Газотурбинная энергетическая установка. Газотурбинная энергетическая установка

Газотурбинная энергетическая установка — Global wiki. Wargaming.net

Газотурбинная энергетическая установка (ГТУ) — двигатель, в котором сжатый в компрессоре воздух подается в камеру сгорания, где к нему подводится теплота, а образовавшийся горячий газ, поступая в лопаточный аппарат турбины, преобразует свою потенциальную энергию в кинетическую; последняя на лопатках рабочих колес превращается в механическую энергию, передавая её вращающемуся непрерывно валу, соединенному с компрессором и нагрузочным устройством.

Газотурбинная энергетическая установка.

ГТУ можно разделить на установки открытого и закрытого цикла.

Установки открытого цикла

На рис. 1, а показана газотурбинная установка, компрессор 1, камеры сгорания 2 и газовая турбина 3 которой расположены в едином сборном корпусе. Роторы 6 и 5 компрессора и турбины жестко соединены друг с другом и опираются на три подшипника.

Рис. 1 Четырнадцать камер сгорания располагаются вокруг компрессора каждая в своем корпусе. Воздух поступает в компрессор через входной патрубок и уходит из газовой турбины через выхлопной патрубок. Корпус газотурбинной установки опирается на четыре опоры 4 и 8, которые расположены на единой раме 7.

Тепловая схема такой газотурбинной установки показана на рис. 1, б. В камеры сгорания топливным насосом подаются топливо и сжатый воздух после компрессора. Топливо перемешивается с воздухом, который служит окислителем, поджигается и сгорает. Чистые продукты сгорания также смешиваются с воздухом, чтобы температура газа, получившегося после смешения, не превышала заданного значения. Из камер сгорания газ поступает в газовую турбину, которая предназначена для преобразования его потенциальной энергии в механическую работу. Совершая работу, газ остывает и давление его уменьшается до атмосферного. Из газовой турбины газ выбрасывается в окружающую среду.

Из атмосферы в компрессор поступает чистый воздух. В компрессоре его давление увеличивается и температура растет. На привод компрессора приходится отбирать значительную часть мощности турбины.

Установки закрытого цикла

Рис. 2

В замкнутых ГТУ также как и в открытых имеются компрессор 1 и турбина 2. Вместо камеры сгорания используется источник теплоты 4, в котором теплота передается рабочему телу без перемешивания с топливом. В качестве рабочего тела может применяться воздух, углекислый газ, пары ртути или другие газы.

Рабочее тело, давление которого повышено в компрессоре, в источнике теплоты 4 нагревается и поступает в турбину 2, в которой отдает свою энергию. После турбины газ поступает в промежуточный теплообменник 5 (регенератор), в котором он подогревает воздух, а затем охлаждается в охладителе 6, поступает в компрессор 1 и цикл повторяется. В качестве источника теплоты могут использоваться специальные котлы для нагрева рабочего тела энергией сжигаемого топлива или атомные реакторы.

Применение ГТУ

В настоящее время газотурбинные установки являются основным видом двигателей, используемых в авиации, что обусловлено простотой их конструкции, способностью быстро набирать нагрузку, большой мощностью при малой массе, возможностью полной автоматизации управления. В энергетике ГТУ работают в основном в то время, когда резко увеличивается потребление электроэнергии, т. е. во время пиков нагрузки. Газотурбинные установки находят также широкое применение на железнодорожном, морском, речном и автомобильном транспорте. Так, на быстроходных судах на подводных крыльях и воздушной подушке ГТУ являются двигателями. На большегрузных автомобилях они могут использоваться в качестве как основного, так и вспомогательного двигателя, предназначенного для подачи воздуха в основной двигатель внутреннего сгорания и работающего на его выхлопных газах. Кроме того, ГТУ служат приводом нагнетателей природного газа на магистральных газопроводах, резервных электрогенераторов пожарных насосов.

Литература и источники

Соколов В.С Газотурбинные установки. — МОСКВА: «ВЫСШАЯ ШКОЛА», 1986. — 151 с.

Ссылки

Видео

wiki.wargaming.net

Газотурбинная энергетическая установка

Изобретение относится к энергетике и газотурбинным силовым и энергетическим установкам. Газотурбинная силовая установка содержит газотурбинный двигатель с компрессором, камерой сгорания, турбиной, рабочее колесо которой соединено валом двигателя с ротором компрессора, свободную турбину, установленную за турбиной и соединенную валом нагрузки с электрогенератором, выхлопное устройство. После свободной турбины установлен двигатель Стирлинга, генератор выполнен с двумя роторами, один из которых соединен с валом нагрузки со свободной турбиной, а другой соединен внешним валом с двигателем Стирлинга. Двигатель Стирлинга содержит, по меньшей мере, один рабочий цилиндр, установленный за свободной турбиной и, по меньшей мере, один расширительный цилиндр, установленный вне двигателя. Изобретение позволяет повысить КПД силовой установки и ее надежность. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к газотурбинным силовым установкам и может быть применено для выработки электрической энергии или силовой установки газотурбовоза.

Известна газотурбинная силовая установка по патенту РФ на изобретение №2137617, эта установка имеет жидкостную систему охлаждения и вентилятор для создания потока охлаждающего воздуха.

Известна силовая установка по патенту РФ №2189477, которая содержит газотурбинный двигатель - ГТД, газовый тракт, соединяющий этот газотурбинный двигатель со свободной турбиной, и нагрузку в виде электрогенератора, вал которого подсоединен к валу свободной турбины через муфту.

Недостатком этой силовой установки является то, что она имеет низкий КПД - около 20%, что почти в 2 раза меньше, чем у современных дизельных установок.

Известна газотурбинная силовая установка по патенту РФ №2272916 (прототип), которая содержит газотурбинный двигатель с турбиной и свободную турбину, за которой установлен регенеративный теплообменник, выход из которого соединен с газотурбинным двигателем, конкретно - с системой охлаждения турбины.

Недостатками этого двигателя является низкий КПД силовой установки из-за того, что подача пара на вход в турбину резко уменьшает температуру продуктов сгорания, проходящих через нее, и тем самым снижает КПД турбины и силовой установки в целом. Если же компенсировать снижение температуры газа перед турбиной увеличением расхода топлива, это приведет к дефектам в виде прогара сопловых и рабочих лопаток турбины. Кроме того, длительное пропускание большого расхода воды через систему охлаждения турбины приводит к отложению накипи в системе охлаждения турбины и ухудшению охлаждения. Применение дистиллированной воды невозможно по техническим и экономическим соображениям. Кроме того, регенеративный теплообменник имеет недостаточную поверхность теплообмена, для того чтобы полностью утилизировать тепло выхлопных газов.

Задачи создания изобретения: повышение экономичности и надежности установки.

Решение указанных задач достигнуто за счет того, что газотурбинная силовая установка, содержащая газотурбинный двигатель с компрессором, камерой сгорания, турбиной, рабочее колесо которой соединено валом двигателя с ротором компрессора, свободную турбину, установленную за турбиной и соединенную валом нагрузки с электрогенератором, выхлопное устройство, отличается тем, что после свободной турбины установлен двигатель Стирлинга, генератор выполнен с двумя роторами, один из которых соединен с валом нагрузки со свободной турбиной, а другой соединен внешним валом с двигателем Стирлинга. Двигатель Стирлинга содержит, по меньшей мере, один рабочий цилиндр, установленный за свободной турбиной и по меньшей мере, один расширительный цилиндр, установленный вне двигателя.

Предложенное техническое решение обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью, что подтверждается проведенными патентными исследованиями. Для реализации изобретения достаточно применения известных узлов и деталей, ранее разработанных и реализованных в конструкции газотурбинных двигателей и в машиностроении.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1-4, где:

на фиг.1 приведена схема газотурбинной силовой установки,

на фиг.2 и 3 приведена схема двигателя Стирлинга,

на фиг.4 приведено распределение температуры воздуха и продуктов сгорания по длине установки.

Предложенное техническое решение (фиг.1) содержит газотурбинный двигатель ГТД 1 и подсоединенную газовым трактом свободную турбину 2, после которой по потоку установлен двигатель Стирлинга 3 и далее выхлопное устройство 4. Генератор 5 установлен вне газобурбинного двигателя 1.

ГТД 1 содержит воздухозаборник 6, компрессор 7 с ротором компрессора 8, камеру сгорания 9 с форсунками 10, турбину 11 с сопловым аппаратом 12 и рабочим колесом 13. Турбина 11 может быть выполнена многоступенчатой, но в дальнейшем приведен пример конструкции энергетической установки с одной ступенью турбины. Рабочее колесо турбины 13 и ротор турбины 8 установлены на валу ГТД 14, который установлен в опорах двигателя 15.

ГТД 1 содержит систему топливоподачи 16 с топливным насосом 17 и приводом топливного насоса 18, топливный трубопровод 19, кольцевой коллектор 20, к которому подключен топливный трубопровод 19 и далее он подсоединен к форсункам 10 камеры сгорания 9.

Компрессор 6 установлен на валу ГТД 14. Свободная турбина 3 может быть выполнена одноступенчатой, двухступенчатой и с большим числом ступеней в зависимости от мощности установки.

Свободная турбина 2 содержит, как минимум, одно рабочее колесо свободной турбины 21, установленное на валу нагрузки 22, внешний вал нагрузки 23 выполнен концентрично валу нагрузки 22 и установлен в опорах 24. Двигатель Стирлинга 3 (фиг.1 и 2) состоит из двух частей: рабочих цилиндров 25 и расширительных цилиндров 26, внутренние полости которых «Г» и «Д» соединены трубопроводами 27. Расширительные цилиндры 26 предпочтительно установить вне ГТД 1 и выхлопного устройства 4 в атмосфере на некотором удалении от ГТД 1, во-первых, для использования хладоресурса окружающего воздуха, во-вторых, для значительного увеличения площади теплообмена с целью повышения КПД установки до теоретически возможного значения.

На фиг.2 приведена схема одного из вариантов исполнения двигателя Стирлинга 3, который содержит рабочие цилиндры 25, имеющие оребрение 28 с установленным внутри каждого из них в полости «Г» рабочим поршнем 29, который шатуном 30 соединен через механизм преобразования поступательного движения во вращательное 31 (например, коленвал) с внешним валом нагрузки 23 и расширительные цилиндры 26 с оребрением 32 и установленным внутри каждого из них в полости «Д» вытеснительным поршнем 33, который шатуном 34 через механизм преобразования поступательного движения во вращательное 31 соединен с внешним валом нагрузки 23. Трубопровод 27 соединяет полости «Г» и «Д» для перетекания рабочего тела из рабочего цилиндра 25 в расширительный цилиндр 26. Расширительные цилиндры 26 охлаждаются за счет естественной конвекции или воздухом, подаваемым маломощным (по сравнению с мощностью ГТД 1) вентилятором 42.

Генератор 5 содержит два ротора: внешний ротор генератора 35 с постоянными магнитами 36 и внутренний ротор 37 с обмотками возбуждения 38, токосъемник 39, электрическую проводку 40 и статор 41. Внутренний ротор генератора 37 соединен с валом нагрузки 22, а внешний ротор генератора 35 соединен с внешним валом нагрузки 23. В схеме может быть применен вентилятор 42 (фиг.4). Обмотки возбуждения 38 и постоянные магниты могут быть установлены с точностью до наоборот, т.е. обмотки возбуждения 38 можно установить на внешнем роторе 37.

При работе при помощи стартера (на фиг.1 и 2 не показан) запускается ГТД 1, при этом подается на привод топливного насоса 18, который приводит в действие топливный насос 17, топливо по топливному трубопроводу 19 подается в форсунки 10 камеры сгорания 9, где воспламеняется при помощи электрозапальника (на фиг.1-3 электрозапальник не показан). Выхлопные газы проходят по газовому тракту и далее из камеры сгорания 9 в полость «Б» перед турбиной 11, часть теплоперепада срабатывает на рабочем колесе турбины 13, проходит через свободную турбину 2. Рабочее колесо свободной турбины 21 с валом нагрузки 22 раскручивается.

Одновременно выхлопные газы поступают в полость «В», нагревают через оребрение 28 рабочее тело внутри рабочих цилиндров 25. Нагретое рабочее тело по трубопроводам 27 периодически поступает в расширительные цилиндры 26, где расширяется и совершает работу, передавая энергию на внешний вал нагрузки 23. Для работы двигателя Стирлинга 3 достаточно иметь разницу температур на двух группах цилиндров 25 и 26. Двигатель Стирлинга 3 через 5-10 мин выходит на режим. Медленный выход двигателя Стирлинга на режим является одним из его недостатков, но высокий КПД, надежность и хорошие экологические свойства в сочетании с ГТД 1 и свободной турбиной 2, имеющими хорошие характеристики запуска и работы на переходных режимах, делает предложенную установку чрезвычайно интересной по всем показателям одновременно. Только применение этой схемы позволит согласовать оптимальную работу всех узлов установки на всех режимах и практически полностью утилизировать тепло в выхлопном устройстве. Утилизация тепла при помощи теплообменников, используемая традиционно, неэффективна, например, из-за больших габаритов теплообменников и необходимости дальнейшего преобразования тепловой энергии пара в механическую энергию, например, на паровой турбине.

Другой значительной проблемой при проектировании силовых установок с двигателем Стирлинга является невозможность согласования частот вращения свободной турбины, двигателя Стирлинга и нагрузки (электрогенератора). Если свободную турбину и двигатель Стирлинга установить на один вал, то это приведет к их несогласованной нагрузке и, как следствие, к уменьшению КПД установки в целом и большим нагрузкам на вал. На переходных режимах нагрузки будут значительными и будут носить ударный характер, что приведет к разрушению валов, масляных уплотнений и опор.

Генератор 5, имеющий два ротора 35 и 37, вращающиеся в разные стороны, позволит увеличить в 2 раза скорость изменения магнитного поля в обмотках возбуждения, т.к. при скоростях вращения рабочего колеса свободной турбины 21 n1=5000 об/мин и скорости вращения внешнего вала нагрузки 23 приблизительно n2=5000 об/мин относительная скорость вращения роторов 35 и 37 генератора 5 будет около 10000 об/ мин, т.е. в два раза выше достигнутой в традиционный схемах энергетических установок аналогичного назначения.

Это позволит уменьшить габариты генератора, повысить его мощность и надежность за счет меньших центробежных нагрузок.

В результате использования регенерации тепла в двигателе Стирлинга КПД силовой установки возрастает более чем в 2 раза, а именно с 30 до 60% и более.

При работе двигателя по его контурам температуры распределяются следующим образом:

- T1 - температура воздуха в атмосфере или на входе в ГТД,

- Т2 - температура продуктов сгорания на входе в турбину,

- Т3 - температура продуктов сгорания на выходе из турбины или входе в свободную турбину,

- Т4 - температура продуктов сгорания на выходе из свободной турбины

- Т5 - после рабочих цилиндров двигателя Стирлинга,

- Т6 - температура воздуха, охлаждающего расширительные цилиндры двигателя Стирлинга,

- Т7 - температура охлаждающего воздуха после расширительных цилиндров.

Очевидно, что Т6≈T1, а Т5 и Т7 незначительно превышают T1 при больших габаритах и хорошем оребрении расширительных цилиндров. Это позволяет достичь теоретически возможный КПД цикла Карно, т.е. реализовать максимально возможный КПД для силовых установок аналогичного назначения даже по сравнению с двигателями, имеющими современную систему утилизации тепла выхлопных газов.

Применение изобретения позволило:

1. Значительно повысить КПД силовой установки за счет:

- использования для получения энергии на валу нагрузки, кроме свободной турбины двигателя Стирлинга, который утилизирует тепло, раньше сбрасываемое в выхлопное устройство и в атмосферу,

- повышения КПД цикла двигателя Стирлинга за счет использования практически бесплатного и неограниченного хладоресурса атмосферного воздуха или применением внешнего обдува воздухом, например применением вентилятора, или скоростным напором встречного воздуха при движении транспорта, например для газотурбовоза или естественной конвекции в энергоустановках для выработки электроэнергии в стационарных установках, когда ее габариты и вес не имеют решающего значения.

2. Согласовать работу свободной турбины и двигателя Стирлига за счет их кинематической развязки и возможности вращения роторов с различными угловыми скоростями вращения и даже в противоположные стороны. За счет вращения двух роторов генератора в противоположные стороны уменьшить габариты генератора примерно в 2 раза, повысить его мощность, напряжение и надежность.

3. Снизить эмиссию токсичных веществ в атмосферу за счет того, что двигатель Стирлинга имеет значительно более лучшие экологические показатели по сравнению с другими типами двигателей.

1. Газотурбинная силовая установка, содержащая газотурбинный двигатель с компрессором, камерой сгорания, турбиной, рабочее колесо которой соединено валом двигателя с ротором компрессора, свободную турбину, установленную за турбиной и соединенную валом нагрузки с электрогенератором, выхлопное устройство, отличающаяся тем, что после свободной турбины установлен двигатель Стирлинга, генератор выполнен с двумя роторами, один из которых соединен с валом нагрузки со свободной турбиной, а другой соединен внешним валом с двигателем Стирлинга.

2. Газотурбинная силовая установка по п.1, отличающаяся тем, что двигатель Стирлинга содержит, по меньшей мере, один рабочий цилиндр, установленный за свободной турбиной и, по меньшей мере, один расширительный цилиндр, установленный вне двигателя.

www.findpatent.ru

ГАЗОТУРБИННЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 12Следующая ⇒

Судовые газотурбинные энергетические установки (ГТУ) могут быть подразделены на установки открытого и закрытого циклов. В первом случае рабочее тело, которым является воздух и впоследствии смесь его с продуктами сгорания топлива, пройдя через внутренние полости элементов установки, выбрасывается в атмосферу.

Простейшая ГТУ открытого цикла с горением топлива при постоянном давлении показана на рис.1.1. Компрессор 5, приводимый в действие турбиной 11, через приемную трубу 4 засасывает из атмосферы воздух, сжимает его до определенного давления, например до 5-102 кПа, и непрерывно нагнетает в камеру сгорания 9. В нее через форсунку 8 с помощью насоса 3 подается топливо. Образующиеся в процессе сгорания топлива газы высокой температуры, обычно превышающей 1000°С, направляются в турбину 11, где кинетическая энергия их преобразуется на лопатках в механическую работу. По условиям прочности отдельных деталей нельзя допустить, чтобы в газовую турбину поступали газы такой высокой температуры. Поэтому в камеру сгорания подается воздуха в несколько раз больше теоретически необходимого для сжигания топлива. Потребность большого избытка воздуха в ГТУ приводит к значительной относительной мощности, затрачиваемой на его сжатие в компрессоре, который потребляет до 70% мощности турбины.

Сжатый воздух, поступающий из компрессора в камеру сгорания, разделяется на два потока. Один поток, составляющий 30—40%, вводится в активную зону горения, другой, составляющий 70—60%, охлаждает пламенную трубу, смешивается с продуктами сгорания вне активной зоны горения и понижает температуру газа до значения, требуемого на входе в турбину. Выпускные газы по трубопроводу 10 уходят в атмосферу. Развиваемая турбиной мощность частично затрачивается на привод компрессора и через редуктор 2 используется для привода гребного винта 1. Пуск установки производится с помощью пускового устройства (электродвигателя, паровой турбины и др.) 7, соединенного посредством специальной муфты 6 с ротором компрессора. В период запуска топливо воспламеняется от электросвечи.

В ГТУ закрытого цикла (рис.1.2) в рабочем процессе участвует одно рабочее тело, совершающее кругооборот в изолированном от атмосферы замкнутом тракте. Рабочее тело (воздух или какой-либо инертный газ) сжимается в компрессоре 4 и направляется через нагреватель, который повышает его температуру при постоянном давлении до 650—750°С, в турбину 3. Здесь рабочее тело, совершая работу, расширяется до давления, близкого к давлению перед компрессором.

Рис.1.1 Принципиальная схема простейшей ГТУ открытого цикла

Далее оно охлаждается в охладителе забортной воды до начальной температуры цикла. Мощность турбины расходуется на привод компрессора и через редуктор 2 используется для привода гребного винта 1. В качестве нагревателя в обычных ГТУ применяют воздушный котел, работающий на органическом топливе, в ядерных ГТУ — ядерный реактор.

Рис.1.2 Тепловая схема

ГТУ закрытого цикла

Можно использовать в ГТУ закрытого цикла высокое давление рабочего тела, что позволяет получить большую мощность установки при малых массе и габаритах. Кроме того, изолированность рабочего тела от окружающей среды предотвращает его загрязнение. Однако ГТУ закрытого цикла имеют сложную конструкцию.

По способу подготовки рабочего тела, рассмотренные ГТУ относятся к турбокомпрессорным. В таких установках сжатие рабочего тела перед сообщением ему теплоты осуществляется в осевом или центробежном компрессоре, приводимом в действие газовой турбиной. Повышение долговечности ГТУ в начальный период их освоения шло по пути создания комбинированных установок, состоящих из газовой турбины и свободнопоршневого генератора газа.

Эти установки работают по открытому циклу. Процесс сжигания топлива осуществляется в цилиндрах СПГГ, где газ частично расширяется и происходит снижение температуры его. Работа расширения газа используется для сжатия воздуха поршневым компрессором. Генерируемый СПГГ газ является рабочим телом для турбины.

Для газотурбинных установок с СПГГ характерна сравнительно высокая экономичность (КПД 34—36%) при относительно малой удельной массе (12—18 кг/кВт) и габаритах; они удобны для размещения, уравновешены, обладают высокой маневренностью и могут работать на тяжелых сортах топлива. Однако ГТУ с СПГГ имеют и недостатки: КПД их на 10—15% ниже КПД дизельных установок; весьма чувствительны к присутствию воды и воздуха в топливе; сложны в обслуживании; пропуск одной вспышки в СПГГ приводит к немедленной их остановке.

В судовых установках число СПГГ не превышает шести — восьми, так как большее количество затрудняет их размещение на судне и усложняет эксплуатацию. Поэтому ГТУ с СПГГ имеют ограниченную мощность (до 4400—5900 кВт).

Судовые установки с СПГГ ГТ не получили широкого распространения. В составе морского флота эксплуатируются лесовозы типа «Павлин Виноградов», оборудованные СПГГ ГТ мощностью 2900 кВт. С 1971 г. находится в эксплуатации опытный рыболовный траулер с СПГГ ГТ мощностью 440 кВт. На речном флоте судов с такими установками нет. Следует считать, что установки с СПГГ ГТ не имеют перспективы для дальнейшего их широкого использования па судах.

Простейшие ГТУ по сравнению с другими типами СЭУ имеют ряд преимуществ, основными из которых являются:

- большая агрегатная мощность при минимальной удельной массе и габаритах, меньшая занимаемая площадь и объем машинного помещения;

- высокая надежность, обусловленная ротативным принципом действия и простотой кинематической схемы;

- простота обслуживания, возможность быстрого пуска и высокая приемистость;

- наличие потенциальных возможностей дальнейшего уменьшения расхода топлива по мере их совершенствования;

- хорошая приспособленность к автоматизации и дистанционному управлению вследствие простоты пуска и регулирования.

Перспективным является использование ГТУ на судах на подводных крыльях и воздушной подушке, где превалирующим требованием является обеспечение минимальных массы и габаритов установки при большой ее мощности.

На малых судах в качестве главных обычно устанавливают серийные конвертированные авиационные газотурбинные двигатели открытого цикла. Моторесурс таких установок составляет 1—3 тыс. ч, однако удельная масса их невелика (0,4—2,0 кг/кВт).

Для водоизмещающих судов решающее значение имеют экономичность и моторесурс установки, а масса и габариты — второстепенное. Поэтому на водоизмещающих судах морского флота в качестве главной установки, кроме конвертированных газотурбинных двигателей, используют ГТУ индустриального типа.

Такие ГТУ имеют длительный срок службы, работают на тяжелых сортах топлива и обладают повышенной экономичностью.

Судовые ГТУ, работающие на органическом топливе, относятся к установкам с открытым циклом; при использовании ядерного горючего для обеспечения радиационной безопасности применяют ГТУ закрытого цикла.

Реверсирование в ГТУ может осуществляться: реверсивной турбиной, имеющей ступени заднего хода, самостоятельной турбиной заднего хода (ТЗХ), реверс-редукторной передачей, гидравлической реверсивной и электрической передачами, винтом регулируемого шага, водометным движителем с реверсивно - рулевым устройством.

Одной из причин низкой экономичности простейшей ГТУ открытого цикла является большая потеря теплоты с выпускными газами. Эту потерю теплоты можно уменьшить, если предусмотреть регенерацию, т. е. если теплоту выходящих из турбины газов использовать для подогрева сжатого воздуха. В данном случае в камеру сгорания будет поступать воздух с более высокой температурой, что потребует меньшего количества топлива для получения газов заданной температуры и, следовательно, приведет к повышению экономичности установки.

Рис.1.3. Тепловая схема ГТУ с регенерацией, двухступенчатым сжатием и промежуточным охлаждением воздуха

1 — гребной винт; 2 — редуктор; 3 — компрессор низкого давления; 4 — турбина низкого давления; 5 – камера горения; 6 - регенератор; 7 - компрессор высокого давления; 8 — турбина высокого давления.

В более сложном регенеративном цикле (рис.1.3), кроме подогрева сжатого воздуха предусматривается двухступенчатое его сжатие с промежуточным охлаждением.

У газотурбинных установок такого типа КПД повышается до 25—30%, однако увеличивается их масса, усложняются схема и обслуживание. Основным средством увеличения КПД ГТУ, работающих без регенерации и промежуточного охлаждения воздуха, является использование утилизационных паротурбинных контуров. При этом энергетическая установка практически превращается в комбинированную газопаровую, что позволяет получить такие же расходы топлива, как и у установок, выполненных по более сложным регенеративным схемам.

Газовые турбины применяют в качестве ускорительных двигателей в комбинированных установках. В последнее время ГТУ широко используют для привода вспомогательных механизмов: аварийных электрогенераторов, переносных и стационарных осушительно - пожарных насосов, грузовых насосов на танкерах и т. д. Так как указанные механизмы работают кратковременно, то экономичность ГТУ в данном случае не имеет решающего значения. Основную роль при этом играют малые масса и габариты, быстрота пуска. Для привода вспомогательных механизмов используют ГТУ, выполненную по простейшей схеме, с радиальными газовыми турбинами и центробежными компрессорами. Мощность таких ГТУ составляет 22—736 кВт, удельная масса 0,2—0,7 кг/кВт. Время пуска и приема нагрузки находится в пределах 15—120 с. Срок службы ГТУ для привода резервных и аварийных агрегатов 500—1000 ч, а для привода стояночных генераторов и грузовых насосов — до 5000 ч. Коэффициент полезного действия вспомогательных ГТУ довольно низкий (0,13—0,18).

К общими недостатками газотурбинных установок являются: - относительно низкая экономичность из-за ограниченной начальной температуры газа;

- зависимость надежности и экономичности ГТУ открытого цикла от коррозионного воздействия внешней среды;

- жесткие требования к качеству топлива, используемого в ГТУ открытого цикла, и большие затраты на него;

- трудность осуществления реверса мощных установок;

- большие размеры воздухе- и газоходов, обусловленные значительным избытком воздуха, подаваемого в камеру сгорания, что усложняет компоновку ГТУ на судне.

Надо отдать должное, что в последнее время ГТУ продолжают развиваться. Так, по данным журнала GAS&Turbine (2000 г.) в США созданы ГТУ малой мощности (от 500 кВт), используемые в качестве главного привода, которые имеют частоту вращения 300 тыс. оборотов и кпд до 40%, что приближает их по экономичности к поршневым двигателям. Совершенствование ГТУ связанно с применением новых сверхжаропрочных материалов и покрытий, позволяющих использовать на лопатках большую температуру газов.

Газотурбинная энергетическая установка | Банк патентов

Использование: в газотурбостроении, в частности в устройствах газотурбинных установок для привода внешней нагрузки, преимущественно, генератора в составе передвижных и блочно-контейнерных электростанций малой мощности до 5 МВт. Сущность изобретения: установка, содержащая агрегат внешней нагрузки 11 и газотурбинный двигатель, содержит кожух 12, образующий с корпусом двигателя 1 тупиковую со стороны вала привода кольцевую камеру 14, сообщающуюся с затурбинным диффузором 10, а в зоне компрессора 3 через окна 15 - с окружающим воздухом, причем кольцевая камера 14 изолирована от воздушного тракта компрессора регулируемыми патрубками 17, на внутренней поверхности 19 кожуха 12 в зоне турбины 4 жестко установлен кольцевой дросселирующий элемент 20, образующий со стороны компрессора 3 тупиковую полость 21, а со стороны корпуса турбины 22 - кольцевой проточный канал 23. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

Изобретение относится к газотурбостроению, точнее, к устройствам газотурбинных установок (ГТУ) для привода внешней нагрузки, преимущественно, генератора в составе передвижных и блочноконтейнерных электростанций малой мощности до 5 МВт. Известна газотурбинная установка, содержащая корпус и расположенные в нем турбокомпрессор, свободную силовую турбину и выхлопной диффузор [1] Корпус снаружи обдувается системой принудительного обдува, включающей вентилятор с электроприводом. Недостаток данной установки заключается в низкой эффективности системы охлаждения и ее значительных габаритах, что снижает общие эксплуатационные показатели установки. Известна также газотурбинная установка, содержащая корпус, установленный в нем на передней и задней опорах ротор компрессора, и его турбину, силовую турбину, расположенную на консольное опоре, соединенной с корпусом полыми радиальными стойками, а также выхлопное устройство с затурбинным диффузором и тупиковой полостью [2] Установка содержит эжекторное выхлопное устройство для охлаждения как корпуса установки, так и силовой турбины. В процессе работы известной установки создается разряжение в зоне всасывания эжекторного выхлопного устройства, что влечет за собой поступление песка, пыли, сажи из окружающей среды или бокса. Установка имеет низкую эффективность охлаждения корпуса. К недостаткам данной конструкции относится наличие встроенного редуктора, что не позволяет использовать ее, например, для доводки компрессоров высокого давления, где в ГТУ требуется мультипликатор. Данная установка не может быть эффективно использована при низких температурах и в условиях резких перепадов температур с повышенной влажностью из-за возможности обледенения вала и корпуса агрегата внешней нагрузки. Наиболее близкой к предлагаемой является конструкция стационарной газотурбинной энергетической установки для привода внешней нагрузки, преимущественно нагнетателей природного газа магистральных газопроводов, содержащая газотурбинный двигатель, в корпусе которого размещены турбокомпрессор, свободная силовая турбина, затурбинный диффузор и расположенный в непосредственной близости от установки агрегат внешней нагрузки [3] Однако данная конструкция не обеспечивает эффективного охлаждения нагреваемых частей корпуса газотурбинного двигателя, имеет высокую стоимость на единицу мощности за счет потребности в охлаждающей воде. Кроме того, антиобледенительная система известной конструкции установки в условиях Крайнего Севера не обладает высокой надежностью из-за необходимости обогрева вала внешней нагрузки, трудно осуществимого при низких температурах (-50oC). Таким образом, известная установка не обеспечивает удовлетворительных условий эксплуатации, в том числе для районов Крайнего Севера, особенно в случае использования ее в составе передвижных и блочно-контейнерных электростанций малой мощности. Техническая задача, которую решает данное изобретение, заключается в улучшении условий эксплуатации энергетической установки путем повышения эффективности охлаждении нагреваемых частей корпуса газотурбинного двигателя, устранения вероятности взрывов и пожаров при пусках двигателя, а также исключения обледенения вала и корпуса внешней нагрузки при отрицательных температурах эксплуатации установки. Технический эффект, используемый для решения указанной задачи, заключается в осуществлении эжекции окружающего воздуха в полости кожуха установки, осуществлении продувки тупиковых полостей при пусках, а также в использовании эжектируемого тепла, выделяемого вращающимися частями агрегата внешней нагрузки. Техническая задача решается за счет того, что газотурбинная энергетическая установка, содержащая агрегат внешней нагрузки и газотурбинный двигатель, в корпусе которого размещены турбокомпрессор, свободная силовая турбина с валом привода внешней нагрузки, затурбинный диффузор, согласно изобретению, дополнительно содержит кожух, образующий с корпусом двигателя тупиковую со стороны вала привода кольцевую камеру, сообщающуюся с затурбинным диффузором, а в зоне компрессора через окна с окружающим воздухом, причем кольцевая камера изолирована от воздушного тракта компрессора регулируемыми патрубками, на внутренней поверхности кожуха в зоне турбины жестко установлен кольцевой дросселирующий элемент, образующий со стороны компрессора тупиковую полость, а со стороны корпуса турбины кольцевой канал. Кроме того, корпус агрегата внешней нагрузки, преимущественно редуктора или мультипликатора, выполнен с дефлектором, герметично скрепленным с его стенкой, обращенной к компрессору, и образующим кольцевой проточный канал с валом привода внешней нагрузки. Выполнение дополнительного кожуха, образующего с корпусом двигателя тупиковую со стороны вала привода кольцевую камеру, которая сообщается с затурбинным диффузором, позволяет эжектировать окружающий воздух и интенсивно охлаждать наиболее нагретую зону корпуса турбины. Наличие в зоне компрессора окон в кожухе предназначено для исключения разряжения и подсоса пыли и твердых частиц в боксе или вблизи двигателя. К окнам можно подводить трубопроводы от зон забора чистого воздуха, подаваемого через воздушные фильтры. Кроме того, на окнах возможно выполнение заслонок для регулирования охлаждения корпуса турбины при отрицательных температурах (до -50oC). Заслонки на окнах позволяют регулировать заполнение кольцевой камеры и тупиковых полостей при продувке чистым воздухом при пусках установки. Изолирование кольцевой камеры в компрессорной зоне от воздушного тракта компрессора регулируемыми патрубками позволяет осуществлять отвод подогреваемого за счет сжатия воздуха (при +15oC до +230oC) в компрессоре за пределы кольцевой камеры. Этим достигается более эффективное охлаждение частей турбины в летнее время. Выполнение патрубков с регулируемыми элементами позволяет часть воздуха, перепускаемого из проточной зоны направлять в холодное время года (например при -50oC) в кольцевую камеру, регулируя степень охлаждения корпуса турбины. Кроме того, через регулируемые патрубки возможно осуществлять продувку воздухом при пусках установки. Наличие кольцевого дросселирующего элемента, установленного на внутренней поверхности кожуха в зоне турбины, повышает эффективность охлаждения за счет уменьшения расходного сечения и более интенсивного смешения холодного и горячего воздушных потоков в кольцевом проточном канале, а также увеличения скорости истечения воздушных потоков. Жесткое крепление кольцевого элемента с кожухом объясняется значительными вибрационными нагрузками и необходимостью сохранения геометрических обводов воздушного тракта. Образование со стороны компрессора тупиковой полости с внутренний поверхности кожуха позволяет образовать зону обратных токов нагретого от стенок турбины воздушного потока и повысить эффективность теплоотдачи холодному воздушному потоку от корпуса турбины, преимущественно от ее первых ступеней. Наличие дефлектора, герметично скрепленного со стенкой корпуса агрегата внешней нагрузки позволяет уменьшить аэродинамическое сопротивление при всасывании воздушного потока входным устройством компрессора и организовать кольцевой проточный канал относительно вращающихся частей вала и агрегата внешней нагрузки. Образование стенками дефлектора кольцевого проточного канала с валом или другими вращающимися частями вала, например, муфтами, фланцами или переходниками, обязательно для эжектирования воздушного потока на обогрев вала отбора мощности или элементов крепления с валом привода внешней нагрузки за счет тепла, выделяемого от нагрева вращающихся частей агрегата внешней нагрузки, например, корпуса редуктора. Герметичное крепление дефлектора со стенкой, обращенной к компрессору с образованием тупиковой со стороны мест крепления полости, позволяет осуществлять обогрев вала отбора мощности и элементов крепления с валом привода внешней нагрузки без смешения холодного, всасываемого компрессором, воздушного потока и воздуха, нагретого от вращающихся частей редуктора. Это препятствует обледенению вала и корпуса нагрузки, а также обледенению самого дефлектора в условиях отрицательных температур эксплуатации. На чертеже приведена схема предлагаемой газотурбинной энергетической установки. Установка содержит корпус 1, размещенный в нем на двух опорах 2 турбокомпрессор, состоящий из компрессора 3 и турбины 4, связанных валом 5. На двух опорах 6 размещена свободная силовая турбина 7 с валом 9 привода внешней нагрузки. На схеме показан затурбинный диффузор 10 и расположенный в непосредственной близости от корпуса 1 агрегат внешней нагрузки, в частности, редуктор 11. Газотурбинный двигатель и редуктор 11 жестко установлены на раме (не показана). Вокруг корпуса 1 вдоль всей его длины установлен кожух 12, скрепленный с корпусом 1 глухой стенкой 13. Кожух 12 образует с корпусом 1 тупиковую со стороны вала 9 привода внешней нагрузки кольцевую камеру 14, сообщающуюся с затурбинным диффузором 10. Зона компрессора 3 через окна 15 сообщается с окружающим воздухом. В зоне камеры сгорания кожух 12 скреплен с корпусом 1 полыми радиальными стойками 16. Кольцевая камера 14 в компрессорной зоне изолирована от воздушного тракта компрессора с помощью патрубков 17 с регулируемыми элементами 18. На внутренней поверхности 19 кожуха 12 в зоне турбины 4 и турбины 7 жестко установлен кольцевой дросселирующий элемент 20, образующий с внутренней поверхностью 19 кожуха 12 со стороны компрессора 3 тупиковую полость 21, а относительно охлаждаемых частей корпуса турбины 22 кольцевой проточный канал 23. Стрелками показаны направления воздушных потоков. Корпус агрегата внешней нагрузки 11 выполнен с дефлектором 24, герметично скрепленным с его стенкой 25, обращенной к компрессору 3 в месте крепления 26 и образующим тупиковую со стороны мест крепления 26 дефлектора 24 полость 27 с кольцевым проточным каналом 28 относительно вала 9 отбора мощности или элементов 29 крепления с валом 30 привода внешней нагрузки. Регулируемый патрубок 31 служит для продувки тупиковых полостей воздухом при пусках. На схеме показаны также пусковой стартер 32 и входное устройство компрессора 33. Стрелкой 34 показана зона обратных токов нагретого воздушного потока относительно границ кольцевого дросселирующего элемента 20 в кольцевой камере. Установка работает следующим образом. Запуск двигателя начинают с продувки воздухом тупиковой камеры 14 через регулируемые патрубки 17 и 31. При этом окна 15 частично перекрываются заслонками (не показаны). Воздушные полости пускового стартера, показанные контуром 32, заполняются при запуске чистым природным газом, который не взрывоопасен без доступа воздуха. Компрессор 3 и его турбина 4, выйдя на расчетные обороты, нагнетают газ на свободную силовую турбину 7, которая передает мощность с вала 8 на вал 9 привода внешней нагрузки, элементы крепления 29 и вал 30 привода внешней нагрузки-редуктора 11. При работе установки из тракта компрессора 3 через патрубки 17 с регулируемыми элементами 18 происходит перепуск горячего воздуха из компрессора на нерасчетных режимах работы, преимущественно при плюсовых температурах в жаркое время года. Воздух, нагретый от сжатия в ступенях компрессора, не вызывает дополнительного нагрева статорных частей турбины. При этом за счет эжекции воздуха в затурбинном диффузоре 10 происходит всасывание холодного воздуха через окна 15. Потоки воздуха, проходя через тупиковую полость 21 внутренней поверхности 19 кожуха 12, вызывают интенсивное смешение холодного и горячего потоков воздуха и эжектируются кольцевым проточным каналом 22, интенсивно охлаждая наиболее нагретую зону корпуса турбины. При отрицательных температурах эксплуатации или резких перепадах температур в условиях повышенной влажности в результате эжекции воздуха, нагретого вращающимися частями редуктора 11 (шестерни) путем теплопередачи через стенку 25, обращенную к компрессору 3, и суфлирующие отверстия (не показаны), происходит постоянный прогрев стенок дефлектора 24. Герметичное мести крепления 26 дефлектора 24 препятствует попаданию в тупиковую полость 27 холодного воздуха, всасываемого компрессором (показано стрелками), и его перемешиванию с теплым воздухом, выделяемым от стенок 25 редуктора 11. Теплый воздух из тупиковой полости 27 через кольцевой проточный канал 28 обдувает элементы 29 крепления с валом привода внешней нагрузки 30, препятствуя образования льда.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Газотурбинная энергетическая установка, содержащая агрегат внешней нагрузки и газотурбинный двигатель, в корпусе которого размещены турбокомпрессор, свободная силовая турбина с валом привода внешней нагрузки, затурбинный диффузор, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит кожух, образующий с корпусом двигателя тупиковую со стороны вала привода кольцевую камеру, сообщающуюся с затурбинным диффузором, а в зоне компрессора через окна с окружающим воздухом, причем кольцевая камера изолирована от воздушного тракта компрессора регулируемыми патрубками, на внутренней поверхности кожуха в зоне турбины жестко установлен кольцевой дросселирующий элемент, образующий с внутренней поверхностью кожуха со стороны компрессора тупиковую полость, а со стороны корпуса турбины кольцевой канал. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что корпус агрегата внешней нагрузки, преимущественно редуктора или мультипликатора, выполнен с дефлектором, герметично скрепленным с его стенкой, обращенной к компрессору, и образующим кольцевой проточный канал с валом привода внешней нагрузки.

bankpatentov.ru

Газотурбинная энергетическая установка

Известна газотурбинная установка, содержащая корпус и расположенные в нем турбокомпрессор, свободную силовую турбину и выхлопной диффузор [1] Корпус снаружи обдувается системой принудительного обдува, включающей вентилятор с электроприводом. Недостаток данной установки заключается в низкой эффективности системы охлаждения и ее значительных габаритах, что снижает общие эксплуатационные показатели установки. Известна также газотурбинная установка, содержащая корпус, установленный в нем на передней и задней опорах ротор компрессора, и его турбину, силовую турбину, расположенную на консольное опоре, соединенной с корпусом полыми радиальными стойками, а также выхлопное устройство с затурбинным диффузором и тупиковой полостью [2] Установка содержит эжекторное выхлопное устройство для охлаждения как корпуса установки, так и силовой турбины. В процессе работы известной установки создается разряжение в зоне всасывания эжекторного выхлопного устройства, что влечет за собой поступление песка, пыли, сажи из окружающей среды или бокса. Установка имеет низкую эффективность охлаждения корпуса. К недостаткам данной конструкции относится наличие встроенного редуктора, что не позволяет использовать ее, например, для доводки компрессоров высокого давления, где в ГТУ требуется мультипликатор. Данная установка не может быть эффективно использована при низких температурах и в условиях резких перепадов температур с повышенной влажностью из-за возможности обледенения вала и корпуса агрегата внешней нагрузки. Наиболее близкой к предлагаемой является конструкция стационарной газотурбинной энергетической установки для привода внешней нагрузки, преимущественно нагнетателей природного газа магистральных газопроводов, содержащая газотурбинный двигатель, в корпусе которого размещены турбокомпрессор, свободная силовая турбина, затурбинный диффузор и расположенный в непосредственной близости от установки агрегат внешней нагрузки [3] Однако данная конструкция не обеспечивает эффективного охлаждения нагреваемых частей корпуса газотурбинного двигателя, имеет высокую стоимость на единицу мощности за счет потребности в охлаждающей воде. Кроме того, антиобледенительная система известной конструкции установки в условиях Крайнего Севера не обладает высокой надежностью из-за необходимости обогрева вала внешней нагрузки, трудно осуществимого при низких температурах (-50oC). Таким образом, известная установка не обеспечивает удовлетворительных условий эксплуатации, в том числе для районов Крайнего Севера, особенно в случае использования ее в составе передвижных и блочно-контейнерных электростанций малой мощности. Техническая задача, которую решает данное изобретение, заключается в улучшении условий эксплуатации энергетической установки путем повышения эффективности охлаждении нагреваемых частей корпуса газотурбинного двигателя, устранения вероятности взрывов и пожаров при пусках двигателя, а также исключения обледенения вала и корпуса внешней нагрузки при отрицательных температурах эксплуатации установки. Технический эффект, используемый для решения указанной задачи, заключается в осуществлении эжекции окружающего воздуха в полости кожуха установки, осуществлении продувки тупиковых полостей при пусках, а также в использовании эжектируемого тепла, выделяемого вращающимися частями агрегата внешней нагрузки. Техническая задача решается за счет того, что газотурбинная энергетическая установка, содержащая агрегат внешней нагрузки и газотурбинный двигатель, в корпусе которого размещены турбокомпрессор, свободная силовая турбина с валом привода внешней нагрузки, затурбинный диффузор, согласно изобретению, дополнительно содержит кожух, образующий с корпусом двигателя тупиковую со стороны вала привода кольцевую камеру, сообщающуюся с затурбинным диффузором, а в зоне компрессора через окна с окружающим воздухом, причем кольцевая камера изолирована от воздушного тракта компрессора регулируемыми патрубками, на внутренней поверхности кожуха в зоне турбины жестко установлен кольцевой дросселирующий элемент, образующий со стороны компрессора тупиковую полость, а со стороны корпуса турбины кольцевой канал. Кроме того, корпус агрегата внешней нагрузки, преимущественно редуктора или мультипликатора, выполнен с дефлектором, герметично скрепленным с его стенкой, обращенной к компрессору, и образующим кольцевой проточный канал с валом привода внешней нагрузки. Выполнение дополнительного кожуха, образующего с корпусом двигателя тупиковую со стороны вала привода кольцевую камеру, которая сообщается с затурбинным диффузором, позволяет эжектировать окружающий воздух и интенсивно охлаждать наиболее нагретую зону корпуса турбины. Наличие в зоне компрессора окон в кожухе предназначено для исключения разряжения и подсоса пыли и твердых частиц в боксе или вблизи двигателя. К окнам можно подводить трубопроводы от зон забора чистого воздуха, подаваемого через воздушные фильтры. Кроме того, на окнах возможно выполнение заслонок для регулирования охлаждения корпуса турбины при отрицательных температурах (до -50oC). Заслонки на окнах позволяют регулировать заполнение кольцевой камеры и тупиковых полостей при продувке чистым воздухом при пусках установки. Изолирование кольцевой камеры в компрессорной зоне от воздушного тракта компрессора регулируемыми патрубками позволяет осуществлять отвод подогреваемого за счет сжатия воздуха (при +15oC до +230oC) в компрессоре за пределы кольцевой камеры. Этим достигается более эффективное охлаждение частей турбины в летнее время. Выполнение патрубков с регулируемыми элементами позволяет часть воздуха, перепускаемого из проточной зоны направлять в холодное время года (например при -50oC) в кольцевую камеру, регулируя степень охлаждения корпуса турбины. Кроме того, через регулируемые патрубки возможно осуществлять продувку воздухом при пусках установки. Наличие кольцевого дросселирующего элемента, установленного на внутренней поверхности кожуха в зоне турбины, повышает эффективность охлаждения за счет уменьшения расходного сечения и более интенсивного смешения холодного и горячего воздушных потоков в кольцевом проточном канале, а также увеличения скорости истечения воздушных потоков. Жесткое крепление кольцевого элемента с кожухом объясняется значительными вибрационными нагрузками и необходимостью сохранения геометрических обводов воздушного тракта. Образование со стороны компрессора тупиковой полости с внутренний поверхности кожуха позволяет образовать зону обратных токов нагретого от стенок турбины воздушного потока и повысить эффективность теплоотдачи холодному воздушному потоку от корпуса турбины, преимущественно от ее первых ступеней. Наличие дефлектора, герметично скрепленного со стенкой корпуса агрегата внешней нагрузки позволяет уменьшить аэродинамическое сопротивление при всасывании воздушного потока входным устройством компрессора и организовать кольцевой проточный канал относительно вращающихся частей вала и агрегата внешней нагрузки. Образование стенками дефлектора кольцевого проточного канала с валом или другими вращающимися частями вала, например, муфтами, фланцами или переходниками, обязательно для эжектирования воздушного потока на обогрев вала отбора мощности или элементов крепления с валом привода внешней нагрузки за счет тепла, выделяемого от нагрева вращающихся частей агрегата внешней нагрузки, например, корпуса редуктора. Герметичное крепление дефлектора со стенкой, обращенной к компрессору с образованием тупиковой со стороны мест крепления полости, позволяет осуществлять обогрев вала отбора мощности и элементов крепления с валом привода внешней нагрузки без смешения холодного, всасываемого компрессором, воздушного потока и воздуха, нагретого от вращающихся частей редуктора. Это препятствует обледенению вала и корпуса нагрузки, а также обледенению самого дефлектора в условиях отрицательных температур эксплуатации. На чертеже приведена схема предлагаемой газотурбинной энергетической установки. Установка содержит корпус 1, размещенный в нем на двух опорах 2 турбокомпрессор, состоящий из компрессора 3 и турбины 4, связанных валом 5. На двух опорах 6 размещена свободная силовая турбина 7 с валом 9 привода внешней нагрузки. На схеме показан затурбинный диффузор 10 и расположенный в непосредственной близости от корпуса 1 агрегат внешней нагрузки, в частности, редуктор 11. Газотурбинный двигатель и редуктор 11 жестко установлены на раме (не показана). Вокруг корпуса 1 вдоль всей его длины установлен кожух 12, скрепленный с корпусом 1 глухой стенкой 13. Кожух 12 образует с корпусом 1 тупиковую со стороны вала 9 привода внешней нагрузки кольцевую камеру 14, сообщающуюся с затурбинным диффузором 10. Зона компрессора 3 через окна 15 сообщается с окружающим воздухом. В зоне камеры сгорания кожух 12 скреплен с корпусом 1 полыми радиальными стойками 16. Кольцевая камера 14 в компрессорной зоне изолирована от воздушного тракта компрессора с помощью патрубков 17 с регулируемыми элементами 18. На внутренней поверхности 19 кожуха 12 в зоне турбины 4 и турбины 7 жестко установлен кольцевой дросселирующий элемент 20, образующий с внутренней поверхностью 19 кожуха 12 со стороны компрессора 3 тупиковую полость 21, а относительно охлаждаемых частей корпуса турбины 22 кольцевой проточный канал 23. Стрелками показаны направления воздушных потоков. Корпус агрегата внешней нагрузки 11 выполнен с дефлектором 24, герметично скрепленным с его стенкой 25, обращенной к компрессору 3 в месте крепления 26 и образующим тупиковую со стороны мест крепления 26 дефлектора 24 полость 27 с кольцевым проточным каналом 28 относительно вала 9 отбора мощности или элементов 29 крепления с валом 30 привода внешней нагрузки. Регулируемый патрубок 31 служит для продувки тупиковых полостей воздухом при пусках. На схеме показаны также пусковой стартер 32 и входное устройство компрессора 33. Стрелкой 34 показана зона обратных токов нагретого воздушного потока относительно границ кольцевого дросселирующего элемента 20 в кольцевой камере. Установка работает следующим образом. Запуск двигателя начинают с продувки воздухом тупиковой камеры 14 через регулируемые патрубки 17 и 31. При этом окна 15 частично перекрываются заслонками (не показаны). Воздушные полости пускового стартера, показанные контуром 32, заполняются при запуске чистым природным газом, который не взрывоопасен без доступа воздуха. Компрессор 3 и его турбина 4, выйдя на расчетные обороты, нагнетают газ на свободную силовую турбину 7, которая передает мощность с вала 8 на вал 9 привода внешней нагрузки, элементы крепления 29 и вал 30 привода внешней нагрузки-редуктора 11. При работе установки из тракта компрессора 3 через патрубки 17 с регулируемыми элементами 18 происходит перепуск горячего воздуха из компрессора на нерасчетных режимах работы, преимущественно при плюсовых температурах в жаркое время года. Воздух, нагретый от сжатия в ступенях компрессора, не вызывает дополнительного нагрева статорных частей турбины. При этом за счет эжекции воздуха в затурбинном диффузоре 10 происходит всасывание холодного воздуха через окна 15. Потоки воздуха, проходя через тупиковую полость 21 внутренней поверхности 19 кожуха 12, вызывают интенсивное смешение холодного и горячего потоков воздуха и эжектируются кольцевым проточным каналом 22, интенсивно охлаждая наиболее нагретую зону корпуса турбины. При отрицательных температурах эксплуатации или резких перепадах температур в условиях повышенной влажности в результате эжекции воздуха, нагретого вращающимися частями редуктора 11 (шестерни) путем теплопередачи через стенку 25, обращенную к компрессору 3, и суфлирующие отверстия (не показаны), происходит постоянный прогрев стенок дефлектора 24. Герметичное мести крепления 26 дефлектора 24 препятствует попаданию в тупиковую полость 27 холодного воздуха, всасываемого компрессором (показано стрелками), и его перемешиванию с теплым воздухом, выделяемым от стенок 25 редуктора 11. Теплый воздух из тупиковой полости 27 через кольцевой проточный канал 28 обдувает элементы 29 крепления с валом привода внешней нагрузки 30, препятствуя образования льда.

Формула изобретения

РИСУНКИ

Рисунок 1

QZ4A Государственная регистрация изменений в зарегистрированный договор

Дата и номер государственной регистрации договора, в который внесены изменения: 25.09.2000 № 11252

Вид договора: лицензионный

Лицо(а), передающее(ие) исключительное право: Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" (RU)

Лицо, которому предоставлено право использования: Открытое акционерное общество "Пермский моторный завод" (RU)

Дата и номер государственной регистрации изменений, внесенных в зарегистрированный договор: 29.08.2011 РД0086143

Изменения:Исключение патентов на изобретения 2098649, 2087768, 2106508.

Дата публикации: 27.10.2011

www.findpatent.ru

Газотурбинная установка - это... Что такое Газотурбинная установка?

В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 11 ноября 2011.

Газотурбинная установка (ГТУ) — энергетическая установка: конструктивно объединённая совокупность газовой турбины, электрического генератора, газовоздушного тракта, системы управления и вспомогательных устройств (пусковое устройство, компрессор, теплообменный аппарат или котёл-утилизатор для подогрева сетевой воды для промышленного снабжения).[источник не указан 404 дня]

Описание ГТУ

Газотурбинная установка состоит из двух основных частей: силовая турбина и генератор, которые размещаются в одном корпусе. Поток газа высокой температуры воздействует на лопатки силовой турбины (создает крутящий момент). Использование тепла посредством теплообменника или котла-утилизатора обеспечивает увеличение общего КПД установки.

ГТУ может работать как на жидком, так и на газообразном топливе[1]: в обычном рабочем режиме — на газе, а в резервном (аварийном) — автоматически переключается на дизельное топливо. Оптимальным режимом работы газотурбинной установки является комбинированная выработка тепловой и электрической энергии. ГТУ в энергетике работают как в базовом режиме, так и для покрытия пиковых нагрузок.

Применение ГТУ

В настоящее время газотурбинные установки начали широко применяться в малой энергетике [источник не указан 958 дней].

ГТУ предназначены для эксплуатации в любых климатических условиях как основной или резервный источник электроэнергии и тепла для объектов производственного или бытового назначения. Области применения газотурбинных установок практически не ограничены: нефтегазодобывающая промышленность, промышленные предприятия, муниципальные образования.

Блочно-модульное исполнение ГТУ обеспечивает высокий уровень заводской готовности газотурбинных электростанций. Степень автоматизации газотурбинной электростанции позволяет отказаться от постоянного присутствия обслуживающего персонала в блоке управления. Контроль работы станции может осуществляться с главного щита управления, дистанционно [источник не указан 958 дней].

Примечания

См. также

Ссылки

dikc.academic.ru

Газотурбинная энергетическая установка - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Газотурбинная энергетическая установка

Cтраница 1

Газотурбинная энергетическая установка ГТЭ-110 предназначена для работы индивидуально или в составе парогазовых установок ПГУ-170 и ПГУ-325 в базовом и полупиковом классах применения. [1]

Если стационарные газотурбинные энергетические установки могут потреблять газообрезное, жидкое и даже твердое топливо, то для транспортных газотурбинных энергетических установок - железнодорожных и судовых - конечно, предпочтительнее использовать жидкое топливо. [2]

В газотурбинных энергетических установках электрическая нагрузка может быть снижена при уменьшении расхода топлива и снижении начальной температуры газов. Это в свою очередь приводит к снижению сопротивления газового тракта и давления газов перед ГТ ( см. рис. 6.1, процесс 1 - 2) и к некоторому увеличению расхода газов. Работа сжатия в компрессоре уменьшается, но в большей мере снижается работа расширения газов в турбине, и, как следствие, падает значение Ягту. Такое снижение возможно до тех пор, пока значение Ягту не приблизится к нулю, т.е. установка перейдет в режим холостого хода. При этом происходит значительное уменьшение экономичности ГТУ. [4]

Эффективность производства электроэнергии газотурбинными энергетическими установками зависит прежде всего от степени повышения давления воздуха в компрессоре и температуры газа перед ГТ. В табл. 4.2 приведены данные о росте значений этой температуры, повышении жаропрочности конструктивных материалов проточной части турбины и эффективности всей установки. [6]

Применение газа в газотурбинных энергетических установках ( ГТУ) существенно упрощает задачу повышения средней температуры рабочего тела при подводе теплоты в цикле Брайтона. Вместе с тем значительно сложнее снизить температуру газа при отводе теплоты из цикла, которая имеет тенденцию к увеличению. [7]

Применительно к проблеме создания газотурбинных энергетических установок на неводяных рабочих телах можно рассматривать лишь замкнутые газотурбинные циклы. [8]

К важнейшим эксплуатационным показателям газотурбинных энергетических установок относятся надежность и экономичность. В зависимости от диспетчерского графика ( режима) ГТУ может находиться: в работе; резерве; плановом останове на техническом обслуживании; ремонте; капитальном ремонте; простое после аварии. [9]

Опыт Шатской станции содействует созданию новых газотурбинных энергетических установок. В конце 1959 г. в Узбекистане вступила в строй крупнейшая в СССР станция подземной газификации углей. Зажигание пласта бурого угля на глубине более 120 м производится новейшим методом - пропусканием через уголь тока высокого напряжения. [11]

Представлены результаты расчетного исследования влияния промежуточного охлаждения воздуха в двухкаскадном компрессоре на основные характеристики газотурбинной энергетической установки - удельную мощность, удельный расход топлива, эффективный и общий коэффициенты полезного действия. [12]

С ростом грузоподъемности и скорости рефрижераторных судов, а значит, требуемой мощности главных двигателей перспективно применение паротурбинных и газотурбинных энергетических установок. [15]

Страницы: 1 2