Комбинированная газотурбинная установка со свободно-поршневыми генераторами газа и способ регулирования ее Советский патент 1958 года по МПК F02C3/28 F02C9/26 

Комбинированные газотурбинные установки со свободнопоршневыми генераторами газов и двумя турбинами известны.

В таких установках осуществляется разделение потока газов и воздуха, часть которого поступает на продувку и зарядку цилиндра внутреннего сгорания, а часть во вторую ступень сжатия или, минуя последнюю, через теплообменник, обогреваемый отработавшими газами, в турбину.

Рабочий процесс в подобных установках характеризуется таким распределением тепла, при котором область высокого потенциала используется для сжатия воздуха в полостях компрессорных цилиндров свободнопоршневого генератора газов, а эффективная работа на валу турбины развивается при использовании теплового перепада в области сравнительно низких температур.

Изобретение направлено на обеспечение оптимального регулирования и повышения экономичности таких установок путем эффективного использования энергии разделенных потоков сжатых газов и воздуха.

Разделение потоков организуется не в одном свободнопоршневом генераторе газов, имеющем, например, двухступенчатый компрессор, а в нескольких свободнопоршневых генераторах газа, объединенных по группам в блок, в котором продувка и зарядка всех цилиндров внутреннего сгорания осуществляется от одного или нескольких специально выделяемых из этой группы свободнопоршневых генераторов газа.

В этом случае достигается раздельная работа и регулирование параметров двух потоков, давление и температура которых могут быть при этом различны.

На фиг. 1 и 2 показаны схемы выполнения газотурбинных установок.

Установка (фиг. 1) состоит из нескольких свободнопоршневых

№ 114827

генераторов газа У, камеры сгорания 2, газовых турбин 3 н 4 и регенераторов 5 и 6.

Установка действует следующим образом.

Воздух из атмосферы или из предвключенного нагнетателя поступает в компрессорные пилости всех свободнопоршневых генераторов газа. Сжатый воздух от одного из них направляется только для продувки и наддува цилиндров внутреннего сгорания всех генераторов, объединенных в блок. Перед продувкой цилиндров этот воздух может быть подогрет в регенераторе 6. Газы из всех цилиндров внутреннего сгорания блока свободнопоршневых генераторов газа собираются в общем коллекторе и подводятся к газовой турбине 3. Отработавщие газы из турбины 3 последовательно проходят через регенераторы 5 и и выбрасываются в атмосферу. Сжатый воздух из компрессорных полостей двух других свободнопоршневых генераторов газа направляется по трубопроводам в регенератор 5 и поступает в камеру сгорания 2, где к нему может быть подведено тепло путем сжигания топлива. Из камеры сгорания 2 газы подводятся к турбине 4, срабатывают в ней и отводятся в атмосферу, или могут быть испааьзованы для теплофикационных целей.

Таким образом, работа установки осуществляется с использованием двух самостоятельных потоков газа.

Газовый поток низкого давления организуется из выпускных газов всех цилиндров внутреннего сгорания блока свободнопоршневых генераторов с последующим использованием энергии этого потока в турбине.

Воздушный поток высокого давления организуется несколькими свободнопорщневыми генераторами и непосредственно из компрессорных полостей последних направляется через регенератор в камеру 2 сгорания второй турбины, в которой отдает основную часть своей энергии.

Камера сгорания второй турбины, помимо форсировки, предназначается также для осуществления внешнего регулирования установки при работе на переменных режимах. При снижении нагрузки постепенно выключают подачу топлива в камеру сгорания, а при дальнейшем уменьшении потребляемой мощности выключают один из свободнопоршневых генераторов газа и вновь включают камеру сгорания.

При таком способе регулирования рабочие параметры свободнопоршневых генераторов газа сохраняются оптимальными во всем диапазоне нагрузок, что повышает экономичность установки.

Повышение экономичности установки, работающей по описанной схеме, обусловлено также тем, что разделение потоков позволяет при снижении давления наддува значительно повысить степень сжатия в цилиндрах внутреннего сгорания, не выходя за пределы максимально допустимых давлений цикла. Одновременно создаются условия для регенеративного подогрева воздуха и обеспеч1ивается снижение гидродинамических потерь при продувке цилиндров внутреннего сгорания свободнопоршневых генераторов газа.

Организация такого рабочего процесса в установке, состоящей из блока свободнопорщневых генераторов газа, позволяет достигнуть оптимальных термодинамических параметров обоих разделенных потоков.

На фиг. 2 показана видоизмененная схема установки, которая действует следующим образом: сжатый воздух из всех компрессорных полостей блока свободнопорщневых генераторов / газа направляется к регенератору 7, имеющему разобщенные полости А и Б, и разделяется На два потока. Один из этих потоков, пройдя полость А регенератора, распределяется для продувки и зарядки всех цилиндров внутреннего сгорания блока свободнопорщневых генераторов газа, из которых выпускные газы направляются в турбину 3. Эта турбина может быть снабжена камерой 8 сгорания.

Отработавшие газы из турбины 5 проходят через регенератор 7 и выбрасываются в атмосферу. Другой воздушный поток проходит через полость Б регенератора 7 и поступает в камеру сгорания 2 турбины 4. Отработавшие газы трубины 4 выпускаются в атмосферу или используются для теплофикационных целейКамеры 2 и S сгорания могут отключаться или не устанавливаться.

При работе свободнопрршневых генераторов газа на газовом топливе возможно использовать камеру 8 сгорания для дожигания газа, теряемого с продувкой.

Предмет изобретения

1.Комбинированная газотурбинная установка со свободнопоршневыми генераторами газа, с двумя турбинами и раздельной подачей к ним выпускных газов и воздуха, подогреваемого в промежуточном регенераторе, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения оптимального регулирования и повышения экономичности установки, свобоДнопоршневые генераторы газа выполнены в виде блока с общим для всех цилиндров внутреннего сгорайия газовым и воздушным коллекторами, из которых первый отводит все выпускные газы к одной турбине, а второй направляет воздух от компрессорных полостей одного или нескольких свободнопоршневых генераторов газа через регенератор на продувку и зарядку всех цилиндров внутреннего сгорания, и с рессивером, объединяющим воздух но второму потоку, направляемому к другой турбине от компрессорных цилиндров остальных свободнопоршневых генераторов газа, имеющих независимую регулировку.

2.В установке по п. I применение камер сгорания для дополнительного подводя тепла к рабочему агенту перед турбинами.

3.Способ регулирования установки по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что, с целью сохранения экономичности установки во всем диапазоне нагрузок, при снижении последних, производят постепенное выключение подачи топлива в камеры сгорания перед турбинами с последующим выключением одного из свободнопорщневых генераторов газа и восстановлением нагрузки указанной камеры сгорания.

-3-№ 114827