MS5002(B) - ГТК-25И
Приводная ГТУ этого типа получена из MS3002 путем масштабного увеличения размеров, добавления спереди одной ступени в осевом компрессоре и повышения температуры в цикле с 900 до ~930°С. Ее технические характеристики:
Полезная мощность, МВт | |
Верхняя температура в цикле,°С | |
Степень повышения давления | 8,6 |
КПД (без регенератора),% | 28,3 |
Частоты вращения роторов, мин-1 ТВД Силовой турбины | |
Масса ГТУ, т | 120,9 |
В отличие от MS3002, MS5002 выполнена в виде двух стыкуемых при монтаже блоков (рис.1.13). Спереди расположен блок вспомогательных механизмов, смонтированный на раме-маслобаке. Он включает насосы уплотнений (1), охладители масла (2), вспомогательный (пусковой) маслона-сос уплотнений нагнетателя (3), регулирующий клапан топливного газа (4), генератор собственных нужд (5), валоповоротное устройство (6), пусковой двигатель с механическим датчиком числа оборотов (7).
Рис.1.13. Газотурбинная установка GE типа MS5002:
1 - насосы уплотнений; 2 - маслоохладители; 3 - пусковой насос уплотнений нагнетателя; 4 - топливный регулирующий клапан; 5 - генератор собственных нужд; 6 - валоповоротное устройство; 7 - пусковой двигатель; 8-электрический датчик числа оборотов вала компрессора; 9 - всасывающий патрубок осевого компрессора; 10 -поворотный ВНА осевого компрессора; 11 - осевой компрессор (ротор); 12 - воспламенитель; 13 - жаровая труба камеры сгорания; 14 - охлаждаемые сопловые лопатки; 15 - рабочие лопатки; 16 - улитка выходного патрубка; 17 термопары; 18 - РСА силовой турбины (ТНД); 19 - эластичное уплотнение; 20 - вестовая труба
Основной блок представляет из себя двухвальную ГТУ, размещенную в едином корпусе, установленную на фундаментной раме. Газогенератор включает 16-ступенчатый компрессор (11) с поворотным входным направляющим аппаратом - ВНА (10), встроенную с 12 жаровыми трубами (13) камеру сгорания и приводящую компрессор одноступенчатую газовую турбину с охлаждаемыми направляющими (14) и неохлаждаемыми рабочими (15) лопатками. Силовая турбина также одноступенчатая, снабжена регулируемым сопловым аппаратом - РСА (18).
MS5OO2 - типичная конструкция стационарной ГТУ (Heavy Duty - для тяжелых условий работы) фирмы GE. Отлитый из чугуна жесткий корпус компрессора с входным конфузором и выходным диффузором, сварной из теплоустойчивой стали цилиндр в районе камер сгорания, размещенные вокруг оси ГТУ внутри цилиндрических патрубков жаровые трубы камеры сгорания, сварно-литая средняя часть корпуса турбины. Весь цилиндр ГТУ опирается на раму в 2 плоскостях: жесткой неподвижной опорой в районе заднего подшипника силовой турбины и гибкой - в районе переднего подшипника осевого компрессора.
Входной патрубок (9), направленный вверх, и улитка выходного патрубка (16) (возможны направления вверх или вбок) установлены на раму на самостоятельных опорах и не передают усилий основному корпусу ГТУ. Стык между ним и выходной улиткой уплотняется пакетом гибких пластин (19).
Ротор компрессора - сборный, дисковый. Диски промежуточных ступеней сжаты при помощи длинных стяжек между двумя концевыми дисками с цапфами усилием в несколько десятков тонн. За счет трения в поясе контакта передается крутящий момент. Взаимная центровка дисков осуществлена соединением "выступ - впадина" в центральной части на малом диаметре. Малые размеры обеспечивают малые отклонения и потому - высокую точность ротора по радиальным боям и хорошую исходную уравновешенность. Рабочие лопатки всех ступеней имеют "ласточкины" хвостовики и набираются в осевом направлении (под углом) в пазы дисков. Направляющие лопатки - необандажены, своими свободными концами уплотняют радиальные зазоры относительно гладкой поверхности ротора, у которой между ступенями нет кольцевых пазов. В связи с этим для замены отдельной рабочей лопатки необходима разборка всего ротора.
Размещение опорного подшипника между компрессором и турбиной высокого давления (ТВД) - в области максимальных давлений рабочего тела - связывает надежность его работы с качеством состояния лабиринтных уплотнений. При их износе в атмосферу через вестовую трубу (20) выбрасывается смесь воздуха с масляными парами.
Топливный коллектор смонтирован снаружи корпуса ГТУ, каждая топливоподводящая трубка, как и горелка (форсунка), может быть демонтирована для осмотра независимо от других. Наружные кожухи (колпаки) камер сгорания имеют съемные крышки, при снятии которых удаляется любая жаровая труба. Две из 12 жаровых труб оснащены воспламенителями (12). Передача факела в остальные осуществляется через пламяпере-кидные патрубки, соединяющие огневое пространство всех жаровых труб. Продолжением каждой жаровой трубы служит конфузорный газовпускной патрубок, отлитый из жаропрочного сплава и подводящий продукты сгорания к сектору из нескольких сопловых лопаток.
Охлаждаемые сопловые лопатки ТВД (14) дефлекторного типа с выпуском воздуха вблизи выходной кромки выполнены точным литьем из жаропрочного кобальтового сплава в виде сегмента из нескольких штук. Такая конструкция технологична, снижает протечки на стыках полок лопаток, но более чувствительна к термической усталости (в высокотемпературных ГТУ 80-х годов не применяется).
Рис.1.14. Рабочая лопатка ТВД ГТУ MS 5002 (GE)
Ротор ТВД состоит из консольного диска большого диаметра (1,5 м), изготовленного из жаропрочного никелевого сплава, и неохлаждаемых рабочих лопаток (15), выполненных из никелевого сплава точным литьем; диск крепится к ротору компрессора фланцевым соединением. В связи с большим отношением Dcp/l рабочие лопатки ТВД слабо закручены, профили в периферийном и корневом сечениях по форме и толщине близки. Поэтому разгрузка их от действия центробежных сил выполнена за счет создания внутренней, расширяющейся по радиусу, полости. По условиям прочности бандажная полка невыполнима. Рабочие лопатки имеют двух-зубчиковый елочный хвостовик и отличаются очень длинной ножкой, соизмеримой с длиной пера (рис 1.14).
При наборке на диск эти ножки образуют обод и снижают передачу тепла к диску. Полости между ножками соседних лопаток с передней и задней сторон диска закрываются пластинами. Удлиненные ножки позволяют выровнять нагрузку на хвостовик, действующую от центробежных сил пера, при резко различающихся формах их поперечных сечений. Совместно с закрывающими пластинами система функционирует и как демпферное устройство против вибрации.
Турбина низкого давления (ТНД) по конструкции аналогична. Ее отличия: неохлаждаемый, но регулируемый сопловой аппарат (18) (рис.1.13), рабочие лопатки снабжены антивибрационными бандажными полками. Под действием центробежных сил в пере последние поворачиваются (раскручиваются) на определенный угол, что вызывает натяг между полками лопаток и работу их в качестве целого пакета.
Система охлаждения роторов ТВД и ТНД совершенством не отличается. В большую полость перед диском ТВД подается воздух из-за компрессора, в полость между дисками ТВД и ТНД - через статор- из промежуточной ступени компрессора. Осевые зазоры в уплотнениях между дисками и статором в работе изменяются, так что полного запирания названных полостей от проникновения продуктов сгорания из проточной части не происходит. В них возникает циркуляция газовоздушной смеси. Поэтому, несмотря на применение для дисков никелевых сплавов, предусматривается контроль температуры среды в полости между ТВД и ТНД. При ее повышении сверх допустимой срабатывает предупредительная сигнализация, а далее - защита.
В конце развитого диффузора ТНД установлены кольцевые лопатки, сокращающие зону отрыва потока на крутом повороте.
Контроль температур за камерой сгорания, в том числе их разности в окружном направлении, осуществляется в выходном патрубке - сразу за диффузором (17).
Контроль частоты вращения ротора газогенератора выполнен электронным датчиком (8).
Как отмечено ранее, в блоке вспомогательных механизмов находится электрогенератор собственных нужд, соединенный с ротором циклового компрессора. Его назначение - резервирование электроснабжения электронной части систем регулирования и управления, электроприводных насосов промежуточного контура охлаждения масла ГПА и электроприводных вентиляторов аппаратов воздушного охлаждения (АВО) промтеплоносителя. Воздушные охладители, расположенные за пределами укрытия, охлаждают промежуточный теплоноситель (зимой - антифриз, летом - воду), который прокачивается через масляные теплообменники в маслобаке. Так обеспечивается автономность ГТУ в момент прекращения внешнего электроснабжения. Однако ее не следует переоценивать: автономность ГТУ еще не равносильна автономности цеха, который для работы аппаратов воздушного охлаждения перекачиваемого газа (АВО)Г требует существенно большей мощности. А потому перерывы во внешнем электроснабжении допустимы лишь кратковременно. Как отмечалось в разделе 4, последнее может обеспечиваться более простыми средствами.
Наличие на валу газогенератора электрогенератора переменного тока вынуждает поддерживать его частоту вращения постоянной. В описываемой ГТУ это осуществляется на рабочих режимах при помощи поворота лопаток РСА силовой турбины. При снижении нагрузки РСА приоткрывается, уменьшая изоэнтропический перепад в силовой турбине, и передает его компрессорной турбине (ТВД). Рабочая линия совместных режимов ТВД и компрессора совпадает с изодромой n=const=npacч, рабочая точка удаляется от границы помпажа. Для приводной ГТУ такой способ регулирования не является оптимальным по КПД, но облегчает режимы очень малых нагрузок, останова и запуска. К нему может вынуждать характеристика циклового компрессора с близким расположением границы срыва, наличие высоких вибронапряжений в лопаточном аппарате компрессора или ТВД на пониженных частотах вращения.
Использование РСА связано с появлением в ТНД углов атаки на рабочих лопатках, снижением изоэнтропического КПД и требует дополнительных мер по снижению в них вибронапряжений. В этом смысле выполнение рабочих лопаток ТНД с бандажными полками - решение не случайное.
Существенный результат в части повышения КПД мог бы достигаться поворотом РСА на режимах частичной нагрузки в регенеративных моделях ГТУ, но лишь при использовании программы регулирования T2=const.
В модификациях MS-5002 (В) фирма ввела регулируемый входной направляющий аппарат (ВНА) в осевом компрессоре. Последний может как повысить КПД ГТУ при частичных нагрузках при программе регулирования nK=const, так и облегчить эксплуатацию при nK=var.
Дата добавления: 2020-12-11; просмотров: 784;