Газотурбинная теплоэлектростанция Российский патент 2023 года по МПК F02C6/18 

Изобретение относится к газотурбостроению, а именно к системам регулированию выработки тепловой и электрической энергии газотурбинной установки.

Известно устройства для использования на установке комбинированного цикла. В соответствии с изобретением система отвода встроена внутрь перепускной дымовой трубы и осуществляет, в едином компоненте, функции перепуска потока выхлопных газов в конфигурации простого цикла или направления их через котел-утилизатор, действуя как диффузор, в открытой конфигурации комбинированного цикла. Обеспечивается улучшенная термоизоляция установки (патент РФ №2706109, МПК F01D 25/30, F01K 23/10, F02C 9/16, F16K 11/065, 2019).

Недостатком известной конструкции является отсутствие возможности перенаправлять потоки выхлопных газов.

Известно устройство, включающее двигатель внутреннего сгорания, турбину, которая расположена в потоке отработавшего газа двигателя внутреннего сгорания, коленчатый вал, который приводится двигателем внутреннего сгорания и может быть включен через гидродинамическую муфту в тяговое соединение с турбиной, работающей на отработавшем газе, гидродинамическая муфта с первичным и вторичным колесами, образующими друг с другом рабочую полость, которая для передачи крутящего момента может заполняться рабочей средой; первичное колесо находится в тяговом соединении с турбиной, работающей на отработавшем газе, вторичное колесо находится в тяговом соединении с коленчатым валом. Первичное колесо при вращательном движении может быть механически заторможено и заблокировано, так что гидродинамическая муфта осуществляет функцию гидродинамического тормоза-замедлителя (патент РФ №2348821, МПК F02B 41/10, 2009 г.).

Недостатком известной конструкции является отсутствие возможности получения тепловой энергии.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является газотурбинная теплоэлектростанция на базе конверсированных авиационных двигателей, выполненная в виде двух модулей, в рабочем положении установленных один на другой, каждый из которых представляет собой универсальный стандартный контейнер, причем в нижнем контейнере расположены агрегаты и устройства электростанции, а в верхнем - вспомогательное оборудование, отличающаяся наличием встроенного в верхней контейнер водяного котла-утилизатора с его оборудованием, для работы которого используются выхлопные газы газотурбинных двигателей, при этом перед котлом-утилизатором располагается коллектор топливных форсунок с автоматически регулируемой подачей топлива, а газовые заслонки, при помощи которых поток выхлопных газов направляется на вход котла-утилизатора, выполнены дистанционно управляемыми с возможностью изменения величины потока выхлопных газов (патент RU №70550, МПК F02C 6/18 25/07/2007).

Недостатком известной конструкции является наличие топливных форсунок перед котлом-утилизатором, что приводит к дополнительным топливным затратам на подогрев водяного контура.

Задачей предлагаемого изобретения является снижение затрат топлива для получения тепловой энергии и регулировка количества выработанной энергии в зависимости от нужд потребителя.

В результате использования предлагаемого изобретения появляется возможность организовать изменение направления потока отработанных газов для производства теплоты или электроэнергии как по отдельности, так и вместе и в том объеме, и пропорции, которые необходимы потребителю.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что газотурбинная теплоэлектростанция, включающая двухуровневый модуль, камеру сгорания, воздуховод, газоход, топливопровод, турбину, электрогенератор, котел-утилизатор с баком накопителем и выхлопной трубой, согласно изобретению снабжена трехпозиционным переключателем потоков отработанных газов, размещенным на нижнем уровне модуля, который в одном положении соединен со свободной турбиной, в другом - через газоход с котлом-утилизатором, в третьем - со свободной турбиной и газоходом.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена схема газотурбинной теплоэлектростанции.

Газотурбинная теплоэлектростанция выполнена в виде двухуровневого модуля, включающего, размещенные на нижнем уровне воздуховод 1, подсоединенный к компрессору 2, который связан с камерой сгорания 3, к которой присоединен топливный шланг 4, при этом камера сгорания 3 связана с турбиной 5, подключенной к трехпозиционному переключателю 6. Переключатель 6 через газоход 7 связан с размещенным на верхнем уровне котлом-утилизатором 8 с выхлопной трубой 9, к которому примыкает бак-накопитель 10 с теплопроводом 11. Переключатель 6 связан с расположенной на нижнем уровне модуля свободной турбиной 12, подключенной к электрогенератору 13. Кроме того, стрелками на схеме обозначены: воздух 14, топливо 15, отработанные газы 16 и теплоноситель 17.

Выполнение переключателя 6 трехпозиционным позволяет регулировать направление потоков. В одном положении позволяет направить поток отработанных газов 16 сразу от турбины 5 через газоход 7 в котел утилизатор 8, в котором отработанные газы нагревают теплоноситель, аккумулируемый в баке-накопителе 10, и направляют теплоноситель 17 через теплопровод 11 потребителю.

Во втором положении направляет поток отработанных газов 16 от переключателя 6 к свободной турбине 12, которая раскручивает электрогенератор 13 для выработки электрической энергии для потребителя.

В третьем положении переключателя 6 потоки отработанных газов 16 разделяются в необходимой пропорции для выработки тепловой и электрической энергии.

Газотурбинная теплоэлектростанция работает следующим образом.

Воздух 14 через воздуховод 1 поступает в компрессор 2, далее в сжатом состоянии поступает в камеру сгорания 3, где смешивается с топливом 15, подведенным через топливный шланг 4, и сгорает. Отработанный газ 16 под избыточным давлением поступает в турбину 5, раскручивая ее и приводя во вращение компрессор 2. Из турбины 5 отработанный газ поступает в переключатель 6 потоков отработанных газов, где имеется два направления выхода отработанных газов 16.

По одному направлению, по газоходу 7, отработанные газы 16 поступают в котел-утилизатор 8, где передают теплоту теплоносителю 17, который аккумулируется в баке-накопителе 10. Через выхлопную трубу 9 отработанные газы 16 выходят в атмосферу, а теплоноситель 17 по теплопроводу 11 поступает к потребителю.

По второму направлению отработанные газы 16 поступают в свободную турбину 12, раскручивая ее, приводят во вращение электрогенератор 13, вырабатывающий электрическую энергию, поступающую потребителю.

В третьем положении отработанные газы 16 поступают одновременно в газоход 7 и свободную турбину 12 в необходимой пропорции для выработки тепловой и электрической энергии. Величина потока отработанных газов 16 зависит от того, какую энергию и в каком количестве необходимо получить потребителю.

Газотурбинная теплоэлектростанция мощностью до 50 кВт предназначена для работы в системах теплоэлектроснабжения жилых домов.

Использование изобретения позволит снизить затраты топлива за счет нагрева теплоносителя в котле-утилизаторе и регулировать количество выработанной энергии в зависимости от нужд потребителя.

Изобретение относится к газотурбостроению, а именно к системам регулированию выработки тепловой и электрической энергии газотурбинной установки. Газотурбинная теплоэлектростанция включает двухуровневый модуль, камеру сгорания, воздуховод, газоход, топливопровод, турбину, электрогенератор, котел-утилизатор с баком накопителем и выхлопной трубой. Она снабжена трехпозиционным переключателем потоков отработанных газов, размещенным на нижнем уровне модуля, который в одном положении соединен со свободной турбиной, в другом - через газоход с котлом-утилизатором, в третьем - со свободной турбиной и газоходом. Использование изобретения позволит снизить затраты топлива за счет нагрева теплоносителя в котле-утилизаторе и регулировать количество выработанной энергии в зависимости от нужд потребителя. 1 ил.

Газотурбинная теплоэлектростанция, включающая двухуровневый модуль, камеру сгорания, воздуховод, газоход, топливопровод, турбину, электрогенератор, котел-утилизатор с баком накопителем и выхлопной трубой, отличающаяся тем, что она снабжена трехпозиционным переключателем потоков отработанных газов, размещенным на нижнем уровне модуля, который в одном положении соединен со свободной турбиной, в другом - через газоход с котлом-утилизатором, в третьем - со свободной турбиной и газоходом.