способ работы газотурбинной установки (варианты) и газотурбинная установка
Классы МПК: | F02C7/08 подогрев впускаемого воздуха перед сгоранием, например выхлопными газами |
Патентообладатель(и): | Особов Виктор Исаакович |
Приоритеты: |
подача заявки:
1993-02-24 публикация патента:
27.10.1997 |
Использование: в энергомашиностроении. Сущность изобретения: в утилизационное устройство подают разнотемпературные потоки, причем передачу тепла от высокотемпературного потока производят ко всей массе нагреваемого рабочего тела или большей его части, а низкотемпературный поток подводят в промежуточную зону утилизационного устройства, на подходе к которой температура высокотемпературного потока снижена в результате теплообмена до уровня низкотемпературного потока. 3 с. и 31 з.п. ф-лы, 17 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17
Формула изобретения
1. Способ работы газотурбинной установки, включающий сжатие газообразного рабочего тела, подогрев сжатого рабочего тела сжиганием топлива в камере сгорания, расширение подогретого рабочего тела и утилизацию остаточного тепла расширившегося рабочего тела, выводимого по крайней мере двумя разнотемпературными потоками, отличающийся тем, что разнотемпературные потоки расширившегося рабочего тела подают в греющий контур общей утилизационной системы, причем передачу тепла от высокотемпературного потока производят всей массе нагреваемого рабочего тела или большей его части, а низкотемпературный поток подводят в промежуточную зону теплообменника, на подходе к которой температура высокотемпературного потока снижена в результате теплообмена до уровня низкотемпературного потока. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что разную температуру потоков расширившегося рабочего тела получают путем организации параллельных газовых трактов с различной величиной подогрева. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что разную температуру потоков расширившегося рабочего тела получают путем организации параллельных газовых трактов с различной степенью сжатия рабочего тела. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что разную температуру потоков расширившегося рабочего тела получают путем организации параллельных газовых трактов, по крайней мере в одном из которых производится дополнительный подогрев в процессе расширения. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в утилизационной системе производят регенеративный подогрев сжатого рабочего тела перед подачей его в камеру сгорания. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в утилизационной системе производят генерацию и перегрев пара. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в утилизационной системе производят одновременно регенеративный подогрев сжатого рабочего тела перед подачей его в камеру сгорания, генерацию и перегрев пара. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что в утилизационной системе производят подогрев сжатого рабочего тела другого совмещенного газового контура. 9. Способ по п.1, отличающийся тем, что в утилизационной системе производят одновременно регенеративный подогрев сжатого рабочего тела перед подачей его в камеру сгорания и подогрев рабочего тела другого совмещенного теплового контура. 10. Способ по п.1, отличающийся тем, что в утилизационной системе производят одновременно генерацию пара и подогрев рабочего тела другого совмещенного теплового контура. 11. Способ по п. 6, отличающийся тем, что полученный в утилизационной системе пар подают в паровую турбину, кинематически связанную с потребителем мощности. 12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что по крайней мере один из компрессоров газотурбинной установки кинематически связывают с паровой турбиной. 13. Способ по пп. 6, 7 и 10, отличающийся тем, что пар, полученный в утилизационной системе, подводят в газовый тракт на входе в камеру сгорания или/и непосредственно в зону горения. 14. Способ по п.13, отличающийся тем, что перед подачей в газовый тракт пар частично расширяют в паровой турбине высокого давления. 15. Способ по п.14, отличающийся тем, что после частичного расширения в паровой турбине высокого давления перед подачей в газовый тракт пар повторно перегревают в утилизационной системе. 16. Способ по пп.4, 6 и 13, отличающийся тем, что в газовый тракт перед дополнительной камерой сгорания или/и непосредственно в зону горения дополнительной камеры сгорания подводят воздух от промежуточной ступени сжатия. 17. Способ по п.1, отличающийся тем, что сжатие рабочего тела производят с промежуточным охлаждением. 18. Способ по п. 17, отличающийся тем, что охлаждение рабочего тела в процессе сжатия производят путем теплообмена с внешним хладагентом. 19. Способ по п. 17, отличающийся тем, что охлаждение рабочего тела в процессе сжатия производят путем ввода в проточную часть испаряющегося охладителя. 20. Способ по п.19, отличающийся тем, что испаряющийся охладитель перед вводом в проточную часть предварительно подогревают путем теплообмена с охлаждаемым сжатым рабочим телом или/и с расширившимся рабочим телом. 21. Способ по п.18, отличающийся тем, что испаряющийся охладитель перед вводом в проточную часть предварительно подогревают путем теплообмена с маслом или воздухом системы охлаждения турбин. 22. Способ по пп.20 и 21, отличающийся тем, что испаряющийся охладитель подогревают до температуры, превышающей температуру насыщения в проточной части в сечении ввода испаряющегося охладителя. 23. Способ по п. 19, отличающийся тем, что испаряющийся охладитель (например, воду) перед вводом в проточную часть используют в качестве рабочего тела в гидростатических подшипниках ротора газотурбинной установки. 24. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед подачей в камеру сгорания рабочее тело предварительно подогревают в теплообменнике-подгревателе внешнего сгорания. 25. Способ по п.1, отличающийся тем, что в камеры подогрева (сгорания) подается сжатое рабочее тело из емкости-аккумулятора, куда оно предварительно закачивается компрессором. 26. Способ работы газотурбинной устаноки, включающий процессы сжатия газообразного рабочего тела, подогрева сжатого рабочего тела, расширения подогретого рабочего тела и повышения давления газообразного топлива перед подачей в камеру сгорания, отличающийся тем, что на вход в газовый топливный компрессор подают испаряющийся охладитель (например, воду), предварительно использовав его в качестве рабочего тела в гидростатических подшипниках ротора газового топливного компрессора. 27. Газотурбинная установка, содержащая по крайней мере два разнотемпературных газовых тракта, включающих компрессоры, камеры подогрева (сгорания), турбинные ступени с разнотемпературными выхлопными трактами и систему утилизации остаточного тепла расширившегося рабочего тела, отличающаяся тем, что разнотемпературные выхлопные тракты подключены к греющему контуру общей утилизационной системы так, что низкотемпературный тракт сообщен по выходу с промежуточной зоной теплообменника-утилизатора, на подходе к которой температура высокотемпературного потока снижена в результате теплообмена до уровня низкотемпературного потока, причем с высокотемпературной зоной теплообменника сообщен весь нагреваемый контур или наибольшая его часть. 28. Установка по п.27, отличающаяся тем, что включает компрессор низкого давления и компрессоры высокого давления, причем общий газовый тракт разделен по крайней мере на два разнотемпературных газовых тракта на выходе из компрессора низкого давления. 29. Установка по п.27, отличающаяся тем, что общий газовый тракт разделен по крайней мере на два разнотемпературных газовых тракта на выходе из компрессора (или системы компрессоров). 30. Установка по п.27, отличающаяся тем, что общий газовый тракт разделен по крайней мере на два разнотемпературных газовых тракта между турбинными ступенями, причем по крайней мере в одном из них размещена дополнительная камера подогрева (сгорания). 31. Установка по пп.27 30, отличающаяся тем, что утилизационная система включает теплообменник-регенератор, сообщенный по входу нагреваемого контура с выходом из компрессора, а по выходу из нагреваемого контура с входом в камеру сгорания. 32. Установка по пп.27 30, отличающаяся тем, что утилизационная система включает паровой котел-утилизатор, сообщенный по выходу пара с паровой турбиной. 33. Установка по пп.27 30, отличающаяся тем, что утилизационная система включает паровой котел-утилизатор, сообщенный по выходу пара с газовым трактом. 34. Установка по п.27, отличающаяся тем, что по крайней мере один из газовых трактов выполнен в виде замкнутого контура.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к энергомашиностроению, а именно к способам работы и конструкции газотурбинных и составленных на их основе газопаровых установок. Известен способ работы газотурбинной установки (ГТУ), включающий процессы сжатия газообразного рабочего тела (например, воздуха), подогрев сжатого рабочего тела например, путем сжигания органического топлива, расширения подогретого рабочего тела с получением избыточной мощности, передаваемой потребителю, и утилизации остаточного тепла расширившегося рабочего тела для генерации пара, используемого в совмещенном паротурбинном контуре для получения дополнительной мощности (см. например, Столяров С.Ф. Кузнецов А.Л. и Тихомиров Б. А. Целесообразные направления повышения экономичности ГТУ. Теплоэнергетика,1989, N 7, с.68, фиг.1). Известен также способ работы ГТУ, включающий утилизацию остаточного тепла отработавших выхлопных газов для регенеративного подогрева сжатого воздуха перед камерой сгорания (см. там же, с. 68 и 69, фиг. 1 и 2). Недостатком указанного способа работы ГТУ является то, что остаточное тепло отработавших газов используется не полностью. Одной из причин этого является необходимость обеспечения в регенераторе, как и в любом теплообменнике, достаточно значимого температурного напора, т.е. разности температур охлаждаемой и подогреваемой среды, что характеризует степень регенерации (или КПД регенератора).![способ работы газотурбинной установки (варианты) и газотурбинная установка, патент № 2094636](/images/patents/378/2094636/2094636-2t.gif)
где
![способ работы газотурбинной установки (варианты) и газотурбинная установка, патент № 2094636](/images/patents/378/2094636/2094636-3t.gif)
![способ работы газотурбинной установки (варианты) и газотурбинная установка, патент № 2094636](/images/patents/378/2094636/2094636-4t.gif)
![способ работы газотурбинной установки (варианты) и газотурбинная установка, патент № 2094636](/images/patents/378/2094141/956.gif)
![способ работы газотурбинной установки (варианты) и газотурбинная установка, патент № 2094636](/images/patents/378/2094636/2094636-5t.gif)
![способ работы газотурбинной установки (варианты) и газотурбинная установка, патент № 2094636](/images/patents/378/2094636/2094636-6t.gif)
![способ работы газотурбинной установки (варианты) и газотурбинная установка, патент № 2094636](/images/patents/378/2094636/2094636-7t.gif)
1)различной температурой газов перед турбинами в параллельных газовых трактах;
2)различной степенью повышения давления в параллельных газовых трактах (например, при одинаковой температуре газов перед турбинами);
3)дополнительным подогревом газов в процессе расширения в одном из параллельных газовых трактов (например, при одинаковых температурах газов перед турбинами и одинаковых степенях повышения давления). Возможна и целесообразна комбинация всех указанных способов или двух из них. Анализ известных технических решений в исследуемой области позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными признаками в заявленном техническом решении, что свидетельствует о его соответствии критерию "существенные отличия". Схемы устройств, реализующих предложенный способ работы ГТУ, показаны на фиг. 1-17. Рассмотрим схему ГТУ, реализующую первый вариант предлагаемого способа работы, на фиг.1. Газотурбинная установка включает два автономных двигателя, каждый из которых содержит компрессор 1 и 6 (К1 и К2), камеру сгорания 2 и 7 (КС1 и КС2), турбину компрессора 3 и 8 (ТК1 и ТК2), кинематически связанную с компрессором, свободную турбину 4 и 9 (Тс1 и Тс2), кинеметически связанную с потребителем мощности 5 и 10 (П1 и П2) и общий теплообменник-регенератор 11 (Р), сообщенный соответствующим образом с выходом свободных турбин, выходом из компрессоров и входом в камеры сгорания. Работа ГТУ осуществляется следующим способом. Компрессоры 1 и 6 засасывают воздух, сжимают его и подают в регенератор 11, где он подогревается выхлопными газами и направляется на вход в камеры сгорания 2 и 7. В камерах сгорания 2 и 7 путем сжигания топлива gT1 и gT2 получают продукты сгорания с заданной температурой Т1 и Т2, причем Т1 больше Т2. Продукты сгорания расширяются в турбинах 3 и 8, приводящих в действие компрессоры 1 и 6, а затем в свободных турбинах 4 и 9, передающих мощность потребителям 5 и 10, после чего с температурами
![способ работы газотурбинной установки (варианты) и газотурбинная установка, патент № 2094636](/images/patents/378/2094636/2094636-8t.gif)
![способ работы газотурбинной установки (варианты) и газотурбинная установка, патент № 2094636](/images/patents/378/2094636/2094636-9t.gif)
![способ работы газотурбинной установки (варианты) и газотурбинная установка, патент № 2094636](/images/patents/378/2094636/2094636-10t.gif)
Класс F02C7/08 подогрев впускаемого воздуха перед сгоранием, например выхлопными газами