Способ повышения выходной мощности газотурбинного двигателя при эксплуатации

Авторы патента:

F02C3/30 - добавление воды, пара или другой текучей среды в горючие компоненты или в рабочее тело перед выходом из турбины (нагрев воздухозаборников для предотвращения обледенения F02C 7/047)

Владельцы патента RU 2567530:

Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО" (RU)

Изобретение относится к области эксплуатации газотурбинных двигателей, в частности к двигателям, применяемым в качестве привода нагнетателя газоперекачивающих агрегатов, контролю технического состояния и его восстановлению. Перед началом прокрутки двигателя предварительно производят очистку входного направляющего аппарата и рабочих лопаток первой ступени компрессора, а перед подачей моющего раствора дополнительно в систему наддува предмасляных полостей опор двигателя и в коллектор подачи топлива к топливным форсункам подают сжатый воздух и через 10…15 с после завершения подачи моющего раствора подачу сжатого воздуха перекрывают, при этом моющий раствор, через по крайней мере одну форсунку по тракту осевого компрессора подают в направлении, обратном направлению потока. Технический результат изобретения - исключение попадания моющего раствора в топливный коллектор и форсунки подачи топлива, а также исключение возможности попадания моющего раствора в масляную систему двигателя. 1 ил.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является известный способ повышения выходной мощности газотурбинного двигателя при эксплуатации, включающий периодическую очистку на режиме «прокрутки» двигателя, размещенного за воздуховодом и содержащего компрессор, имеющий входной направляющий аппарат и ряды рабочих лопаток, образующих ступени сжатия воздуха, масляную систему, камеру сгорания и коллектор подачи топлива с топливными форсунками, а очистку производят путем подачи через форсунки моющего раствора в воздуховод, и/или направляющий аппарат, и/или одну из высоких ступеней компрессора, и/или камеру сгорания (RU №2406841 МПК F02C 3/30 F02C 7/143, опубл. 20.12.2010 г.).

Однако этот способ не позволяет проводить предварительную очистку от загрязнений первых ступеней компрессора и входного направляющего аппарата без попадания в проточную часть удаляемых загрязнений. Также во время проведения промывки возможно попадание моющего раствора в предмасляные полости опор двигателя, и в топливные форсунки, и в коллектор подачи топлива.

Задачей изобретения является разработка способа более эффективной промывки газотурбинного двигателя при его эксплуатации для повышения выходной мощности.

Ожидаемый технический результат - способ повышения мощности газотурбинного двигателя путем предварительной очистки входного направляющего аппарата и лопаток первой ступени компрессора, исключения возможности попадания моющего раствора в топливный коллектор и форсунки подачи топлива, исключения возможности попадания моющего раствора в масляную систему двигателя.

Технический результат достигается тем, что в известном способе повышения выходной мощности газотурбинного двигателя при эксплуатации, предусматривающем периодическую очистку на режиме «прокрутки» двигателя, размещенного за воздуховодом и содержащего компрессор, имеющий входной направляющий аппарат и ряды рабочих лопаток, образующих ступени сжатия воздуха, масляную систему, камеру сгорания и коллектор подачи топлива с топливными форсунками, а очистку производят путем подачи через форсунки моющего раствора в воздуховод, и/или направляющий аппарат, и/или одну из высоких ступеней компрессора, и/или камеру сгорания, по предложению перед началом прокрутки двигателя предварительно производят очистку входного направляющего аппарата и рабочих лопаток первой ступени компрессора, а перед подачей моющего раствора дополнительно в систему наддува предмасляных полостей опор двигателя и в коллектор подачи топлива к топливным форсункам подают сжатый воздух и через 10…15 с после завершения подачи моющего раствора, подачу сжатого воздуха перекрывают, при этом моющий раствор, через по крайней мере одну форсунку по тракту осевого компрессора подают в направлении, обратном направлению потока.

Очистку газовоздушного тракта двигателя производят путем подачи через форсунки моющего раствора в воздуховод, и/или направляющий аппарат, и/или одну из высоких ступеней компрессора, и/или камеру сгорания. Перед началом «прокрутки» двигателя предварительно производят очистку входного направляющего аппарата и рабочих лопаток первой ступени компрессора механическим способом (вручную или иным способом), а перед подачей моющего раствора дополнительно в систему наддува предмасляных полостей опор двигателя и в коллектор подачи топлива к топливным форсунка подают сжатый воздух, при этом не ранее чем через 10…15 с после завершения подачи моющего раствора, подачу сжатого воздуха перекрывают, а моющий раствор, через по крайней мере, одну форсунку по тракту осевого компрессора подают в направлении, обратном направлению потока. Сжатый воздух подается с давлением, обеспечивающим положительный перепад на форсунках топливной системы и на уплотнениях масляных полостей.

На Фиг. 1 показан газотурбинный двигатель, установленный в газоперекачивающем агрегате или энергоустановке с дополнительными коммуникациями, реализующими предлагаемый способ.

К газотурбинному двигателю 1 подключена система подачи моющего раствора 2 с форсунками для распыления моющего раствора 3 (форсунка 7 подает раствор в направлении, обратном направлению потока), установленными по газовоздушному тракту двигателя и во входной камере 5. К предмасляным полостям опор двигателя, а также форсункам и коллектору подачи топлива в камеру сгорания 6 подключена система наддува воздуха 4. В качестве моющего раствора применяется смесь воды с моющими жидкостями (биоразлагаемыми и биоудаляемыми высококачественными моющими средствами на основе органических растворителей, поверхностно-активных веществ и эмульгаторов).

Перед началом выполнения работ по промывке производят предварительную очистку (вручную или иным способом) входного направляющего аппарата 8 и лопаток первой ступени компрессора газотурбинного двигателя 1 для исключения попадания отложений со входного направляющего аппарата и лопаток первой ступени компрессора в проточную часть двигателя.

Пример

Работы по промывке выполняются во время проведения «холодной прокрутки» двигателя (запуск двигателя без подачи топлива в камеру сгорания).

Перед началом промывки: производят настройку системы автоматического управления и регулирования двигателя; производят монтаж и настройку системы 2 подачи моющего раствора и воды от установки для промывки проточной части осевого компрессора; заправляют систему 2 моющим раствором и водой; подсоедининяют систему подачи воздуха 4; установливают емкости для слива жидкости из проточной части двигателя 1.

При проведении промывки двигателя: включают систему 4 подачи воздуха на наддув предмасляных полостей двигателя и продувку топливных форсунок камеры сгорания 6; через 5 секунд нажимают кнопку «Пуск»; через 15 секунд после достижения оборотов ротора высокого давления частоты вращения ~2394…2600 об/мин (18…20%) включают систему 2 подачи моющего раствора на 25…30 секунд; через 20…25 секунд после прекращения подачи жидкости производят останов двигателя 1; через 10…15 секунд после завершения подачи моющего раствора прекращают подачу воздуха на наддув предмасляных полостей двигателя и на продувку форсунок камеры сгорания.

Во время эксплуатации газотурбинного двигателя из-за загрязнения проточной части осевого компрессора происходит уменьшение расхода воздуха до 6% и КПД осевого компрессора на 2-3%, что вызывает снижение полезной мощности ГТУ до 10% и эффективного КПД до 2-5%.

Реализация изобретения позволяет повысить или восстановить до исходной мощность газотурбинного двигателя при эксплуатации, позволяет снизить затраты на капитальный ремонт двигателей (до достижения межремонтного ресурса), вызываемый попаданием промывочной жидкости с элементами отложений в маслосистему и топливные форсунки двигателя и/или повреждением проточной части двигателя элементами отложений, образовавшимися в процессе эксплуатации.

Способ повышения выходной мощности газотурбинного двигателя при эксплуатации, включающий периодическую очистку на режиме «прокрутки» двигателя, содержащего воздуховод, компрессор, имеющий входной направляющий аппарат и ряды рабочих лопаток, образующих ступени сжатия воздуха, масляную систему, камеру сгорания и коллектор подачи топлива к топливным форсункам, а очистку производят путем подачи через форсунки моющего раствора в воздуховод, и/или направляющий аппарат, и/или одну из высоких ступеней компрессора, и/или камеру сгорания, отличающийся тем, что перед началом прокрутки двигателя предварительно производят очистку входного направляющего аппарата и рабочих лопаток первой ступени компрессора, а перед подачей моющего раствора дополнительно в систему наддува предмасляных полостей опор двигателя и в коллектор подачи топлива к топливным форсункам подают сжатый воздух и через 10…15 с после завершения подачи моющего раствора подачу сжатого воздуха перекрывают, при этом моющий раствор, через по крайней мере одну форсунку по тракту осевого компрессора подают в направлении, обратном направлению потока.

Способ работы газовой турбины с последовательным сгоранием, при этом газовая турбина содержит компрессор, первую камеру сгорания собственно с первой камерой сгорания и первыми горелками, которая принимает сжатый воздух из компрессора, вторую камеру сгорания собственно со второй камерой сгорания и вторыми горелками, которая принимает горячий газ из первой камеры сгорания с заданной температурой на впуске второй камеры сгорания, и турбину, которая принимает горячий газ из второй камеры сгорания.

Газотурбинная установка повышенной эффективности // 2545261

Газотурбинная установка повышенной эффективности содержит газификатор угля, систему очистки продуктов газификации, регенеративные теплообменники, камеру сгорания, газовую турбину, воздушный многоступенчатый турбокомпрессор со смесительными камерами.

Способ повышения эффективности работы газотурбинной установки // 2544397

Изобретение относится к области энергетики. При работе газотурбинной установки охлаждение сжатого воздуха в смесительных камерах турбокомпрессора осуществляют путем подачи в смесительные камеры незамерзающего при минусовых температурах окружающей среды антифриза в виде капель размером 20-500 мкм и полного вывода антифриза из смесительных камер с помощью сепарационно-вихревых устройств после безыспарительного нагрева антифриза.

Способ удаления увлеченного газа в системе генерирования мощности с комбинированным циклом // 2539943

Система генерирования мощности с комбинированным циклом содержит паротурбинную систему, газотурбинную систему, включающую в себя компрессор, камеру сгорания и газовую турбину; парогенератор с регенерацией тепла, проточную линию.

Способ повышения эффективности работы осевого многоступенчатого компрессора // 2529289

Изобретение относится к компрессоростроению и может быть использовано в теплоэнергетике, газоперекачивающих станциях, наземных и судовых транспортных средствах в стационарных газотурбинных установках, имеющих в своем составе осевой многоступенчатый компрессор.

Газотурбинная установка с впрыском водяного пара // 2527010

Газотурбинная установка с впрыском водяного пара в контур ГТУ содержит компрессор для сжатия воздуха, топливный насос, средства для подачи топлива, камеру сгорания, газовую турбину, электрогенератор для выработки электроэнергии, механические средства для передачи механической энергии от турбины на работу компрессора и на вращение электрогенератора, котел-утилизатор.

Газотурбинная установка с подачей паро-топливной смеси // 2527007

Газотурбинная установка с подачей паро-топливной смеси содержит компрессор для сжатия воздуха, топливный насос для подачи топлива, средства для подачи паро-топливной смеси, камеру сгорания, газовую турбину, электрогенератор для выработки электроэнергии, механические средства для передачи механической энергии от турбины на работу компрессора и на вращение электрогенератора, котел-утилизатор.

Газотурбинная установка с впрыском жидкости в контур гту // 2517995

Изобретение относится к энергетике. Газотурбинная установка (ГТУ) с впрыском жидкости в контур ГТУ оснащена системой подачи и смешения активатора горения с жидкостью, подаваемой в контур ГТУ.

Способ уменьшения вредных выбросов из газотурбинной установки с регенерацией тепла // 2491435

Изобретение относится к проблеме вредного воздействия выбросов из газотурбинных установок с регенерацией тепла на окружающую среду. .

Способ уменьшения выбросов окислов азота из газотурбинной установки с регенерацией тепла // 2490489

Изобретение относится к проблеме вредного воздействия выбросов из газотурбинных установок с регенерацией тепла, в первую очередь, окислов азота на окружающую среду.

Способ эксплуатации газотурбинной комбинированной теплоэлектростанции и газотурбинная комбинированная теплоэлектростанция // 2569130

Способ эксплуатации газотурбинной комбинированной теплоэлектростанции, содержащей компрессорную установку и турбинную установку, заключается в том, что полезную работу отбирает по меньшей мере одно устройство, имеющееся в станции, при котором производят топочные газы камерой сгорания, установленной перед турбинной установкой. Воду и/или пар впрыскивают путем теплообмена с потоком горячего газа после турбинной установки и/или в канале компрессора. Воду и/или пар направляют в газовый поток перед камерой сгорания и/или в камеру сгорания в таких количествах, чтобы по меньшей мере 80% кислорода, содержащегося в воздухе в данном потоке, потреблялось при сгорании в камере сгорания. Теплоноситель, используемый в нагревательном устройстве, нагревают теплотой, отобранной конденсатором топочного газа, расположенным в потоке топочного газа после турбинной установки. Поток топливного газа после турбинной установки дополняют топочными газами из дополнительной камеры сгорания. Кислород для сгорания для этой дополнительной камеры сгорания подают из увлажнителя входного воздуха. Воду и теплоту отбирают из потока топочного газа после конденсатора топочного газа с помощью дополнительного конденсатора, в результате чего поток топочного газа дополнительно осушают, а воду и теплоту, отобранную из этого потока, направляют в воздух, поступающий в компрессорную установку, посредством увлажнителя входного воздуха. Изобретение направлено на повышение эффективности эксплуатации газотурбинной комбинированной теплоэлектростанции. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 5 ил.

Способ форсирования двухконтурного турбореактивного двигателя // 2578941

Способ форсирования двухконтурного турбореактивного двигателя, заключающийся в подаче в основную камеру сгорания форсажного топлива. Коллектор форсажного топлива расположен в зоне вторичного воздуха основной камеры сгорания. Предпочтительно частота вращения компрессора и перепад давлений на турбинах поддерживаются постоянными. Способ позволяет повысить экономичность двигателя на форсированных режимах и уменьшить габариты форсажной камеры. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ комбинированной выработки электроэнергии, тепла и холода в парогазовой установке с инжекцией пара и парогазовая установка для его реализации // 2611921

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано при создании новых и совершенствовании действующих парогазовых установок (ПГУ) контактного типа (ПГУ-К), предназначенных для выработки электроэнергии и тепла, а также в качестве силового привода, например, компрессоров газоперекачивающих станций магистральных газопроводов. Способ комбинированной выработки электроэнергии, тепла и холода в парогазовой установке с инжекцией пара включает сжатие воздуха в многоступенчатом компрессоре с промежуточным охлаждением воздуха подогретой водой в контактном теплообменнике. Подачу сжатой паровоздушной смеси в камеру сгорания газовой турбины с инжекцией дополнительного пара, полученного в котле-утилизаторе. Расширение парогазовой смеси в турбине высокого давления. Охлаждение парогазовой смеси в котле-утилизаторе и газоохладителе для подогрева сетевой воды системы теплоснабжения за счет теплоты конденсации паров воды из парогазовой смеси. Систему удаления капельной влаги из парогазовой смеси, дальнейшую подачу осушенной парогазовой смеси в детандер со сбором образовавшегося конденсата и возвратом его в парогазовый цикл. Давление за турбиной высокого давления поддерживают на уровне 0,35-0,5 МПа, достаточном для подогрева циркулирующей воды системы теплохладоснабжения до температуры 100-110°C. Техническим результатом заявленного изобретения является упрощение технологии комбинированной выработки энергии, тепла и холода, реализация возможности проводить конденсацию водяных паров при температурном уровне, достаточном для нагрева сетевой воды до стандартных параметров системы теплофикации. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ форсирования турбореактивного двигателя // 2616137

Способ форсирования турбореактивного двигателя, состоящего из входного устройства, турбокомпрессора, у которого лопатки турбины охлаждаются воздухом, отбираемым от компрессора, выходного устройства. На вход в компрессор подается вода. Вода подается на скоростях полета более 3,2 чисел Маха при температуре газа перед лопатками турбины более 2300 К и частоте вращения компрессора, превышающей более чем в 1,3 раза частоту вращения компрессора в условиях взлета. Способ позволяет летательным аппаратам с турбореактивными двигателями развивать гиперзвуковые скорости полета, может быть использован в самолетах-перехватчиках. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Способ работы комбинированной газопаровой установки // 2621448

Изобретение относится к области энергетики и используется для привода электрических генераторов и газоперекачивающих агрегатов компрессорных станций магистральных газопроводов. Способ работы комбинированной газопаровой установки включает сжатие воздуха, сжигание топлива, смешение продуктов сгорания с перегретым паром, расширение газопаровой смеси в газовой турбине, использование ее полезной работы для выработки электроэнергии или для привода газоперекачивающего агрегата. Тепловую энергию расширенной газопаровой смеси используют для выработки перегретого пара, впрыскиваемого в продукты сгорания, сепарирование и конденсацию паровой составляющей газопаровой смеси, косвенно-испарительное охлаждение атмосферного воздуха и повышение его влажности перед сжатием, а также охлаждение большей части сепарированного конденсата за счет теплообмена атмосферного воздуха и большей части сепарированного конденсата в трубчатом теплообменном змеевике, расположенном внутри влажного канала, образованного внутренними стенками внешнего трубопровода и внешними стенками внутреннего трубопровода. Вход трубчатого теплообменного змеевика связан с сепаратором конденсата, а его выход с впрыскивающим устройством охлажденной воды, внешняя поверхность внутреннего трубопровода покрыта капиллярным теплопроводным слоем, смачиваемым сепарированным конденсатом с последующим испарением его части и подачей образующегося пара в атмосферный воздух перед его сжатием. Изобретение позволяет повысить термодинамическую и экономическую эффективность работы установки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Газотурбинная установка и способ функционирования газотурбинной установки // 2624690

Изобретение относится к энергетике. Газотурбинная установка (ГТУ) содержит компрессор, камеру сгорания, турбину, потребитель энергии, магистраль топливоподачи и котел утилизатор, снабженный контурами горячего и холодного теплоносителей. Контур горячего теплоносителя выполнен в виде выпускного канала продуктов сгорания из турбины в атмосферу. Контур холодного теплоносителя выполнен в виде канала противоточного выпускному каналу с подключением на входе противоточного канала коллектора подачи топлива и коллектора подачи воды, а на выходе - коллектора подачи пара смеси воды и топлива в камеру сгорания. Выпускной канал продуктов сгорания в атмосферу на выходе из турбины снабжен последовательно установленными котлом-утилизатором, радиатором и конденсатором воды. Противоточный канал контура холодного теплоносителя и коллектор подачи продуктов конверсии топливо-водяной смеси в синтез-газ сформированы в виде спиральных трубчатых каналов, расположенных последовательно внутри вдоль стенки выпускного канала котла утилизатора и вдоль стенки жаровой трубы камеры сгорания. В способе функционирования установки в камеру сгорания ГТУ в качестве топлива подаются продукты конверсии топливо-водяной смеси в водородосодержащий синтез-газ. Изобретение обеспечивает экономию топлива при сжигании и независимость работы установки от посторонних источников воды, снижает вредные выбросы в атмосферу и позволяет использовать для ГТУ отработавшие свой ресурс авиационные газотурбинные двигатели. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Гибридная энергетическая установка // 2636599

Изобретение относится к оборудованию для генерации энергии в области альтернативной, а именно водородной энергетики, и может быть использовано для получения электрической и/или механической энергии. Установка содержит реактор, связанный с блоком подготовки суспензии, смонтированный в газостатических подшипниках вал, на одном конце которого установлено Сегнерово колесо, имеющее возможность соединения с потребителем или преобразователем энергии, а другой связан с воздушным компрессором, блок разделения смеси пара, водорода и оксидов алюминия на водород, оксиды алюминия и воду, вход которого связан с Сегнеровым колесом, камеру сгорания, входы которой связаны с блоком разделения для подачи в камеру сгорания водорода и воды, а также связанную с воздушным компрессором для подачи воздуха, а выход камеры сгорания связан с парогазовой турбиной. Установка оснащена дополнительными турбиной, работающей на смеси пара, водорода и оксидов алюминия, и воздушным компрессором, роторы которых соединены посредством смонтированного в газостатических подшипниках вала, причем вход указанной дополнительной турбины связан с выходом реактора, а выход дополнительного воздушного компрессора связан с газостатическими подшипниками валов. Заявленная установка обеспечивает высокоэффективную выработку энергии, а также утилизацию алюминиевой пудры в различных соотношениях с последующей выработкой водорода и использование энергии при его сжигании. За счет применения двух контуров обеспечивается плавная регулировка установки по выходной мощности с сохранением максимальной эффективности работы. Одновременно решаются задачи снижения частоты вращения вала за счет снижения пиковых нагрузок и оптимальных условий работы газостатических подшипников, что увеличивает ресурс работы установки. 1 ил.

Устройство и способ для временного увеличения мощности // 2644317

Изобретение относится к области турбинных двигателей, а более конкретно к устройству (13) и способу временного увеличения мощности по меньшей мере первого турбинного двигателя (5A). Устройство (13) содержит бак (14) охлаждающей жидкости, первый контур (16A) впрыска, соединенный с упомянутым баком (14) и ведущий к по меньшей мере одной форсунке(22), выполненной с возможностью установки выше по потоку от по меньшей мере одной ступени (8) компрессора первого турбинного двигателя (5A). Этот первый контур (16A) впрыска содержит первый проходной клапан (23), выполненный с возможностью открываться, когда давление превышает предварительно определенное пороговое значение по сравнению с давлением ниже по потоку от по меньшей мере одной ступени (8) компрессора второго турбинного двигателя (5B) с тем, чтобы давать возможность охлаждающей жидкости протекать по направлению к упомянутой форсунке(22) первого контура (16A) впрыска. Достигается автоматическое и быстрое временное увеличение мощности двигателя для компенсации отказа другого двигателя, минимизация дополнительного веса. 4 н. и 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Устройство и способ для временного увеличения мощности // 2644317

Турбоэжекторный двигатель и способ его регулирования // 2645373

Турбоэжекторный двигатель, состоящий из входного устройства, компрессора, основной камеры сгорания, одноступенчатой турбины, газового эжектора, канал высокого давления которого с одной стороны соединен с компрессором через основную камеру сгорания, а с другой стороны - с турбиной через камеру смешения, канал низкого давления с одной стороны соединен с атмосферой через входное устройство, а с другой стороны - с турбиной через камеру смешения, смесительного теплообменника, расположенного перед компрессором, форсажной камеры сгорания, выходного устройства. В каналах высокого и низкого давлений газового эжектора на входе в камеру смешения расположены сопловые аппараты, в канале низкого давления газового эжектора размещена заслонка, лопатки турбины охлаждаются воздухом, к которому подмешивается топливо, вода. Способ регулирования турбоэжекторного двигателя заключается в использовании закона регулирования nпр = const (постоянная приведенная частота вращения компрессора) во всем эксплуатационном диапазоне применения летательного аппарата, а также - гиперфорсированного режима - повышение тяги двигателя за счет подачи жидкости (воды, жидкого воздуха, жидкого кислорода, керосина в количестве не более 3% от расхода воздуха) на вход в компрессор на скоростях полета более четырех чисел Маха. Применение турбоэжекторных двигателей позволит увеличить скорость и высоту полета самолета-разгонщика до М ~ 7 и Н ~ 40 км, при которых первая ступень РКС становится ненужной. Это позволит повысить мощность второй ступени РКС в разы и, соответственно, увеличить полезную нагрузку в десятки раз. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 7 ил.