Судовая энергетическая установка Советский патент 1983 года по МПК F01K21/04 F01K15/04 

(54) СУДОВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

,1

Изобретение относится к энергетике, в частности к энергетическим установкам с использованием тепловой энергии отработавших газов для генерирования пара в котлах-утилизаторах с последующим использованием его для получения дополнительной мощности, и может быть использовано в схемах контактных газопаротурбинных установок, работающих на рабочем теле, представляющем собой смесь пара и продуктов сгорания топлива.

Известна энергетическая установка, работающая на смеси пара и продуктов сгорания топлива, содержащая компрессор, установленный на одном ралу с газопаровой силовой турбиной и эксгаустером, сообщенный по линии отсоса газопаровой смеси через теплообменник со смешивающим конденсатором, между последним и турбиной включен подогреватель 1.

В этой установке повыщение экономичности обеспечивается в результате использования теплоты сгорания топлива для получения пара, используемого в газопаровой турбине в качестве рабочего тела в сме си с продуктами сгорания при существенном упрощении тепловой схемы. Однако

установка эксгаустера на общем валу с силовой газопаровой турбиной приводит к зн ачительному снижению полезной мощности установки с учетом того, что включение в схему подогревателя и теплообменника повышает гидравлическое сопротивление в Линии отсоса смеси.

Известны также судовые энергетические установки, содержащие газопаротурбинный агрегат с компрессором, камерой сгорания, подключенной по линии подачи пара к сепаратору, и свободной силовой турбиной, выход которой сообщен с контуром перерасширителя с последовательно включенным в него котлом-утилизатором, газопаровым конденсатором и эксгаустером 2.

Силовая турбина выполнена свободной и установлена на одном валу с редуктором, соединенным с эксгаустером. При работе такой установки в камеру сгорания поступает насыщенный пар после сепаратора, а образовавшуюся в камере сгорания смесь расширяют в газопаротурбинном агрегате. Наличие контура перерасширения, .включающего эксгаустер, обеспечивает увеличение срабатываемого в турбине теплопериода и, следовательно, вырабатываемой

мощности установки. Однако ввиду того, что эксгаустер сжимает всю массу газа, затраты мощности на его привод велики, а привод его от редуктора установки ухудшает ее маневренность, так как не позволяет использовать свободную реверсивную силовую турбину -и реверсивный редуктор для работы установки на задний ход. Кроме того поскольку через газопаровой конденсатор проходит все рабочее тело, увеличены безвозвратные потери воды с выходящими в атмосферу газами, а габариты конденсатора также увеличены.

Целью изобретения является повышение экономичности, мощности и улучшение маневренности установки.

Цель достигается тем, что судовая энергетическая установка, содержащая газопаротурбинный агрегат с компрессором, камерой сгорания, подключенной по линии подачи пара к сепаратору, и свободной силовой турбиной, выход которой сообщен с контуром перерасширения с последовательно включенными в него котлом-утилизатором, газопаровым конденсатором и эксгаустером, снабжена газотурбинным агрегатом со свободной силовой турбиной, сообщенной с дополнительным котлом-утилизатором, подсоединенным к сепаратору, а эксгаустер установлен на валу газопаротурёинного агрегата.

Силовые турбины газопаротурбинного и газотурбинного агрегатов подключены к общему редуктору.

На чертеже представлена схема описываемой установки.

Установка содержит газопаротурбинный агрегат 1 с компрессором 2, камерой 3 сгорания, подключенной по линии 4 подачи пара к сепаратору 5 и свободной силовой турбиной 6, соединенной с редуктором 7. Выход 8 силовой турбины 6 газопаротурбинного агрегата 1 сообщен с контуром перерасширения с последовательно включенными в него котлом-утилизатором 9, газопаровым конденсатором 10 и эксгаустером 11. В соответствии с изобретением установка включает газотурбинный агрегат 12 со свободной силовой турбиной 13, подключенной к редуктору 7 и сообщенной с дополнательным котлом-утилизатором 14, подсоединенным как и котел-утилизатор 9 к сепаратору 5 парЬпроводом 15, а .эксгаустер И установлен на валу 16 газопаротурбинного агрегата 1. Редуктор 7 подсоединен к гребному винту 17.

Конденсатор 10 выполнен двухсекционным, он имеет вакуумную секцию 18 и безвакуумную 19. К сепаратору 5 подключен циркуляционный насос 20, а к конденсатору - конденсатные насосы 21. Газотурбин ный агрегат 12 сообщен с котлом-утилизатором 14 трактом 22 отходящих газов, а каждый котел имеет испарительную и эконо майзерную поверхности 23 и 24.

Установка работает следующим обра зом.

Отходящие газы по тракту 22 п.- rvua ют в котел-утилизатор 14 и омывают .. очедовательно испарительную и эконогчайзерную поверхности 23 и 24 соответственно и их отводят в атмосферу, в камеру 3 сгорания поступает насыщенный пар из сепаратора 5, получаемый в результате нагрева и испарения питательной воды в котлахутилизаторах 9 и 14. Генерирование пара происходит путем использования тепла отходящих газов как газотурбинного агрегата 12, так и газопаротурбинного 1. Циркуляцию воды осуществляет циркуляционный насос 20. Для непрерывной подпитки котлов-утилизаторов 9 и 14 служат нясосы 21. В результате смещения пара, подаваемого из сепаратора 5, и продуктов сгорания топлива в камере 3 сгорания образуется высокопотенциальная газопаровая смесь, которую последовательно расширяют в газопаротурбинном агрегате 1, а затем в силовой свободной турбине 6 до давления значительно ниже атмосферного, что обеспечено работой контура перерасширения с эксгаустером 11, приводимого во вращение газопаротурбинным агрегатом 1. Отработавшая газопаровая смесь после силовой турбины 6 отдает свое тепло питательной воде в котле-утилизаторе 9, а зате.ч поступает в вакуумную секцию 18 газопарового конденсатора 10, где ппоисходит части ная конденсация пара из cr.icch за&ортной охлаждающей водой..Далее охлажденная газопаровая смесь с уменьшенным содержанием пара и, следовательно, с меньшим объемным расходом, поступают в эксгаустер 11, где давление смеси повышается до уровня выше атмосферного, чего смесь поступает в безвакуумную секцию 19 конденсатора 10, где происходит дальнейшая конденсация пара из газопаровой смеси. Конденсат насосом 21 подают к экоысмайзерным пoвepxнocтя S4 котлов-утилкзаторов 9 и 14, а обезвоженные продукте, сгорания выбрасывают в атмосферуКонструктивное выполнение устаыоь: , с дополнительным газотурбинныл ягрег т:;м позволяет при высокой степени утилиза ции тепла отработавших газов в двух котлах-утилизаторах с общим сепаратором значительно снизить мош ность, затрачий,-1: мую на привод эксгаустера, через которЬ1Н теперь проходит лишь часть газов о. щего расхода на установку, и снизить по тери цикловой воды в атмосферу. Уменьшены также габариты газопарового конденсатора. Все это обеспечивает повышенную экономичность и мошность установки

Обеспечение возможности привода ::;ксгаустера, независимого от редуктору, п: вышает маневренность установки, обёсг.ечивая при этом нормальную работу эксга-/