способ подачи и отвода потока очищенного охлаждающего воздуха к турбогенератору

Формула изобретения

1. Способ подачи и отвода потока очищенного охлаждающего воздуха к турбогенератору, в том числе к его активным и конструктивным частям, имеющему газотурбинный привод с комплексным воздухоподготовительным устройством, включающим приемный блок с системой обогрева входящего воздуха, работающей по сигналу датчика обледенения, а также блок инерционной очистки, отличающийся тем, что охлаждение активных и конструктивных частей турбогенератора осуществляют потоком воздуха, отсасываемым в блоке инерционной очистки комплексного воздухоподготовительного устройства в количестве 8-20% от объема проходящего через него воздуха, с последующей доочисткой его в прямоточном цикле и дальнейшей подачей в турбогенератор по трубопроводу посредством высоконапорного электроприводного вентилятора, при этом отвод потока из турбогенератора осуществляют с помощью вентиляторов, установленных на роторе турбогенератора, по трубопроводу или в атмосферу, или в приемный блок комплексного воздухоподготовительного устройства через электроприводную задвижку, включаемую по сигналу датчика обледенения.

2. Способ по п. 1 отличающийся тем, что подпор воздуха в трубопроводе перед поступлением его в систему обогрева приемного блока комплексного воздухоподготовительного устройства осуществляют через инжектор, работающий на сжатом воздухе из газотурбинного привода.

Описание изобретения к патенту

Заявляемое изобретение относится к энергетике, в частности к способам подачи и отвода потока очищенного охлаждающего воздуха к турбогенератору, работающему от газотурбинного привода по разомкнутой системе охлаждения, при которой хладагент-воздух, предназначенный для охлаждения активных и конструктивных частей турбогенератора подают в него извне и выводят наружу после использования.

Известен способ охлаждения активных и конструктивных частей турбогенератора (см., например, книгу: А.И. Абрамов и др. "Проектирование турбогенераторов", М., 1990, с.8, 15-20, 83-84) воздухом по замкнутой системе, когда в машине циркулирует одно и тоже количество воздуха, охлаждаемого в воздухоохладителе. Применение замкнутой системы вентиляции определяет прежде всего необходимость использовать очищенный воздух. При этом в связи с нагревом этого воздуха после прохождения между активными и конструктивными частями турбогенератора его приходится охлаждать, для чего используют камеры с воздухоохладителями, по трубам которых циркулирует охлаждающая жидкость. Кроме того, необходимо установление центробежных вентиляторов, которые бы опять засасывали охлаждающий воздух к частям турбогенератора. Таких камер может быть несколько. В связи с возможной утечкой воздуха из системы охлаждения, необходим забор и очистка дополнительного количества воздуха из атмосферы и установка очищающих фильтров. Все вышесказанное требует для охлаждения турбогенератора большого количества дополнительного оборудования, непосредственно связанного с турбогенератором.

Известен способ подачи хладагента в машину, в т.ч. турбогенератор, при котором хладагент попадает в машину не из окружающей среды, а из другого источника через входную трубу или канал, затем удаляется из машины через выходную трубу или канал на некотором расстоянии от машины (см., например, ГОСТ 20459-87 "Машины электрические вращающие. Методы охлаждения. Обозначения. ", с. 3, табл. 2, позиция 3) - прототип. В данной информации не указываются способы подачи хладагента, в том числе чистого вентиляционного охлаждающего воздуха в турбогенератор.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является предложение способа подачи и отвода потока очищенного вентиляционного охлаждающего воздуха, предназначенного для охлаждения активных и конструктивных частей турбогенератора, позволяющего сократить дополнительное оборудование, непосредственно связанное с турбогенератором и служащее для очистки и охлаждения этого воздуха.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что подачу и отвод потока очищенного охлаждающего воздуха к турбогенератору, работающему от газотурбинного привода с комплексным воздухоподготовительным устройством, включающим приемный блок с системой обогрева входящего воздуха, работающей по сигналу датчика обледенения, а также блок инерционной очистки, осуществляют следующим образом: из блока инерционной очистки комплексного воздухоподготовительного устройства, предназначенного для обеспечения минимальных потерь полного давления во входном тракте энергоустановки, для обеспечения равномерности поля скоростей на входе в отдельные блоки, как условие равномерного распределения воздушного потока перед входным направляющим аппаратом компрессора, для защиты от попадания в проточную часть различных включений, снижающих расходно-напорные характеристики газотурбинной установки и ее надежности, а также для обеспечения шумоглушения, отсасывают часть воздушного потока частично за счет действия инерционных сил очищенного от взвешенной пыли (грубо-средне-дисперсной) в объеме 8-20% через щелеобразные отверстия, направляют его в сборные короба, и далее через основной короб отсоса блока инерционной очистки направляют в прямоточный циклон и затем по трубопроводу посредством высоконапорного электроприводного вентилятора в турбогенератор. При этом отвод потока воздуха от турбогенератора осуществляют с помощью вентиляторов, обычно двух, установленных на его роторе по трубопроводу или в атмосферу, или в приемный блок через электроприводную задвижку, включаемую в зимнее время по сигналу датчика обледенения, расположенного перед приемным блоком комплексного воздухоподготовительного устройства. Причем нагретый в турбогенераторе поток воздуха, направляемый после него в атмосферу, в дальнейшем может быть использован на хозяйственные нужды для обогрева. Кроме того, подпор воздуха в трубопроводе перед поступлением его в систему обогрева приемного блока комплексного воздухоподготовительного устройства осуществляют через инжектор, работающий на сжатом воздухе газотурбинного привода, в том числе из ступени компрессора или системы уплотнений. При этом следует иметь в виду, что газотурбинный привод работает в своем оптимальном режиме.

На чертеже условно представлена общая схема подачи и отвода потока очищенного охлаждающего воздуха к турбогенератору.

Для реализации заявляемого способа используют следующую систему подачи и отвода потока очищенного охлаждающего воздуха к турбогенератору 1, в т.ч. его активным и конструктивным частям, работающему от газотурбинного привода, состоящего из компрессора 2, камеры сгорания 3, газовой турбины 4, вращающей ротор компрессора 2, и газовой турбины 5, вращающей ротор турбогенератора 1, на котором установлены два вентилятора 6 и 7. Газотурбинный привод снабжен комплексным воздухоподготовительным устройством 8, включающим приемный блок 9 с системой обогрева, блок инерционной очистки 10, содержащий сборные короба и короб отсоса 11, блок "тонкой очистки" 12, блок шумоглушения 13 и выходной блок 14 с байпасным устройством. Перед приемным блоком 9 установлен датчик обледенения 15. В качестве комплексного воздухоподготовительного устройства 8 может быть использовано комплексное воздухоподготовительное устройство энергетических ГТУ, указанное в статье Е.И. Михайлова "Создание КВОУ энергетических ГТУ для различных климатических районов страны" (см. сборник "Труды ЦКТИ" 261, Л., 1990 г., с. 137-143). Кроме того, в систему подачи и отвода потока очищенного охлаждающего воздуха к турбогенератору 1 входят прямоточный циклон 16 с установленными перед ним коробами отсоса 11, и далее для продвижения потока воздуха по трубопроводу 17 предназначен высоконапорный вентилятор 18 с электроприводом 19. Отвод воздуха осуществляют по трубопроводу 20, выходящему из турбогенератора 1. В системе возможно использование также инжектора 21, работающего на теплом сжатом воздухе из газотурбинного привода.

Подтверждением возможности осуществления заявляемого изобретения является следующая последовательность действий: атмосферный воздух с возможной взвешенной пылью, пройдя приемный блок 9 комплексного воздухоподготовительного устройства 8, поступает в блок инерционной очистки 10 с определенной скоростью, где за счет действия инерционных сил он будет очищен от взвешенной пыли (грубо-средне-дисперсной) и направлен в блок "тонкой очистки" 12, а затем, пройдя блок шумоглушения 13, будет подан по всасывающему трубопроводу к входному направляющему аппарату компрессора 2. При этом 8-20% от объема воздуха, проходящего через комплексное воздухоподготовительное устройство 8, а именно с помощью щелеобразных отверстий в его блоке инерционной очистки 10, отсасывают в сборные короба отсоса 11 и направляют через основной короб отсоса в прямоточный циклон 16, где практически на 100% воздух очищают от взвешенной пыли. Далее очищенный холодный воздух направляют в турбогенератор 1 по трубопроводу 17 посредством высоконапорного вентилятора 18 с электроприводом 19. Охладив активные и конструктивные части турбогенератора 1, подогретый воздух отводят с помощью вентиляторов 6 и 7, установленных на роторе турбогенератора 1, по трубопроводу 20 или в атмосферу с возможностью использования его на хозяйственные нужды, или отводят его к приемному блоку 8 с системой обогрева, экономя тем самым на нагреве. Подпор воздуха в трубопроводе 20 осуществляют с помощью горячего сжатого воздуха из газотурбинного привода, пропускаемого через инжектор 21. Причем при отсутствии необходимости подачи греющего агента, горячий воздух из трубопровода 20 по сигналу датчика обледенения 15 с помощью электрозадвижки (не показана) может автоматически отключаться.

Выбранный интервал отсасываемого в блоке инерционной очистки 10 воздуха в количестве 8-20% позволяет получить заявляемый технический результат. При этом, если воздух будет отсасываться в количестве, меньшем 8% от объема, то это приведет к снижению эффективности охлаждения и очистки воздуха, т.к. его будет не хватать на охлаждение турбогенератора. При объеме более 20% могут наблюдаться очень большие скорости в элементах пылеулавливания блока инерционной очистки 10, что снижает эффективность и мощность работы компрессора 2, а также возможно возникновение срывных явлений внутри элементов пылеулавливания. Кроме того, большее количество воздуха потребует для его прокачки по трубопроводам дополнительное оборудование или более мощное, что также неэкономично.

Следует также добавить, что в зависимости от мощности турбогенератора, при его больших значениях и для выравнивания потока в комплексном воздухоподготовительном устройстве возможно подведение очищенного охлаждающего воздуха к турбогенератору 1 по двум линиям, т.е. отсос его осуществляют в сборные короба 11 по двум направлениям и далее в два разных прямоточных циклона 16 с последующим подводом к турбогенератору 1 с помощью двух вентиляторов 18 с электроприводом 19.

Предлагаемый способ позволит значительно упростить конструкцию блока охлаждения турбогенератора, устранить необходимость использования охлаждающей воды, что особенно важно как в районах Крайнего Севера, так и южных районах со значительной запыленностью воздуха. При этом способ позволяет резко повысить эффективность и надежность работы не только турбогенератора, но и всей газотурбинной установки, т. к. подогрев входящего воздуха в осенне-зимний период эксплуатации (обледенение и хладоломкость) осуществляют в предлагаемом способе в основном за счет использования нагретого в системе охлаждения турбогенератора воздуха.