Способ работы газотурбинной установки

 

Использование: в газотурбинном двигателестроении. Сущность изобретения: осуществляют отбор части сжатого рабочего тела (РТ), дополнительно ее сжимают и охлаждают перед и после дополнительного сжатия, после этого отобранной охлажденной частью сжатого РТ производят охлаждение горячих неподвижных и подвижных деталей основных ступеней расширения (ОСР) газотурбинной установки (ГТУ). После охлаждения ОСР ГТУ РТ нагревают и расширяют в дополнительных ступенях расширения и подают в камеру сгорания. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к газотурбинному двигателестроению и теплоэнергетике.

Известен способ работы газотурбинной установки (ГТУ), включающий сжатие рабочего тела, отбор части сжатого рабочего тела, охлаждение ею подвижных и неподвижных деталей основных ступеней расширения, подачу нагретой части сжатого рабочего тела в проточную часть основных ступеней сжатия для смешения с основной частью рабочего тела, совместное сжатие и нагрев посредством сжигания топлива, ступенчатое расширение с получением полезной работы в основных ступенях расширения [1] Указанный способ работы ГТУ имеет невысокие значения КПД и работы цикла.

Известен также способ, выбранный в качестве прототипа, включающий сжатие рабочего тела, отбор части сжатого рабочего тела, дополнительное сжатие и охлаждение ею горячих неподвижных и подвижных деталей основных ступеней расширения, последующую подачу ее в камеру сгорания для смешивания с основной частью рабочего тела и нагрева посредством сжигания топлива, ступенчатое расширение с получением полезной работы в основных ступенях расширения [2] В способе-прототипе дополнительное сжатие части рабочего тела и охлаждение ею горячих деталей основных ступеней расширения производятся за счет полезной работы цикла. Расход отбираемой части рабочего тела и ее давление при дополнительном сжатии ограничены. Поэтому способ-прототип также имеет невысокие значения КПД и работы цикла.

В предлагаемом способе отмеченные недостатки устранены. В нем дополнительно отбираемую часть сжатого рабочего тела перед и после дополнительного сжатия охлаждают, а после охлаждения рабочих деталей основных ступеней расширения перед подачей в камеру сгорания нагревают сжиганием топлива в дополнительной камере сгорания и расширяют в дополнительных ступенях расширения с получением полезной работы, которую объединяют с полезной работой, полученной от основных ступеней расширения.

Дополнительное повышение КПД и работы цикла достигается также тем, что сжигание топлива в дополнительной камере сгорания производят с коэффициентом избытка окислителя меньше единицы, а в камере сгорания не меньше единицы.

Для уменьшения расхода отбираемой части сжатого рабочего тела и лучшего использования ее хладоресурса подачу отобранной части сжатого рабочего тела для охлаждения горячих подвижных и неподвижных деталей основных ступеней расширения осуществляют последовательно от одних к другим, причем перед подачей рабочего тела от неподвижных деталей к подвижным или наоборот дополнительно осуществляют охлаждение рабочего тела.

В предлагаемом способе дополнительное сжатие части рабочего тела и охлаждение ею горячих деталей основных ступеней расширения производят за счет энергии, получаемой при сжигании топлива в дополнительной камере сгорания и расширении продуктов сгорания в дополнительных ступенях расширения. Непреобразованное в работу тепло топлива и энергия диссипации утилизируются в камере сгорания ГТУ. Увеличение интенсификации охлаждения горячих деталей достигается за счет увеличения расхода части рабочего тела через каналы охлаждения путем повышения ее плотности и давления при сохранении скорости движения или даже некотором ее уменьшении. Степени интенсификации теплоотдачи и снижения относительных потерь полного давления определяются известными эмпирическими зависимостями, например, такими = = где Nu, Re числа Нуссельта и Рейнольдса; А, n эмпирические коэффициенты; Р* полное давление в характерном сечении каналов охлаждения; Δ Р* разность полных давлений на входе и выходе каналов охлаждения; ζ коэффициент гидросопротивления; ε(λ),q(λ) газодинамические функции. Индекс "о" относится к прототипу.

На фиг. 1 и 2 изображены варианты схем ГТУ, осуществляющих способы по п. 1 и 2; на фиг. 3 показана схема подачи отобранной части сжатого рабочего тела для охлаждения горячих подвижных и неподвижных деталей основных ступеней расширения.

Рабочее тело сжимается в основных ступенях 1 сжатия, нагревается в камере 2 сгорания и расширяется в основных ступенях 3 расширения. Отобранная часть сжатого рабочего тела охлаждается в теплообменнике 4, сжимается в дополнительных ступенях 5 сжатия, вновь охлаждается в теплообменнике 6. Проходя через каналы 7 охлаждения, выполненные либо непосредственно в горячих деталях основных ступеней расширения, либо в радиаторах теплообменников тепловых труб и термосифонных систем, часть сжатого рабочего тела охлаждает эти детали. После этого она нагревается сжиганием топлива в дополнительной камере 8 сгорания. В дополнительную камеру сгорания может подаваться часть рабочего тела, отбираемая из проточной части дополнительных ступеней 5 сжатия (фиг. 1), например, для охлаждения дополнительной камеры сгорания. На схеме ГТУ, изображенной на фиг. 2, охлаждение дополнительной камеры 8 сгорания и дополнительных ступеней 9 расширения производится, например с помощью топлива, сжигаемого в дополнительной камере 8 сгорания, с коэффициентом избытка окислителя меньше единицы, а в камере 2 сгорания не меньше единицы. Нагретая в дополнительной камере 8 сгорания часть сжатого рабочего тела расширяется в дополнительных ступенях 9 расширения с получением полезной работы. Полезную работу объединяют с полезной работой, выделяемой в основных ступенях 3 расширения, либо путем объединения внешних нагрузок 10 в одну цепь (фиг. 1), либо путем расположения части дополнительных ступеней 9 расширения на одном валу с основными ступенями 3 расширения (фиг. 2).

Между каналами 7 охлаждения в неподвижных и подвижных горячих деталях основных ступеней 3 расширения может быть установлен теплообменник 11.

Формула изобретения

1. СПОСОБ РАБОТЫ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ, включающий сжатие рабочего тела, отбор части сжатого рабочего тела, дополнительное сжатие и охлаждение ею горячих неподвижных и подвижных деталей основных ступеней расширения, последующую подачу ее в камеру сгорания для смешивания с основной частью рабочего тела и нагрева посредством сжигания топлива, ступенчатое расширение с получением полезной работы в основных ступенях расширения, отличающийся тем, что дополнительно отбираемую часть сжатого рабочего тела перед дополнительным сжатием и после него охлаждают, а после охлаждения горячих деталей основных ступеней расширения перед подачей в камеру сгорания нагревают сжиганием топлива в дополнительной камере сгорания и расширяют в дополнительных ступенях расширения с получением полезной работы, которую объединяют с полезной работой, полученной от основных ступеней расширения.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сжигание топлива в дополнительной камере сгорания производят с коэффициентом избытка окислителя меньше 1, а в камере сгорания - не меньше 1.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что подачу отобранной части рабочего тела для охлаждения горячих подвижных и неподвижных деталей ступеней расширения осуществляют последовательно от одних к другим, причем перед подачей рабочего тела от неподвижных деталей к подвижным или наоборот дополнительно осуществляют охлаждение рабочего тела.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3