КОМБИНИРОВАННЫЙ ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИЙ АГРЕГАТ Российский патент 1997 года по МПК F04D25/04 F02C6/18 

Изобретение относится к газотурбинным установкам газоперекачивающих агрегатов и может быть использовано на газоперекачивающих станциях.

Известна комбинированная газопаротурбинная установка, содержащая магистральный компрессор с газотурбинным двигателем и систему утилизации тепла выхлопных газов газотурбинного двигателя, включающую парогенератор, размещенный в тракте отходящих газов газотурбинного двигателя, паровую турбину с электрогенератором, воздушный охладитель с вентилятором, привод которого подключен к электрогенератору [1]
Недостатками известной установки являются низкая экономичность из-за затрат части вырабатываемой электроэнергии на нужды системы охлаждения, а также низкая надежность системы утилизации из-за отложения в ней солей при выпаривании воды.

Известна комбинированная газопаротурбинная установка газоперекачивающей станции, содержащая магистральный компрессор с газотурбинным двигателем и систему утилизации энергии выхлопных газов газотурбинного двигателя, включающую турбину, компрессор, электрогенератор, нагреватель, расположенный в тракте выхлопных газов газотурбинного двигателя, подпиточный трубопровод с запорным устройством, при этом компрессор напорной линией сообщен с входом нагревателя, выход нагревателя подводящей линией сообщен с входом турбины, выход турбины линией сообщен с выходом компрессора, а подпиточный трубопровод сообщен с входом компрессора, привод которого выполнен в виде дополнительной турбины, подключенной своим входом к выходу магистрального компрессора [2]
Данная установка является по технической сущности наиболее близкой к предлагаемому комбинированному газоперекачивающему агрегату.

Недостатками данной известной установки являются низкая экономичность из-за затрат части полезной энергии перекачиваемой среды для привода компрессора и дополнительных потерь энергии на дополнительной турбине, а также отсутствие возможности использования кинетической энергии выхлопных газов.

Для повышения экономичности и возможности более полного использования энергии выхлопных газов газотурбинного двигателя заявленный комбинированный газоперекачивающий агрегат, содержащий магистральный компрессор с газотурбинным двигателем и систему утилизации энергии выхлопных газов, включающую турбину, компрессор, электрогенератор, нагреватель, расположенный в тракте выхлопных газов газотурбинного двигателя, подпиточный трубопровод с запорным устройством, при этом компрессор напорной линией сообщен с входом нагревателя, выход нагревателя подводящей линией сообщен с входом турбины, выход турбины линией сообщен с входом компрессора, а подпиточный трубопровод сообщен с входом компрессора, снабжен эжектором, стартером и воздушным охладителем газа, причем компрессор турбина, электрогенератор и стартер установлены на одном валу, эжектор по активному потоку подключен к тракту выхлопных газов за нагревателем, а по пассивному потоку к воздуховоду воздушного охладителя газов, установленного по охлаждающей среде в линии, сообщающей выход турбины с входом компрессора.

Дополнительно комбинированный газоперекачивающий агрегат может быть снабжен регенератором, теплообменные элементы которого включены по нагреваемой среде в напорную линию компрессора, а по греющей среде в линию, сообщающую выход турбины с входом компрессора, на участке между турбиной и воздушным охладителем газа. Компрессор системы утилизации энергии выхлопных газов газотурбинного двигателя может быть выполнен, по крайней мере двухступенчатым с промежуточным воздушным охладителем газа, воздуховод которого подключен к эжектору по пассивному потоку.

В комбинированном газоперекачивающем агрегате подпиточный трубопровод своим входом может быть сообщен с выходом магистрального компрессора.

На чертеже представлена схема комбинированного газоперекачивающего агрегата.

Комбинированный газоперекачивающий агрегат содержит магистральный компрессор 1 с газотурбинным двигателем 2 и систему утилизации энергии выхлопных газов газотурбинного двигателя 2, включающую турбину 3, компрессор 4, электрогенератор 5, нагреватель 6, расположенный в тракте 7 выхлопных газов газотурбинного двигателя 2, подпиточный трубопровод 8 с запорным устройством 9, при этом компрессор 4 напорной линией 10 сообщен с входом нагревателя 6, выход нагревателя 6 подводящей линией 11 сообщен с входом турбины 3 линией 12 сообщен с выходом с компрессора 4, а подпиточный трубопровод 8 сообщен с входом компрессора 4, также агрегат снабжен эжектором 13, стартером 14 и воздушным охладителем 15 газа, причем компрессор 4, турбина 3, электрогенератор 5 и стартер 14 установлены на одном валу 16, эжектор 13 по активному потоку подключен к тракту 7 выхлопных газов за нагревателем 6, а по пассивному потоку к воздуховоду 17 воздушного охладителя 15 газа, установленного по охлаждающей среде в линии 12, сообщающей выход турбины 3 с входом компрессора 4. Дополнительно комбинированный газоперекачивающий агрегат может снабжаться регенератором 18, теплообменные элементы которого включены по нагревательной среде в напорную линию 10 компрессора 4, а по греющей среде в линию 12, сообщающую выход турбины 3 с входом компрессора 4, на участке между турбиной 3 и воздушным охладителем 15 газа. Компрессор 4 может быть выполнен, по крайней мере, двухступенчатым с промежуточным воздушным охладителем 19 газа, воздуховод 20 которого подключен к эжектору 13 по пассивному потоку. Подпиточный трубопровод 8 своим входом может быть сообщен с выходом магистрального компрессора 1.

Комбинированный газоперекачивающий агрегат работает следующим образом.

После запуска газотурбинного двигателя 2, который приводит во вращение рабочий орган магистрального компрессора 1, включается стартер 14.

Вал 16 раскручивается вместе с турбиной 3, компрессором 4 и ротором электрогенератора 5. Газовая рабочая среда перемешивается по замкнутому контуру системы утилизации энергии выхлопных газов газотурбинного двигателя 2.

Газовая рабочая среда подается компрессором 4 по напорной линии 10 в нагреватель 6, в которой она нагревается, отбирая тепло от выхлопных газов газотурбинного двигателя 2. Из нагревателя 6 по подающей линии 11 нагревателя газовая рабочая среда направляется в турбину 3, совершая на ней работу. Турбиной 3 вал 16 раскручивается до оборотов, необходимых для привода компрессора 4 и электрогенератора 5. При достижении необходимых оборотов стартер 14 отключается. Из турбины 3 газовая рабочая среда по линии 12 подается вновь на вход компрессора 4 через воздушный охладитель 15, в котором газовая среда отдает тепло атмосферному воздуху, прокачиваемому через воздушный охладитель 15 и воздуховод 17 эжектором 13, в котором роль активного (эжектирующего) потока выполняют выхлопные газы газотурбинного двигателя 2, что позволяет более полно использовать их энергию и, следовательно, повысить экономичность системы утилизации. При наличии регенератора 18 газовая рабочая среда, поступающая по напорной линии от компрессора 4 к нагревателю 6, дополнительно нагревается газовой рабочей средой, идущей от турбины, что также позволяет повысить экономичность, так как снижается нагрузка на нагревателе 6 и эжекторе 13.

В случае выполнения компрессора 4 двухступенчатым в его промежуточном воздушном охладителе 19 атмосферный воздух прокачивается через воздуховод 20 эжектором 13.

Заправку и периодическую подпитку газовой рабочей средой замкнутого контура системы утилизации энергии выхлопных газов газотурбинного двигателя 2 может осуществляться перекачиваемой газовой средой от магистрального компрессора 1 по подключенному к его выходу подпиточному трубопроводу 8 через запорное устройство 9.

Выработанная электроэнергия энергогенератором 5 потребляется перекачивающей станцией, чем обеспечивается ее автономность, и другими важными потребителями.

Комбинированный газоперекачивающий агрегат. Область использования: изобретение относится к газотурбинным установкам газоперекачивающих агрегатов и может быть использовано на газоперекачивающих станциях. Сущность изобретения: комбинированный газоперекачивающий агрегат содержит магистральный компрессор с газотурбинным двигателем и систему утилизации энергии выхлопных газов газотурбинного двигателя, в которой турбина (Т), компрессор (К) и электрогенератор, установленные на одном валу, предварительно после запуска ГТД раскручиваются стартером К, по напорной линии газовое рабочее тело нагнетается в нагреватель, расположенный в тракте выхлопных газов, в котором газовое рабочее тело, отбирая от выхлопных газов, нагревается. Из нагревателя по подающей линии газовое рабочее тело направляется в Т, совершая на ней работу. Т раскручивает вал. При достижении на валу режимных оборотов стартер отключается и обороты вала поддерживаются Т. Из Т газовое рабочее тело по линии через воздушный охладитель газа поступает вновь к К. Эжектор, подключенный по активному потоку к тракту выхлопных газов за нагревателем, а по пассивному потоку - к воздуховоду воздушного охладителя, обеспечивает за счет кинетической энергии выхлопных газов прокачку атмосферного воздуха через воздушный охладитель. Зарядека контура системы утилизации энергии выхлопных газов КТД газовым рабочим телом осуществляется по подпиточному трубопроводу через запорное устройство. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Комбинированный газоперекачивающий агрегат, содержащий магистральный компрессор с газотурбинным двигателем и систему утилизации энергии выхлопных газов газотурбинного двигателя, включающую турбину, компрессор, электрогенератор, нагреватель, расположенный в тракте выхлопных газов газотурбинного двигателя, подпиточный трубопровод с запорным устройством, при этом компрессор напорной линией сообщен с входом нагревателя, выход нагревателя подводящей линией сообщен с входом турбины, выход турбины линией сообщен с входом компрессора, а подпиточный трубопровод сообщен с входом компрессора, отличающийся тем, что агрегат снабжен эжектором, стартером и воздушным охладителем газа, причем компрессор, турбина, электрогенератор и стартер установлены на одном валу, эжектор по активному потоку подключен к тракту выхлопных газов за нагревателем, а по пассивному потоку к воздуховоду воздушного охладителя газов, установленного в охлаждающейся среде в линии, сообщающей выход турбины с входом компрессора. 2. Агрегат по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен регенератором, теплообменные элементы которого включены по нагреваемой среде в напорную линию компрессора, а по греющей среде в линию, сообщающую выход турбины с входом компрессора на участке между турбиной и воздушным охладителем газа. 3. Агрегат по п. 1, отличающийся тем, что компрессор выполнен по крайней мере двухступенчатым с промежуточным воздушным охладителем газа, воздуховод которого подключен к эжектору по пассивному потоку. 4. Агрегат по п. 1, отличающийся тем, что подпиточный трубопровод сообщен своим входом с выходом магистрального компрессора.