Газотурбінна установка з камерою згоряння каскадно-теплового стиску

Газотурбінна установка з камерою згоряння каскадно-теплового стиску, що містить на одному валу турбіну високого тиску і компресор, сполучені за допомогою газоприймальної і повітронапірної магістралей з камерою згоряння, виконаною у вигляді компресора каскадно-теплового стиску, ос нащеного ротором з міжлопатевими об'ємами, нерухомим газорозподільним органом з каналами в ньому і вікном підведення повітря, сполученим з повітронапірною магістраллю компресора, колектором високого тиску, підключеним газоприймальною магістраллю до турбіни високого тиску з розташованим у ньому органом паливоподачі, колектором низького тиску, з'єднаним з пасивним соплом ежектора, активне сопло якого підключено до випускного тракту турбіни високого тиску, а камера змішування - до турбіни низького тиску, розміщеної на одному валу зі споживачем енергії, яка відрізняється тим, що вали турбін високого і низького тисків з'єднані між собою жорстким механічним зв'язком Винахід відноситься до енергетичного машинобудування, зокрема, до газотурбінних установок і може бути використаний при перетворенні теплової енергії в механічну роботу Відомо газотурбінну установку з підведенням теплоти до робочого тіла при постійному тиску, що містить компресор для стиснення повітря, камеру згоряння і газову турбіну, у якій відбувається перетворення енергії газів, що залишили камеру згоряння, у механічну енергію обертання вала газотурбінної установки (дав А с СРСР №81449, кл F02C07/26, опубл 15 4 1986, бюл №9) Основним недоліком газотурбінної установки з підведенням теплоти до робочого тіла при постійному об'ємі є низьке значення коефіцієнта корисної дії, що приводить до збільшення виграти палива в порівнянні з газотурбінною установкою, у яких реалізується ізохорне підведення теплоти За прототип прийнято газотурбінну установку з камерою згоряння каскадаотеплового стиску, що містить на одному валу турбіну високого тиску і компресор, ВІДПОВІДНО сполучені за допомогою газоприймальної і повітрянапорної магістралей з камерою згоряння, виконаною у вигляді компресора каскадно-теплового стиску, постаченого ротором з міжлопатєвнми об'ємами, нерухомим газорозподільним органом з каналами в ньому і вікном підведення повітря, сполученим з повітрянапорною магістраллю компресора, колектором високого щску, підключеним газоприймальною магістраллю до турбіни високого тиску з розташованим у ньому органом паливоподачі, колектором низького тиску, з'єднаним з пасивним соплом ежектора, активне сопло якого підключено до випускного тракту турбіни високого тиску, а камера змішування - до турбіни низького тиску, розміщеної на одному валу зі споживачем енергії (див Патент України №46254А, кл F02C3/28, опубл 15 05 2002, бюл №5) Недоліком відомого пристрою є незадовільна робота установки на режимах, віддалених від номінальних На режимах малих навантажень потужність турбіни високого і низького тиску недостатня для забезпечення необхідної частоти обертання компресора, що супроводжується погіршенням продування міжлопатєвих об'ємів ротора компресора каскадно-теплового стиску Внаслідок цього ефективність роботи компресора теплового стиску знижується аж до повної втрати його працездатності і установки в цілому 3 іншого боку, на режимах повних навантажень надлишкова (з погляду достатності для необхідного продування) потужність турбіни високого тиску не використовується для одержання корисної роботи ю ю (О ю В основу винаходу поставлено задачу розширення області ефективної робити газотурбінної установки шляхом з'єднання валів турбін високого і низького тиску жорстким механічним зв'язком, що приведе до істотного поліпшення продування міжлопатєвих об'ємів ротора компресора каскаднотеплового стиску на нерозрахованих режимах роботи газотурбінної установки і підвищенню коефіцієнта корисної дії газотурбінної установки, внаслідок раціонального розподілу потужності на всіх навантажувальних режимах між турбінами високого, низького тиску, компресором і споживачем енергії Поставлена задача досягається тим, що в газотурбінній установці з камерою згоряння каскадно-теплового стиску, що містить на одному валу турбіну високого тиску і компресор, сполучені за допомогою газоприймальної і повітрянапорної магістралей з камерою згоряння, виконаної у вигляді компресора каскадно-теплового стиску постаченого ротором з міжлопатєвими об'ємами, нерухомим газорозподільним органом з каналами в ньому і вікном підведення повітря, сполученим з повітрянапорною магістраллю компресора, колектором високого тиску, підключеним газоприймальною магістраллю до турбіни високого тиску з розташованим у колекторі високого тиску органом паливоподачі, колектором низького тиску, з'єднаним з пасивним соплом ежектора, активне сопло якого підключено до випускного тракту турбіни високого тиску, а камера змішування - до турбіни низького тиску, яка розміщена на одному валу зі споживачем енергії Згідно винаходу, вали турбін високого і низького тиску з'єднані між собою жорстким механічним зв'язком ВІДМІННОЮ рисою пристрою, що заявляється, є жорсткий механічний зв'язок між турбінами високого і низького тиску Ця ВІДМІННІСТЬ дозволяє компенсувати виникаючий на малих навантажувальних режимах дефіцит потужності турбіни високого тиску для приводу компресора, від турбіни низького тиску На режимах повних навантажень надлишкова (стосовно необхідних витрат на привід компресора) потужність турбіни високого тиску відводиться до споживача Крім того, це рішення дозволяє підгримувати оптимальну частоту обертання ротора компресора незалежно від режиму роботи установки в цілому, що обумовлює підвищення коефіцієнта корисної дії газотурбінної установки в зв'язку з істотним поліпшенням продування міжлопатєвих об'ємів ротора компресора каскадно-теплового стиску на всіх навантажувальних режимах роботи газотурбінної установки Сутність винаходу пояснюється кресленням, де зображена газотурбінна установка з камерою згоряння каскадно-теплового стиску Газотурбінна установка містять на одному валу турбіну високого тиску 1 і компресор 2, сполучені з камерою згоряння 3 газоприймальною 4 і повітрянапорною 5 магістралями, а також турбіну низького тиску 6, розміщену на одному валу зі споживачем енергії 7, причому вали турбін високого тиску 1 і турбіни низького тиску 6 з'єднані жорстким механічним зв'язком Камера згоряння 3 виконана у вигляді компресора каскадно-теплового стиску, що містить колектор низького тиску 8, спо 56554 лучений з турбіною низького тиску 6, колектор високого тиску 9 з органом паливоподачі 10, сполучений з газоприймальною магістраллю 4 турбіни високого тиску 1, ротор 11 з міжлопатєвими об'ємами 12, нерухомий розподільний орган 13 з виконаними в ньому канапами 14 і вікном підведення повітря 15, зв'язаним з повітрянапорною магістраллю 5 компресора 2 Випускний тракт 16 турбіни високого тиску 1 з'єднаний з активним соплом 17 ежектора, пасивне сопло 18 якого підключено до колектора низького тиску 8, а камера змішування 19 зв'язана з турбіною низького тиску 6 Газотурбінна установка з камерою згоряння каскадно-теплового стиску працює наступним чином Повітря з компресора 2 першого ступеня стиску по повітрянапорній магістралі 5 підводиться до камери згоряння 3, виконаної у вигляді компресора каскадно-теплового стиску, що сполучає функції другої ступни, стиску робочого тіла і пристрою підведення теплоти Каскадно-тепловий стиск повітря здійснюється за рахунок відволікання міжлопатєвими об'ємами 12 ротора 11 частини енергії газів з колектора високого тиску 9, де в результаті безупинного згоряння палива, подаваного органом паливоподачи 10 підтримуються максимальні термодинамічні параметри циклу При цьому енергія газів з міжлопатєвих об'ємів 12 на лінії розширення у процесі обертання ротора 11, ступінчато відводиться по каналах 15 нерухомого розподільного органа 13 у суміжні об'єми ротора 11, розташовані на лінії стиску У період підключення міжлопатєвого об'єму 12 до вікна підведення повітря 15 і колектору газів низького тиску 8, у випадку перевищення тиску повітря, подаваного компресором 2 над тиском газів наприкінці процесу розширення в міжлопатєвому об'ємі і дії відцентрової сили на вміст міжлопатєвого об'єму здійснюється його продування повітря надходить з вікна підведення повітря 15 від повітрянапорної магістралі 5, а гази з колектора низького тиску 8 відводяться до пасивного сопла 18 ежектора Таким чином, для ефективної працездатності компресора каскадно-теплового стиску необхідний перепад тисків між вікном 15 і колектором низького тиску 8, що забезпечує гарантоване продування міжлопатєвих об'ємів 12 ротора 11 Одночасно з використанням енергії для здійснення робочого процесу компресора каскаднотеплового стиску частина газів з колектора високого тиску 10 відводиться за допомогою газоприймальної магістралі 4 до турбіни високого тиску 1, де здійснюється її розширення з перетворенням у механічну роботу Далі гази з випускного тракту 16 турбіни високого тиску 1 через активне сопло 17 ежектора надходять у камеру змішування 19, змішуються з газами колектора низького тиску 8 і підводяться до турбіни низького тиску 6, де відбувається перетворення їхньої енергії в механічну енергію обертання вала, яка відводиться до споживача енергії 7 При зниженні навантажувального режиму газотурбінної установки, щодо розрахункового (номінального), дефіцит потужності турбіни високого тиску 1 на привід компресора 2, компенсується за 56554 рахунок добору механічної енергії від турбіни низького тиску 6 На режимах повних навантажень надлишкова енергія турбіни високого тиску 1 відводиться до споживача енергії 7 До переваг запропонованого технічного рішення, у порівнянні з прототипом, варто віднести наступне - підвищення коефіцієнта корисної дії газотур 6 бінної установки, внаслідок раціонального розподілу потужності на всіх навантажувальних режимах між турбінами високого тиску, низького тиску, компресором і споживачем, - істотне поліпшення продування міжлопатєвих об'ємів ротора компресора каскадно-теплового стиску на нерозрахованих режимах роботи газотурбінної установки 1 из/ \ v/ Підписано до друку 05 06 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24 1