Способ управления газотурбинной установкой Советский патент 1992 года по МПК F02C1/00 

Ё

Использование: теплоэнергетика, газотурбинные установки транспортного типа, работающие длительное время на частичных нагрузках. Сущность изобретения: снижение режима работы осуществляется при постоянной частоте вращения компрессора путем увеличения проходного сечения за- порно-регулирующего органа 9, установленного в канале 7 отбора отработавших газов для подогрева всасываемого двигателем воздуха. 1 ил.

VJ XI

О 00

ю

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к газотурбинным установкам транспортного типа с теплоутилизационным контуром, например судовым, работающим значительную часть времени на частичных нагрузках, а также в районах с низкими температурами атмосферного воздуха.

Известно физическое свойство газотурбинного двигателя (ГТД) со свободной силовой турбиной снижать мощность при повышении температуры всасываемого воздуха и неизменной частоте вращения компрессора, т.е. при tBc перем. и п« пост. В этом случае снижение мощности ГТД протекает при практически постоянной температуре отработавшего газа или даже некотором ее увеличении.

Известно физическое свойство увеличения эффективности работы утилизационного котла (УК) при повышении температуры поступающего в него газа.

Известен также способ управления газотурбинной установкой путем измерения частоты вращения турбокомпрессора и изменения подачи топлива. Способ управления, принятый за прототип, реализует названный известный способ управления путем контролируемого изменения частоты вращения турбокомпрессора (пк перем.) за счет изменения подачи топлива с помощью специальных регуляторов частоты вращения ротора ГТД. Процесс протекает при постоянной температуре всасываемого воздуха (.), В этом случае уменьшение мощности ГТД сопровождается уменьшением температуры отработавшего газа. Недостатком такого способа управления является ухудшение эффективности работы УК при уменьшении мощности установки вследствие снижения температуры газа, поступающего в котел из ГТД.

Цель изобретения - повышение экономичности на частичных режимах работы силовой установки с теплоутилизационным контуром и с каналом отбора отработавших газов для подогрева всасываемого двигателем воздуха, снабженным залорно-регули- рующим органом.

Экономическая эффективность предлагаемого способа управления по сравнению с известным способом управления (прототипом) тем больше, чем меньше относительная мощность, на которой работает установка, и чем ниже температура атмосферного воздуха по отношению к специфи- кационной температуре всасываемого воздуха для ГТД. Например, при нагрузке Z N 0.3 и температуре атмосферного воздуха + 15°С удельный расход топлива на

установку уменьшается на ок.9%, а при температуре - 15°С расход топлива снижается уже на ок. 19%. Важным технико-экономическим качеством предлагаемого способа управления является то, что его внедрение не требует введения изменений в конструкцию ГТД и в существующую систему управления. Это обеспечивает возможность оперативного перехода на известный способ управления (пк перем., tec пост.) при маневрировании судна, при выходе на мощности, близкие к полной, при высокой естественной температуре атмосферного воздуха, а также при неработающем теплоутилизационном контуре.

Намечена разработка системы, реализующей предлагаемый способ. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе управления газотурбинной установкой путем измерения частоты вращения турбокомпрессора и изменения подачи топлива, на частичных режимах работы увеличиваютпроходноесечениезапорно-регулирующего органа, а частоту

вращения компрессора поддерживают постоянной (пк пост.) изменением расхода топлива. Процесс протекает при переменной температуре всасываемого двигателем воздуха (tec перем.). В отличие от известного способа управления (пк перем. при tBc пост.), при котором уменьшение мощности газотурбинного двигателя сопровождается снижением температуры отработанного газа ГТД, заявляемый способ управления характеризуется сохранением или даже некоторым возрастанием температуры отработанных газов ГТД при снижении мощности двигателя, что повышает эффективность работы утилизационного

котла. Поэтому при уменьшении суммарной мощности установки доля паровой мощности в ней возрастает, в то время, как при известном способе управления соотношение паровой и газовой мощностей сохраняется неизменным (4). Поэтому экономичность установки на частичных нагрузках при заявленном способе управления получается выше.

Подогрев всасываемого двигателем, воздуха производится за счет тепла отработанных газов. Он может быть осуществлен контактным способом путем непосредственного подмешивания к всасываемому

воздуху части отработанных газов, либо бесконтактным способом через поверхностный теплообменник. Последний требует более громоздкого оборудования, не изменяя сущности предложенного способа управления.

На чертеже изображена принципиальная схема установки с использованием контактного подогрева всасываемого воздуха.

Принципиальная схема, реализующая предлагаемый способ управления, содержит газотурбинный двигатель 1 (в состав которого входит турбокомпрессорный блок и силовая турбина), подключенный вместе с паровой турбиной 2 к спаривающему редуктору 3, передающему мощность на гребной вал. Газоход отработанных газов 4 соединяет газотурбинный двигатель 1 с утилизационным котлом 5, из которого газ отводится в атмосферу через газоход 6. Газоход 6 соединен с воздухоприемным трактом 8 каналом 7 с запорно-регулирующим органом 9. На воздухоприемном тракте 8 установлен термометр 10 для измерения температуры всасываемого воздуха. Предусмотрены тахометры 11 и 12 для измерения частот вращения соответственно турбокомпрессора ГТД и гребного вала. Способ управления газотурбинной установкой осуществляют следующим образом.

Запорно-регулирующим органом 9 устанавливают такую величину перепуска от- работанных газов из газохода 6 в воздухопр иемный тракт 8. при которой установка развивает суммарную мощность ГТД и паровой турбины, обеспечивающую

заданную частоту вращения валопровода, определяемую по тахометру 12. При этом, по тахометру 11 контролируют неизменность частоты вращения турбокомпрессора, поддерживаемой автоматически штатным регулятором ГТД (на схеме не показан), а по термометру 10 - отсутствие превышения допустимой температуры всасываемого воздуха. В случае необходимости перехода на известный способ управления (tec пост., Пк перем.) запорно-регулирующий орган 9 полностью перекрывают, прекращая тем

самым подогрев всасываемого воздуха.

.

Формула изобретения Способ управления газотурбинной установкой путем измерения частоты вращения трубокомпрессора и изменения подачи топлива, отличающийся тем. что, с целью повышения экономичности на частичных режимах работы силовой установки с теплоутилизационным контуром и с кэналом отбора отработавших газов для подогрева всасываемого двигателем воздуха, снабженным запорно-регулирующим органом, на частичных режимах работы увеличи- ваютпроходноесечение

запорно-регулирующего органа, а частоту вращения компрессора поддерживают постоянной изменением расхода топлива.