1
Известны газотурбинные силовые установки, содержащие груопу генераторов газа низкого и высокого давления и группу силовой турбины. Связь между группами осуществляется при помощи газового канала, а высокая экономичность в некоторых пределах на нерасчетных .режимах поддерживается путем перераспределения срабатываемого тенлолерепада между группами генераторов газа и группой силовой турбины.
Однако эти установки при пуске и частичиых лагруЗКах мало экономичны, а диапазон высокоэкономичных режимов сравнительно узок.
Цель пзобретения - повышение экономичности и улучшение рабочих характеристик.
Для достижения этой цели перед или за группой силовой турбины устанавливают вспомогательную -турбину, подключенную к группе генератора газа или группе силовой турбипы, И/или ;К валу отбора мощности при помощи средств передачи мощности механического, гидравлического или эл©кт1рйчеокого типа.
На фиг. 1 представлены составные элементы основного ротора газогенераторной ступени; на фиг. 2 - схема с подключением турбины к валу отбора мощности; на фиг. 3 - схема с подключением промежуточной турбины к компрессору; на фиг. 4 - схема с подключением вспомогательной турбины к валу
отбора мощности; на фиг. 5 - схема торможения двигателем; на фиг. 6 - схема с комбинированной системой передач; на флг. 7- схема привода вала отбора мощности тремя турбинами; на фиг. 8 - схема подключения вспомогательной и ко.мпрессорной турбин к дополнительной .нагруз-ке; на фиг. 9 - аналогичный вариант с подключением вспомогательной турбины к заднему валу отбора МОЩНОСТИ; на фиг. 10 - схема подключения вспомогательной турбины к переднему валу отбора мощности; на фиг. II - схема использования турбины ,в качестве вентилятора; на фиг. 12 - схема с аэродинамическим торможением турбинной системы; на фиг. 13 - схема регулирования поворотом лопаток; на фиг. 14 - схема с подключением вспомогательной турбины через компрессор к валу отбора мощности; на фиг. 14 о - схема подключения вспомогательной турбины с генератором; на фиг. 15 характеристика разгона турбины; на фиг. 16 - характеристика крутящего момента; на фиг. - 17 - результирующие характеристики разгона; на фиг. 18-
дроссельная характеристика; на фиг. 19 - тормозные характеристики; на фиг. 20 - график изменения расхода топлива; на фиг. 21- характеристика крутя1щего момента на ведомом валу; на фиг. 22 - сум:марный крутящий момент.
Генератор газа может представлять собой генератор турбинного типа.
Компрессор / газогенератора газа (см. фиг. 1) через вал 2 соединен с турбиной 3 (так называемой компрессорной турбиной). Выходная мощность отбирается от свободной турбины 4 через вал 5. Вспслгогательная турбина 6 имеет вал, одна часть 7 которого направлена в сторону компрессора, а другая часть 8 - в сторану силовой турби.ны. Вспомогательная турбина может помогать компрессору или силовой турбине. Генератор газа «меет, кроме того, ка.меру сгорания 9 с топливной форсункой 10. В установках, где особенно важен небольшой расход топлива, предусматривается обычно теплообменник П м иногда другие средства 12 для использования тепла на выпуске. На фиг. 2 лОКаза«а такая же система, :Как и на ф,иг. 1, но с необходимыми передаточными устройствами и валами отбора мощности соответственно 13 и 14, 15 и 16, 17 и 18. Вал 16 слулсит для основной нагрузки, а один или два вала 14 и 18 - для второстепенной. Вспомогательная Турбина 6 спар.ивается с pOTOipOM генератора газа лрИ разгоне от холостого хода ил« при более или .менее кратковременной потребности в повышенной мощности, в то время ка« основная силовая турбина отдает повы-шен«ую мощность основной нагрузке.
На фиг. 3 показано, как компрессорная и вспомогательная турбины помогают друг другу в приведении в действие второстепенной «агруэки на переднем валу 18 отбора мощности. Основная силовая турбина отдает мощность основной нагрузке и/или на задний вал 14 отбора мощности, если он используется.
Вспо.могательна-я турбина (см. фиг. 4) приводит в действие вал 18 отбора мощности независимо от ко.мярессорной турбины нли с номощыо основной силовой турбины через зал 8. Второстепенная нагрузка .может приводится в действие независимо от генератора газа и без его перегрузлч.
Система (см.. фиг. 5) может быть использована для тор.можения двигателем. Усилие торможения лередается через вал вспо могательной турбины и поглощается в основном в компрессоре, а также в турбиной системе, включая вспомогательную турбину, когда компрессор .налнетает воздух через систему.
Вспомогательная турбина (см. фиг. 6) может помогать основной турбине в приведении в действие основной .нагрузки через комбинированную систему передач 15.
Вое три турбины (см. фиг. 7) могут участвовать в приведении В действие вала 16 - основной нагрузки и/или валов 14 и 18 второстепенных нагрузок через передаточные устройства /7 и 15 и части 7 и 8 вала вспомогатель}юй турбины.
Вал 16 основной нагрузки (см. фиг. 8) может быть приведен в действие основной силовой турбиной, а вал 14 дополнительной
нагрузки - вспо.могательной и ко.мирессорной турбина.ми в.месте.
Вспо.могательная турбина 6 (с.м. фиг. 9) приводит в действие задний вал 14 отбора .мощности, а основная силовая турбина 4вал 16 основной нагрузки.
Вспомогательная турбина 6 (см. фиг. 10) приводит в действие передний вал 18 отбора
мощности и, кроме того, помогает основной силовой турбине 4 в приведении в действие вала 16 основной нагрузки.
На фиг. И показано устройство, в котором всно.могательная турбина 6 в аэродинамйческо.м отношении сконструирована так, что она может быть использована как вытяжной; вентилятор для компрессорной турбины 3. Если вспомогательная турбина 6 используется без промежуточного статора ..между
ней и основной силовой турбиной 4, то она может модулировать или изменять предварительную закрутку потока силовой турбиной, обеспечивая тот же эффект, что и статор с поворотными лопатками силовой турбины.
При наличии же статора турбина 6 усиливает его действие.
На фиг. 12 показано, как можно осуществить аэродинамическое торможение посредство.м турбинной систе.мы, когда вспо.могательная 6 и силовая 4 турбины работают как вентиляторы нл.и комнрессоры. Эффект усиливается, если ..используются поворотные лопатки статоров.
На фиг. 13 показана такая же систе.ма,
как иа предшествующих фигурах, но со.статорной системой. Необходимо отметить, что статорная систе.ма особенно эффективна, так как она позволяет лучню приспособить установку к меня1оп1имся условиям эксплуатации.
Наибольшая нриснособляемость получается при иснользовании двух статоров с поворотными лопатка.ми: статора-/Р перед вспомогательной турбиной и статора 20 - за ней. Связь .между вспомогательной турбиной 6
и ротором (компрессорной турбины (см. фиг. 14) может осуществляться посредством вала 21, расположенного вне роторной системы. Эта схема дает возможность пo recтлть вспомогательную систему ниже по ходу потока от ссноБной силовой турбины, что в некоторых случаях выгодно. Это можно сделать также, например, при использовании гидравлич еских или электрических передач. В этом случае вал 21 и передаточные устройства 13 и П исключаются.
На фиг. 14 а показана схем.а, в которой вспомогательная турбина расположена выше по .ходу потока от компрессорной турбины 3. Вспомогательная турбина соединяется с генер-атором газа и/или с силовой турбиной при помощи механических, гидравлических, пневм.атических или электрических снсте.м передачи. Кроме того, ЕспомотательнаЯ турбнна может .быть c3H3aiia с компрессором второй ступени. В этом случае их совместная работа используется лишь для снижения расхода
топлива при остановке, холостом ходу или п-ри приводе вспомогательпого механизма. Вторая ступень компрессора У а повышает степень сжатия Компрессора при обычном эксплуатадионном режиме, что дает возможность змбньшить или исключить теплообмен1Ш Ч.
На фиг. 15 доказана характеристика разгона от -скорости холОстого хода до максимальной скорости генератора газа - согласно изобретению (а и Ь) и для обычной системы (с). Во дредМя фазы а .вспомогательная турбина помогает компрессорной турбине, а 130 время фазы b компрессор П;риводится только за счет компрессорной турбины. При использовании повышающей передачи между комп-рессором и вспомогательной турбиной инерция последней уменьшается во второй степени, а крутящий момент ком.прессора - в первой степени, что обеспечивает возможность дополнительного улучшения разгона.
На фиг. 16 показаны улучшенные характеристики крутящего момента (кривая е) лри малых числах оборотов, когда вспомогательная турбина помогает силовой турбине. Дополнительное улучшение (кривая /) 6i,iTb получено нрл использоваПии статоров с поворотными лопатками и бесступепчатой передачей. Кривая d соответствует статической характеристике вспомогательной турбины.
На фиг. 17 .показаны результирующие характеристики р.азгона:
h - вспомогательная турбина используется только с силовой турбиной, и /22 - она используется сначала с компрессором, а затем с силовой тзрбиной или одновременно с компрессором и силовой турбиной. Характеристика обычной системы показана кривой g.
На фиг. 18 даны кривые крутящих моментов во времени. Здесь кривые е и ej, соответствуют статической и динамической характеристикам крутящего мо.мента обычной силовой турбинной системы, кривая d - динамической характеристике вспомогательной турбины, помогающей силовой турбине, а кривая - динамической хар.актеристике крутящего мо1мента системы, в которой вспомогательная турбина помогает генератору газа и силовой турбине. Кривая dz соответствует разгону от предельной скорости генератора газа и ,налол :енному влиянию инерции вспомогательН|ОЙ турбины.
На фиг. 19 показаПы тормозные характеристики при торможении двигателем для разных систем по сравнению с обычной системой, имеющей значительный эффект йо торможения силовой турбиной. Кривая /fej пока.зывает эффект торМОжения компрессором, кривая kz - то же, но с регул.ируемыми соплами И 3 - эффект тор.можения при добавлении аэродинамического торможения вспомогательной турбиной. Здесь лее дается макси.мальный крутящий момент d на ведомом валу.
На фиг. 20 Показан удельный расход толлива при частичной нагрузке; кривая /i - для обычной турбинной систе.мы; кривая для предложенной системы (без статоров); кривая /3 - для системы со статоролг. Соответствующие тем.пературы турбины показа 1ы кривы.ми ti, ts .и ts. Влияние вспомогательной турбины на расход тонлива npi работе на холостом ходу SPC также показано в сравнеНИИ с удельным расходом топлива SPC обычной гурбины.
На фиг. 21 показаны характеристики крутящего момента на ведомом валу отбора мощности вспо.могательной турбины, бесступенчатая Передача является комбинированно). Эта система допускает кратковременную -инерционную обратную связь от вспомогательно турбины в пределах мощности силовой передачи, которая может быть защищена от псрегрузки путем соответстВующей установю предельного значения налрузки, пр.и которой (происходит проскальзывание передаточного устройства, т. е. посредство.м устройства, ограничивающего крутящий момент. На фиг. 22 показаны суммарный крутящий момент на основно.м и вспомогательном РТО валах отбора мощности, а также максимальный крутящий момент на вспомогательном валу отбора мощности без какого-либо дополнительного крутящего момента, от инерции нагрузки илн от основной передачи мощности, :илл от группы roieparopa газа.
Предмет изобретения
40
1.Газотурбпнлая силовая установка, содержащая группу генератора газа « труппу основной силовой турбины, отличаюи(аяся тем, что, с цevтью повышения экономичности
и улучшения рабочих характеристик, перед нли за лрупИОЙ спловой турбины, уста.новлена вспомогательная турбипа, подключен гая к группе генератора газа лили грлипе силовой турбины, и/или к -валу отбора мощности при помо.ш,н передачи, например М еханической.
2.Установка .по п. 1, отличающаяся тем, что на входе и/или на выходе вспомогательной тзфбины расположены поворотные маотр-аВляющие лопатки.
3. УстаноВка -по п. 1, отличающаяся тем, что передача имеет обгонпую муфту, мзфту сцепления для блокировки последней и расцеш у о мхфту.
Риг 5
г/а
718
f /
15
-Г t&
ГК
г--)
1
It
/5
,J , - .
Г, /
г-, f }
f6
f4jz 3
6fy
/ I ЛР
. 19 , 20 t
/Риг. 77
Р
Фиг. 20
т
Л/,
рта
9иг 21
Nl-Npro
