СПОСОБ РАБОТЫ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ И ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1998 года по МПК F02C3/13 

Изобретение относится к холодильной технике и двигателестроению и может быть использовано в теплонасосных установках и газотурбинных двигателях.

Известен способ работы газотурбинной установки, при котором производят сжатие газа в компрессоре и расширение его в турбине, которые имеют рабочие колеса с межлопаточными каналами и неподвижные каналы конфузорного и диффузорного типа.

Недостатками данного способа работы газотурбинной установки и ее конструкции являются низкие эффективность и надежность при работе на режимах, отличных от расчетного, из-за возникающего при этом несоответствия между проходными сечениями межлопаточных каналов рабочих колес и проходными сечениями неподвижных каналов конфузорного и диффузорного типа.

Проблемами, решаемыми данным изобретением, являются повышение эффективности и надежности газотурбинной установки при работе на режимах, отличных от расчетного.

Указанные технологические проблемы решаются тем, что в способе работы газотурбинной установки, включающем изменение термодинамических параметров газа путем обеспечения прохода его основного потока через межлопаточные каналы рабочих колес и неподвижные каналы конфузорного и диффузорного типа с соотношением скоростей газа в каналах, обеспечивающих на расчетном режиме полное их заполнение, при отклонении режима работы от расчетного обеспечивают проход по меньшей мере одного компенсирующего потока газа между соответствующими по давлению входом в неподвижные каналы диффузорного типа и выходом из неподвижных каналов конфузорного типа.

Кроме того, по меньшей мере один компенсирующий поток газа пропускают через теплообменник.

Кроме того, производят теплообмен по меньшей мере, между двумя компенсирующими потоками газа.

Кроме того, производят теплообмен между основным и по меньшей мере одним компенсирующим потоком газа.

Указанные технические проблемы решаются также газотурбинной установкой, содержащей рабочие колеса с межлопаточными каналами, неподвижные каналы конфузорного и диффузорного типа и магистраль для прохождения основного потока газа, которая снабжена по меньшей мере одной дополнительной магистралью для прохождения компенсирующего потока газа, соединяющей соответствующие по давлению вход в неподвижные каналы диффузорного типа и выход из неподвижных каналов конфузорного типа.

Кроме того, по меньшей мере одна дополнительная магистраль для прохождения компенсирующего потока газа снабжена теплообменником.

Кроме того, теплообменник выполнен с возможностью теплообмена между по меньшей мере двумя компенсирующими потоками газа.

Кроме того, теплообменник выполнен с возможностью теплообмена между основным и по меньшей мере одним компенсирующим потоком газа.

Заявляемые способ и устройство поясняются чертежом, на котором изображена принципиальная схема газотурбинной установки.

Способ работы газотурбинной установки осуществляется следующим образом.

Основной поток газа поступает в компрессор 1, где при прохождении через конфузор 2, межлопаточные каналы рабочего колеса 3 и диффузор 4 повышается его давление и температура. Сжатый газ по магистрали 5 поступает в турбину 6, где совершает работу, проходя через конфузор 7, межлопаточные каналы рабочего колеса 8 и неподвижный диффузор 9. При этом его давление и температура понижаются.

Когда режим работы соответствует расчетному, основной поток газа проходит через межлопаточные каналы рабочих колес и неподвижные каналы конфузорного и диффузорного типа со скоростями, обеспечивающими полное заполнение их проходных сечений.

В связи с тем, что состояние газа при проходе его между соответствующими неподвижными и подвижными каналами не меняется, соотношения между проходными сечениями этих каналов определяются соотношением скоростей выхода газа из одних каналов и входа его в другие, которое, как известно, определяется из треугольника скоростей.

Так как дополнительная магистраль 10 обеспечивает примерное равенство давлений на входе из конфузора 2 и входе в диффузор 9 на всех режимах, то изменение скоростей газа на входе в диффузор 9 приводит к соответствующему изменению скоростей на выходе из конфузора 2. Причем при уменьшении одной скорости уменьшается и другая, и наоборот. Следовательно, если проходное сечение диффузора 9 становится мало, то и проходное сечение конфузора 2 также становится мало, и часть газа, которая не может пройти через диффузор 9, поступает по дополнительной магистрали 10 в межлопаточные каналы рабочего колеса 3, минуя конфузор 2.

В том случае, когда становятся малы проходные сечения межлопаточных каналов рабочих колес 3 и 8, часть газа поступает с выхода из конфузора 2 на вход в диффузор 9, минуя межлопаточные каналы рабочих колес 3 и 8.

Таким образом, на всех режимах работы, отличных от расчетного, происходит компенсация возникающего при этом несоответствия между проходными сечениями межлопаточных каналов рабочих колес и неподвижных каналов конфузорного и диффузорного типа.

Величина и направление компенсирующего потока газа зависят от величины отклонения режима работы от расчетного.

Несоответствие между проходными сечениями межлопаточных каналов рабочих колес 3 и 8 и проходными сечениями диффузора 4 и конфузора 7 компенсируется за счет прохождения части газа по дополнительной магистрали 11.

При прохождении основного и компенсирующих потоков между компрессором 1 и турбиной 6 между ними происходит теплообмен в теплообменнике 12.

Все это обеспечивает высокие эффективность и надежность газотурбинной установки на всех режимах.

Газотурбинная установка для осуществления способа в описанном варианте включает компрессор 1 и турбину 6, соединенные магистралью 5 для прохождения основного потока газа. Компрессор 1 имеет неподвижный конфузор 2, рабочее колесо 3 с межлопаточными каналами и неподвижный диффузор 4, а турбина 6 имеет неподвижный конфузор 7, рабочее колесо 8 с лопаточными каналами и неподвижный диффузор 9. Дополнительная магистраль 10 для прохождения одного компенсирующего потока соединяет соответствующие по давлению вход в диффузор 9 и выход из конфузора 2, а дополнительная магистраль 11 для прохождения другого компенсирующего потока газа соединяет соответствующие по давлению вход в диффузор 4 и выход из конфузора 7. Дополнительные магистрали 10 и 11 снабжены теплообменником 12, выполненным с возможностью теплообмена между основным и компенсирующим потоками газа.

Работа газотурбинной установки ясна из описания способа.

В зависимости от назначения газотурбинной установки, например при использовании ее в двигателях, теплообменниками могут быть снабжены только соответствующие дополнительные магистрали, в то время как магистраль для прохождения основного потока снабжается камерой сгорания (на чертеже не показана).

Следует отметить, что данное техническое решение может быть использовано в газотурбинных установках с турбиной, установленной перед компрессором по ходу движения основного потока газа, а также в многоступенчатых компрессорах с промежуточным отводом теплоты и в многоступенчатых турбинах с промежуточным подводом теплоты.

При работе газотурбинной установки осуществляют изменение термодинамических параметров газа путем обеспечения прохода его основного потока через магистраль для прохождения основного потока через межлопаточные каналы рабочих колес и неподвижные каналы конфузорного и диффузорного типа с соотношением скоростей газа в каналах, обеспечивающих на расчетном режиме полное их заполнение. При отклонении режима работы от расчетного обеспечивают проход через дополнительную магистраль по меньшей мере одного компенсирующего потока газа между соответствующими по давлению входом в неподвижные каналы диффузорного типа и выходом из неподвижных каналов конфузорного типа. Кроме того, по меньшей мере один компенсирующий поток газа пропускают через теплообменник. Кроме того, производят теплообмен по меньшей мере между двумя компенсирующими потоками газа. Кроме того, производят теплообмен между основными и по меньшей мере одним компенсирующим потоками газа. Такое осуществление способа приводит к повышению эффективности работы на нерасчетных режимах. 2 с. и 6 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ работы газотурбинной установки, включающий изменение термодинамических параметров газа путем обеспечения прохода его основного потока через межлопаточные каналы рабочих колес и неподвижные каналы конфузорного и диффузорного типа с соотношением скоростей газа в каналах, обеспечивающим на расчетном режиме полное их заполнение, отличающийся тем, что при отклонении режима работы от расчетного обеспечивают проход по меньшей мере одного компенсирующего потока газа между соответствующими по давлению входом в неподвижные каналы диффузорного типа и выходом из неподвижных каналов конфузорного типа. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере один компенсирующий поток газа пропускают через теплообменник. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что производят теплообмен по меньшей мере между двумя компенсирующими потоками газа. 4. Способ по п.2, отличающийся тем, что производят теплообмен между основным и по меньшей мере между одним компенсирующим потоком газа. 5. Газотурбинная установка, содержащая рабочие колеса с межлопаточными каналами, неподвижные каналы конфузорного и диффузорного типа и магистраль для прохождения основного потока газа, отличающаяся тем, что она снабжена по меньшей мере одной дополнительной магистралью для прохождения компенсирующего потока газа, соединяющей соответствующие по давлению вход в каналы диффузорного типа и выход из каналов конфузорного типа. 6. Установка по п.5, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна дополнительная магистраль для прохождения компенсирующего потока газа снабжена теплообменником. 7. Установка по п.6, отличающаяся тем, что теплообменник выполнен с возможностью теплообмена между по меньшей мере двумя компенсирующими потоками газа. 8. Установка по п.6, отличающаяся тем, что теплообменник выполнен с возможностью теплообмена между основным и по меньшей мере одним компенсирующим потоком газа.