Теплообменные аппараты газотурбинных установок. Виды теплообменников. Рекуператор. Регенератор



Все об электростанциях


 


Теплообменные аппараты газотурбинных установок


Теплообменные аппараты ГТУ. Виды теплообменников


Теплообменные аппараты служат в ГТУ для подогрева и охлаждения воздуха и масла. По способу передачи теплоты от одного теплоносителя к другому теплообменные аппараты делятся на рекуперативные и регенеративные. В рекуперативных теплообменных аппаратах теплоносители постоянно разделены твердой стенкой, а в регенеративных одни и те же поверхности поочередно омываются горячим и холодным теплоносителем.

Регенераторами ГТУ являются теплообменные аппараты, предназначенные для подогрева воздуха после компрессора теплотой газов, уходящих из турбины. Регенераторы ГТУ могут быть рекуперативного и регенеративного типов. В настоящее время наиболее часто используют трубчатые и пластинчатые регенераторы рекуперативного типа и вращающиеся регенеративного.

В трубчатом противоточном теплообменнике рекуперативного типа (рис.1) к цилиндрическому корпусу 1 крепятся трубные доски 3, в которых закреплены трубки 6, образующие трубный пучок.


Трубчатый регенератор рекуперативного типа

Рис.1. Трубчатый регенератор рекуперативного типа:
1 - корпус, 2,8 - входной и выходной патрубки газа,
3 - трубные доски, 4 - крышки, 5 - компенсатор,
6 - трубки, 7 - разделитель


Трубные доски закрыты крышками 4. Воздух после компрессора проходит внутри трубок. Навстречу ему снаружи трубки омывает газ, подаваемый после турбины в регенератор через патрубок 8. Охлажденный газ выбрасывается в атмосферу через патрубок 2.

Этот регенератор одноходовой как по газу, так и по воздуху. Чтобы не увеличивать гидравлического сопротивления за турбиной, регенераторы ГТУ по газу всегда выполняются одноходовыми.

По воздуху они могут быть двух-, трех- и четырехходовыми. В трехходовом регенераторе (рис.2) воздух совершает два поворота, проходя каждый раз через одну треть трубок. После регенератора нагретый воздух направляется в камеру сгорания.



Трехходовой регенератор рекуперативного типа

Рис.2. Трехходовой регенератор рекуперативного типа:
1,4 - выходной и входной патрубки воздуха, 2 - трубный пучок, 3,6 - выходной и входной патрубки газа, 5 - корпус, 7 - трубные доски


В пластинчатых регенераторах в качестве поверхностей, разделяющих теплоносители, используются тонкие пластины различной формы, которые собирают в пакеты, имеющие места для подвода и отвода теплоносителей. Расположение пластин в набивке показано на рис.3. Газ проходит по двухугольным каналам 1, а воздух — волнообразным каналам 2. Пакет, собранный из пластин, показан на рис.4. Каналы между пластинами расположены так, что газ проходит пакет напрямую, а воздух совершает два поворота.


Расположение пластин в набивке регенератора

Рис.3. Расположение пластин в набивке регенератора:
1 - двухугольные каналы, 2 - волнообразные каналы


Пакет регенератора

Рис.4. Пакет регенератора


В пластинчатом регенераторе (рис.5) пакеты 1 располагаются по три в двух вертикальных колоннах, разделенных камерой 3. Для подвода и отвода воздуха в корпусе 2 регенератора имеются патрубки 4 и 6. Конструкция корпуса такова, что воздух может попасть из патрубка 4 только в камеру 3, где он распределяется по всем пакетам. После выхода из пакетов воздух попадает только в патрубок 6.


Пластинчатый регенератор

Рис.5. Пластинчатый регенератор:
1 - пекет, 2 - корпус, 3 - воздушная камеpa,
4,6 - патрубки для входа и выхода вовдуха,
5 - перегородка, 7 - обтекатель


Газ входит в набивку с торцовой поверхности регенератора, образованной пакетами 1. Вход в камеру 3 преграждает обтекатель 7. Пластинчатые теплообменники гораздо компактнее и легче трубчатых.


Регенератор ГТУ с вращающимся диском

Рис.6. Регенератор с вращающимся диском:
1 - корпус, 2 - диск с набивкой, 3 - вал, 4 - подшипники, 5 - перегородка


Вращающиеся регенераторы используются в основном в транспортных ГТУ. Схема регенератора с вращающимся диском показана на рис.6. В корпусе 1 медленно вращается диск 2, состоящий из вала 3, опирающегося на подшипники 4, и набивки, изготовленной из путаной проволоки.

Газ и воздух проходят параллельно друг другу, разделенные перегородкой 5 в корпусе 1. Проходя поток воздуха, набивка остывает, а поток газа нагревается. Вращающиеся теплообменники наиболее компактны и легки. Однако они имеют недостаток: невозможно полностью избежать утечек газа и воздуха, так как небольшая часть их вместе с набивкой постоянно переносится из одной камеры в другую.

Воздухоохладители предназначены для охлаждения воздуха в процессе сжатия его в компрессоре.

Маслоохладители служат для охлаждения масла, идущего на смазку подшипников турбины и компрессора. Охладителем служит вода, а иногда воздух. Воздухо- и маслоохладители представляют собой трубчатые теплообменники. Обычно по воздуху они выполняются одноходовыми, по воде - двухходовыми, а по маслу - многоходовыми.