3.2. Конструкция gt13e2
B состав газотурбинной установки входят следующие основные узлы:
– электрический генератор,
– маслобак,
– всасывающий патрубок,
– компрессор,
– камера сгорания,
– турбина,
– выхлопной диффузор.
Рисунок 4. Принципиальная тeплoвaяcxeмa ГТУ.
1-электрогенератор, 4- компрессор, 5- кaмepаcгopaния,6- турбина.
Принцип действия ГТУ показан на рис.4. Воздух засасывается компрессором (4), сжимается и подается в камеру сгорания (5). Топливо подается в камеру сгорания, смешивается с воздухом и сжигается. Продукты сгорания поступают в турбину (6), где тепловая энергия продуктов сгорания преобразуется в механическую. Вращение от турбины передается на компрессор и электрогенератор (1). Отработавшие газы из турбины поступают в котел-утилизатор.
Осевой компрессор состоит из входного конфузора, 21 ступени сжатия воздуха, спрямляющего аппарата для уменьшения потерь давления на выходе из выходного диффузора. При температуре наружного воздуха +15 оС, атмосферном давлении 1,013 бар производительность компрессора составляет 454 м3/сек, степень сжатия 14.6, коэффициент полезного действия компрессора ≈ 87%.
Газовая турбина пятиступенчатая. Температура газа на входе в турбину ≈1100 оС.
Температура на входе турбины является основным показателем и соответствует среднемассовой температуре газа перед турбиной. В зависимостиотвыбранногосеченияимеетсянесколькоопределений:
температура на выходе из камеры сгорания
температура газа перед соплами первой ступени
температурагорения
температура перед турбиной по условиям ISO
Температура на выходе из камеры сгорания является среднемассовой температурой на выходе из камеры сгорания после перемешивания газа со вторичным охлаждающим воздухом.
Температура перед соплами равна среднемассовой температуре горячего газа перед сопловыми лопатками первой ступени после подмешивания охлаждающего воздуха внутреннего корпуса в поток, ниже выходного сечения камеры сгорания.
Температура горения равна среднемассовой температуре перед рабочими лопатками первой ступени после подмешивания охлаждающего воздуха, воздуха уплотнений соплового аппарата и диска первой ступени к газу, поступающему на сопловой аппарат первой ступени.
Температура по условиям ISO является среднемассовой температурой перед соплами первой ступени, рассчитанной из теплового баланса с учетом суммарного расхода воздуха на входе компрессора и полного расхода топлива. Температура газа не является равномерной, имеются отклонения от средней. Максимальные отклонения описываются с помощью коэффициента неравномерности.
Рисунок 5. Пpoдольнoe ceчeниe турбогруппы ГТУ.
Лопаточный аппарат турбины и система охлаждения
В GT13Е2 используется 5-ступенчатая турбина, в которой ступени 1-3 имеют внутреннюю систему охлаждения, а ступени 4 и 5 не охлаждаются. Для ступени 1 используется современное, так называемое «распылительное охлаждение», которое покидает переднюю кромку лопаток и направляется против главного массового потока. В результате, создается охлаждающая пленка на напорной и всасывающей стороне лопаток. Кроме этого, на всасывающей стороне имеется дополнительный ряд пленочного охлаждения. Лопатки 1-3 оснащены внутренней многоканальной системой охлаждения, а лопатки 1 и 2 оснащены ещё и дополнительным внутренним каналом потока на передней кромке.
Лопатка 4 отливается как полая часть. Лопатки 1-4 не имеют бандажа, в то время как лопатка 5 оснащена бандажом, предназначенным для сцепления лопаток.
Лопатка 1, направляющие лопатки 1 и 2 покрыты термостойким покрытием (ТВС), а на ступени 1-3 и направляющую лопатку 4 нанесено антиокислительное покрытие. Все рабочие и направляющие лопатки, а также тепловые экраны изготовлены из суперсплава на основе никеля.
Направляющие лопатки установлены в держателе (обойме) лопаток. Охлаждающий воздух подается к направляющей лопатке 3 и тепловому экрану статора через держатель лопаток за счет внутренней системы, которая охлаждает и саму обойму. Обойма лопаток турбины отливается из стали и поддерживается кожухом газовой турбины.
Компрессор
21-ступенчатый компрессор обеспечивает низкую нагрузку на лопатки, высокую устойчивость к пульсации и длительный срок службы. Регулируемый направляющий аппарат компрессора обеспечивает качественную работу системы в режиме частичной нагрузки и в комбинированноом цикле.
Ротор изготовлен из нескольких дисков из ферритной стали. Диски соединены вместе по краям с помощью аргонно-дуговой сварки с погружением дуги. Ротор представляет собой одну цельную часть без каких-либо механических соединений, горячих посадок или болтов. В установке GT13Е2 используется одиночная камера сгорания с 72 горелками EV. Симметричное расположение горелок обеспечивает равномерное распределение температуры по окружности на входе турбины, снижая температурное рассеивание, ассоциируемое с SILO или трубчатыми камерами сгорания. Горелки EV предварительного «бедного» смешивания в GT13Е2 обеспечивают уровень выбросов NOx ниже 25 vppm (кор.15% О2) для природного газа без впрыска воды и 42 vppm (кор.15% О2) для жидкоготоплива с впрыском воды. Камера сгорания GT13E2 предназначена для длительного срока службы и легкого доступа, что снижает затраты при проведении техобслуживания. Наличие люка в камере сгорания позволяет техническому персоналу проводить её осмотры и ревизии без разборки в течение 2-3 дней плановой остановки.
Для защиты корпуса компрессора и вала ротора от воздействия горячего воздуха последних ступеней, в системе имеется ряд из 5 тепловых экранов статора и 4 ряда из тепловых экранов ротора.
Рисунок 6.Продольноеceчeниeтурбогруппы по камере сгорания ГТУ.
1- силовой кopпyc, 2 –кoмбиниpoвaннaяropeлкa, 3 –плaмeннaятpyбa, 4 - кopпyc турбины, 5 - ротор, 6 - люк со смотровой трубой, 7 – контроллер пламени.
A- кoльцeвoй кaнaл для пoдaчи сжатого вoздyxa, B- пoдaчa гopячeгo гaзa на вход в турбину.