Особенности охлаждения горячей части турбины

Ротор турбины охлаждается для поддержания приемлемой рабочей температуры и, соответственно, для обеспечения более длительного срока службы турбины. Охлаждение выполняется с помощью принудительного потока холодного воздуха, забираемого из компрессора, радиально направленного наружу через пространство между колесом турбины и статором в основной поток газа. Эту зону называют "турбинной".

Турбинная зона первой ступени

Передняя турбинная зона первой ступени охлаждается воздухом, нагнетаемым компрессором. Сотовое уплотнение устанавливается в задней части ротора компрессора между ротором и внутренним цилиндром нагнетательного корпуса компрессора. Часть воздуха, протекающего сквозь это лабиринтное уплотнение, попадает в поток воздуха через переднюю турбинную зону первой ступени. Этот поток охлаждающего воздуха выходит в главный поток газа позади соплового аппарата первой ступени.

Задняя турбинная зона первой ступени охлаждается воздухом, удаляемым из 9 ступени компрессора, проходящим через сопловой аппарат 2-ой ступени. Этот воздух возвращается в газовый тракт перед сопловым аппаратом 2-ой ступени.

Турбинная зона второй ступени

Передняя турбинная зона второй ступени охлаждается с помощью утечки воздуха из задней турбинной зоны первой ступени сквозь лабиринтное уплотнение между ступенями. Этот воздух возвращается в газовый тракт на входе лопаток второй ступени. Задняя турбинная зона второй ступени охлаждается воздухом, удаляемым из 13 ступени компрессора, проходящим через сопловой аппарат 3-ей ступени. Воздух из этой турбинной зоны возвращается в газовый тракт на входе лопаток третьей ступени.

Турбинная зона третьей ступени

Передняя турбинная зона третьей ступени охлаждается с помощью утечки воздуха из задней турбинной зоны второго каскада сквозь лабиринтное уплотнение между ступенями. Этот воздух вновь попадает в газовый тракт на входе лопаток третьей ступени. Задняя турбинная зона третьей ступени получает охлаждающий воздух с выхода кольцевой зоны охлаждающего воздуха рамы выпуска. Этот воздух проходит через заднюю турбинную зону третьей ступени и в газовый тракт на входе выпускного диффузора. Воздух вводится в каждую лопатку первой ступени через полость между колесом и ёлочным замком лопатки. Он проходит через извилистые охлаждающие каналы, идущие по всей длине лопатки, и выходит через выходную кромку и торец пера. Для оптимального охлаждения профилированной лопасти при минимальной вытяжке воздуха из компрессора отверстия обработаны до надлежащего размера и расположены с определенными промежутками

В отличие от лопаток первой ступени, лопатки второй ступени охлаждаются через каналы, идущие вдоль профиля пера лопатки. Воздух вводится, как и в лопатках первой ступени, через полость между колесом и ёлочным замком лопатки. Охлаждение профиля пера лопатки также отличается минимальными потерями в термодинамическом цикле. Лопатки третьей ступени не имеют внутреннего воздушного охлаждения; торцы пера этих лопаток, как и лопаток второй ступени, закрыты бандажом, являющимся часть уплотнения. Бандажи лопаток взаимно соединяются для снижения вибрации.

Статор турбины

Корпус турбины и рамы выпуска образуют основную часть состава статора газовой турбины MS6001 FA. Сопловые аппараты турбины, обоймы и выпускной диффузор турбины имеют внутренние опоры на этих компонентах.

Корпус турбины

Корпус турбины определяет осевое и радиальное положения обойм и сопловых аппаратов. Окончательно он определяет зазоры турбины и относительные положения сопловых и рабочих лопаток турбины. Такое расположение крайне важно для производительности газовой турбины. Горячие газы, находящиеся в корпусе турбины, являются источником потока тепла, нагревающего корпус. Ограничения теплового потока охватывают теплоизоляцию, охлаждение и многослойные конструкции. Воздух, удаляемый из 13-ой и 9-ой ступеней компрессора, подается по трубкам в кольцевые зоны корпуса турбины вокруг сопловых аппаратов 2-ой и 3-ей ступеней. Отсюда воздух проходит сквозь перегородки сопловых аппаратов и в полости колёс. Конструктивно передний фланец корпуса турбины крепится болтами к фланцу перегородки на задней стороне нагнетательного корпуса компрессора. Задний фланец корпуса турбины крепится болтами к переднему фланцу рамы выпуска.

Сопловые аппараты

В секции турбины имеются три каскада неподвижно закрепленных сопловых аппаратов, которые направляют высокоскоростной поток расширенного горячего рабочего газа на рабочие лопатки турбины, что заставляет ротор турбины вращаться. Поскольку на этих сопловых аппаратах имеется высокий перепад давлений, по внутренним и внешним диаметрам располагаются уплотнительные затворы, предотвращающие потерю энергии из системы за счет утечки. Так как эти форсунки работают в потоке горячего рабочего газа, помимо нагрузки от давления газа, они подвергаются тепловым механическим нагрузкам.

Сопловой аппарат первой ступени

На сопловой аппарат первой ступени горячие рабочие газы поступают из системы сгорания через переходные отсеки. Переходные отсеки имеют уплотнения по наружным и внутренним боковым стенкам со входной стороны соплового аппарата что сводит к минимуму утечку воздуха, нагнетаемого компрессором в сопловой аппарат.

Сопловой аппарат первой ступени газовой турбины модели 6001 FAимеет входную и выходную полости лопаток и охлаждается сочитением пленочного, принудительного и конвекционного способов охлаждения лопаток и области полок.

Сектора лопаток, каждый из которых состоит из двух частей (или профилированных элементов), удерживаются горизонтальным разрезным стопорным кольцом, которое опирается по осевой линии на выступы в корпусе турбины, расположенные сбоку, и направляется шпонками сверху и снизу по вертикальным осевым линиям. Это позволяет стопорному кольцу расширяться в радиальном направлении при изменении температуры, оставаясь центрированным в корпусе турбины.

Описание соплового аппарата

Задняя наружная стенка соплового аппарата прижата к переднему торцу обоймы первой ступени турбины и действует как воздушный затвор, препятствующий утечке воздуха, нагнетаемого компрессором, между сопловым аппаратом и корпусом турбины.

По внутренней наружной стенке сопловой аппарат уплотняется по литому фланцу на наружном диаметре стенки, сопрягающейся с опорным кольцом соплового аппарата первой ступени, с направляющим штифтом, вводящим выступ во внутреннюю стенку.

Вращение соплового аппарата предотвращается с помощью выступов на заднем наружном диаметре стопорного кольца под углом 60 градусов от вертикальной и горизонтальной осевых линий. Путем снятия опорного блока горизонтального разъема и нижнего направляющего штифта и колодок под 60°, нижнюю половину соплового аппарата можно выкрутить наружу, без снятия ротора турбины.

Сопловой аппарат второй ступени

Рабочий газ, выходящий от лопаток первой ступени, вновь расширяется и направляется на лопатки турбины второй ступени, с помощью соплового аппарата второй ступени. Этот сопловой аппарат изготовлен из литых сегментов, каждый из которых имеет две части или профилированные элемента. Штырьковые крюки со стороны входа и выхода боковой стенки вставляются в охватывающие канавки обойм первой ступени с задней стороны и обойм второй ступени с передней стороны для сохранения соосности соплового аппарата относительно корпуса турбины и ротора. Такая плотная шпунтовая посадка между сопловым аппаратом и обоймами действует как воздушный затвор наружного диаметра. Сегменты соплового аппарата удерживаются в штатных положениях по окружности радиальными штифтами, выступающими из корпуса в осевые гнезда в наружной боковой стенке соплового аппарата. Сопловой аппарат второй ступени охлаждается воздухом, удаляемым из 13 ступени компрессора.

Сопловой аппарат третьей ступени

В сопловой аппарат третьей ступени поступает горячий газ, выходящий от рабочих лопаток второй ступени, скорость газа возрастает за счет перепада давлений, затем сопловой аппарат направляет поток газа на лопатки третьей ступени. Сопловой аппарат состоит из литых сегментов, каждый из которых имеет три части или профилированные элемента. Он удерживается с передней и задней стороны наружной боковой стенки в канавках обойм турбины способом, аналогичным примененному в сопловом аппарате второй ступени. Сопловой аппарат третьей ступени закреплен по окружности радиальными штифтами, выступающими из корпуса. Воздух, удаляемый из и 9-ой ступеней компрессора, проходит через лопатки соплового аппарата для конвекционного охлаждения соплового аппарата и для увеличения потока через турбинную зону.