RU2535518C1 - Oil system of power gas turbine unit - Google Patents

Abstract

FIELD: motors and pumps.

SUBSTANCE: oil system of power gas turbine unit (PGTU) relates to motor building, namely to PGTU oil systems, used in gas pumping and electric stations for driving of various units (pumps, gas and air compressors, electric generators etc.). The proposed PGTU is featured by the use of independent drainage vessels for each oily cavity of free turbine, connected to the individual scavenge pump, that allows to exclude in the oil scavenge system disbalance in operation of the pumps induced by moves of air flows from one oil cavity to another one through the integrated drainage cavity.

EFFECT: invention will allow to avoid the use of complementary extraction pump with electric drive, and mutual integration of pump mains of delivery pumps in the oil supply system will allow to improve the reliability of PGTU operation in case of failure of one of delivery pumps.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности, к маслосистеме энергетической газотурбинной установки (ЭГТУ), применяемой на газоперекачивающих и электрических станциях для привода различных агрегатов (насосов, газовых и воздушных компрессоров, электрогенераторов).The invention relates to the field of engine building, in particular, to an oil system of an energy gas turbine unit (EGTU), used at gas pumping and power plants to drive various units (pumps, gas and air compressors, electric generators).

Известна маслосистема энергетической газотурбинной установки, содержащая устройства для подачи и откачки масла из масляных полостей опорных подшипников роторов турбокомпрессора и свободной турбины. Устройство для откачки масла из масляных полостей свободной турбины включает в себя дренажную емкость, сообщенную с всасывающими магистралями откачивающих насосов с приводом от турбокомпрессора, и магистраль суфлирования через нормально открытый запорный клапан (см. патент РФ №2277175, МПК F02C 7/06, опубл. 27.05.2006 г.).A known oil system of a power gas turbine installation containing devices for supplying and pumping oil from oil cavities of the thrust bearings of the rotors of a turbocompressor and a free turbine. A device for pumping oil from the oil cavities of a free turbine includes a drainage tank in communication with the suction lines of pumping pumps driven by a turbocompressor, and a vent line through a normally open shut-off valve (see RF patent No. 2277175, IPC F02C 7/06, publ. May 27, 2006).

В известной маслосистеме устройство для откачки масла из масляных полостей подшипниковых опор ротора силовой турбины содержит единую дренажную емкость для обеих масляных полостей и дополнительный откачивающий насос с электроприводом, включающийся в работу при ее переполнении.In the known oil system, a device for pumping oil from the oil cavities of the bearing supports of the rotor of a power turbine contains a single drainage tank for both oil cavities and an additional pump with electric drive, which is activated when it is full.

При работе энергетической установки давление воздуха в масляных полостях подшипниковых опор ротора силовой турбины значительно различается из-за разных протечек в них через воздушные уплотнения. В результате воздух имеет возможность через единую дренажную емкость перетекать из масляной полости опорного подшипника, где его давление выше, в масляную полость другого опорного подшипника, где его давление ниже, что приведет к нарушению работы откачивающих насосов, работающих на масловоздушной эмульсии и рассчитанных изначально на определенный запас по производительности. Нарушение работы откачивающих насосов приведет к переполнению дренажной емкости и к необходимости включать в работу дополнительный откачивающий насос с электрическим приводом, что снижает надежность работы маслосистемы ЭГТУ.During the operation of the power plant, the air pressure in the oil cavities of the bearing supports of the rotor of the power turbine varies significantly due to different leaks in them through the air seals. As a result, air has the opportunity through a single drainage tank to flow from the oil cavity of the support bearing, where its pressure is higher, into the oil cavity of another support bearing, where its pressure is lower, which will disrupt the operation of pumping pumps operating on an oil-air emulsion and designed initially for a certain performance margin. Violation of the operation of the pumping pumps will lead to overflow of the drainage tank and the need to include an additional pumping pump with an electric drive, which reduces the reliability of the EGTU oil system.

Разобщенность между собой магистралей подачи масла в масляные полости подшипниковых опор роторов турбокомпрессора и силовой турбины не позволяет в случае отказа в работе одного из нагнетающих насосов, например нагнетающего насоса силовой турбины с электроприводом, обеспечить подачу масла в нее от другого нагнетающего насоса с приводом от турбокомпрессора, что также снижает надежность работы маслосистемы энергетической установки.The disconnection between the oil supply lines to the oil cavities of the bearing supports of the turbocompressor rotors and the power turbine does not allow, in the event of failure of one of the injection pumps, for example, the electric power turbine pressure pump, to ensure oil is supplied to it from another pressure pump driven by a turbocompressor, which also reduces the reliability of the oil system of the power plant.

Задачей изобретения является предотвращение нарушения работы откачивающих насосов путем исключения перетекания воздушных потоков между масляными полостями опорных подшипников роторов турбокомпрессора и свободной турбины.The objective of the invention is to prevent disruption of the pumping pumps by eliminating the flow of air flows between the oil cavities of the supporting bearings of the rotors of the turbocompressor and a free turbine.

Указанная задача решается тем, что в маслосистеме энергетической газотурбинной установки, содержащей устройства для подачи и откачки масла из масляных полостей опорных подшипников роторов турбокомпрессора и свободной турбины, причем устройство для откачки масла из масляных полостей свободной турбины включает в себя дренажную емкость, сообщенную с всасывающими магистралями откачивающих насосов с приводом от турбокомпрессора, и магистраль суфлирования через нормально открытый запорный клапан, согласно изобретению дренажная емкость выполнена в виде двух изолированных друг от друга полостей, каждая из которых сообщена с масляной полостью только одной из подшипниковых опор свободной турбины и подключена к одному из откачивающих насосов, снабжена отдельной магистралью суфлирования, подведенной на вход запорного клапана, а в устройстве подачи масла напорные магистрали нагнетающих насосов турбокомпрессора и свободной турбины объединены между собой. Кроме того, отдельные магистрали суфлирования полостей дренажной емкости снабжены жиклерами и подключены параллельно к единому запорному клапану.This problem is solved in that in the oil system of a power gas turbine installation containing devices for supplying and pumping oil from oil cavities of the supporting bearings of the rotors of a turbocompressor and a free turbine, the device for pumping oil from the oil cavities of a free turbine includes a drainage tank in communication with the suction lines pumping pumps driven by a turbocharger, and a vent line through a normally open shut-off valve, according to the invention, a drainage tank made in the form of two cavities isolated from each other, each of which is connected with the oil cavity of only one of the bearings of the free turbine and connected to one of the pumping pumps, is equipped with a separate vent line connected to the inlet of the shut-off valve, and pressure lines in the oil supply device The pressure pumps of the turbocharger and the free turbine are interconnected. In addition, individual vent lines for venting cavities of the drainage tank are equipped with nozzles and connected in parallel to a single shut-off valve.

Использование автономных дренажных емкостей для каждой масляной полости подшипниковой опоры ротора свободной турбины позволяет практически исключить перетечку воздушных потоков из одной масляной полости в другую, поскольку перетечками воздуха по суфлирующим магистралям можно пренебречь (проходное сечение магистралей суфлирования дренажной емкости на два порядка меньше проходного сечения всасывающих магистралей откачивающих насосов). Изобретение предотвращает разбалансировку в работе откачивающих насосов свободной турбины и исключает переполнение дренажной емкости, что позволит отказаться от использования в устройстве для откачки масла из масляных полостей свободной турбины от дополнительного откачивающего насоса с электрическим приводом.The use of autonomous drainage tanks for each oil cavity of the bearing support of the rotor of a free turbine allows virtually eliminating the flow of air flows from one oil cavity to another, since air leakage through the venting lines can be neglected (the passage section of the venting channels of the drainage tank is two orders of magnitude smaller than the passage section of the suction lines of the pumping out pumps). EFFECT: invention prevents unbalancing in the operation of free turbine pumping pumps and eliminates overflow of the drainage tank, which will make it possible to abandon the use of an additional electric pumping pump in the device for pumping oil from the oil cavities of a free turbine.

Объединение между собой напорных магистралей нагнетающих насосов турбокомпрессора и свободной турбины позволит исключить поломку энергетической установки в случае отказа любого из нагнетающих насосов (силовой турбины или турбокомпрессора), так как позволяет обеспечить маслопитание турбокомпрессора и свободной турбины, хотя и с пониженным уровнем давления подачи масла (в пределах допустимой нормы).The combination of the pressure lines of the injection pumps of the turbocompressor and the free turbine will eliminate the failure of the power plant in the event of failure of any of the injection pumps (power turbine or turbocompressor), as it allows oil supply to the turbocompressor and the free turbine, albeit with a reduced level of oil supply pressure (in limits).

Маслосистема ЭГТУ включает в себя расходный маслобак 1, масляные полости подшипниковых опор роторов турбокомпрессора и свободной турбины, соответственно 2, 3 и 4. На коробке приводов 5 с приводом от ротора турбокомпрессора установлены: откачивающий насос 6, нагнетающий насос 7 и два откачивающих насоса 8, 9, входы в которые подключены к нижней части полостей 10 и 11 дренажной емкости 12. Масляные полости 3 и 4 свободной турбины через всасывающие магистрали 13 и 14 сообщены с верхней частью полостей 10 и 11 дренажной емкости 12. Полости 10, 11 имеют индивидуальные магистрали суфлирования, соответственно 15 и 16, снабженные жиклерами 17 и 18. Магистрали суфлирования 15 и 16 на выходе объединены в единую магистраль 19, которая подведена ко входу нормально открытого управляемого запорного клапана 20. Маслосистема ЭГТУ имеет и второй нагнетающий насос 21 с электрическим приводом. Напорные магистрали 22 и 23 нагнетающих насосов 7 и 21 объединены и сообщены через магистраль 24 с полостью управления запорного клапана 20.The EGTU oil system includes a consumable oil tank 1, oil cavities of the bearing supports of the turbocompressor rotors and a free turbine, respectively 2, 3 and 4. On the drive box 5 with the drive from the turbocompressor rotor there are installed: a pump 6, a pump 7 and two pump 8, 9, the entrances to which are connected to the lower part of the cavities 10 and 11 of the drainage tank 12. The oil cavities 3 and 4 of the free turbine through the suction lines 13 and 14 communicate with the upper part of the cavities 10 and 11 of the drainage tank 12. The cavities 10, 11 have an individual The venting lines 15 and 16, respectively, are equipped with nozzles 17 and 18. The venting lines 15 and 16 at the output are combined into a single line 19, which is connected to the input of a normally open controlled shut-off valve 20. The EGTU oil system also has a second charge pump 21 with an electric drive . Pressure lines 22 and 23 of the discharge pumps 7 and 21 are combined and communicated through line 24 with the control cavity of the shut-off valve 20.

По команде на запуск ЭГТУ одновременно включаются в работу нагнетающие насосы 7 и 21. Производительность нагнетающего насоса 7 растет постепенно - по мере раскрутки ротора турбокомпрессора, а нагнетающий насос 21 с электроприводом включается в работу мгновенно и в основном обеспечивает маслопитание установки на этом режиме. По мере раскрутки роторов турбокомпрессора и свободной турбины нагнетающий насос 21 может быть отключен и маслопитание установки будет обеспечиваться только нагнетающим насосом 7 с приводом от ротора турбокомпрессора, но при останове ЭГТУ может быть снова включен из-за того, что выбег свободной турбины больше, чем выбег турбокомпрессора, и нельзя подшипниковые опоры свободной турбины оставлять без смазки при продолжающемся вращении ротора свободной турбины (под действием инерции приводного агрегата).On a command to start the EGTU, the pressure pumps 7 and 21 are simultaneously put into operation. The productivity of the pressure pump 7 grows gradually - as the turbocharger rotor spins up, and the pressure pump 21 with an electric drive switches on instantly and basically provides oil supply to the unit in this mode. As the rotors of the turbocharger and the free turbine spin up, the charge pump 21 can be turned off and the oil supply to the installation will be provided only by the charge pump 7 driven by the turbocompressor rotor, but when stopped, the EGTU can be turned on again because the free turbine run-out is greater than the run-out turbocharger, and it is impossible to leave the bearing supports of a free turbine without lubrication while the rotor of the free turbine continues to rotate (under the action of inertia of the drive unit).

При работе нагнетающих насосов 7 и 21 масло по напорным магистралям 22 и 23 поступает к форсункам масляных полостей 2, 3 и 4, а по магистрали 24 - в полость управления запорного клапана 20, который закрывается, перекрывая доступ атмосферного воздуха в полости 10 и 11 дренажной емкости 12.When the pressure pumps 7 and 21 are operating, oil flows through the pressure lines 22 and 23 to the nozzles of the oil cavities 2, 3 and 4, and along the line 24 into the control cavity of the shut-off valve 20, which closes, blocking the access of atmospheric air in the cavities 10 and 11 of the drainage tanks 12.

Отработанное масло из масляных полостей 3, 4 свободной турбины по всасывающим магистралям 13 и 14 через изолированные друг от друга замкнутые полости 10 и 11 поступает на вход откачивающих насосов 8 и 9, которые переправляют его в расходный маслобак 1 для повторного использования. Из масляных полостей 2 турбокомпрессора отработанное масло переправляется в расходный маслобак 1 откачивающим насосом 6.Used oil from the oil cavities 3, 4 of the free turbine through the suction lines 13 and 14 through isolated from each other closed cavities 10 and 11 is fed to the inlet of the pumping pumps 8 and 9, which transfer it to the consumable oil tank 1 for reuse. From the oil cavities 2 of the turbocharger, the used oil is transported to the consumable oil tank 1 by a suction pump 6.

Наличие в магистралях суфлирования 15, 16 двух жиклеров 17 и 18, принимая во внимание их низкую пропускную способность, исключает перетечки воздушных потоков между полостями 10, 11 дренажной емкости 12, что обеспечивает надежную работу откачивающих насосов 8, 9.The presence of venting lines 15, 16 of two nozzles 17 and 18, taking into account their low throughput, eliminates the flow of air flows between the cavities 10, 11 of the drainage tank 12, which ensures reliable operation of the pumping pumps 8, 9.

При останове ЭГТУ снижается давление масла на выходе нагнетающего насоса 7, а затем и 21, следовательно, и в полости управления запорного клапана 20, который открывается, сообщив полости 10 и 11 с атмосферой и обеспечив слив в них остатков масла из масляных полостей 3, 4 силовой турбины, которые удаляются из дренажной емкости 12 через сливные краны при последующем техническом обслуживании ЭГТУ.When EGTU stops, the oil pressure at the outlet of the discharge pump 7 and then 21 decreases, therefore, in the control cavity of the shut-off valve 20, which opens, communicating the cavities 10 and 11 with the atmosphere and ensuring that the remaining oil is drained from the oil cavities 3, 4 power turbines that are removed from the drainage tank 12 through the drain valves during subsequent maintenance of EGTU.

Осуществление изобретения позволит повысить надежность работы маслосистемы ЭГТУ и установки в целом.The implementation of the invention will improve the reliability of the EGTU oil system and the installation as a whole.

Claims (2)

1. Маслосистема энергетической газотурбинной установки, содержащая устройства для подачи и откачки масла из масляных полостей опорных подшипников роторов турбокомпрессора и свободной турбины, причем устройство для откачки масла из масляных полостей свободной турбины включает в себя дренажную емкость, сообщенную с всасывающими магистралями откачивающих насосов с приводом от турбокомпрессора, и магистраль суфлирования через нормально открытый запорный клапан, отличающаяся тем, что дренажная емкость выполнена в виде двух изолированных друг от друга полостей, каждая из которых сообщена с масляной полостью только одной из подшипниковых опор свободной турбины и соединена с одним из откачивающих насосов, снабжена отдельной магистралью суфлирования, соединенной со входом запорного клапана, а в устройстве подачи масла напорные магистрали нагнетающих насосов турбокомпрессора и свободной турбины объединены между собой.1. The oil system of an energy gas turbine installation, comprising devices for supplying and pumping oil from oil cavities of the thrust bearings of the rotors of a turbocompressor and a free turbine, the device for pumping oil from the oil cavities of a free turbine includes a drain tank connected to the suction lines of pumping pumps driven by turbocharger, and the vent line through a normally open shut-off valve, characterized in that the drainage tank is made in the form of two insulated x cavities from each other, each of which is connected to the oil cavity of only one of the bearing bearings of a free turbine and is connected to one of the evacuation pumps, is equipped with a separate vent line connected to the inlet of the shut-off valve, and in the oil supply device the pressure lines of the turbocharger discharge pumps and free turbines are interconnected. 2. Маслосистема энергетической газотурбинной установки по п.1, отличающаяся тем, что отдельные магистрали суфлирования полостей дренажной емкости снабжены жиклерами и подключены параллельно к единому запорному клапану. 2. The oil system of an energy gas turbine installation according to claim 1, characterized in that the individual vent lines for venting the cavities of the drainage tank are equipped with nozzles and connected in parallel to a single shut-off valve.

Images