ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1997 года по МПК F02C7/105 

Изобретение относится к энергетическим и транспортным установкам и касается газотурбинных установок, использующих продукты сгорания топлива.

Известна газотурбинная установка, содержащая последовательно установленные на магистрали подачи воздуха фильтр, компрессор, размещенный в корпусе теплообменник, подключенный по греющей среде к магистрали отвода газа, турбину привода компрессора, силовую турбину.

Недостатком известной установки является невысокая экономичность.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение экономичности способа работы газотурбинной установки.

Техническим результатом поставленной задачи является получение воздухом тепла в процессе регенеративного теплообмена не при постоянном давлении, а при постоянном объеме. В этом случае в регенераторе наряду с ростом температуры воздуха будет увеличиваться и его давление, что приведет к получению дополнительной полезной работы в цикле и, следовательно, к дополнительному повышению КПД.

Поставленная задача решается за счет того, что в турбинной установке, содержащей расположенные на магистрали подвода воздуха фильтр, компрессор, камеру сгорания, турбину для привода компрессора, силовую турбину, подключенную к магистрали отвода газа, роторный теплообменник, корпус которого имеет внешнюю полость, подключенную к магистрали отвода газа, и внутреннюю полость, отгороженную от внешней теплопередающей поверхностью и подключенную к магистрали подвода воздуха на участке между компрессором и камерой сгорания, причем внутренняя полость выполнена в виде двух смежных цилиндрических камер, снабженных вращающимися в разные стороны двумя зубчатыми элементами-перегородками, при этом в пространстве, заключенном между двумя зубцами и теплопередающей поверхностью, а также боковыми стенками, заключен порционный объем транспортируемого подогреваемого воздуха.

На фиг. 1 изображена газотурбинная установка; на фиг. 2 роторный теплообменник в плане со снятой боковой стенкой.

Газотурбинная установка содержит фильтр 1, магистральный трубопровод 2, компрессор 3, камеру сгорания 4, турбину 5 для привода компрессора 3, силовую турбину 6, потребитель 7 полезной мощности, магистраль 8 отвода газа, роторный теплообменник 9, привод 10 теплообменника 9, внешнюю полость 11 теплообменника 9, внутреннюю полость 12 теплообменника 9, теплопередающую поверхность 13, камеры 14, зубчатые элементы-перегородки 15, порционный объем 16 между двумя перегородками 15.

На магистральном трубопроводе 2 подвода воздуха размещены последовательно фильтр 1 забираемого воздуха, компрессор 3, причем возможна установка нескольких компрессоров 3 с охлаждением воздуха между ними. Затем магистральный трубопровод 2 подключен к внутренней полости 12 теплообменника 9, а после него к камере сгорания 4, турбине 5 для привода компрессора 3 и далее к силовой турбине 6, причем последовательность расположения турбин может быть иной, к которой подключена магистраль отвода газа, подключенная к внешней полости 11 теплообменника 9. Внутри последнего полости 11 и 12 разделены между собой теплопередающей поверхностью 13, а внутренняя полость 12 выполнена в виде двух смежных цилиндрических камер 14, в центре каждой из которых установлены зубчатые элементы-перегородки 15. Они установлены с возможностью взаимного вращения в противоположные стороны при помощи привода 10. Между зубчатыми элементами-перегородками 15, стенкой теплопередающей поверхности 13 и боковыми стенками заключается порционный объем 16, транспортируемый от магистрали 2, подводящей "холодный" воздух, до магистрали 2, отводящей подогретый воздух.

Работа газотурбинной установки осуществляется следующим образом.

Воздух из атмосферы через фильтр 1 поступает по магистральному трубопроводу 2 в компрессор 3, где его давление повышается. Далее он поступает в роторный теплообменник 9 с подогревом при постоянном объеме, где повышается его температура и давление. После сжигания в этом воздухе топлива в камере сгорания 4 полученный газ совершает работу в турбине 5 компрессора, затем в силовой турбине 6 и, пройдя по магистрали 8 отвода газа в роторный теплообменник 9, покидает устройство.

Работа роторного теплообменника происходит следующим образом.

Газ протекает по внешней полости 11, передавая тепло через теплопередающую поверхность 13 воздуху, протекающему противоточно. Воздух из магистрального трубопровода 2 попадает во внутреннюю полость 12 и заключается зубчатыми элементами-перегородками 15 в порционном объеме 16 между двумя боковыми стенками и транспортируется вдоль теплопередающей поверхности 13, нагреваясь в процессе движения. В процессе этого движения происходит увеличение температуры и давления воздуха.

Использование: в теплоэнергетике, в частности в газотурбинных установках, использующих продукты сгорания топлива. Сущность изобретения: воздух перед камерой сгорания, предварительно сжатый в компрессоре, подогревают при постоянном объеме путем порционного подогрева воздуха, который принудительно удаляют из регенератора - роторного теплообменника, корпус которого имеет внешнюю полость, подключенную к магистрали отвода газа, и внутреннюю полость, подключенную к магистрали подвода воздуха на участке между компрессором и камерой сгорания, причем внутренняя полость выполнена в виде двух смежных камер, снабженных вращающимися в разные стороны двумя зубчатыми перегородками. 2 ил.

Газотурбинная установка, содержащая последовательно установленные на магистрали подачи воздуха фильтр, компрессор, размещенный в корпусе теплообменник, подключенный по греющей среде к магистрали отвода газа, турбину привода компрессора, силовую турбину, отличающаяся тем, что теплообменник снабжен двумя вращающимися в противоположных направлениях зубчатыми перегородками, корпус теплообменника выполнен с внешней и внутренней полостями, первая из которых подключена к магистрали отвода газа, а вторая к магистрали подачи воздуха и выполнена в виде двух смежных камер, а зубчатые перегородки установлены в последних.