ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2005 года по МПК F02C7/32 

Изобретение относится к энергомашиностроению, в частности к газотурбостроению.

Известны газотурбинные установки, состоящие из компрессора низкого давления, промежуточного воздухоохладителя, компрессора высокого давления, регенератора, камеры сгорания, газовой турбины и выхлопной трубы.

(См. книгу Г.Г.Ольховского “Тепловые испытания стационарных газотурбинных установок. М., Энергия, 1971 г., стр.408).

Известна такая же по конструкции газотурбинная установка (См. статью “Intercooled and Recuperated Dresser-Rand DC990 Gas Turbine Engine” - стр.2, представленную на международный конгресс в 1989 г., Toronto, Ontario, Canada – прототип).

Недостатком упомянутых газотурбинных установок является то, что в качестве хладагента для промежуточных охладителей используется жидкость, преимущественно вода. А это требует дополнительных капитальных и эксплуатационных затрат на водоподготовку, организацию циркуляции воды и ее охлаждения в градирнях или других устройствах, подпитку циркуляционного контура вследствие испарения и уноса воды при охлаждении ее атмосферным воздухом. Отложение солей и загрязнение поверхности воздухоохладителя по водяной стороне приводит к значительным снижениям параметров газотурбинной установки. Кроме того, эффект от промежуточного охлаждения в зимнее время недоиспользуется, поскольку в контуре циркуляционной воды поддерживается температура, гарантирующая отсутствие замерзания.

Известно применение в качестве хладагента непосредственно атмосферного воздуха (См. каталог “Стандартизованные аппараты воздушного охлаждения общего назначения” ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, М., 1973 г.).

Препятствием для применения воздушного охлаждения в промежуточном воздухоохладителе газотурбинной установки являются большие габариты и высокая мощность вентиляторов подачи охлаждающего воздуха, так как его расход в несколько раз превышает расход циклового воздуха (См. статью “Intercooled and Recuperaed Dresser-Rand DC990 Gas Turbine Engine "), представленную на международный конгресс в 1989 г. Toronto, Ontario, Canada, стр.4. Кроме того, при отказе вентиляторов или при отключения энергоснабжения происходит аварийная остановка газотурбинной установки из-за рассогласования компрессоров низкого и высокого давления.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности работы газотурбинной установки и обеспечение ее автономности.

Поставленная задача достигается тем, что в газотурбинной установке в качестве хладагента используется атмосферный воздух, и просос охлаждающего воздуха осуществляется выхлопной трубой с соплом и приемной камерой.

Существенными признаками предлагаемого изобретения являются компрессор низкого давления, промежуточный охладитель, компрессор высокого давления, регенератор, камера сгорания, газовая турбина, выхлопная труба с соплом и приемная камера.

Отличительным признаком является то, что выхлопная труба выполнена с соплом и выполняет функцию струйного насоса, использующего энергию выхлопных газов для прососа охлаждающего воздуха через промежуточный воздухоохладитель с приемной камерой.

На чертеже схематично изображена газотурбинная установка, состоящая из компрессора низкого давления 1, промежуточного воздухоохладителя 2, компрессора высокого давления 3, регенератора 4, камеры сгорания 5, газовой турбины 6, выхлопной трубы 7 с соплом 8 и приемной камеры 9 для охлаждающего воздуха.

Работает установка следующим образом:

Цикловой воздух всасывается и сжимается в компрессоре низкого давления 1, направляется в промежуточный воздухоохладитель 2, охлаждается атмосферным воздухом и поступает в компрессор высокого давления 3, там сжимается и поступает в регенератор 4, где подогревается, затем поступает в камеру сгорания 5, продукты сгорания производят работу в газовой турбине 6. Отработавшие газы направляются в регенератор 4, затем в выхлопную трубу 7, где ускоряются в сопле 8, создавая разрежение в приемной камере 9, под действием которого охлаждающий атмосферный воздух просасывается через промежуточный воздухоохладитель 2. Нагретый в промежуточном воздухоохладителе 2 охлаждающий воздух смешивается с выхлопными газами в выхлопной трубе 7 и сбрасывается с ними в атмосферу.

Соотношение расходов охлаждающего воздуха и продуктов сгорания для выполненной конструкции выхлопной трубы определяется приведенным коэффициентом эжекции (5)

где G_в и Т_в - массовый расход и абсолютная температура охлаждающего воздуха на входе в приемную камеру 9, a G_г и Т_г - массовый расход и абсолютная температура выхлопных газов за регенератором. Величина U_пр сохраняется постоянной как на частичных нагрузках, так и при изменении параметров атмосферного воздуха. В предлагаемой схеме обеспечивается автономность и гарантированное поступление охлаждающего воздуха в промежуточный воздухоохладитель 2, пока газотурбинная установка в работе и выхлопные газы поступают в выхлопную трубу.

Газотурбинная установка содержит компрессор низкого давления, промежуточный воздухоохладитель, компрессор высокого давления, регенератор, камеру сгорания, газовую турбину, отработанный газ из которой направлен в регенератор, связанный с выхлопной трубой, использующей энергию выхлопных газов и выполненной с соплом и приемной камерой для охлаждающего атмосферного воздуха, поступающего из промежуточного воздухоохладителя. Соразмерность частей выхлопной трубы выбрана обеспечивающей защищаемое изобретением соотношение. Изобретение повышает надежность работы газотурбинной установки и обеспечивает ее автономность. 1 ил.

Газотурбинная установка, содержащая компрессор низкого давления, промежуточный воздухоохладитель, компрессор высокого давления, регенератор, камеру сгорания, газовую турбину, отработанный газ из которой направлен в регенератор, связанный с выхлопной трубой, использующей энергию выхлопных газов и выполненной с соплом и приемной камерой для охлаждающего атмосферного воздуха, поступающего из промежуточного воздухоохладителя, отличающаяся тем, что соразмерность частей выхлопной трубы выбрана обеспечивающей соотношение

где G_В - массовый расход охлаждающего воздуха, поступающего из промежуточного воздухоохладителя на входе в приемную камеру;

Т_В – абсолютная температура охлаждающего воздуха, поступающего из промежуточного воздухоохладителя на входе в приемную камеру;

G_г – массовый расход выхлопных газов за регенератором;

Т_Г – абсолютная температура выхлопных газов за регенератором.