ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1996 года по МПК F02C3/16 

Изобретение относится к газотурбинным энергетическим установкам.

Известна газотурбинная установка, содержащая кинематически связанные компрессор с рабочими и направляющими лопатками, расположенными соответственно на его роторе и статоре, и реактивную турбину с выполненным в виде тела вращения корпусом и установленными тангенциально на его периферийной поверхности реактивными соплами, расположенную в полости турбины камеру сгорания и сообщенный с ней топливопровод (патент США N 4006591. М. кл. F 02 C 3(14).

Предлагается в установке, содержащей кинематически связанные компрессор с рабочими и направляющими лопатками, расположенными соответственно на его роторе и статоре, и реактивную турбину с выполненным в виде тела вращения корпусом и установленными тангенциально на его периферийной поверхности реактивными соплами, расположенную в полости турбины камеру сгорания и сообщенный с ней топливопровод, компрессор выполнить осевым, причем статор компрессора размещен внутри ротора компрессора, топливопровод размещен внутри статора компрессора и выполнен открытым в камеру сгорания, а камера сгорания расположена в центральной части турбины.

Это позволяет:
1) обеспечить раздельную подачу топлива и воздуха в камеру сгорания с соответствующим повышением безопасности работы установки по сравнению с прототипом, где компрессор сжимает топливовоздушная смесь и существует риск преждевременного воспламенения последней за счет теплоты сжатия и/или проскока пламени из камеры сгорания; кроме того, появляется возможность использовать твердое и тяжелое жидкое топливо;
2) интенсифицировать происходящие в камере сгорания процессы тепломассобмена за счет турбулентных вихрей, образующихся при взаимодействии имеющих различные скорости (прежде всего вращательные) потоков топлива, воздуха и продуктов сгорания (последние, как обладающие высокой температурой и, соответственно, низкой плотностью при вращении, будут вытесняться к центру камеры сгорания, т. е. к выходу топливопровода), что обеспечит надежное воспламенение и высокую степень выгорания топлива, а также высокую объемную топливную нагрузку топочного объема. Это дает возможность использовать в установке забалластированное топливо: низкокалорийные газы, низкосортные угли, водотопливные суспензии и эмульсии;
3) исключить узел уплотнения между вращающимся ротором и установки и проходящим в его центр неподвижным топливопроводом, поскольку зазор между ними используется в качестве проточной части осевого компрессора. Этим повышается надежность и эффективность работы установки, упрощается ее конструкция;
4) использовать топливо для охлаждения сжимаемого в компрессоре воздуха (через направляющие лопатки, с которыми может быть связан топливопровод, например, прямым контактом или посредством тепловых труб) с целью снижения работы сжатия, при этом отводимая теплота используется для предварительного подогрева топлива, поступающего затем в камеру сгорания.

Возможно также снабжение установки пылеулавливающей камерой, охватывающей выходы реактивных сопел, что позволит сепарировать частицы пыли, сажи, золы и жидкого шлака из продуктов сгорания топлива и, таким образом, снизить загрязнение атмосферы и эрозию проточной части осевой турбины (если таковая имеется), расположенной в газовом тракте за реактивной турбиной.

На фиг. 1 изображен один из возможных вариантов выполнения и использования предлагаемой установки. Здесь она встроена в обычную газотурбинную установку в виде выносной камеры сгорания (газогенератора) для сжигания угля с сепарацией жидкого шлака. Станция содержит компрессор 1, камеру сгорания (полного или неполного, т.е. газификация) угля 2, осевую турбину 3, связанную с генератором 4, а также турбину 5 с реактивными соплами 6, через горловину которой проходит неподвижный топливопровод 7. Причем часть турбины 5 расположена внутри пыле(шлако)улавливающей камеры 8, а камера 2 расположена в полости турбины 5. Турбина 5 соединена (или выполнена за одно целое) с ротором дожимающего компрессора 9, который опирается на корпус установки через подшипник скольжения 10. Направляющие лопатки 11 компрессора 9 размещены на топливопроводе 7, а рабочие лопатки 12 на корпусе турбины 5.

Работает станция следующим образом.

Атмосферный воздух сжимается компрессором 1, затем дожимается компрессором 10 и подается в камеру сгорания 2, где сжигается твердое топливо, которое поступает по топливопроводу 7. Причем температура в камере 2 поддерживается выше температуры плавления шлака. Нагретые рабочие газы, включающие частицы шлака, из камеры 2 турбины 5 через сопла 6 последней истекают в пространство шлакоулавливающей камеры 9. При этом возникающими реактивными силами турбина 5 приводится во вращение, а продукты сгорания центробежными силами отбрасываются на стенки камеры 9. Газы, как обладающие малой инерцией, быстро затормаживаются, а частицы шлака пролетают сквозь газ и попадают на стенки камеры 9. Затем шлак стекает вниз и удаляется из камеры 9. Очищенный от шлака газ отводится на турбину 3, где он расширяется до атмосферного давления. Снимаемая с турбин 5 и 3 механическая энергия используется для привода соответственно компрессора 10 и компрессора 1 с генератором 4.

Установка может также использоваться в качестве топки паровых и водогрейных котлов.

Использование: в газотурбостроении. Сущность изобретения: продукты сгорания твердого топлива, истекающие из сопел реактивной турбины 5, центробежными силами отбрасываются к стенкам шлакоулавливающей камеры 9. При этом из газа сепарируются частицы шлака. Турбина 5 может приводить компрессор или генератор. 1 з.п. ф-лы. 2 ил.

1. Газотурбинная установка, содержащая кинематически связанные компрессор с рабочими и направляющими лопатками и реактивную турбину с выполненным в виде тела вращения корпусом и установленными тангенциально на его периферийной поверхности реактивными соплами, расположенную в полости турбины камеру сгорания и сообщенный с ней топливопровод, отличающаяся тем, что компрессор выполнен осевым, рабочие лопатки компрессора расположены на корпусе турбины, направляющие лопатки на топливопроводе, причем последний размещен внутри компрессора и выполнен открытым в камеру сгорания, а камера сгорания расположена в центральной части полости турбины. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена пылеулавливающей камерой, охватывающей выходы реактивных сопел.