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