Газовая турбина

Газовая турбина

Реферат

 

Изобретение относится к энергомашиностроению. Целью изобретения является снижение стоимости и увеличение энерговыработки путем упрощения конструкции, повышения экологической чистоты и повышение мощности турбины путем увеличения количества блоков на длине более 1,5-2 м, которая достигается тем, что газовая турбина содержит ротор с закрепленными на валу дисками, в каждом ободе которых закреплены радиальные лопатки, отделенные от статора воздушным зазором, через который из сопл 14 на лопатки поступает поток, образующийся при смешении в камерах самовоспламеняющихся газообразных топливных компонентов: водорода с кислородом или воздухом, предельных углеводородов с кислородом или воздухом, вращающий ротор и исполнительный механизм. 4 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к энергомашиностроению.

Известна газовая турбина, состоящая из компрессоров низкого и высокого давления, расположенных последовательно. В корпусе трубчато-кольцевой камеры сгорания находятся жаровые трубы с форсунками, последовательно расположенные турбины осевые высокого и низкого давлений, причем турбина высокого давления с помощью пустотелого вала приводит во вращение осевые компрессоры высокого давления, а турбина низкого давления с помощью вала, проходящего внутри вала турбины высокого давления, вращает компрессор низкого давления. Турбина оснащена воздухозаборником и топливными насосами, которые подключены к аккумулирующим емкостям с топливом. Турбина может содержать регенератор тепла выхлопных газов.

К недостаткам описанной конструкции относятся следующие: последовательное соединение компрессорных и турбинных агрегатов увеличивает аксиальную длину агрегата, что утяжеляет его за счет корпусных, фундаментных и валопроводных конструкций, требующих при большой длине больших запасов прочности для снижения деформаций; сложная конструкция валопроводов и их большая длина усложняет изготовление, сборку, эксплуатацию и обслуживание турбинного агрегата, вызывают дополнительные вибрации и шумы, что снижает надежность и комфортность эксплуатации; наличие воздухозаборного устройства усложняет конструкцию, удоражает агрегат и вызывает конструкцию, удорожает агрегат и вызывает аэродинамические шумы высокой интенсивности, требующие дорогостоящих устройств шумоглушения, используемое органическое топливо дорого, а ресурсы его на земле невозобновляемы, оно имеет также токсичный выхлоп, загрязняющий атмосферу.

Целью изобретения являются снижение стоимости турбины путем упрощения ее конструкции, повышение энерговыработки турбины путем увеличения ее КПД, повышение экологической чистоты выхлопных газов путем применения регенератора с фильтрующими элементами, повышение экологичности турбины и снижение топливной составляющей эксплуатационных издержек путем использования в качестве топлива самовоспламеняющихся водородно-кислородных или водородно-воздушных смесей; повышение единичной мощности турбины путем увеличения числа ее рабочих блоков.

Сущностью изобретения является следующее: выполнение турбинного блока, состоящим из диска рабочего колеса, насаженного на вал и который опирается на подшипники, причем по ободу диска радиально закреплены лопасти, которые отделены по наружному диаметру радиальным воздушным зазором от кольцеобразного статора, в котором по касательной к окружности его внутренней расточки выполнены сквозные отверстия, в которых закреплены сопла, соединенные непосредственно с камерами смешивания топливных самовоспламеняющихся компонент, подводимых в них по топливной арматуре с помощью топливных насосов и дозаторов; материал камер смещения выполнен из жаростойких материалов, обладающих устойчивостью к воздействию водородно-кислородных смесей; материал камер смешения выполнен из жаростойкого материала, устойчивого к воздействию газовых смесей предельноуглеродных с кислородом или воздухом; регенератор при использовании водородно-кислородных или воздушно-воздушных смесей топливных компонент выполняется в виде конденсатора; регенератор при использовании газовых смесей предельных углеводородов с кислородом или воздухом оснащен фильтрующим элементов; повышение мощности газовой турбины осуществляется увеличением числа блоков, скомпанованных на одном валу при установке промежуточных подшипников через 1,5-2 м длины вала турбины.

На фиг. 1 изображен вид газовой турбины с продольным разрезом одного из блоков; на фиг. 2 поперечное сечение газовой турбины; на фиг. 3 продольный разрез регенератора.

На фиг. 1 представлена газовая турбины 1, содержащая ротор 2 и статор 3, подшипники 4 и 5, регенератор 6. Ротор 2 состоит из вала 7, на котором закреплены диски 8, в ободе 9 каждого из которых закреплены радиальные лопасти 10, отделенные радиальным воздушным зазором 11 от корпуса 12 статора 3, выполненного в виде кольцевого элемента, в котором по касательной выполнены сквозные отверстия 13, в каждом из которых закреплены сопла 14, соединенные проходной частью 15 плавно, аэродинамично с полостями 16 камер 17 смешения, к которым подсоединены топливопроводы 18 и 19, подключенные через дозаторы 20 и 21 к топливным насосам 22 и 23, которые через автоматические запорные вентили 24 и 25 подключены к топливным емкостям с газовыми компонентами. Корпус 12 с торцов закрыт крышками 26 и 27, содержащими выхлопные камеры 28 и 29 и уплотнения 30. Причем выхлопные камеры 28 и 29 соединены трубопроводами с регенератором 6, содержащим корпус 31 с внутренним 32 и наружным 33 оребрениями, торцевые крышки 34 и 35, последняя выполнена со сливным трубопроводом 36. В торцовых крышках 26 и 27 выполнены гидравлические каналы 37 жидкостного охлаждения статора 3. Через 1,5-2,0 м длины корпуса 12 установлены промежуточные подшипники 38.

Корпус 12 статора 3 опирается через лапы 39 на фундаментную плиту 40, установленную на фундаменте 41. В ободе 9 каждого диска 8 ротора 2 выполнено "n" радиальных лопаток 10. В торцовых крышах 26 и 27 выполнены газовыпускные отверстия 42. При использовании газовых смесей предельных углеводородов с кислородом или воздухом в регенераторе установлены фильтрующие элементы 43, а в крышке 34 выполнен выхлопной патрубок 44.

В аккумулирующих емкостях содержатся топливные газообразные компоненты в сжатом виде: водород и кислородом или воздух или газообразные предельные углеводороды и кислород или воздух.

Газовая турбина работает следующим образом.

Топливные насосы 22 и 23 после открытия вентилей 24 и 25 подают в дозаторы 20 и 21 газообразные топливные компоненты, которые по топливопроводам 18 и 19 поступают из распределительных коллекторов 45 и 46 в камеры 17 смешения, в которых при определенной их концентрации они при смешении самовоспламеняются и через проходные часть 15 истекают из сопл 14, неся кинетическую энергию, пропорциональную кубу скорости истечения газовой смеси из сопла 14. Заряд кинетической энергии передается через зазор 11 на лопатки 10 и за счет давления газовой смеси, которое она оказывает на лопатки 10, последние поворачивают ротор 2 на некоторый угол. При чередовании импульсов подачи газообразных топливных смесей в камеры 17 смешения так, чтобы процессы самовозгорания в отдельных камерах 17 образовывали непрерывный процесс истечения заряда кинетической энергии на лопатки 10 и этим непрерывный равномерный процесс вращения ротора 2, вращающего присоединенный к нему исполнительный механизм: генератор, насос. В регенератор 6 отработанная газовая смесь поступает через выпускные отверстия 42 и трубопроводы 47 из выхлопных камер 28 и 29 и, конденсируясь на ребрах 32 до жидкого состояния (в воду), по сливному трубопроводу 36 поступает в аккумулирующую емкость для использования после очистки на нужды агрегата. При газовых топливных смесях: предельные углеводороды и кислород или воздух, образующаяся в результате реакции окись углерода, очищаются фильтрами 43 и выходят через выхлопной патрубок 44, а вода сливается по трубопроводу 36 в систему водоподготовки.

По сравнению с прототипом изобретение имеет следующие преимущества: более простая конструкция турбины обеспечивает более высокую надежность эксплуатации, меньшую себестоимость, меньшую массу и габариты; из-за упрощения конструкции турбины повышается ее КПД до 60-70% с 40-50% у прототипа, что обеспечивается за счет меньших внутриагрегативных потерь из-за исключения компрессоров и воздухозаборника; при использовании газовых топливных компонент: предельные углеводороды и кислород или воздух, экономится дорогостоящее невозобновляемое органическое топливо; при использовании в качестве газообразных топливных смесей: водорода и кислорода или воздуха, обеспечивается экономия дорогостоящего невозобновляемого органического топлива и одновременно экологическая чистота; более простая конструкция валопровода турбины обеспечивает меньшие вибрации и более простое техническое обслуживание, что повышает ресурс турбины.

Изобретение может быть использовано в качестве приводного двигателя для генераторов, насосов, компрессоров в стационарных и передвижных энергетических установках и на транспорте.

Формула изобретения

1. Газовая турбина, содержащая статор, на корпусе которого закреплены торцовые щиты с уплотнениями, камеры сгорания из жаростойкого материала с топливопроводами, подключенными к аккумулирующим емкостям через дозаторы и топливные насосы, и отделенный от статора радиальным зазором и установленный на подшипниках ротор, на валу которого закреплены диски с равномерно расположенными лопатками, выхлопной трубопровод и регенератор продуктов выхлопа, отличающаяся тем, что, с целью снижения стоимости и увеличения энерговыработки путем упрощения конструкции, статор и ротор газовой турбины разделены на блоки, причем в корпусе каждого блока статора по внешнему диаметру расположены камеры сгорания, выполненные в виде камер смешения самовоспламеняющихся компонентов, переходников и сопл, а в торцовых щитах выполнены отверстия и они снабжены установленными в зоне отверстий выхлопными камерами, которые через выхлопной трубопровод соединены с регенератором.

2. Турбина по п.1, отличающаяся тем, что, с целью повышения экологической чистоты, камеры сгорания, переходники и сопла выполнены из материала, стойкого к воздействию водородно-кислородных смесей топливных компонентов.

3. Турбина по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что, с целью повышения экономичности, регенератор выполнен в виде корпуса конденсатора с внутренним и наружным ребрением.

4. Турбина по пп.1 и 3, отличающаяся тем, что, с целью расширения применяемости путем использования большего числа видов пар газообразных топливных компонентов, камеры сгорания, переходники и сопла изготовлены из материала, стойкого к воздействию предельно углеродно-кислородных смесей, а в регенераторе установлены фильтры.

5. Турбина по пп.1-4, отличающаяся тем, что, с целью повышения мощности турбины путем увеличения количества блоков на длине более 1,5-2,0 м, по ротору установлены дополнительные подшипники.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3