Газотурбинная установка

Авторы патента:

F04D29/5833 - Конструктивные элементы, узлы и вспомогательные устройства (детали машин вообще F16)

F04D29/58 - охлаждение (охлаждение машин и двигателей вообще F01P); подогрев; уменьшение теплопередачи

F02C7/143 - перед или между ступенями компрессора

F01D25/26 - двойные кожухи; мероприятия, снижающие температурные напряжения в кожухах

Владельцы патента RU 2785857:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") (RU)

Изобретение относится к энергетике. Газотурбинная установка, содержащая соединенные по ходу рабочего тела цикла Брайтона компрессор, регенеративный теплообменник, камеру сгорания и турбину, снабжена блоком охлаждения воздуха, корпус компрессора выполнен двухстенным с полостью между ними, при этом выход блока охлаждения воздуха соединен с входом в полость, вход блока охлаждения воздуха соединен с выходом из полости, образуя контур охлаждения воздуха, а вход в полость расположен со стороны выхода компрессора. Направляющие лопатки статора компрессора выполнены с протоками, соединенными с полостью в корпусе. Контур охлаждения воздуха содержит хладагент, например фреон. Изобретение позволяет повысить эффективность газотурбинной установки благодаря изотермическому сжатию воздуха. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Предлагаемая газотурбинная установка относится к области электроэнергетики и может быть использована на газотурбинных (ГТУ) и парогазовых (ПТУ) установках тепловых электрических станций.

Известен аналог - газотурбинная установка (патент РФ №2224901, F02C 7/10, авторы Степанов А.Ю., Ануров Ю.М., Сударев Б.В., Тараканов А.Б., Ширманов В.М., публикация 27.02.2004), содержащая соединенные по ходу рабочего тела цикла Брайтона компрессор, регенератор, камеру сгорания и турбину. Недостатком устройства-аналога является то, что он обладает низким КПД.

Известен прототип - газотурбинная установка (Цанев СВ. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций / СВ. Цанев, В.Д. Буров, А.Н. Ремезов. - М.: Изд-во МЭИ, 2002. Смотр, стр. 37-38), содержащая соединенные по ходу рабочего тела цикла Брайтона компрессор низкого давления (КНД) и компрессор высокого давления (КВД) с промежуточным охладителем воздуха, регенератор, камеру сгорания и турбину.

Недостатком устройства-прототипа является то, что необходимы, по крайней мере, два компрессора, что усложняет и увеличивает габариты конструкции. Устройство-прототип обладает более высоким КПД, чем устройство-аналог.

Техническая задача заключается в снижении работы на привод компрессора и тем самым в повышении эффективности газотурбинной установки.

Технический эффект, используемый при решении технической задачи, состоит в изотермическом сжатии воздуха. Достигается это тем, что в газотурбинной установке, содержащей соединенные по ходу рабочего тела цикла Брайтона компрессор, регенеративный теплообменник, камеру сгорания, турбину и блок охлаждения воздуха, корпус компрессора выполнен двухстенным с полостью между ними, при этом выход блока охлаждения воздуха соединен со входом в полость, вход блока охлаждения воздуха соединен с выходом из полости, образуя контур охлаждения воздуха, а вход в полость расположен со стороны выхода компрессора. Кроме того, направляющие лопатки статора компрессора выполнены с протоками, соединенными с полостью в корпусе. Кроме того, контур охлаждения воздуха содержит хладагент, например, фреон.

На Фиг. 1 представлена упрощенная схема предлагаемой газотурбинной установки.

На Фиг. 2 представлены TS - диаграммы циклов Брайтона для устройства-аналога, устройства-прототипа и для предлагаемого устройства.

На Фиг. 3 представлены PV - диаграммы циклов Брайтона для устройства-аналога, устройства-прототипа и для предлагаемого устройства.

Согласно Фиг. 1 в газотурбинной установке, содержащей соединенные по ходу рабочего тела цикла Брайтона компрессор 1, регенеративный теплообменник 2, камеру 3 сгорания, турбину 4 и блок 5 охлаждения воздуха, корпус (статор) компрессора выполнен двухстенным (Трухний А.Д. Стационарные паровые турбины. - 2-e изд., перераб. и доп. -М.: Энергоатомиздат, 1990. - 640 с., стр. 89) с полостью 6 между ними, при этом выход блока 5 охлаждения воздуха соединен со входом в полость 6, вход блока 5 охлаждения воздуха соединен с выходом из полости 6, образуя контур охлаждения воздуха, а вход в полость 6 расположен со стороны выхода компрессора 1. Направляющие лопатки 7 (на фиг. 1 приведена лишь одна ступень) статора компрессора выполнены с протоками, соединенными с полостью в корпусе (статоре). А контур охлаждения воздуха содержит хладагент, например, фреон. При этом, например, блок 5 охлаждения воздуха и полость 6 образуют классическую компрессорную холодильную установку, а полость 6 является испарителем, где фреон закипает, охлаждая воздух в компрессоре. (https://cosmo-frost.ru/xolodilniki/kak-rabotaet-xolodilnik-principy-cikly-rezhimy/).

При работе газотурбинной установки давление воздуха из воздухозаборника 8 в компрессоре 1 возрастает до расчетного значения и далее поступает в регенеративный теплообменник 2, а затем в камеру 3 сгорания с подачей топлива 9. Далее газ при высокой температуре поступает в турбину 4. Отработав, далее газ через регенеративный теплообменник 2 сбрасывается в атмосферу 10. Благодаря циркуляции хладагента в контуре охлаждения воздуха при прохождении воздуха через компрессор не происходит повышения его температуры, вызываемой работой сжатия. Турбина 4 вращает электрогенератор 11, отдавая электроэнергию в сеть 12.

Для идеальной газотурбинной установки (т.е. без учета потерь) на Фиг. 2 представлены TS - диаграммы, а на Фиг. 3 представлены PV - диаграммы циклов Брайтона для устройства-аналога, устройства-прототипа и для предлагаемого устройства. При этом площадь abcda пропорциональна полезной работе устройства-аналога, площадь aefmbcda пропорциональна полезной работе устройства-прототипа, а площадь afnmbcda пропорциональна полезной работе предлагаемого устройства. Из сравнения указанных площадей полезной работы очевидно преимущество предлагаемого устройства, с полостью 6 между ними, при этом выход блока 5 охлаждения воздуха соединен со входом в полость 6, вход блока 5 охлаждения воздуха соединен с выходом из полости 6, образуя контур охлаждения воздуха, а вход в полость 6 расположен со стороны выхода компрессора 1. Направляющие лопатки 7 (на Фиг. 1 приведена лишь одна ступень) статора компрессора выполнены с протоками, соединенными с полостью в корпусе (статоре). А контур охлаждения воздуха содержит хладагент, например, фреон. При этом, например, блока 5 охлаждения воздух и полость 6 образуют классическую компрессорную холодильную установку, а полость 6 является испарителем, где фреон закипает, охлаждая воздух в компрессоре (https://cosmo-frost.ru/xolodilniki/kak-rabotaet-xolodilnik-principy-cikly-rezhimy/).

При работе газотурбинной установки давление воздуха из воздухозаборника 8 в компрессоре 1 возрастает до расчетного значения и далее поступает в регенеративный теплообменник 2, а затем в камеру 3 сгорания с подачей топлива 9. Далее газ при высокой температуре поступает в турбину 4. Отработав, далее газ через регенеративный теплообменник 2 сбрасывается в атмосферу 10. Благодаря циркуляции хладагента в контуре охлаждения воздуха при прохождении воздуха через компрессор не происходит повышения его температуры, вызываемого работой сжатия. Турбина 4 вращает электрогенератор 11, отдавая электроэнергию с сеть 12.

Изобретение позволяет реализовать изотермическое сжатие воздуха (газа), что требует минимальной работы на привод компрессора, и как следствие - уменьшение габаритов компрессора. Максимальный КПД ГТУ достигается регенерацией теплоты с использованием охлаждения воздуха в компрессоре.

Литература

1. Патент РФ №2224901, F02C 7/10, авторы Степанов А.Ю., Ануров Ю.М., Сударев Б.В., Тараканов А.Б., Ширманов В.М., публикация 27.02.2004.

2. Цанев С.В. «Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций (С.В. Цанев, В.Д. Буров, А.Н. Ремезов. - М.: Изд-во МЭИ, 2002, стр. 37-38).

1. Газотурбинная установка, содержащая соединенные по ходу рабочего тела цикла Брайтона компрессор, регенеративный теплообменник, камеру сгорания, турбину и блок охлаждения воздуха, отличающаяся тем, что корпус компрессора выполнен двухстенным с полостью между ними, при этом выход блока охлаждения воздуха соединен с входом в полость, вход блока охлаждения воздуха соединен с выходом из полости, образуя контур охлаждения воздуха, а вход в полость расположен со стороны выхода компрессора.

2. Газотурбинная установка по п. 1, отличающаяся тем, что направляющие лопатки статора компрессора выполнены с протоками, соединенными с полостью в статоре.

3. Газотурбинная установка по п. 1, отличающаяся тем, что контур охлаждения воздуха содержит хладагент, например фреон.

Изобретение относится к насосам для передачи технологической текучей среды. Насос (1) содержит корпус (3), статорную часть (11), неподвижно установленную в корпусе (3), по меньшей мере одно рабочее колесо (9), размещенное с возможностью вращения в корпусе (3).

Устройство управления направляющими аппаратами компрессора газотурбинного двигателя // 2781457

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно к устройствам управления угловым положением поворотных направляющих лопаток компрессора газотурбинного двигателя (ГТД). Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве управления направляющими аппаратами компрессора газотурбинного двигателя, содержащем цилиндрическую втулку, по меньшей мере на участке внутренней поверхности которой выполнен слой графита, установленную и жестко закрепленную в промежуточном корпусе, в которой установлена ось, на которой жестко закреплены два рычага, один из которых соединен со штоком силового цилиндра, а второй - с приводом направляющих аппаратов, при этом на участке наружной поверхности оси, расположенном непосредственно в зоне контакта втулки и оси выполнено, по меньшей мере, одно отверстие и/или канавка, в котором установлен, по меньшей мере, один графитовый элемент, подпружиненный к внутренней поверхности втулки с помощью пружины.

Подшипниковая опора герметичного центробежного насоса с магнитной муфтой // 2778414

Изобретение относится к машиностроению и касается конструкции подшипниковых опор для класса герметичных насосов, в частности для подкласса насосов с магнитной муфтой. Техническая задача, на решение которой направлено предлагаемое решение, заключается в создании надежной и простой в изготовлении конструкции подшипниковых опор с мокрым ротором, повышении КПД насоса с магнитной муфтой, повышении химической стойкости опор и их защиты от абразивных включений с применением серийно выпускаемых подшипников.

Конфигурация многоступенчатой турбомашины (компрессора-детандера) // 2776401

Изобретение предназначено для использования в области энергетики. Предложена турбомашина 1, содержащая корпусную конструкцию и вал, поддерживаемый в ней с возможностью вращения.

Способ центровки блока датчиков магнитного подвеса // 2773774

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при технологических операциях сборки магнитных подвесов центробежных нагнетателей, их ремонте и иных работах по регулировке положения подвижных элементов вращающихся механизмов относительно неподвижных. Элементы для регулировки положения радиальных блоков датчиков размещаются за пределами корпуса опор.

Уравновешивающий и уплотняющий поршень и соответствующие контур охлаждения и способ // 2768116

Изобретение относится к интегрированному мотору-компрессору. Уравновешивающий и уплотняющий поршень для интегрированного мотора-компрессора содержит уравновешивающий поршень (50), выполненный с возможностью установки на валу (38) мотора-компрессора для компенсации перепада давлений, прилагаемых к колесам (34, 35, 36, 37) секции сжатия мотора-компрессора, между давлением всасывания и давлением нагнетания, уплотнительное устройство (51), окружающее уравновешивающий поршень и выполненное с возможностью установки на корпусе (31) мотора-компрессора (30) для обеспечения герметичности секции сжатия.

Система приведения во вращение ротора газотурбинного двигателя и ротор газотурбинного двигателя // 2767258

Объектом изобретения является система для приведения во вращение ротора газотурбинного двигателя относительно кожуха статора, при этом ротор содержит кольцевой ряд лопаток. Эта приводная система содержит: держатель (100), первый конец (101а) которого выполнен с возможностью удержания передней кромки первой лопатки кольцевого ряда и второй конец (101b) которого выполнен с возможностью удержания задней кромки первой лопатки; электрический двигатель (110), содержащий вал и корпус (111), закрепленный на держателе (100); и колесо (120), связанное с валом двигателя (110) и имеющее поверхность (121) качения, при этом колесо расположено таким образом, чтобы поверхность (121) качения могла входить в контакт с кольцевой стенкой кожуха статора, когда держатель (100) установлен на первой лопатке.

Регулируемый входной направляющий аппарат компрессора газотурбинного двигателя // 2767250

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, а именно к конструкции регулируемого входного направляющего аппарата (ВНА) компрессора газотурбинного двигателя (ГТД). Регулируемый входной направляющий аппарат компрессора газотурбинного двигателя содержит наружный корпус 1 и внутреннее кольцо 2 с установленными между ними направляющими лопатками, выполненными в виде неподвижных стоек 3, закрепленных в наружном корпусе 1 и внутреннем кольце 2, и поворотных закрылков 4 с верхними 5 и нижними 6 хвостовиками, установленными в подшипники 7 и 8 в соответствующих ответных отверстиях наружного корпуса 1 и внутреннего кольца 2.

Способ эксплуатации циркуляционного насоса, а также циркуляционный насос для осуществления этого способа // 2766499

Группа изобретений касается способа эксплуатации циркуляционного насоса, в частности, в системе отопления с приводом насоса с переменной скоростью. В способе система управления насосом модифицирует текущую рабочую точку насоса так, чтобы снизить шумовыделение насоса.

Насосное и измельчительное устройство, способ измельчения и нагрева поступающего материала и их применение // 2764142

Настоящее изобретение относится к насосному и измельчительному устройству (1), включающему: по меньшей мере, один погружной насос (3), размещенный в резервуаре (2), являющемся подходящим для приема поступающего материала (5), и привод (4), предназначенный для приведения в действие погружного насоса (3).

Унифицированный вертикальный центробежный насос // 2768655

Группа изобретений относится к вертикальным центробежным насосам. Насос содержит ротор с валом и не менее чем одно рабочее колесо закрытого типа, корпус всасывания, проточную часть, корпус нагнетания, подшипники, уплотнения, шнек, установленный перед первым рабочим колесом, направляющий аппарат, отводящий жидкость от рабочего колеса и быстроразъемные соединения.