СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ЗАПУСКА И ОХЛАЖДЕНИЯ МИКРО ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ ПУСКОВЫМ КОМПРЕССОРОМ С ВОЗДУШНЫМ КЛАПАНОМ Российский патент 2014 года по МПК F02C7/26 F01D19/00 

Описание патента на изобретение RU2523084C1

Изобретение относится к области энергетики, в частности к способам пуска и газоснабжения газоперекачивающих агрегатов, и может быть использовано при пуске любых газотурбинных установок.

Известен способ пуска газотурбинных установок (ГТУ) путем раскрутки ротора ГТУ с помощью внешних двигателей (стартеров) - электрических, газотурбинных, ДВС, воздушных и паровых турбин. (Стационарные газотурбинные установки: Справочник. / Под ред. Л.В. Арсеньева и В.Г. Тырышкина. - Л.: Машиностроение, 1989, стр.376-377).

Недостатками известного способа пуска и газоснабжения ГТУ с применением внешних двигателей для раскрутки ротора ГТУ и привода дожимных компрессоров топливного газа являются недостаточные надежность, экономичность и безопасность, определяемые наличием дополнительных систем электро-, топливо - и воздухоснабжения пусковых двигателей и дожимных компрессоров, протяженными газопроводами высокого давления между дожимными компрессорами и ГТУ.

Известен способ запуска (патент РФ RU 2380560 12.11.2007). Способ пуска энергетической газотурбинной установки включает три этапа. На первом и втором этапах осуществляют раскрутку жестко связанных роторов турбокомпрессора внешним пусковым устройством, например детандером, жестко соединенным через автоматическую сцепную муфту с валом турбокомпрессора. Турбокомпрессор содержит компрессор, турбину и камеру сгорания, снабженную топливно-регулирующим клапаном, закрытым на первом этапе пуска и приоткрытом на втором. Последующее отсоединение от пускового устройства жестко связанных роторов компрессора и турбины при достижении ими расчетных оборотов и вывод их на рабочие обороты на третьем этапе за счет увеличения расхода и давления топливного газа. На выходе осевого компрессора устанавливают сбросный клапан, соединенный с входом камеры сгорания. Пуск газотурбинной установки на первом и втором этапах осуществляют при открытом сбросном клапане, а перед отсоединением пускового устройства закрывают сбросный клапан. Изобретение направлено на уменьшение дисбаланса мощности, вызванного провалом частоты вращения ротора турбины и скачком температуры перед ней, в момент отключения пускового устройства при пуске газотурбинной установки.

Недостаток данного способа для турбин малой мощности - большое количество механизмов редуктора. На больших оборотах микротурбинных установок происходит большой износ деталей сцепной муфты.

Наиболее близким прототипом является способ воздушного запуска газотурбинного двигателя (RU 2315882C1). Способ воздушного запуска газотурбинного двигателя, содержащего установленные последовательно по потоку многоступенчатый осевой компрессор, камеру сгорания и турбину высокого давления, осуществляют путем подачи сжатого пускового воздуха со стороны наружного корпуса в компрессор. Сжатый пусковой воздух подают в основной воздушный поток непосредственно на спинки лопаток рабочего колеса предпочтительно последней ступени компрессора. Изобретение позволяет увеличить скорость раскрутки ротора, обеспечивающую уменьшение времени запуска двигателя и упрощение конструкции компрессора.

Недостатком данного способа для микротурбинных установок является необходимость использования баллонов сжатого воздуха с постоянной их подзарядкой или заменой.

Задачей предлагаемого изобретения является создание безредукторной системы пуска турбокомпрессора с использованием пускового компрессора и возможностью охлаждения микрогазотурбинного двигателя.

В результате использования предлагаемого изобретения во время запуска микрогазотурбинного двигателя обеспечивается мягкая передача вращающего момента на ротор двигателя, после окончания работы пусковым компрессором производится принудительная подача холодного воздуха на ротор двигателя, заставляя его вращаться, производится охлаждение камеры сгорания, турбины и подшипников ротора, тем самым избегая образования нагара на подшипниках и увеличевая общий ресурс микрогазотурбинного двигателя.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе запуска и охлаждения микрогазотурбинного двигателя пусковым компрессором с воздушным клапаном, включающем запуск газотурбинного двигателя путем подачи сжатого пускового воздуха со стороны двойного воздухозаборника в компрессор, запуск производят воздухом от пускового компрессора, а после прекращения работы микрогазотурбинного двигателя повторно включают пусковой компрессор без подачи топлива и охлаждают камеру сгорания, турбину и подшипники ротора.

Пусковой компрессор используется при запуске и остановке ГТУ для обеспечения пусковой скорости вращения турбокомпрессора и охлаждения его после окончания работы турбокомпрессора, которое происходит воздушным потоком, поступающим от пускового компрессора, воздушный клапан автоматически закрывается и открывается за счет создаваемой турбокомпрессором тяги, в этот момент отключается пусковой компрессор, и подвод воздуха в камеру сгорания происходит от раскрученного компрессора установки.

Технический результат достигается также тем, что в предлагаемое устройство запуска и охлаждения микрогазотурбинного двигателя пусковым компрессором с воздушным клапаном, содержащее камеру сгорания, компрессор, турбину, холодный воздуховод, горячий воздуховод, вал ротора, содержит пусковой компрессор с воздушным клапаном, соединенный с компрессором микрогазотурбинного двигателя переходной муфтой, при этом пусковой компрессор и воздушный клапан находятся в двойном воздухозаборнике.

Поставленные задачи для камеры сгорания ГТД решаются в предлагаемой конструкции схемы запуска тем, что воздухозаборник снабжен двумя патрубками. На одном находится пусковой турбокомпрессор, на другом - воздушный клапан. Пусковой турбокомпрессор используется при запуске и остановке ГТУ для обеспечения пусковой скорости вращения ротора микрогазотурбинного двигателя и охлаждения его после окончания работы. Раскрутка турбокомпрессора происходит воздушным потоком, поступающим от пускового компрессора на лопатки компрессора микрогазотурбинного двигателя. Воздушный клапан позволяет добиться точного дозирования воздуха для пуска двигателя, автоматически закрывается при запуске и остановке микрогазотурбинного двигателя и открывается во время работы за счет создаваемой компрессором тяги. В момент выхода ротора двигателя на рабочий режим воздушный клапан открывается и отключается пусковой компрессор, подвод воздуха производится раскрученным компрессором двигателя.

Предлагаемое устройство поясняется чертежом, на котором представлена общая схема устройства для реализации способа.

Устройство запуска и охлаждения микрогазотурбинного двигателя пусковым компрессором с воздушным клапаном состоит из камеры сгорания 1, компрессора 2, турбины 3, переходной муфты 4, двойного воздухозаборника 5, пускового компрессора 6, воздушного клапана 7, холодного воздуховода 8, горячего воздуховода 9, вала ротора 10.

Работает предлагаемое устройство следующим образом.

Раскрутку ротора микрогазотурбинного двигателя, состоящего из компрессора 2, вала ротора 10 и турбины 3, осуществляют за счет давления воздушной массы, создаваемого пусковым компрессором 6, на компрессор двигателя 2, через двойной воздухозаборник 5 и переходную муфту 4, при закрытом воздушном клапане 7. Охлаждение микрогазотурбинного двигателя осуществляют за счет подачи воздушной массы через компрессор двигателя 2, холодный воздуховод 8, камеру сгорания 1, турбину 3, горячий воздуховод 9, через двойной воздухозаборник 5 и переходную муфту 4, создаваемой пусковым компрессором 6, обеспечивающим вращение ротора при отсутствии подачи топлива, до его охлаждения. Отсутствие жесткой связи и вращающихся с высокой частотой передающих крутящий момент механизмов обеспечивают применением пускового компрессора 6. Принудительное охлаждение микрогазотурбинного двигателя осуществляют без сгорания топлива, за счет включения пускового компрессора 6 с плавным снижением его частоты вращения и отключения его после достижения температуры двигателя 60-80°C.

Похожие патенты RU2523084C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПУСКА ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ 2007
  • Кореневский Лев Гдалиевич
  • Поярков Виктор Викторович
  • Юдовин Борис Исаакович
  • Богорадовский Геннадий Иосифович
RU2380560C2
СПОСОБ ПУСКА И ГАЗОСНАБЖЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ 1994
  • Денисов И.Н.
  • Шелудько Л.П.
RU2111370C1
СПОСОБ ПУСКА И ГАЗОСНАБЖЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1999
  • Денисов И.Н.
  • Климнюк Ю.И.
  • Крашенинников А.В.
  • Постников А.М.
  • Федорченко Д.Г.
  • Цыбизов Ю.И.
  • Шелудько Л.П.
RU2186224C2
СПОСОБ ПУСКА И ГАЗОСНАБЖЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1999
  • Шелудько Л.П.
  • Денисов И.Н.
  • Крашенинников А.В.
RU2182247C2
СПОСОБ ПУСКА И ГАЗОСНАБЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОЙ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2014
  • Даценко Василий Владимирович
  • Зейгарник Юрий Альбертович
  • Косой Анатолий Александрович
  • Косой Александр Семенович
RU2573857C2
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ПУСКА ГАЗОТУРБИННОГО АГРЕГАТА 2008
  • Бахтурин Дмитрий Александрович
RU2374472C1
ПАРОГАЗОВАЯ УСТАНОВКА 1996
  • Денисов И.Н.
  • Шелудько Л.П.
RU2142565C1
ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА 2009
  • Кузнецов Валерий Алексеевич
RU2406854C1
Устройство для запуска газотурбинного двигателя 2016
  • Канахин Юрий Александрович
  • Марчуков Евгений Ювенальевич
  • Стародумова Ирина Михайловна
RU2635163C1
ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА 2008
  • Болотин Николай Борисович
RU2379533C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 523 084 C1

Реферат патента 2014 года СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ЗАПУСКА И ОХЛАЖДЕНИЯ МИКРО ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ ПУСКОВЫМ КОМПРЕССОРОМ С ВОЗДУШНЫМ КЛАПАНОМ

Способ запуска и охлаждения микрогазотурбинного двигателя пусковым компрессором с воздушным клапаном включает запуск газотурбинного двигателя путем подачи сжатого пускового воздуха со стороны двойного воздухозаборника в компрессор. Запуск производят воздухом от пускового компрессора. После прекращения работы микрогазотурбинного двигателя повторно включают пусковой компрессор без подачи топлива и охлаждают камеру сгорания, турбину и подшипники ротора. Микрогазотурбинный двигатель содержит камеру сгорания, компрессор, турбину, холодный воздуховод, горячий воздуховод, вал ротора. Устройство запуска и охлаждения микрогазотурбинного двигателя содержит пусковой компрессор с воздушным клапаном, соединенный с компрессором микрогазотурбинного двигателя переходной муфтой, при этом пусковой компрессор и воздушный клапан находятся в двойном воздухозаборнике. Изобретение обеспечивает мягкую передачу вращающего момента на ротор двигателя, принудительное охлаждение камеры сгорания, турбины и подшипников ротора, тем самым увеличивается общий ресурс установки. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Формула изобретения RU 2 523 084 C1

1. Способ запуска и охлаждения микрогазотурбинного двигателя пусковым компрессором с воздушным клапаном, включающий запуск газотурбинного двигателя путем подачи сжатого пускового воздуха со стороны двойного воздухозаборника в компрессор, отличающийся тем, что запуск производят воздухом от пускового компрессора, а после прекращения работы микрогазотурбинного двигателя повторно включают пусковой компрессор без подачи топлива и охлаждают камеру сгорания, турбину и подшипники ротора.

2. Устройство запуска и охлаждения микрогазотурбинного двигателя пусковым компрессором с воздушным клапаном, содержащее камеру сгорания, компрессор, турбину, холодный воздуховод, горячий воздуховод, вал ротора, отличающееся тем, что устройство содержит пусковой компрессор с воздушным клапаном, соединенный с компрессором микрогазотурбинного двигателя переходной муфтой, при этом пусковой компрессор и воздушный клапан находятся в двойном воздухозаборнике.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2014 года RU2523084C1

СПОСОБ ПУСКА ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ 2007
  • Кореневский Лев Гдалиевич
  • Поярков Виктор Викторович
  • Юдовин Борис Исаакович
  • Богорадовский Геннадий Иосифович
RU2380560C2
УСТРОЙСТВО ОХЛАЖДЕНИЯ РЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ 2007
  • Черёмушкин Олег Васильевич
RU2363856C2
КАМЕРА СГОРАНИЯ С ПОВЫШЕННЫМ ПОГЛОЩЕНИЕМ ТЕПЛА СИСТЕМОЙ ОХЛАЖДЕНИЯ 2001
  • Бихлер Петер
  • Иммих Ханс
  • Кретшмер Йоахим
  • Шмидт Гюнтер
RU2273755C2
US 4683715 A, 04.08.1987
Устройство для демонстрации образования проекций 1988
  • Холодный Михаил Тимофеевич
SU1601624A1
СОСТАВ ЭЛЕКТРОДНОГО ПОКРЫТИЯ 2007
  • Гордин Сергей Олегович
  • Лебошкин Борис Михайлович
  • Шадрин Владимир Николаевич
  • Косачев Виктор Леонтьевич
  • Ерюшин Александр Дмитриевич
  • Обухов Геннадий Васильевич
RU2353493C2

RU 2 523 084 C1

Авторы

Гусаров Валентин Александрович

Еронин Сергей Федорович

Кулагин Ярослав Владимирович

Даты

2014-07-20Публикация

2013-03-20Подача