книги из ГПНТБ / Гельфенбейн Л.Г. Регенераторы газотурбинных установок

путем увеличения его толщины или в общем случае — путем ис­ пользования ребер с большей площадью поперечного сечения по отношению к периметру. Это приводит к толстым ребрам и к -уве­ личению сопротивления в результате отрыва пограничного слоя, вызываемого тем, что форма ребра неполностью соответствует

линиям тока.

Простейшим телом, которое можно использовать в качестве ребер и которое имеет наибольшее поперечное сечение по отноше­ нию к периметру, является круглый цилиндр или шиповидное реб­ ро. Исходя из этого, американские исследователи проводили испы­ тания пакетов, составляемых из пластин с шиповидным оребрением [73]. Поверхность нагрева в этом случае состояла из пластин, соединенных между собой изогнутой тонкой проволокой (фиг. 10,я). Поток, обтекающий шипы, был подобен перекрестному потоку в пучках труб при конвективном теплообмене. Положительной сто­ роной системы являются очень малые размеры (d= 1 мм); сле­ довательно, эта система работает при значительно меньших числах. Re, чем в пучках труб.

Испытанию подвергались пакеты со следующей геометрической характеристикой. Шипы расположены в коридорном порядке с шагом по ширине и глубине, равным 7,9 мм; их диаметр составлял 1 мм, а расстояние между пластинами — около 19 мм. Поверх­ ность шипов достигала 76% полной поверхности. Опытные данные показали значительное преимущество исследованных пакетов в отношении теплоотдачи и сопротивлений по сравнению с трубча­ тыми теплообменниками, несмотря на то, что при этом числа Re малы. При расположении шипов в линию близко друг от друга характер течения потока газа имел тенденцию к ламинарному. Это показывает, что шахматное расположение лучше коридор­ ного.

Испытания моделей теплообменников с шиповидным оребрением показали, что, несмотря на значительные потери вследствие гидравлических сопротивлений, поверхности нагрева, оребренные круглыми шипами, могут конкурировать, с точки зрения веса и- объема, с поверхностями нагрева с пластинчатым или пластин­ чато-жалюзийным оребрением.

Изысканием эффективных поверхностей нагрева для теплооб­ менных аппаратов занимаются многие лаборатории как у нас, так и за границей. Большая работа в этом направлении была про­ ведена зарубежными исследователями. В [73] приведены экспери­ ментальные данные по 88-ми типам поверхностей нагрева, из ко­ торых авторами наиболее полно испытаны 65. В указанной работе имеются экспериментальные данные по теплоотдаче и сопротивле­ нию поверхностей нагрева, предложен ряд конструктивных форм,

которые дают возможность использовать преимущества отдельных типов.

Поскольку нас в данном случае интересуют теплообменные по­ верхности, пригодные для регенераторов ГТУ, ниже приводим опи­

20

сание и технические характеристики существующих регенераторов в том числе и таких, в которых отражены результаты упомянутых выше научно-исследовательских работ.

§ 7. ТРУБЧАТЫЕ РЕГЕНЕРАТОРЫ

Регенератор газотурбинной установки мощностью 2509 кет

фирмы «Бритиш Томпсон Хаустон»

На фиг. 11 показан общий вид регенератора. Конструкция типична для стационарных установок, где регенератор размеща-

•ется вне пределов машинного зала и поэтому к нему не предъяв­ ляют жестких требований в отношении габаритов.

по газу и двухходовой по воздуху. Воздух проходит внутри тру­ бок, а газ — в межтрубном пространстве. Регенератор состоит из четырех отдельных секций, смонтированных одна над другой по­ следовательно по ходу газа. При конструировании регенератора было уделено особое внимание компенсации термических дефор­ маций, а также предусмотрены большие люки для облегчения чистки поверхности теплообмена с газовой стороны. Регенератор расположен вне здания. Установка пущена в эксплуатацию в 1954 г. Техническая характеристика ряда трубчатых регенера­ торов ГТУ дана в табл. 2.

21

Регенератор газотурбинной установки мощностью 1200 л. с.

фирмы «Бритиш Томпсон Хаустон»

На фиг. 12 показан общий вид регенератора, установленного на танкере «Аурис». Вследствие специальных условий компоновки в машинном отделении, регенератор расположен вертикально в

шахте выходной трубы.

Регенератор трубчатый, противоточный с продольным обтека­ нием. Воздух из компрессора поступает в верхний барабан реге-

монтируются две камеры сгорания. Благодаря раздвоению труб­ ного пучка создается плавный U-образный вход газа в регенера­ тор. Почти на всем протяжении регенератор имеет квадратное

;>4

предусмотрены обдувка трубок сжатым воздухом и очистка их через дверцы в боковых стенках корпуса.

Во время работы наблюдалась самоочистка регенератора, когда отложения сажи отваливались при определенной толщине слоя. Техническая характеристика этого регенератора приведена в табл. 2.

Регенератор газотурбинной установки мощностью 15 000 квт фирмы «Метрополитен-Виккерс»

Газотурбинная установка введена в эксплуатацию в 1952 г. на электростанции «Траффорд» (Англия). Регенератор установки трубчатый; состоит из шести цилиндрических блоков диаметром

1,5 м и длиной 6,5 м, включенных параллельно. На фиг. 13 при­ ведена схема этой ГТУ. Каждый блок регенератора состоит из цилиндрического трубного пучка по 2005 трубок диаметром 25,4/22,14 мм, изготовленных из обычной углеродистой стали. Обте­ кание трубок продольное, противоточное. Газ проходит по труб­ кам, а воздух — снаружи в межтрубном пространстве. В такой схеме корпус регенератора находится под полным давлением воз­ духа. Но в то же время обтекание наружной поверхности трубок чистым воздухом позволило уменьшить зазоры между трубками, благодаря чему достигается большая компактность,-Очистка по­ верхности со стороны газа значительно упрощается, так как внут­

25

реннюю полость трубок легче очистить, чем наружную, находя­ щуюся в межтрубном пространстве с ее застойными зонами, где может отлагаться сажа. В регенераторе нет промежуточных труб­ ных досок, и воздух движется вдоль трубок. За счет этого сводится к минимуму диаметр наружного корпуса, находящегося под дав­ лением, и уменьшается объем системы, заполненный сжатым воз­ духом, что существенно влияет на характеристики регулирования

установки. Схема блока регенератора пред­ ставлена на фиг. 14. Одна из трубных досок жестко соединена с корпусом, а вторая имеет возможность свободно перемещаться под дей­ ствием температурных расширений, чем ис­ ключается возникновение напряжений. Во из­ бежание просачивания воздуха, между труб­ ной доской и корпусом установлено сальни­ ковое уплотнение. Соединение трубок с доска­ ми производится развальцовкой. Расстояние между трубками фиксируется кольцевыми про­ ставками, расположенными на равных рас­ стояниях по длине трубки, и при помощи вол­ нистых лент, которые также облегчают сборку аппарата и замену трубок.

Техническая характёристика этого регене­ ратора дана в табл. 2.

Регенераторы газотурбинных установок фирмы «Броун-Бовери» состоят из ряда отдельных блоков (фиг. 15). Так, например, газо­ турбинные установки мощностью 13000 и 27 000 кет в Бецнау (Швейцария) имеют соответственно по 5 и 10 блоков. Регенера­ торы гладкотрубные, характеризуются очень большими габари­ тами и весом вследствие низкой эффективности, а также малой компактности их поверхности. Поскольку давление по воздушной стороне находится в пределах 5—10 кГ/см2, а температура стенки трубки не превышает 400° С, все элементы, регенераторов изготов­ лены из обычной углеродистой стали.

26

Регенераторы газотурбинных установок фирмы «Дженерал-Электрик»

Из выпущенных за последние 4 года 14 мощных установок только в двух установках фирма применила регенератор со сте­

27

1830 мм, а общая длина блока составляет 7700 мм. Трубки в труб­ ных досках закреплены вальцовкой. Материал трубок и трубных

досок — углеродистая сталь.

Техническая характеристика этого регенератора* дана в табл. 2.

Фиг. 16. Схема блока регенератора газотурбинной установки мощ­ ностью 5000 квт фирмы «Дженерал-Электрик»:

Регенератор газотурбинной установки мощностью 1 000 квт фирмы «Аллен»

Регенератор предназначен для судовой установки. Благодаря тому, что применена удачная компоновка, перекрестное обтекание и малый диаметр трубок, регенератор отличается компактностью,

Фиг' 17. Схема судовой газотурбинной установки мощностью 1000 квт фирмы «Аллен»:

На фиг. 17 представлена схема газотурбинной установки. После выхода из компрессора сжатый воздух поступает в 16 диффузор-

23