной долговечности рабочих и сопловых лопаток турбины, низкий уровень выбросов дыма несгоревшего топлива и вредных веществ, загрязняющих атмосферу, минимальную стоимость конструкции, простоту ее обслуживания при эксплуатации, большой моторесурс и способность работы в различных режимах и топливе.

Система уплотнений

В предлагаемом компрессоре на всасывании у переднего подшипникового узла устанавливается аэродинамическое лабиринтно-винтовое уплотнение (АЛВУ) (Патент РФ 2193698 от 21.08.2000 г.). АЛВУ полностью исключает выход капель, паров и масляного тумана из переднего подшипникового узла и их попадание на венцы лопаток и проточную часть, а также исключает все перетечки между ступенями, включая концевые. Применение АЛВУ позволяет повысить КПД ГТУ-«САЛЮТ» по сравнению с существующей ГТТ-3М на 6%, не требует обслуживания, ремонта, и срок его эксплуатации не ограничен.

Система автоматического управления

Введена современная АСУ ТП, при которой производится оптимальное управление ГТУ-«САЛЮТ» на всех режимах эксплуатации без участия обслуживающего персонала. Все приборы и средства автоматики высоконадежны, точны и удобны при эксплуатации технологического процесса.

На фиг.1 представлен продольный разрез турбокомпрессора ГТУ-«САЛЮТ»: где 1. Корпус входной улитки компрессора; 2. Корпус компрессора; 3. Корпус выходной улитки компрессора; 4. Корпус входной улитки турбины; 5. Входной направляющий аппарат; 6 по 14 Рабочие лопатки от 1 по 9 ступени турбокомпрессора; 15. Рабочая лопатка входного направляющего аппарата; 16. Спрямляющие лопатки турбокомпрессора; 17. Аэродинамические лабиринтно-винтовые уплотнения; 18, 19 и 20 Рабочие лопатки 1-3 ступеней силовой турбины; 21. Спрямляющие лопатки силовой турбины; 22. Аэродинамические лабиринтно-винтовые уплотнения; 23. Корпус переднего опорного подшипника; 24. Передний опорный подшипник; 25. Корпус заднего опорно-упорного подшипника; 26. Задний опорно-угюрный подшипник; 27. Ротор.

В целом современное облопачивание компрессора, турбины, применение новой камеры сгорания, применение АЛВУ и автоматической системы управления, позволили повысить КПД ГТУ-«САЛЮТ» по сравнению с действующей ГТТ-3М на 16%.

В газотурбостроении идеология данной полезной модели может быть использована при реконструкции авиационных газотурбодвигателей и реконструкции промышленных газотурбинных установок.

1. Газотурбинная установка состоит из компрессора, турбины, камеры сгорания, аэродинамического лабиринтно-винтового уплотнения управления и автоматической системы управления технологическим процессом с оптимальным управлением без участия обслуживающего персонала, где в компрессоре девять ступеней с КПД _{ад к}=0,866, физический расход воздуха G _{ф к}=34,1 кг/с, полное давление на выходе компрессора Р=0,7372 МПа, температура торможения на выходе из компрессора Т_{вых к}=553,6 К, физическая мощность, потребляемая компрессором, N_к=8930,9 кВт, частота вращения ротора турбокомпрессора n_к=7500 об/мин, расход газа на входе в трехступенчатую турбину G_т=26 кг/с, полное давление газа, подаваемого в турбину, Р_вхт=0,5588 МПа, КПД _ад=0,9, температура торможения на входе в турбину Т_{вх т}=953 К, полное давление на выходе из турбины Р_{вых т}=0,10716 МПа, температура торможения на выходе из турбины Т_{вых т}=661,4 К, мощность турбины N_т =9000 кВт.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве корпуса газотурбинной установки используется существующий корпус ГТУ ГТТ-3М.