ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1996 года по МПК F02C7/14 

Предлагаемое изобретение относится к газотурбостроению, в частности, к созданию газотурбинных установок.

Известны газотурбинные установки, включающие компрессоры, камеры сгорания, газовые турбины и регенеративные подогреватели окислителя (воздуха) [1]
Недостатком этих установок является низкая экономичность.

Известна газотурбинная установка, выбранная в качестве прототипа, включающая многоступенчатый компрессор, камеру сгорания, турбомашину, регенеративные подогреватели окислителя, воздуховод подогретого воздуха, газоход выхлопных газов и подключенный к последнему дополнительный контур, имеющий парогенератор с поверхностями нагрева и горелками для ввода топлива, паровую турбину, конденсатор, насос питательной воды, подогреватель питательной воды [2]
Недостатком прототипа являются относительно низкие КПД и экологичность установки.

Предлагаемое устройство решает поставленную задачу путем введения в схему дополнительных элементов: конденсатора воды, установленного на выходе установки по выхлопным газам, насоса, системы очистки, воздуховодов, соединяющих соответствующие по давлению ступени компресcора с сопловыми лопатками турбомашины, имеющими отверстия для выпуска воздуха в межлопаточные пространства турбомашины, а рабочие лопатки компрессора выполнены полыми с отверстиями для выпуска охлаждающего теплоносителя в межлопаточные пространства компрессора, вал выполнен полым, рабочие лопатки турбомашины снабжены каналами системы охлаждения, подключенными посредством полого вала к рабочим лопаткам компрессора, а полость вала дополнительно подключена к конденсатору воды, установка также дополнительно снабжена системами подготовки, газификации твердого топлива и золоудаления, включенными последовательно, причем сушилка топлива снабжена регулируемым по расходу обводным газоходом по выхлопным газам, а газификатор регулируемым по расходу обводным воздуховодом подогретого окислителя, парогенератор соединен с камерой сгорания и газификатором и ступенями турбомашины, а его поверхности нагрева установлены перед и (или) за регенеративными подогревателями окислителя или параллельно им.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемое устройство отличается наличием новых узлов, конденсатора воды, насоса, воздуховодов, систем подготовки, газификации и золоудаления твердого топлива обводных газохода и воздуховода и связями их с остальными элементами установки, а также дополнительного контура, включающего парогенератор, паровую турбину, конденсатор и другие, причем поверхности нагрева парогенератора подсоединены к газоходу выхлопных газов различными путями и связаны по пару с камерой сгорания, газификатором и ступенями турбомашины.

Таким образом, предлагаемое устройство соответствует критерию "новизна".

Сравнение предлагаемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие предлагаемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемой газотурбинной установки.

Газотурбинная установка содержит компрессор 1 с направляющим аппаратом 2, рабочими лопатками 3, камеру 4 сгорания, турбомашину 5 с сопловыми лопатками 6, рабочими лопатками 7, регенеративные подогреватели 8 воздуха, воздуховоды 9, трубопровод 10 воды, конденсатор 11 воды, насос 12, систему 13 очистки, бункер 14 топлива, сушилку 15, газификатор 16, систему 17 золоудаления, обводной воздуховод 18, обводной газоход 19, регулирующую арматуру 20, парогенератор 21, паровую турбину 22, конденсатор 23, насос 24 питательной воды, подогреватель 25 питательной воды.

Газотурбинная установка работает следующим образом. Окислитель (воздух) поступает в компрессор 1, где происходит его сжатие. Для уменьшения работы сжатия через отверстия в рабочих лопатках 3 компрессора 1 впрыскивается вода, нагреваемая в рабочих лопатках 7 турбомашины 5, вода конденсируется из продуктов сгорания в конденсаторе воды 11 и далее насосом 12 по трубопроводу 10, проходя систему очистки 13, поступает в полый вал, связывающий своим каналом турбомашину 7 с компрессором 1.

В компрессоре происходит сжатие воздуха совместно с испаряющейся водой и осуществляется отбор частей сжатого воздуха из промежуточных ступеней соответствующего давления компрессора 1. Из последней ступени компрессора 1 оставшийся воздух после подогрева в регенеративном подогревателе 8 подается в камеру сгорания 4, куда одновременно подается топливо из газификатора 16, при этом воздух, подогретый в регенеративном подогревателе 8, частично или полностью поступает в газификатор 16 или в камеру сгорания 4. В камере сгорания 4 или газификаторе 16 происходит частичное сгорание топлива с коэффициентом избытка окислителя меньше 1, и продукты неполного сгорания топлива направляются в турбомашину 5 для преобразования их тепла в работу. Далее продукты неполного сгорания топлива последовательно проходят все ступени расширения турбомашины 3, в сопловые лопатки 6, к которым (начиная со второй ступени расширения) подводятся дополнительные порции воздуха по воздуховодам 9, предварительно нагретые в регенеративных подогревателях 8 и выходящие через отверстия сопловых лопаток 6 межлопастные пространства турбомашины 5, где и происходит дожигание топлива с коэффициентом избытка окислителя меньше 1, в последней ступени расширения турбомашины 5 происходит окончательное дожигание топлива с коэффициентом избытка воздуха больше 1. При использовании твердого топлива оно поступает в бункер 14, далее в сушилку 15, где подсушивается продуктами сгорания, поступающими по регулируемому арматурой 20 газоходу и далее поступает в газофикатор, из которого зола системой 17 золоудаления отводится из установки. В поверхностях нагрева парогенератора 21, установленных на газоходе выхлопных газов, вырабатывается водяной пар, который направляется в паровую турбину 22, в которой получается механическая работа, далее водяной пар конденсируется в конденсаторе 23, а затем конденсат насосом 24 питательной воды, нагреваясь в подогревателе 25 питательной воды, возвращается в парогенератор 21.

Использование: в газотурбостроении. Сущность изобретения: газотурбинная установка снабжена конденсатором воды из выхлопных газов, насосом, системой очистки, воздуховодами, соединяющими соответствующие по давлению ступени компрессора с сопловыми лопатками турбомашины, рабочие лопатки турбомашины выполнены полыми с отверстиями, сообщенными с межлопаточными пространствами компрессора. Рабочие лопатки турбомашины имеют каналы системы охлаждения, подключенные посредством полого вала к рабочим лопаткам компрессора. Полость вала подключена к конденсатору воды. Установка дополнительно имеет системы подготовки, газификации твердого топлива и золоудаления, пароводяной контур, включающий парогенератор, паровую турбину, конденсатор, насос питательной воды, подогреватель питательной воды. 6 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА, включающая многоступенчатый компрессор с направляющим аппаратом и рабочими лопатками, камеру сгорания, турбомашину с сопловым аппаратом и рабочими лопатками, вал, соединяющий компрессор с турбомашиной, регенеративные подогреватели окислителя, воздуховод подогретого воздуха, газоход выхлопных газов и подключенный к последнему дополнительный контур, имеющий парогенератор с поверхностями нагрева и горелками для ввода топлива, паровую турбину, конденсатор, насос питательной воды, подогреватель питательной воды, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена конденсатором воды, установленным на выходе из газохода выхлопных газов, насосом, системой очистки, воздуховодами, соединяющими соответствующие по давлению ступени компрессора с сопловыми лопатками турбомашины, последние выполнены с отверстиями для выпуска воздуха в межлопаточные пространства турбомашины, рабочие лопатки компрессора выполнены полыми с отверстиями для выпуска охлаждающего теплоносителя в межлопаточные пространства компрессора, вал выполнен полым, рабочие лопатки турбомашины снабжены каналами системы охлаждения, подключенными посредством полого вала к рабочим лопаткам компрессора, а полость вала дополнительно подключена к конденсатору воды. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена системами подготовки, газификации твердого топлива и золоудаления, включающими последовательно расположенные по топливу бункер, сушилку, газификатор, устройство золоудаления, причем сушилка топлива снабжена регулируемым по расходу обводным газоходом выхлопных газов, а газификатор - регулируемым по расходу обводным воздуховодом подогретого окислителя. 3. Установка по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что парогенератор соединен с камерой сгорания, с газификатором и со ступенями турбомашины. 4. Установка по пп. 1 - 3, отличающаяся тем, что поверхности нагрева парогенератора установлены перед регенеративными подогревателями окислителя. 5. Установка по пп.1 - 3, отличающаяся тем, что поверхности нагрева парогенератора установлены за регенеративными подогревателями окислителя. 6. Установка по пп.1 - 3, отличающаяся тем, что поверхности нагрева парогенератора установлены между регенеративными подогревателями окислителя. 7. Установка по пп. 1 - 3, отличающаяся тем, что поверхности нагрева парогенератора установлены параллельно регенеративным подогревателям окислителя.