Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

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

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

29.10.2023

Размер:

9.99 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 45 / 195 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 > Следующая >>>

иены к воздушным патрубкам. При этом получилось шахматное расположение ячеек (фиг. 29). В промежутках между ячейками циркулирует воздух. Корпус регенератора выполнен из стальных листов, приваренных к краям секций, чтобы предотвратить утечки воздуха и газа. При этом предусмотрена возможность температур

ных расширений.

Техническая характеристика рассмотренных регенераторов да на в табл. 3.

Пластинчатый регенератор НЗЛ

Оригинальная конструкция пластинчатого регенератора без оребрения создана и иссле дована на Невском машиностроительном заво де им. В. И. Ленина [5]. Пластинчатые регене раторы НЗЛ составлены из гофрированных штампованных листов. Сваренные попарно листы образуют продольные овальные каналы

		Фиг.	29.	Сечение по
		теплообменной			по
		верхности		регенера
		тора	газотурбинной
Фиг. 28. Схема регенератора газотурбинной установки		установки		мощностью
		3000	л.	с.	фирмы
мощностью 3000 л. с.	фирмы «Инглиш-Электрик».
		«Инглиш-Электрик».

для газа и волнообразные каналы для воздуха, расположенные перпендикулярно к первым (фиг. 10, к) и (фиг. 30). Здесь приме нен с одной стороны листа корытообразный профиль, а с другой — овалообразный профиль. Оба профиля, как показали исследова ния, обладают наилучшими аэродинамическими характеристиками и хорошо компонуются в пакет с высоким использованием объема. При этом осуществляется внешнее обтекание с обеих сторон. По следнее обстоятельство особенно важно для теплообменников, в которых коэффициенты теплоотдачи со стороны рабочих агентов близки друг к другу. Пластинчатый регенератор типа НЗЛ обла дает еще и тем преимуществом, что его изготовление несложно. Все гофрированные пластины изготовляются при помощи одного штампа, трубные доски отсутствуют.

									Таблица 3
					пластинчаты х	регенераторов Г Т У
			О сновны е	характеристики		нзл		Завод „Экономайзер"
						нзл		Завод „Экономайзер"
	Завод-изготовигель		„Эйр-	„Инглиш	ГТ-6	ГТ-700-5	ГТУ-З	ГТУ-6	ГТУ-15
	Завод-изготовигель		Прехитер“	Электрик*4	ГТ-6	ГТ-700-5
					6000	5000	300	600	1500
Мощность ГТУ в кет ............................................................			5000	3000 л. с.			1
							1
	газ		1 I	f 1		$	—Г*"	>	£
Схема	вегенеоатоса	_ .................................. ....	Т1	f 1		$	1	1	£
	воздух		1 ¥	l l					15,6
					55	45	5,3	9,2	15,6
Расход воздуха в к?{сек.......................................................			30,6	19,1	0,8	0,75	0 ,5	0,65	0,75
Степень регенерации ...........................................................			0,75	0,6	2,45	3,85	2,3	3,9	3,7
Давление воздуха в кГ/смг ...............................................			5,2	4,9	1,12	1,03	1,03	1,09	1,06
»	газа в кГ/см2 .......................................................		1,05	1,0	30	175	116	190	182
Температура воздуха при входе в °С ..............................			214	—	157,5	285	260,5	305	306
Средняя температура воздуха в ' С ..................................			—	295	350	468	544	545	513
Температура газа при входе в °С .......................................			448	—	222,5	362,5	449,5	431,5	389
Средняя температура газа в ° С ..........................................			—	422,5	■1,0	1,0	0,5	0 ,5	1,0
Толщина листов в м м ............................................................			1,59	0,7	—	1450x 810	532x287	700X630	1450X810
Размеры листа в мм................................................................			—	508X1300	9,05,12	8,06/12,6	7,4/10	7,4/10	7,8/12
Эквивалентные диаметры — — в м м ..............................			9,7/11	—	■ 3400	1410	49	152	580
		de			■ 3400	1410	49	152	580
Поверхность нагрева в ж2 ....................................................			1740	426	—	8,9	0,25	0,6	3,53
Объем сердечника в ж3 ..................		......................................	13,6	2,3	—	—	0,28	—	12,4
»	регенератора в ж3	....................................................	- 2 0 ,0	4,3	—	—	0,89	—	0,285
Использование объема ............................................................			0,68	0,535	50,3	112,5	114	147	101,5
Коэффициент теплопередачи в ккал/м2-ч-°С .................			54,7	51	—	158	195	253	164
Коэффициент компактности в ж5/ж3 ..............................			128	185	3,27	2,64	2,87	5,5	4,05
Относительное сопротивление с воздушной стороны					3,27	2,64	2,87	5,5	4,05
Относительное сопротивление с воздушной стороны			0,88	1,44	3,38	4,54	3,5	5,55	3,43
в %	..........................................	..............................................	0,88	1,44	3,38	4,54	3,5	5,55	3,43
Относительное сопротивление с газовой стороны в % .			2,0	4,27	6,65	7,18	6,37	11,05	7,48
Суммарное сопротивление в % ..........................................			2,88	5,71	—	11,0	0 ,2	— 0,55	4,5
Вес сердечника в т ................................................................			31	3,9	66,81	—	0,3	2,4	12,27
Общий вес регенератора в т ...............................................			38,8	5,5			0,66	- 0 ,2 3	0,367
Использование в е с а ................................................................			0,8	0,71

На фиг. 30 показаны элемент, состоящий из двух"листов, и сек ция пластинчатого теплообменника типа НЗЛ, выполненного для промышленной установки. Недостатком конструкции является не обходимость применения стяжных болтов значительного диаметра для обеспечения плотности. Конструкция не позволяет сваривать диеты по всей длине.

Пластинчатый регенератор НЗЛ газотурбинной установки мощностью 6000 кет для металлургического производства

На фиг. 31 показан продольный разрез пластинчатого регенера тора (воздухоподогревателя), выполненного по схеме перекрест ного потока. Регенератор компонуется из 20 отдельных пакетов гофрированных листов. Каждые 4 пакета соединены последова тельно по движению воздуха в одной камере и образуют отдель ную секцию регенератора. В соответствии с числом пакетов в сек ции воздух движется по четырем ходам, а газ движется в пере крестном направлении внутри ячеек. Все секции установлены в общей раме, к которой подключены газоходы (фиг. 32). Общая

поверхность нагрева регенератора 3400 ж2, что составляет 0,57 м2/квт. Вес одного пакета 2760 кг. Общий вес регенератора

66810 кг или 11,1 кг/кет.

Фиг. 32. Пластинчатый регенератор НЗЛ в собранном виде.

Т ехн и ческая х ар ак тер и сти к а реген ер ато р а
Толщина листов в м м ..............................................................................................	1
Число я ч е е к .......................................................	15515
Диаметр ячеек наружный dH в мм . . ....................................................	12
Эквивалентный диаметр газовой ячейки d3 в мм ..............................	9,05
Площадь сечения ячейки fm в мм2 ............................................................	190
Внутренний периметр ячейки п в м м .......................................................	. 84
Шаг ячеек в в м м .......................................................................................

Длина ячейки одного хода I в мм					...........................................................		900
Ширина щели для прохода				воздуха ..........................................s в мм			7
Число	зазоров для прохода в о з д у х .......................................................а						360
Расход	воздуха в кг/сек................................................................................						55
„	газа в кг/сек........................................................................................						55
Температура воздуха при входе в ° С .......................................................							30
„		„	на выходе в ° .......................................................С				285
Давление воздуха в кГ:см2				........................................................................			2,45
Температура газа при входе в °С .............................................................................							350
„		„	на выходе в °С .......................................................................				95
Давление газа в кГ/см2 .......................................................................................							1,12
Степень регенерации................................................................................................							0,8
Скорость воздуха в м /сек				....................................................................................			13
„	газа в м /сек..............................			......................................................			24
					0,111	Re®’67
Коэффициент теплоотдачи с воздушной ---------- ------------стороны ав=						“ к
в ккал/'м2-ч-°С					-	“ к	163,9
в ккал/'м2-ч-°С			.......................................................	.................................	-		163,9
					0,018	Re®’8 Хг
Коэффициент теплоотдачи с газовой -------------------					стороны аг =	’—
в ккал/м2-ч-°С						“э	72,5
в ккал/м2-ч-°С			....................................................................................................			.	72,5
Коэффициент теплопередачи К в ккал ......................... ..../м.2-Ч'°С						.	50,3
Падение давления с воздушной стороны сердечника Дрв = 4р8и^Х
X 0,16		+	0 ,0 4 —	+ 0,8 —	Re - ° ’4 (n — 2) - f		720 мм вод. cm.
			s	s	8		или 2,94%
(п — число волнообразных выступов по ходу воздуха).							*
Падение давления с воздушной стороны регенератора при входе,
выходе и на трех поворотах...................................................................						80 мм вод. cm.
							или 0,33%
Падение давления с газовой стороны, Др г = 4ргщ>^ 0,83 +						0,34
Падение давления с газовой стороны, Др г = 4ргщ>^ 0,83 +						R ^ X
						R ^ X
I	_	С - С					380 мм вод. cm.
Х Ыэ		Тг					380 мм вод. cm.
Х Ыэ		Тг	..............................................				или 3,38%
Суммарное относительное сопротивление с воздушной и газовой							или 3,38%
Суммарное относительное сопротивление с воздушной и газовой							6,65
стороны		в % ...........................................................................................				.	6,65

Весовые и габаритные показатели пластинчатого регенератора по сравнению с трубчатым, ранее выпускавшимся заводом, улуч шены.

Применив более мелкие ячейки и иную компоновку, завод до бился значительно лучших показателей в регенераторе для газо турбинной установки мощностью 5000 кет (ГТ-700-5).

Пластинчатый регенератор НЗЛ для газотурбинной установки мощностью 5000 квт (ГТ-700-5)

Регенератор смонтирован из штампованных листов размером 1450x810 мм. Для обеспечения перекрестного тока число ходов со стороны воздуха — 3 и со стороны газа — 1. Общая поверх-

ность нагрева равна 1410 м2, что составляет 0,282 м2/квт. Вес сер дечника составляет 11 г или 2,2 кг/квт, его объем 8,9 мъ или

1,78 ж3/1000 кет. Компактность — 158 м2/м3.

			Техническая характеристика регенератора
Толщина листов в м м ....................................................................................						1
Диаметр ячеек наружный dH в м м ...........................................................						12,6
Число ячеек.........................................................................................................						19 200
Эквивалентный диаметр газовой ячейки d3 в мм . ..............................						8,06
Площадь сечения ячейки /яч в мм3 ...........................................................						112
Внутренний периметр ячейки к в м м .......................................................						55.6
Шаг ячейки в в м м ....................................................................................					....	25
Длина ячейки одного хода I в м м .......................................................					....	810
Ширина щели для прохода воздуха s в м м ..........................................						5.3
Число щелей для			прохода воздуха . .......................................................			600
Расход воздуха в кг/сек.................................................................................				•=	.	45
„	газа в кг/сек . ■					45,1
Температура воздуха при входе в °С .......................................................						175
„		„	на выходе в ° С ........................................................			395
Давление воздуха в кГ/смг .....................				..................................................		3,85
Температура газа			при входе в ° С ................................................................			468
„		„	на выходе в °С ............................................................		...	257
Давление газа в кГ/см2 ................................................................................						1.03
Степень регенерации .........................................................................................						0,75
Скорость воздуха			в м / с е к ............................................................................			15.6
„	газа	в м /сек ....................................................................................		воздушной стороны	ав = 0,198 X	39
Коэффициент		теплоотдачи с
X ~ \f i £- Re°’67 —— в ккаЛ/м?-ч-°С ...................................................						286

гв dH

Коэффициент теплоотдачи с газовой стороны

	X Re°’74—— в ккал/мг-ч- ° С ...............................................	185,5
	^э
	(где продольный шаг выступов по длине листа s2= 85 мм).
	Коэффициент теплопередачи в ккал/мг-ч- ° С .....................	112,5
	Падение давления с воздушной стороны сердечника Дрд .	776 мм вод. cm.
	Падение давления с воздушной стороны регенератора при входе,	или 2,02%
		239 мм вод. cm.
	выходе и в трех переходных камерах...................................................	239 мм вод. cm.
	Падение давления с газовой стороны Дрг	или 0,62%
	Падение давления с газовой стороны Дрг	467 мм вод. cm.
	Суммарное относительное сопротивление с воздушной и газовой	или 4,45%
	Суммарное относительное сопротивление с воздушной и газовой	7,18%
	сто р о н ы ............................................................................................. ....	7,18%

Пластинчатые регенераторы завода «Экономайзер»

Для газотурбинных установок 'малой мощности завод «Эко номайзер» применяет пластинчатые регенераторы типа НЗЛ, от личающиеся в некоторых случаях размерами ячеек и конструк* тивной компоновкой регенераторов без стяжных болтов.

Сердечник регенератора помещен в корпусе и приварен через гибкий компенсатор (ГТУ-6). Компенсатор в виде гофры шири

ной около 60 мм с одной стороны приварен к гребенке сердеч ника, а с другой — к корпусу. Крышка имеет четыре направля ющих закрылка для перехода воздуха из первого во второй ход. На фиг. 33 показан общий вид регенератора пластинчатого типа завода «Экономайзер», предназначенного для газотурбинной установки мощностью 1500 кет (ГТУ-15). Регенератор четырех ходовой. Для уменьшения сопротивления в перепускных патруб ках установлены специальные аппараты поворота.

Так как опыт эксплуатации показал, что гофры не совсем на

дежны	(были случаи			разрыва), то в последней			конструкции		от
них отказались			и применили		плавающий	сердечник,		который
крепится на гибких листах только с одной стороны.
Основные характеристики пластинчатых регенераторов газо
турбинных		установок		завода	«Экономайзер»		даны в	табл.	3.
В дополнение к ним приводим следующие данные:
	Наименование газотурбинной установки					ГТУ-3	ГТУ-6	ГТУ-15
Мощность в к е т			...........................................................			300	600	1500
Толщина листа в м м ...................................................						0,5	0,5	1,0
Размеры листа в мм.......................................................				dH в мм	532x287		700X630	1450X810
Диаметр ячеек наружный				dH в мм		10	10	12
Число я ч е е к		...........................................................				2656	4410	8000
Эквивалентный диаметр газовой ячейки d3 в мм						7,4	7,4	7,8
Площадь сечения			ячейки /яч в мм2.................		73,48		73,48	107
Внутренний периметр ячейки л в м м					.....................	40	40	55,6
Шаг ячеек в в м м ..........................................						18	18	25
Длина ячейки одного хода 1 в м м .................					в мм . . .	560	860	1450
Ширина щели для прохода воздуха s					в мм . . .	2,3	2,3	5
Число щелей для прохода				в о зд у х а .........................		83	147	250
Скорость воздуха в м /с е к ...........................................						24	27,5	17,7
„	газа	в. м/сек..............................................				51,8	53,2	33,9
Коэффициент теплоотдачи с воздушной стороны ав
в ккал/м2-ч -°С ......................................				с газовой	стороны аг	290	344	245
Коэффициент		теплоотдачи		с газовой	стороны аг
в ккал/м2 ■ч■° С			.................................			183	256	166

■ Из рассмотрения пластинчатых регенераторов, основные ха рактеристики которых сведены в табл. 3, следует, что, по срав нению с гладкотрубными, они обладают большей компактно стью, а коэффициент теплопередачи у них выше. Компактность подобных регенераторов может достигать 130—250 и 2/л3 с одно временным некоторым увеличением использования объема и веса поверхности нагрева. Использование объема и веса составляет приблизительно 0,5—0,8. В трубчатых регенераторах, независимо от диаметра применяемых трубок, строительный объем и вес при мерно в 2 раза больше объема и веса сердечника, на что указы вают соответствующие коэффициенты использования. В значитель ной мере это определяется применением 4—6-ходового перекрест-

1350-

Ч" .-4-

1378

1800

Фиг. 33. Общий вид пластинчатого регенератора газотурбинной установки мощностью 1500 кет завода «Экономайзер.

ного движения потоков, так как при этом переходные короба уве личивают объем и утяжеляют регенератор.

Пластинчатые регенераторы находят применение в газотурбин ных установках мощностью 300—6000 кет. и при степени сжатия до 5 (см. табл. 3). Основным препятствием для применения в газо турбинных установках с высокими степенями сжатия компактных пластинчатых регенераторов является недостаточная их механи ческая прочность.

Регенераторы, работающие в открытых циклах ГТУ, находятся под сравнительно небольшим давлением. В закрытых циклах реге нераторы испытывают большие напряжения, так как подвергаются воздействию горячих газов с температурой порядка 400—500° С. Материалы для их изготовления должны хорошо противостоять коррозии. Обеспечение антикоррозионных требований для мате риалов необходимо потому, что с понижением температур газов, происходящих при выключении регенератора, на поверхностях газоходов происходит интенсивное выпадение росы и окислов серы, вызывающих усиленную коррозийность. Исходя из зарубежного опыта эксплуатации, для изготовления регенераторов можно реко мендовать следующие сорта стали: нержавеющая, алитированная, малоуглеродистая, хромированная малоуглеродистая и обычная малоуглеродистая. Указанные материалы перечислены в порядке понижения стойкости к коррозии. Учитывая возможное окалинообразование, для работы при температурах выше 500—550° С при меняют мягкие аустенитные стали. В условиях, когда температура стенки регенератора превышает 450° С, необходимо также учиты вать явление ползучести металла.

При работе регенератора может воспламениться сажа в кар манах, где она собирается. Особенно интенсивно сажа выделяется во время пусков газотурбинной установки при переходе из холод ного состояния при подаче избытка топлива или в тех случаях, когда несгоревшее топливо накапливается, а при последующем пуске испаряется". Во избежание возникновения пожаров, поверх ности нагрева регенератора всегда должны быть чистыми. Сажу

удаляют путем систематических продувок		перед пуском газотур-
. бинной установки. Кроме того для	этой	цели применяют также
различные растворители и моющие	средства.

§ 9. ВРАЩАЮЩИЕСЯ РЕГЕНЕРАТОРЫ

Для регенераторов ГТУ, работающих с малыми расходами газа, применяют вращающиеся поверхности нагрева. В них одна

ита же поверхность теплообмена поочередно омывается горячим

ихолодным потоками, сначала аккумулируя, а затем отдавая в нужном направлении тепло. У регенераторов вращающегося типа в единице объема размещается поверхность нагрева, в несколько десятков раз большая, чем в трубчатых теплообменниках. Компакт

ность вращающихся-регенераторов доходит до 9000 м2/м3 при экви-

валентном диаметре канала около 0,3 мм. В таких регенераторах конструктивно легко осуществляется противоток, так как газы и воздух проходят одни и те же каналы поверхности нагрева, но в противоположном направлении. Их выполняют в виде вращаю щихся дисков или барабанов, заполненных набивкой, образован ной металлической гофрированной лентой, проволочной сеткой или пористым материалом. Потоки газа и воздуха отделены один от другого системой уплотнений. Основную трудность при разработке вращающегося регенератора составляет создание надежной конст рукции уплотнений, которые должны работать в условиях большо го перепада давлений и больших разностей температур. Послед ние вызывают деформации ротора, в виду чего уплотнения часто делают следящими, т. е. следующими за деформациями ротора при его вращении.

Ниже для сравнения приводим данные, заимствованные из [66], трубчатого и вращающегося регенератора одной и той же газотурбинной установки.

Тип регенератора
Основные данные	вращаю
трубчатый	щийся

Потеря от протечек в % ..................................	40	Отсутствует		90	3
Степень регенерации в % ..................................	40	60	80	90	95
Относительный объем регенератора. . . . .	1	3	13	38	5
Степень с ж а т и я ...................................................	5,5	4,75	■ 4	3,5	3
Увеличение термического к. п. д. в 96 . . .	6	17	37	54	55

Влияние протечек воздуха на к. п. д. газотурбинной установки иллюстрирует фиг. 34. Если, например, протечка воздуха при сте пени регенерации 0,9 составляет 4%, то это эквивалентно пониже нию степени регенерации примерно до 0,78.

Во вращающемся регенераторе автомобильной газотурбинной установки Форда диск с наружным диаметром 560 мм и ступицей диаметром 100 мм медленно вращается в корпусе со скоростью 20 об/мин. Площади сечений для прохода сжатого воздуха и вы хлопных газов относятся как 1 : 2. Уплотнения уравновешиваются давлением воздуха и все время прижимаются с постоянным уси лием, что предотвращает перетекание сжатого воздуха на сторону газов. Ячейки диска (фиг. 35) состоят из гладких и волнистых по лос фольги толщиной 0,05 мм и шириной 76 мм, изготовленных из нержавеющей стали. Степень регенерации по мере снижения на грузки уменьшается и при частичной нагрузке она равна 83%. По тери давления очень малы, а потери от утечек при расходе воздуха 1 кг/сек составляет 3%, повышаясь примерно до 4% при увеличе нии расхода до 3 кг/сек.

На фиг. 36 представлена схема автомобильной газотурбин ной установки с вращающимся регенератором фирмы «ДженералМоторс». Регенератор имеет два барабана 3, расположенных с

<<< < Предыдущая 1 2 3 45 / 195 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ