Спосіб рідинного охолодження соплового апарата газової турбіни газотурбінного двигуна і пристрій для його здійснення

1 Спосіб рідинного охолодження соплового апарата газової турбіни газотурбінного двигуна, що включає подачу води із насоса в лопатки соплового апарата газової турбіни, відведення від них тепла, охолодження води і повернення и назад в насос, який відрізняється тим, що воду охолоджують природним газом, що відбирається від магістрального газопроводу як паливний газ двигуна, причому частину води після соплового апарата газової турбіни вводять в камеру згорання двигуна 2 Пристрій для рідинного охолодження соплового апарата газової турбіни газотурбінного двигуна, що містить газопровід паливного газу, трубопроводи підведення і відведення води, насос, який відрізняється тим, що він містить установлений між газопроводом паливного газу і камерою згорання двигуна теплообмінник, на виході якого розташований утилізаційний турбод етан дер, і оснащений електрогенератором власних потреб, причому електрогенератор і насос установлені на одному валу утилізаційного турбод етан д ера Винахід відноситься до області газотурбобудування, а саме, до охолодження газових турбін газотурбінних двигунів, і може використовуватись в перспективних конструкціях газотурбінних газоперекачуючих агрегатів і електростанцій в газовій промисловості Відомий спосіб рідинного охолодження соплового апарата газової турбіни шляхом подачі рідкого холодоагенту в лопатки соплового апарата, відведення від них тепла, охолодження холодоагенту в теплообміннику і повернення його знову в насос Холодоагент не залишає замкнену циркуляційну систему Пристрій для здійснення даного способу охолодження містить насос, що забезпечує подачу рідкого холодоагенту в порожнисті соплові лопатки, спеціальну газову турбіну для привода насоса, трубопроводи рідкого холодоагенту, які з'єднують насос з сопловим апаратом, теплообмінник для охолодження холодоагенту на виході із соплового апарата ЗОВНІШНІМ повітряним потоком і газову магістраль, що подає нагріте повітря, як робоче тіло, в спеціальну газову турбіну /див Г Г Жаров, Л С Вецюліс "Судевые высокотемпературные газотурбинные установки", "Судостроение", стор 31, Л , 1973р/ стання зовнішнього повітряного охолодження рідкого холодоагенту, для чого необхідне зовнішнє додаткове джерело потужності, що забезпечує підвищення тиску повітря на вході в теплообмінник і перед подачею його в спеціальну газову турбіну приводу насоса, що ускладнює конструкцію і знижує економічність Найбільш близьким до запропонованого способу служить закритий спосіб внутрішнього водяного охолодження соплового апарата газової турбіни газотурбінної установки ГТЭ-45 /див Бумарсков А О , Каплан М Н , ПоволоцкиЙ Л В та ІНШІ "Высокотемпературная газотурбинная установка с водяным охлаждением для экономичных ГГУ", "Теплоэнергетика", № 9, стор 31,"Энергоатомиздат", 1985р , М / Технологічна схема установки ГТЭ-45 доповнена теплоутилізаційним контуром, що містить парову турбіну, два насоси подачі і відведення води із соплового апарата, трубопроводи, що забезпечують циркуляцію води, та котел-утилізатор Насос, що подає воду в сопловий апарат, з'єднаний трубопроводом з виходом котла-утилізатора, а насос, що відводить воду із соплового апарата, з'єднаний трубопроводом з входом котла-утилізатора Перший насос забирає воду після конденса Недоліком відомих технічних рішень є викори 00 00 47884 тора паровеї турбіни, а вода після другого насоса випаровується в котлі-утилізаторі і подається в парову турбіну Слід відзначити, що дана розробка має ряд недоліків, негативно впливаючих, головним чином, на економічність Так, не використовується тепло гарячої води на виході із соплового апарата газової турбіни для підігрівання паливного газу ГТЭ-45 Крім того, не використовується надлишковий тиск газу в паливній магістралі В зазначений технологічній схемі ГТЭ-45 обидва насоси отримують потужності від ЗОВНІШНІХ джерел енергії В основу запропонованого винаходу поставлена задача підвищення економічності рідинного охолодження соплового апарата газової турбіни шляхом використання природного газу для охолодження холодоагенту, а також енергії надлишкового тиску паливного газу Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в способі рідинного охолодження соплового апарата газової турбіни газотурбінного двигуна, який включає подачу води із насоса в лопатки соплового апарата газової турбіни, відведення від них тепла, охолодження води і повернення її назад в насос, охолодження води здійснюють природним газом, що відбирається від магістрального газопроводу як паливний, а частину води після соплового апарата газової турбіни вводять в камеру згорання двигуна Пристрій для рідинного охолодження соплового апарата газовеї турбіни газотурбінного двигуна, в якому реалізовано вказаний спосіб, містить газопровід паливного газу, трубопроводи підведення і відведення води, насос, теплообмінник, встановлений між газопроводом паливного газу та камерою згорання двигуна, утилізаційний турбодетандер, розташований на виході теплообмінника, і електрогенератор власних потреб Утилізаційний турбодетандер приводить насос і електрогенератор Основне охолодження води після соплового апарата відбувається в теплообміннику природним газом, що відбирається від магістрального газопроводу як паливний газ Частина гарячої води, не охолодженої в теплообміннику, вводиться в камеру згорання двигуна для збільшення його потужності і зниження токсичності ВІДХІДНИХ газів Утилізаційний турбодетандер, що використовує надлишковий тиск паливного газу двигуна, приводить насос і електрогенератор власних потреб Використання тепла гарячої води для підігрі вання паливного газу в теплообміннику дозволяє збільшити потужність утилізаційного турбодетандера і спростити обладнання підготовки паливного газу, так як відпадає необхідність в додаткових нагрівальних пристроях для паливного газу Все це дає змогу підвищити економічність охолодження соплового апарата газової турбіни газотурбінного двигуна комбінованого циклу з уловлюванням та поверненням води, в цикл На фіг зображена технологічна схема запропонованої системи рідинного охолодження Система охолодження складається із газотурбінного двигуна І з камерою згорання 2, сопловим апаратом 3 і агрегатами паливної автоматики 4, теплообмінника 5, газопровода 6 подачі паливного газу в теплообмінник 5, трубопроводу 7 повернення води із теплоутилізаційного контура газоперекачуючої установки, електричного генератора 8, утилізаційного турбодетандера 9 і водяного насоса 10 Крім того, є газопровід 11 подачі паливного газу в камеру згорання 2, трубопровід 12 подачі води на охолодження соплового апарата 3 і трубопровід 13 для відведення води після охолодження соплового апарата 3, а також трубопровід 14 води, що уприскується в камеру згорання 2 Охолодження соплового апарата газової турбіни виконується таким чином Природний газ відбирається із магістрального газопроводу /на фіг не показано/ і як паливний подається по газопроводу 6 в теплообмінник 5 Водяним насосом 10 вода подається по зовнішньому трубопроводу 12 в лопатки соплового апарата 3 і після їх охолодження відводиться по трубопроводу 13 в теплообмінник 5, де охолоджується зустрічним потоком паливного газу, що надходить по газопроводу 6 Частина гарячої води по трубопроводам 14 відбирається із трубопроводу 13 і уприскується в камеру згорання 2 По трубопроводу 7 ця частина води повертається в систему із теплоутилізаційного контура газоперекачуючої установки, проходить теплообмінник 5, з'єднується з потоком охолодженої води, що надходить по трубопроводу 13, і далі загальний потік води прямує у водяний насос 10 Привод водяного насоса 10 здійснюється утилізаційним турбод етан д єром 9, в який підводиться паливний газ із тепло -обмінника 5 Після турбодетандера 9 паливний газ прямує по газопроводу 11 в агрегати паливної автоматики 4 Надлишкова потужність турбод етан д ера 9 витрачається на привод електричного генератора 8 власних потреб газоперекачуючої установки 47884 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71