Электроэнергетическая установка Советский патент 1992 года по МПК F01K23/10 

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к конструкциям газопаротурбинных установок (ГПТУ) с бцротативным электрогенератором (БЭГ).

Известна ГПТУ, описанная в авт„ свид. СССР № 1195020. Установка содержит ГТД, котел-утилизатор (К-У) несинхронный электрогенератор (ЭГ), соединенный валом с силовой турбиной (СТ) ГТД. ГПТУ имеет недостаточную экономичность и качество вырабатываемого тока

Известна также ГПТУ, описанная в авт. свид. № . ГПТУ содержит ГТД соединенный общим валом с ЭГ,

К-У и утилизационный турбогенератор (УТГ). ГТД с ЭГ вращается с постоянной частотой. Установка имеет сложную конструкцию и недостаточную надежность.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип изобретения, является ГПТУ, описанная в заявке ЕПВ № 0083109. Установка включает ЭГ, ГТД и утилизационный контур с паровой турбиной причем ГТД состоит из компрессора, камеры сгорания и газовой турбины, на выходе которой размещен К-У, подключенный по пару к утилизационному контуру, а ЭГ присоединен к ГТД и паровой турбине посредVIVJ

00 GJ

го

СП

ством своего ротора. Такая установка имеет недостаточную надежность на переходных режимах.

Цель изобретения - повышение на- дежности установки на переходных режимах работы.

Предложенная конструкция имеет следующие существенные отличительные признаки.

ГТД снабжен свободной силовой турбиной (СТ), расположенной По ходу газов между турбиной и К-У„

ЭГ выполнен бироторным, роторы которого выполнены в виде двух соос- но расположенных полого с двумя выходами и сплошного валов,который размещен в первом с возможностью самостоятельного вращения.

Бироторный ЭГ БЭГ) полым валом с одной и второй сторон подключен к СТ ГТД и к паровой турбине, а сплошным валом подключен к компрессору.

Установка снабжена второй дополнительной паровой турбиной, соединенной с валом компрессора двигателя, причем обе турбины снабжены на входе запорно-регулирующими клапанами.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлено: на общее устройство ГПТУ; на фиг. 2 - общая схема ГПТУ с трехвальным ГТД} на фиг. 3 - общая схема ГПТУ с двумя последовательно подключенными паровыми турбинами.

ГПТУ содержит ГТД 1, включающий турбокомпрессор высокого давления (ТКВД) 2 с камерой сгорания (КС) 3 и установленными на общем полом валу Ц компрессором (КрВД) 5 и турбиной (ТВД) 6, а также Кр низкого давления (КрНД) 7 и свободную силовую турбину 8 с валами 9 и 10, БЗГ 11, включающий наружный ротор 12 с обмоткой возбуждения 13 и центральный ротор 14 с силовой трехфазной обмоткой 15 подключенной через контактное скользящее устройство 16 к электросети 17, и утилизационные паровые турбины (УТП) 18 и 19, подключенные через паропроводы 20 и 21 с клапанами 22 и 23 к расположенному в газовыхлопе ГТД котлу-утилизатору (К-У) 2k, снабженному топливной форсункой 25 и предохранительным клапаном 26. Клапа 26 сообщен через паропровод 27 и дроссельно-увлажнительное устройство (ДУУ) 28 с конденсатором 29, сообщающимся с паровыми турбинами 18, 19,

0

5

g

О

55

5

0

5

0

которые соединены соответственно с КрНД 7 (ротором и с ротором 12 валами 30 и 31. Валы 9 и 10 роторов И и 12 снабжены датчиками частоты вращения 32 и 33, связанными с блоком 34 регулирования частоты ЭГ, который ( также связан с клапанами

22и 23. В конструкции ГПТУ может быть использован ГТД с двумя турбокомпрессорами ТКВД 2 и ТКНД 35, включающий закрепленные на общем валу 9 турбину Зб и КрНД 7. Утилизационная паровая турбина установки может быть выполнена в виде предвклю- ченной турбины высокого давления (ГВД) 37 и основной турбины низкого давления (ТНД) 38, которые сообщены между собой последовательно паропроводами 39, включающими запорный клапан 40. Для охлаждения отключенной вращающейся ТВД 37 последняя снабжена трубопроводом продувания 41 с клапаном 42.

ГПТУ работает следующим образом. При запуске ГТД 1 первоначально раскручивают ТКВД 2 электростартером/ (на чертеже не показан), затем подают и воспламеняют топливо в КС 3 и выводят ТКрД на устойчивый режим работы. Запуск ГТД может быть также осуществлен путем раскрутки КрНД совместно с ротором И ЭГ УПТ 18. После. запуска ТКВД подают газы на свободную силовую турбину 8, раскручивают ее совместно с наружным ротором 12 и за счет электромагнитного сцепления после подачи тока на обмотку возбуждения 13 раскручивают центральный ротор 14 совместно с КрНД 7. При этом К-У 2k отключен, клапаны 22 и

23закрыты и УПТ 18 и 19 неподвижны (разобщительные муфты на валах 30 и 31 не показаны). После ввода в действие К-У 24, УПТ 18,19 и вращения роторов на режиме минимальных оборотов принимают нагрузку от электросети 17 на ЭГ 11. При резком увеличении нагрузки ЭГ на роторах 12 и 14 возникают дополнительные крутящие моменты взаимно противоположного направления и стремящиеся снизить частоту вырабатываемого тока, а именно на роторе 12 возникает дополнительный тормозящий момент и на роторе

14 - раскручивающий момент. До момента увеличения подачи топлива в КСЗ закрывают и открывают клапаны 22 и 23, тем самым снижая мощность УПТ 18

О и увеличивая мощность УПТ

ДО

до максимального значения. Возникающее при этом в К-У 2k избыточное количество пара стравливают через предохранительный клапан 26 и ДУУ 28 в конденсатор 29. За счет этого на вал 9 возникает тормозящий момент от ТКНД 1, а на валу 31 - дополнительный крутящий момент от увеличения мо ности турбины 19. В результате происходит одновременное снижение оборото роторов 12 и 1А при сохранении разности их оборотов. Затем увеличивают подачу топлива в КС 3 и мощность турбины 8, а также открывают клапан

22.В итоге увеличивают одновременно обороты роторов 12 и 1 и приводя агрегат в исходное-устойчивое состояние. При необходимости в К-У 2k може быть включена форсунка 25 для дополнительного сжигания топлива и увеличения мощности паровых турбин. Аналогичным образом работает агрегат с ГТД, общая схема которого представлена на фиг. 2.

При использовании в агрегате двух последовательно включенных паровых турбин 3 и 38 при закрытых клапанах

23,k2 отработавший в турбине 37 пар поступает на сход турбины 38 через клапан 0. На переходных режимах закрывают клапана 22, 0 и открывают клапан А2. В результате весь пар от К-У 2 поступает на вход турбины 38, а вращающаяся вхолостую турбина 3$ охлаждается системой продувания Й1.

Преимущества изобретения по сравнению с прототипом заключаются в следующем.

Если в прототипе все газовые и паровые турбины совместно с ротором ЗГ вращаются с постоянной частотой, то в предложенном техническом решении все турбины и роторы ЭГ вращаются с переменной частотой при постоянной частоте вырабатываемого , тока.

Если в изобретении на переходных режимах при резком увеличении мощности ЭГ возможно компенсировать последнюю путем перераспределения мощности между газовыми и паровыми турбинами, а также путем изменения частоты вращения компрессоров, то в прототиве эта возможность исключается.

19

.л

83256

Если в прототипе при высокой и

низкой частоте вращения турбин и ротора ЭГ требуется наличие редуктора, то в изобретении нет необходимости использования редуктора при частоте вращения турбин более 3000 об/мин.

Все зто повышает экономичность и надежность устанозки.

5

0

5

.л

Формула изобретения

1.Электроэнергетическая установка, включающая электрогенератор, газотурбинный двигатель и утилиза- - ционный контур с паровой турбино, при этом газотурбинный двигатель состоит из компрессора, камеры сгорания и газовой турбины, на выходе которой размещен котел-утилизатор, подключенный по пару к утилизационному контуру, а электрогенератор подсоединен к газотурбинному двигателю

и паровой турбине Посредством своего ротора, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности на переходных режимах работы, она снабжена дополнительно свободной силовой турбиной, размещенной по ходу газа между газовой турбиной и котлом-утилизатором, а электрогенератор выполнен биротативным, роторы которого выполнены в виде двух соос- но расположенных полого с двумя выходами и сплошного валов, при этом последний размещен в первом с возможностью самостоятельного вращения, причем полый вал подключен одним своим выходом к дополнительной сво- п бодной силовой турбине и другим выходом к паровой турбине, а сплошной вал - к компрессору.

2.Установка по п. отличающаяся тем, что она снабжена

5 дополнительной паровой турбиной,

0

5

размещенной в утилизационном контуре и соединенной с валом компрессора .газотурбинного двигателя, при этом основная и дополнительная паро- Q вые турбины выполнены с запорно-ре- гулирующими клапанами на входе пара.

3. Установка по п. 2, отличающая с я тем, что выход дополнительной паровой турбины через запор- но-регулирующий клапан подключен к входу основной паровой турбины.

5

А пар

IQf

z/a/

о

1778325

45 36 9 3 10 12 14 II 31

Использование: теплоэнергетика, в газопаротурбинных установках, содержащих газотурбинный двигатель с биротативным электрогенератором. Сущность изобретения: электроэнергетическая установка содержит газотурбинный двигатель, содержащий турбокомпрессор высокого давления с полым валом, а также компрессор и силовую турбину и снабженный котлом-утилизатором, электрогенератор, включающий центральный и наружный роторы, соединенные коаксиальными валами с компрессором и с силовой турбиной, Кроме того, установка включает две параллельно подключенные к котлу-утилизатору паровые турбины, сообщающиеся на выходе с конденсатором и снабженные управляемыми запорными клапанами. На расчетных режимах пар от котла- утилизатора подают в турбину высокого давления, от которой затем пар отводят на турбину низкого давления. При резком увеличении мощности генератора отключают турбину высокого давления и подают пар на турбину низкого давления, Силовую турбину и компрессор в зависимости от нагрузки вращают с переменной частотой. 2 з,п, ф-лы, 3 ил.

35

Фиг. 2.