Газотурбінна установка з пристроєм для підкачки газу

1 Газотурбінна установка з пристроєм для підкачки газу, яка відрізняється тим, що пристрій для підкачки газу містить "сухий безконтактний" роторно-поршневий компресор і двигун такого ж типу, які зблоковані на одному валу, у яких ротор з зубом-поршнем та ротор з гніздом розташовані на схрещених валах, та мають між собою і статором Винахід відноситься до газотурбінних установок [ГТУ] потужністю до 3 МВт, які застосовуються для видобутку електроенергії на свердловинах природного газу Відомий турбокомпресор, який встановлюють на дизелі для підвищення тиску повітря перед двигуном, що має турбіну, яка працює на вихлопних газах, та імпелер, який підвищує тиск повітря до 0,065 - 0,25МПа Турбокомпресор обрано за аналог [И П Ксеневич, Тракторы МТЗ-100 и МТЗ-102, Москва, Агропромиздат, 1986 г, стр 26-28] Відомий ШВИДКОХІДНИЙ "сухий-безконтактний" роторно-поршневий компресор або двигун, обраний за прототип, у якому ротори розміщені на валах, що перетинаються, силовий ротор виконаний у вигляді усіченого шару, на периферійній поверхні має зуб-поршень, а допоміжний ротор має гніздо для взаємодії з зубом-поршнем, крім того усі поверхні, які взаємодіють, мають еквідистантні сферичні поверхні з єдиним центром обертання, [заявка № 2001074986 від 16 07 2001 р ] "Сухий-безконтактний" роторно-поршньовий компресор має принципові переваги перед імпелером (центробіжним компресором) По-перше він може підвищувати тиск у 5 і більше разів, що не еквідистантні поверхні з єдиним центром обертання, причому компресор та двигун зміщені по фазі відносно один одного на 90-180° і розташовані дзеркально 2 Газотурбінна установка з пристроєм для підкачки газу за п 1, яка відрізняється тим, що на шляху подачі стислого газу у роторно-поршневий двигун встановлений золотник ВІДСІЧКИ газу 3 Газотурбінна установка з пристроєм для підкачки газу за п 1, яка відрізняється тим, що роторно-поршневий двигун підключений до відбору продуктів згоряння із ГТУ 4 Газотурбінна установка з пристроєм для підкачки газу за п 1, яка відрізняється тим, що роторно-поршневий двигун підключений до батареї пускових балонів з стислим газом можливо отримати на імпелері малого діаметра, який застосовують для турбокомпресора По-друге - турбокомпресор працює надійно, коли забезпечено 60000 і більше обертів на хвилину, а при зниженні обертів різко падає ступінь компресії "Сухий" роторно-поршневий компресор має майже незмінну ступінь компресії від обертів і дозволяє регулювати подачу, у нашому випадку газу, у широких межах Ступінь компресії не залежить від питомої ваги газу Те саме відноситься і до "сухого" роторнопоршньового двигуна, якщо використовувати його замість турбіни - це незалежність від числа обертів крутильного моменту, а це дає змогу отримувати потрібний тиск газу незалежно від числа обертів за хвилину в залежності від обраного режиму роботи ГТУ В основу винаходу поставлена задача удосконалення пристрою для підкачки газу у камеру згоряння шляхом введення сухих безконтактних роторно-поршневих компресора і двигуна, зблокованих на одному валу, що дасть змогу забезпечувати потрібний тиск у широкому діапазоні навантаження Поставлена задача вирішується тим, що газо о> со Ю 53449 турбінна установка з пристроєм для підкачки газу з тиску до 2МПа до тиску у камері згоряння ГТУ містить "сухий" безконтактний роторно-поршневий компресор і двигун такого ж типу які зблоковані на одному валу, у яких ротор з зубом-поршнем та ротор з гніздом розташовані на схрещених валах та мають між собою і статором еквідистантні поверхні з єдиним центром обертання, причому компресор та двигун зміщені по фазі відносно один одного на 90-180° і розташовані дзеркально Крім того на лінії подачі стислого газу у роторнопоршневий двигун встановлений золотник ВІДСІЧКИ газу, крім того роторно-поршневий двигун підключений до відбору продуктів згоряння із ГТУ, крім того роторно-поршневий двигун підключений до батареї пускових балонів з стислим газом Підкачка газу до тиску у камері згоряння ГТУ за допомогою "сухих" роторно-поршневих компресора та двигуна зблокованих один з одним економніша ніж підкачка поршневим компресором, який треба ще чимось приводити до дії А що до схеми турбонаддуву, як це виконано в двигунах внутрішнього згоряння [ДВЗ], то для ГТУ потужністю до З МВт, такий турбопривід повинен забезпечити невеликі витрати газу, а це означає, що компресор буде мати невеликий ротор й відцентрової сили не вистачить для збільшення тиску газу у 3-5 разів Винахід що заявляється, пояснюється кресленням, де на фіг 1 представлена газотурбінна установка з пристроєм для підкачки газу, яка складається з компресора 1, турбіни 2, камери згоряння 3, роторно-поршневого компресора 4, у якого взаємоконтактуючі поверхні розташовані еквідистантно та мають єдиний центр обертання, роторно-поршневого двигуна такого ж типа 5, блока очищення газу 6, свердловини 7, генератора 8, золотника 9, привода пристрою для підкачки газу 10, батареї з стислим газом 11 На фіг 2 показана діаграма розподілу крутильного моменту на протязі циклу стискання газу в роторно-поршневому компресорі та розширення продуктів згоряння в роторно-поршневому двигуні, який зблокований з РПК Зона переходу зуба поршня 1, процес стискання газу 2, зона розширення продуктів згоряння 3, зона переходу зуба поршня в роторно-поршневому двигуні 4 Газотурбінна установка з пристроєм для підкачки газу працює таким чином Повітря засмоктується й стискається компресором 1 (див фіг 1), який приводиться в дію турбіною 2 У камеру згоряння 3 подається стисле повітря від компресора 1 та газ, який підкачується "сухим безконтактним" роторно-поршневим компресором 4 до тиску у камері згоряння 3 Роторно поршневии компресор приводиться у дію сухим безконтактним" роторно-поршневим двигуном 5 Осьовий момент від стислих газів у РПК та РПД взаемокомпенсується, тому що вони розташовані дзеркально один до одного У РПК газ подається після ретельної очистки у блоці очистки 6, це фільтрація, пропуск газу крізь циклон або скрубер, бо газ зі свердловини 7 може нести якийсь пил, який небажаний ні в компресорі, ні у турбіні Для запуска у дію підкачуючого пристрою застосовується електродвигун 10 та батарея балонів зі стислим газом 11 Для роботи підкачуючого пристрою застосовують продукти згоряння, які відбирають з середньої частини турбіни - після першої або другої ступені лопаток Для підвищення економічності введена відсічка стислих продуктів згоряння перед РПД - золотником 9 Перший момент на поршень РПД діють продукти згоряння з турбіни під максимальним тиском забезпечується максимальний крутильний момент На фіг 2 перша половина зони 3, це ~ 120° Після чого подача продуктів згоряння припиняється золотник 9 їх відсікає, й гази далі розширюються до тиску вихлопу У цей період крутильний момент поступово зменшується Така система дає значне збільшення ККД (Відсічка пара застосовувалась у давнину на парових машинах на пароплавах та потягах) Крутильний момент у РПК нарощується у першій половині оберту 2, (див фіг 2), стає максимальним, і підтримується до початку перехода зуба поршня Крутильні моменти РПД й РПК частково збігаються по максимуму, що забезпечується зсувом по фазі - 120° Остаточну нерівномірність крутильного моменту вирівнює інерція махових моментів роторів РПК та РПД У сухому безконтактному компресорі та двигуні сферичні поверхні ротора та статора, які взаємодіють, еквидистантні При висоті зазору 0,05мм шлях по ходу газів, спрямованих на перетік, у 200 разів довший ніж висота проміжку, таке "щілинне" ущільнення практично герметичне, не потребує мастил і тому лінійна швидкість взаємодіючих поверхонь необмежена Застосування заявляємої газотурбінної установки з пристроєм для підкачки газу, для свердловин середньої потужності з недостатнім тиском газу для ГТУ, дає змогу виробляти і на них електроенергію, що забезпечить великий економічний ефект 53449 ФІГ. 1 Роторію-порншевий: компресор tap (80° 360° Фіг. 2 "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24 /ЙО