Способ работы газотурбинной установки

 

Использование: в газотурбинных и парогазовых установках. Сущность изобретения: при подогреве воздуха и охлаждении газов в промежуточном регенераторе, расположенном между ступенями турбины, охлаждение газов производят при оптимальном давлении и оптимальной степени повышения давления и КПД, определяемых по приведенным в материалах изобретения формулам. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 F 02 С 7/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

Q3 (Л

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР .

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4891422/06 (22) 13.12.90 (46) 15.11.92, Бюл. N 42 (71) Всесоюзный научно-исследовательский технологический институт энергетического машиностроения (72) В.Ю.Тихоплав (56) Шварц В.Н. Конструкция газотурбинных установок. M,: Машиностроение, 1970, с. 23-32.

Христич B.À„Ëàáèíoâ С,Д. Эффективность применения цикла с промежуточной регенерацией для энергетических и транспортных газотурбинных установок. Энергетика, Издательство высших учебных заведений, 1984, Гч 8, с, 46-52.

Изобретение- относится к энергетическому и судовому машиностроению и может быть использовано в газотурбинных и парогазовых установках, Известен способ работы газотурбинной установки, включающий сжатие воздуха в компрессорах низкого и высокого давления с охлаждением воздуха между компрессорами, его подогрев в концевом регенераторе, сжигание топлива в основной и дополнительной камерах сгорания, расширение газов в турбинах высокого и среднего давления, вращающих компрессоры, дальнейшее его расширение в турбине низкого давления, отдающей- механическую энергию полезной нагрузке (Шварц B,А. Конструкции газотурбинных установок. — М,:

Машиностроение, 1970, с. 23-32).

„„5U„„1775561 Al (54) СПОСОБ РАБОТЫ ГАЗОТУРБИННОЙ

УСТАНОВКИ (57) Использование: в газотурбинных и парогазовых установках. Сущность изобретения; при подогреве воздуха и охлаждении газов в промежуточном регенераторе, расположенном между ступенями турбины, охлаждение газов производят при оптимальном давлении и оптимальной степени повышения давления и КПД, определяемых по приведенным в материалах изобретения формулам. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Недостатком известного технического решения является сравнительно низкая экономичность установки, что обусловлено ограничением допустимой максимальной температуры газа на входе в регенератор.

Известен способ работы ГТУ, включающий сжатие воздуха в компрессоре, его подогрев в промежуточном регенераторе и в камере сгорания, расширение газов в nepBbIx ступенях высокого давления, отдающих механическую энергию компрессору, охлаждение газов в промежуточном регенераторе и расширение газов в последующих ступенях турбины, отдающих механическую энергию потребителю (Христич В.А., Лабинов С.Д. Эффективность применения цикла с промежуточной регенерацией для энергетических и транспортных газотурбинных ус"

1775561

20 к, ((, -тв/т,1

NT2opt — тановок//Энергетика... Изв. высш.учеб. заведений, 1964, М 8, с. 46-52).

Недостатком известного технического решения является низкий КПД ГТУ по сравнению с КПД повсеместно используемых

ГТУ с классической концевой регенерацией.

Целью изобретения является повышение КПД ГТУ, Поставленная цель достигается тем, что в способе работы ГТУ, включающем сжатие воздуха по меньшей мере в одном компрессоре, подогрев сжатого воздуха в промежуточном регенераторе и по меньшей мере в одной камере сгорания, расширение газов в первых ступенях турбины Т1, охлаждение газов в промежуточном регенераторе и расширение газов в последующих ступенях турбины Тг, охлаждение газов в прсмежуточном регенераторе производят при их оптимальном Давлении на входе в газовый тракт регенератора, равном

Poxopt = Ра 7ттгорсl(ьрг живых), где P> — атмосферное давление; ьрг, (вых коэффициенты Восстановления давления в газовом тракте регенератора и в выхлопном коллекторе ГТУ соответственно, зависящие от гидравлических потерь в тракте и коллекторе;

W2opt — ОПтиМаЛьная СтЕпЕнь пОнижЕния давления в последующих ступенях турбины, включенных после промежуточного регенератора, причем

ГДЕ т1(К,)— (. ) т1

1з(7гк) =(кг/кр) о лГ : т6 (Жс ) = (кс у т ((7ск )

К1 = (Ог1/Gb) (Cmr1/Cpmb) gMT1

IQ = (Gr2/Gb) (Cpmr2/Cpmb) gMT2 индексы 1 и 2 относятся к турбинам Ti и Тг соответственно.

Кроме этого, охлаждение газов в промежуточном регенераторе производят при оптимальной степени повышения давления по меньшей мере в одном компрессоре, равной И(" а) 4(т111 G (4(та) 1епмх

"М.. .()-(-6) /.., 1 м <,(,.1->М, I() ";.

4("„f % (t " а ) " (dlxrÍ"„l(} ((и 1(1

mi ° IRrl ðëèI 0т eon) в к("elcpine)lF no i индексы 1 и 2 по-прежнему относятся к

15 турбинам Т1 и Т2 соответственно, При этом охлаждение газов в промежуточном регенераторе производят при максимальном КПД, равном

Такое новое техническое решение всей своей новой совокупностью существенных признаков обеспечивает повышение КПД

ГТУ благодаря охлаждению газов в проме35 жуточном регенераторе при оптимальном давлении газов на входе в газовый тракт промежуточного регенератора и при оптимальной степени повышения давления по меньшей мере в одном компрессоре.

40 Приведенная совокупность существенных признаков, а именно комплекса трех выражений, определяющих оптимальные величины Рвхррь zA

Это позволяет заявителю считать. что предложенное решение отвечает критерию

"существенные отличия", Предложенное изобретение проиллю50 стрировано чертежами, где на фиг, 1 изображена принципиальная схема ГТУ, осуществляющей заявляемый способ; а на фиг. 2 — приведены графики зависимостей /в = це(Лк) для ГТУ, 55 ГТУ содержит компрессоры низкого 1 и высокого 2 давления, компрессорные турбины высокого 3 и среднего 4 давления, ступени 5 силовой турбины, полезную нагрузку 6, воздухоохладитель 7, основную камеру сго1775561

35

55 рания 8, дополнительные камеры сгорания

9 и промежуточный регенератор 10.

Компрессоры 1 и 2 служат для сжатия воздуха. Комп рессорные турбин ы высокого

3 и среднего давления 4 служат для привода компрессоров высокого и низкого давления соответственно. Ступени 5 силовой турбины служат для привода полезной нагрузки 6.

Воздухоохладитель 7 служит для охлаждения сжатого воздуха, Основная 8 и дополнительные 9 камеры сгорания служат для сжигания в них топлива и подогрева рабочей среды, промежуточный регенератор 10 служит для охлаждения газов между ступенями 5 силовой турбины и подогрева сжатого в компрессорах 1 и 2 воздуха.

Предложенный способ осуществляют следующим образом.

Рабочую среду, преимущественно атмосферный воздух, подают в компрессор низкого давления 1, сжимают в нем и направляют в воздухоохладитель 7, где воздух охлаждают. После воздухоохладителя 7 воздух подводят к компрессору высокого давления 2, сжимают в нем и направляют сжатый воздух в промежуточный регенератор 10, где его нагревают перед поступлением в основную камеру сгорания 8. Путем сжигания топлива в потоке сжатого воздуха в основной камере сгорания 8 получают горячие газы, которые подводят в компрессорную турбину высокого давления 3, где газы расширяются, а затем их подводят в первую из дополнительных камер сгорания

9, подогревают в ней и после этого горячие газы расширяются в компрессорной турбине среднего давления 4, После повторного подогрева во второй дополнительной камере сгорания 9 газы направляют в первые ступени 5 силовой турбины, где они предварительно расширяются и затем их подводят к промежуточному регенератору, в котором газы охлаждают, Из промежуточного регенератора охлажденные газы подводят к последующим ступеням 5 силовой турбины, в которых они окончательно расширяются и затем их отводят в следующее за ГТУ устройство, например, в котел-утилизатор, а оттуда — в окружающую среду, преимущественно в атмосферу, Охлаждение газов в промежуточном регенераторе производят при оптимальном давлении на входе в газовый тракт регенератора равном

PDxopt = Ра T2opt/((рг живых ) где Pa — атмосферное давление;

gpr, (вых - коэффициенты восстановления давления в газовом тракте регенерато5

25 ра и в выхлопном коллекторе ГТУ соответственно; тгтгор — оптимальная степень понижения давления в последующих ступенях турбины, включенных после промежуточного регенератора, причем

<.(""1 "1 2 opt, (y6.т.а . м „ <о .(1r„ где 1,(„1.(м,. )((, 1 ",,, (Ге.)-"

<зВ.1=(x /xr) о ь к

1е(и„1 (Q.ô.((. ) л т

«/ Е) (p «lÑ р,r) „yg °

Gr1, Gr2 — раСХОд ГаЗОВ ЧЕРЕЗ СтуПЕНИ турбины Т1, включенной до промежуточного регенератора, и через ступени турбины Т2, включенной за промежуточным регенератором;

Cpmr1, Cpmr2 — СРЕДНИЕ ИЗОба РН ЫЕ ТЕПЛОемкости газов в процессах расширения в турбинах Т1 и Т2 соответственно;

1/мт1, 1 мт2 — механические КПД турбин

Т1и Т2;

Gb — расход воздуха через компрессор;

Cpmb — СРЕДНЯЯ ИЗОбаРНаЯ тЕПЛОЕМКОСтЬ воздуха в процессе сжатия в компрессоре;

Кр =(Grp/Gbp) (Cpmrp/Cpmbp - пРоизвеДЕние отношений расходов газов и воздуха и средних изобарных теплоемкостей газов и воздуха в промежуточном регенераторе(индекс р) т= Тз/Т1 — температурный коэффициент;

Т1 — температура воздуха перед компрессором низкого давления;

Тз — температура газов перед турбиной

Т1;

0 — степень регенерации по температурам; (= (лт1 лтг )/xk — коэффициент сохранения давления в цикле ГТУ;

Лт1, лтг — степени понижения давления в турбинах Т1 и Т2 соответственно; т к — степень повышения давления в компрессоре;

mT) = (Rr1/Cpmr1) Т1пол

1= пИс = (Rb/Cpmb)/ фоол, 11тпол Цкпол политРопные КПД тУРбомашины;

Rr1, Rb — газовая постоянная газов и воздуха соответственно; (кс = 9т Qp /tCpmb (TÇ T5)j;

1775561

9т = От/Gb — относительный РасхоД топлива в ГТУ;

6т — массовый секундный расходтоплива;

Ть — температура воздуха при выходе из 5 промежуточного регенератора;

Qp — низшая калорийность топлива;

gemàx — максимальный КПД цикла ГТУ, достигаемый при удовлетворении двух условий; 10

Л»с =Wopt И ЛТ2 =ЮТ2ор»; где Xi

xr2opt — оптимальная степень пониже- 15 ния давления в турбине Т2.

Кроме того, охлаждение газов в промежуточном регенераторе производят при оптимальной степени повышения давления в компрессоре, равной 20 п т1(«("те1 1е(ете1) < с ф(е гете ершах л,- /(к >41

М.,- (1)-(- ) Ь ., t где т1(т2) =к» < (тгт2/ф) т2(2) =К < (1 ЮТ2 )

Х (1 0/ÊÐ ) (ЛТ2/ф)

Ф

f3(_#_f2) = (К2/Кр ) (1 — Т2 ) O; т4(Г Т2) тГТ2Л )

mT2 = (Rr2lÑðmã2 ) p/T2noa 35 индексы 1 и 2 по-прежнему относятся к турбинам Т» и Т2 соответственно.

При этом охлаждение газов в промежуточном регенераторе производят при максимальном КПД, равном 40

"тi opt (kopt)< "г2орЕ >

" +4 Ì"t(ОрА2.Р 1 " ."."-t1

6! 1 ((KoPt)I Q,0Pt) +(» Й " х еРф

На фиг. 2 приведены графики зависимостей ge = ge(): кривая 1 — для ГТУ, принятой в качестве прототипа, кривая 2 — для

ГТУ, осуществляющей предлагаемый спо- 55 соб, кривая 3 — для ГТУ с конечной регенерацией, являющейся традиционной.

В работе В.lO.Tèxonëàâ, И.И,Кириллов, Т.С.Тихоплав. Исследование циклов ГТУ с .регенерацией (пром. теплотехника, 1990, т,12, N 2. с. 49-55 и фиг. 2) показано, что благодаря выбору оптимальных величин 20pt = 2,2, К = 14,6 при начальной температуре газов Т3 = 1500 С >jemax = 0,4646 (кривая 2 фиг. 2) и является стабильной величиной в диапазоне д< = 8,5-25 (фиг. 2), Эти результаты существенно лучше показателей известных ГТУ с концевой регенерацией (кривая 3) или ГТУ по схеме прототипа (кривая 1).

Технико-экономический эффект предложенного изобретения, подтвержденный численными экспериментами (Тихоплав

B,Þ„Åèðèëëîâ И.И., Тихоплав Т.С.) (Пром. теплотехника, 1990, т.12, ¹ 22, с. 49-55), заключается в повышении КПД ГТУ путем комплексной (системной) оптимизации двух важнейших параметров термодинамического цикла — степени понижения давления в

"холодных" ступенях турбины, включенных по газу за газовым трактом промежуточного регенератора, и степени повышения давления по меньшей мере в одном компрессоре, определяющей уровень давления газов на входе в газовый тракт промежуточного регенератора.

Формула изобретения

1. Способ работы газотурбинной установки, включающий сжатие воздуха по. меньше мере в одном компрессоре, подогрев сжатого воздуха в промежуточном регенераторе и по меньшей мере в одной камере сгорания, расширение газов в первых ступенях турбины, охлаждение газов в промежуточном регенераторе и расширение газов в последующих ступенях — турбины, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, охлаждение газов в промежуточном регенераторе производят при их оптимальном давлении на входе в газовый

- тракт регенератора, равном

Paxopt РЗ . ТТ20Р1/ (pt (Вых)1 где Pe — атмосферное давление, 4рт, (вых — коэффициенты восстановления давления в газовом тракте регенератора и в выхлопном коллекторе газотурбинной установке (ГТУ) соответственно;

Mr opt — оптимальная степень понижения давления в последующих после промежуточного регенератора ступенях турбины, равная соответственно

«(ед-4Ьк1 петар <о("«1

1 гЪЕ «а«(М; )f(Y "е1"" > ,,„, * -,1, 1 ч("е1*(Р е!®Р) d

6 (» " атее (сг !сф) (сртг !сртб1 1ип > а,-(a„feel (ср„ ср„ „„

1775561

1 Т2 = W2opt и & = &opt, Gr1 О 2 — расход газов через ступени турбины Т1, расположенные до промежуточного регенератора. и через ступени турбины

Т2, расположенной за ним;

Срп, Cpm — средние изобарные теплоем- 5 кости газов в процессах расширения в турбинах Т1 и Т2 соответственно;

17мт1, трт2 — механические КПД турбин

Т1 и Т2;

Gb —; 10

Срп ь — средняя изобарная теплоемкость воздуха в процессе сжатия в компрессоре; кр = (Огр/бьр) Ср р — произведение

Cpmbp отношений расходов газов и воздуха и средних изобарных теплоемкостей газов и воздуха в промежуточном регенераторе (индекс р);

r Тз/T1 — температурный коэффициент; 20

T1 — температура воздуха перед компрессором;

Тз — температура газов перед турбиной

Т1. а — степень регенерации по температу- 25 рам; (=(лт1- zc1-2)/к1, — коэффициент сохранения давления в цикле (ГТУ); лт1, л1.2 — степени понижения давления в турбинах Т1 и Т2 соответственно:

30 л — степень повышения давления в компрессоре; f1 =

1 йт1, 1 ь — „. ЧТ1пол k g < (1 Чкпол), 35

1р пол, дКпол — ПОЛИтрОПНЫЕ КПД турбОмашин, Йг1, ЙЬ вЂ” ГаэОВаЯ ПОСтОЯННаЯ ГаЗОВ И воздуха соответственно кс = ят0р /(Срть(ТЗ T5)) g> = Gt/Gb — относительный расход топлива в ГТУ;

GT — массовый секундный расход топлива;

Т5 — температура воздуха при выходе из промежуточного регенератора;

Qpн — низкая калорийность топлива;

ljeMaxc — максимальный КПД цикла ГТУ, достигаемый при удовлетворении двух условий: где л ор1 — оптимальная степень повышения давления по меньшей мере в одном компрессоре;

Kr2opt — ОПтИМаЛЬНая СТЕПЕНЬ ПОНИЖЕния давления в турбине.Т2, включенной за промежуточным регенератором.

2. Способ по и. 1. отличающийся тем, что охлаждение газов в промежуточном регенераторе производят при оптимальной степени повышения давления по меньшей мере в одном компрессоре, равной те(7та1 4(7т 1)-с 6 4 (в

1 (Ф„11 . (1 "; ).ô,{t ф ) (Д т

1 (1 ) (и Щ ° .

1 г2

ГДЕ tttM = 1 т1пол. ртг2 индекс 2 относится к турбине Т2.

1775561

Фиг,f Составитель И.Василенко

Техред М.Моргентал Корректор О.Густи

Редактор А,Бер .

Заказ 4026 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10t

Способ работы газотурбинной установки Способ работы газотурбинной установки Способ работы газотурбинной установки Способ работы газотурбинной установки Способ работы газотурбинной установки Способ работы газотурбинной установки 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области энергомашиностроения, а именно к проблеме вредного экологического воздействия газотурбинных установок (ГТУ) на окружающую среду, в первую очередь, выбросов окислов азота

Изобретение относится к области теплоэнергетики

Изобретение относится к энергосберегающим технологиям в области теплоэнергетики, в частности к утилизации тепла газов

Изобретение относится к энергетическим установкам и может быть использовано при создании наземных установок для получения электроэнергии и тепла с высокой эффективностью и при высоких экологических показателях, в том числе и при утилизации твердых бытовых и промышленных отходов (ТБО)

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано в качестве энергетической установки стационарного или транспортного назначения в качестве основного, резервного и аварийного источника электроэнергии и тепла

Изобретение относится к энергетическим и транспортным установкам и касается газотурбинных установок, использующих продукты сгорания топлива

Изобретение относится к энергетическим и транспортным установкам и касается газотурбинных установок

Способ работы газотурбинной установки

Наверх