Газотурбинный агрегат Советский патент 1982 года по МПК F02C6/14 

С5) ГАЗОТУРБИННЫЙ АГРЕГАТ

Изобретение относится к области турбомашиностроения и, в частности, к газотурбинным агрегатам для привода нагнетателей природного газа. Известен газотурбинный агрегат, содержащий электродвигатель, кинематически соединенный с воздушным компрессором, подключенным магистралью с концевой задвижкой к аккумулятору воздуха, и по меньшей мере одну приводную турбину, соединенную входным трубопроводом, имеющим заслонку, с аккумулятором и выходным трактом с атмосферой 1. Однако такое выполнение харэктеризуется относительно невысокой экономичностью из-за низкого КПД ци ла , обусловленного малым подогревом рабочего тела перед турбиной: только за счет тепла, аккумулируемого в теплообменнике в процессе сжатия воздуха при закачке в аккумулятор воздуха. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является газотурбинный агрегат, содержащий электродвигатель, соединенный с воздушным компрессором, подключенным магистралью к аккумулятору сжатого воздуха, и по меньшей мере одну приводную турбину, соединенную выходным трактом с атмосферой, а с аккумулятором - при помощи входного трубопровода, связанного с магистралью перепускным каналом, и установленную на трубопроводе камеру сгорани я 12 . Однако этот газотурбинный агрегат не обладает достаточной экономичностью. Цель изобретения - повышение экономичности и расширение диапазона режимов работы при использовании агрегата для привода нагнетателей природного газа. Указанная цель достигается тем, что агрегат дополнительно содержит установленный на входе в камеру сгорания эжектор, низконапорное сопло которого и выход подсоединены к входному трубопроводу, а высоконапорное к перепускному каналу. Агрегат снабжен дополнительным аккумулятором сжатого воздуха, соединенным при помощи регулируемых клапанов с первым аккумулятором и входным трубопроводом. Кроме того, эжектор выпол 1ен двухступенчатым и низконапорное сопло второй ступени при помощи бай пасной магистрали с краном 17одключено к выходному тракту. На чертеже представлена схема газотурбинного агрегата. Агрегат содержит электродвигател 1 , кинематически соединенный с воздушным компрессором 2, подключенным магистралью 3 с концевой задвиж кой k к аккумулятору 5 воздуха, доИолнительный аккумулятор 6, две при водные турбины 7, вращающие нагнетатели 8, и соединенные входным трубопроводом 9, имеющим заслонку 1 аккумуляторами 5 и 6, выходным трак jTOM 11 - с атмосферой. Во входном трубопроводе 9 размещена камера 12 сгорания, магистраль 3 соединена с последним между камерой 12 и заслонкой 10 перепускным каналом 13, снабженным клапаном I. На входе камеры 12 сгорания установлен двухступенчатый эжектор 15, низконапорное сопло 16 первой ступени и выход 17 которого подключены к трубопроводу 9, а высоконапорноё сопло 18 первой ступени - к перепускному кан лу 13. Аккумулятор 5 и дополнительный аккумулятор 6 соединены между собой каналом 19 с регулируемым клапаном 20, магистраль 3 подключена к аккумулятору 5 з трубопровод 9 к обоим аккумуляторам 5 и 6 тра тами 21 и 22, снабженными регулируе ,мыми клапанами 23 и 24 соответствен но. Низконапорное сопло 25 второй ступени эжектора 15 подключено к выходному тракту 11 тзуэбины байпасной магистралью 2б с краном 27. При работе агрегата компрессор 2 вращаемый электродвигателем 1, имею щим постоянную частоту вращения, сжимает воздух и сжатый воздух подается при закрытой задвижке i по магистрали 3 через перепускной ка..нал 13 в высоконапорное сопло 18 первой ступени эжектора 15f который 4 при закрытых заслонке 10 и кране 27, работая на режиме нулевой эжекции, пропускает воздух в камеру 12 сгорания. Образовавшиеся при сжигании топлива в камере 12 продукты сгорания, пройдя турбину 7 и отдав часть своей энергии на привод нэгнетателя 8, выходят по выходному тракту П в атмосферу. При наличии избыточной располагаемой мощности агрегата открывают задвижку , При этом часть воздуха из-за компрессора 2 поступает по магистрали 3 в аккумулятор 5, давление в которой при закрытых клапанах 20 и 23 с течением времени повышается, пока не достигнет значения, при котором расход по магистрали 3 не станет равным нулю,, либо другого, наперед заданного значения, оптимального с точки зрения эксплуатации аккумулятора. По сигналу установленного значения давления в аккумулятор 5 автоматически открывается клапан 20 и по каналу 19 начинается заполнение дополнительного аккумулятора 6. После заполнения дополнительного аккумулятора 6 задвижку f и клапан 20 закрывают. Такое последовательное заполнение целесообразно с той точки зрения, что обеспечивает большую оперативность при регулировании режимов работы агрегата, так как за меньший интервал времени достигается возможность использования энергии аккумулятора. Общий объем аккумуляторов S и 6 выбирают, исходя 3 того условия, чтобы исключить возможность работы агрегата на частичных режимах. В период же недостатка мощности открывают регулируемый клапан 23, воздух из аккумулятора 5 по тракту 21 через открытую заслонку 10 поступает в эжектор 15 через низконапорное сопло 16, где смешивается с воздухом, поступающим через высоконапорное сопло 18, и поступает в турбину 7. При этом для исключения в отдельных возможности попадания компрессора 2 в помпаж приоткрывают задвижку 4. В результате несколько увеличивается степень сжатия компрессора 2, следовательно, перепад на турбину 7, и более существенно растет расход через нее продуктов сгорания, что приводит к увеличению мощности и к несколько меньшему росту КПД цикла. 5. Использование аккумулятора благо приятно складывается на режимах запуска. При запуске открывают регулируемый клапан 23 при закрытых клапанах 1, Воздух из аккумулятора 5 по тракту 21 поступает в низконапорное сопло 16 и далее в эжектор работающий в этом случае на режиме нулевой эжекции. Постепенно увеличи вая расход воздуха из аккумулятора 5, регулируя заслонки 10, наряду с увеличением расхода пускового газа в камеру 12 сгорания выводят турбину 7 на расчетный режим, после чего запускают электродвигатель 1 и выводят компрессор 2 на расчетный режим. Оптимальным является такой сдвиг начала запуска указанных звеньев, чтобы их выход на заданный режим достигался одновременно, т.е. начало запуска электродвигателя 1 должно несколько предшествовать завершению запуска турбины 7. В период совместной работы параметры процесса запуска поддерживаются регулированием задвижки k и заслонок 10. Следует отметить, что режим заполнения аккумуляторов 5 и 6 возможен также при аварийной остановке одной из турбин 7. В этом случае аварийно открывается задвижка Ц и закрывается клапан 1. Избыток воздуха компрессора 2 в этом случа по магистрали 3 поступает в аккумул тор 5. Дополнительное повышение экономичности агрегата возможно за счет частичного использования тепла отходящих газов при включении второй ступени эжектора 15. Для этого открывают кран 27, и выхлопные газы из тракта 11 по байпасной магистрали 26 и далее через низконапорное сопло 25 поступают в эжектор 15, где подогревают рабочее тело перед камерой 12 сгорания (эффект смешивающегося теплообмена) Мощность при этом не уменьшает, так как тенденция к оптимальному уменьшению давления перед турбиной 7 (уменьшение давления смеси) компенсируется увеличением давления перед соплом 18 за счет автоматичес кого увеличения степени сжатия и некоторым уменьшением давления за турбиной 7. Байпасирование выхлопных газов целесообразно также при увеличении теплотворной способности топливного газа, например, при подводе в газопровод газа из другого газопровода с большей калорийностью. Подвод балластного газа в этом случае относительно снижает возможное увеличение теплонапряженности камеры 12 сгорания и тем самым повышает надежность ее работы. Таким образом, в предложенном газотурбинном агрегате повышение экономичности достигается повышением температуры и степени сжатия цикла, возможностью поддержания расчетного режима работы агрегата вне зависимости от внешних условий и условий транспорта газа за счет оптимального сочетания подачи воздуха в приводную турбину 7 от компрессора 2 и аккумулятора, а также утилизации энергии выхлопных газов турбины. По этим же причинам расширяется диапазон режимов работы агрегата до пределов, обусловленных требованиями нормальной эксплуатации газотранспортных систем. Формула изобретения 1.Газотурбинный агрегат, содержащий ;электродвигатель, соединенный с воздушным компрессором, подключенным магистралью к аккумулятору сжатого воздуха, и по меньшей мере одну .приводную турбину, соединенную выходным трактом с атмосферой, а с аккумулятором - при помощи входного трубопровода, связанного с магистралью перепускным каналом, и установленную на трубопроводе камеру сгорания, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности и расширения диапазона режимов работы при использовании агрегата для привода нагнетателей природного газа, агрегат дополнительно содержит установленный на входе в камеру сгорания эжектор, низконапорное сопло которого и B&Iход подсоедимены к входному трубопроводу, а высоконапорное - к перепускному каналу. 2.Агрегат по п. 1, о т л и чающийся тем, что он снабжен дополнительным аккумулятором сжатого воздуха, соединенным при помощи, регулируемых клапанов с первым аккумулятором и входным трубопроводом. I 3. Агрегат по п. 1, о т л и чэЮщийся тем, что эжектор выполнен двухступенчатым и низкона порное сопло второй ступени при помощи байпасной . магистрали с краном подключено к выходному тракту. Источники информации, принятые ао внимание при экспертизе 1.Патент США № 3872673, кл. 60650, опублик. 1975. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2899116/25-06, кл. F 02 С , 27.03.80.

()

/