Газотурбінна установка

1. Газотурбінна установка, що містить газотурбінний двигун з компресором, який працює на кріогенному газовому паливі та який надає обертів виконавчим агрегатам, пристрій повітропідготовки газотурбінного двигуна, паливну систему з камерами згоряння, підігрівачем палива, встановленим у вихлопному патрубку газотурбінного двигуна, C2 2 (19) 1 3 - додаткова затрата потужності на привод вентилятора охолодження змащувального масла; - втрата тепла, яке відводиться маслом від вузлів тертя газотурбінного двигуна та генераторів (виконавчих агрегатів). Відомі ГТУ газотурбінних перекачувальних агрегатів, в яких в якості охолоджувачів мастила звичайно використовують повітромасляні або водомасляні охолоджувачі (теплообмінники), при цьому в окремих установках маслоохолоджувачі встановлені в усмоктувальному тракті ГТУ та через них повітря просмоктується на вхід у компресор двигуна [2]. Недоліком цієї конструкції є: - повітря у цій конструкції перед надходженням до компресора нагрівається на 3-5°С, що знижує потужність та економічність ГТУ; - в теплообмінниках втрачається тепло, яке відводиться маслом від вузлів тертя газотурбінного двигуна та виконавчого агрегату (насоса). Відомі ГТУ, в яких охолоджуюче повітря подається через маслоохолоджувач за допомогою електровентиляторів. Недоліком цих ГТУ є те, що існує необхідність придбання електровентиляторів з системою керування, а також потрібні додаткові затрати на витрату електроенергії для їх живлення. Крім того, у відомих конструкціях ГТУ у теплообмінниках, втрачається тепло, яке відводиться маслом від вузлів тертя газотурбінного двигуна та виконавчого агрегату (насоса). Відома газотурбінна установка реактивного газотурбінного локомотива (газотурбовоза), яка містить турбореактивний газотурбінний двигун, який працює на кріогенному газовому паливі, компресор цього двигуна з вхідним каналом з повітрозабірником, повітроочисний пристрій (пристрій повітропідготовки), двопаливну камеру згоряння, теплообмінник-газифікатор (підігрівач палива) зрідженого газу, який обігрівається за рахунок тепла гарячого газу із газотурбінного двигуна, агрегати систем (пристрої) подачі газового палива та автоматичного регулювання [3]. Недоліком відомої установки є: - тепло, яке відводиться маслом від вузлів тертя газотурбінного двигуна, не використовується; - підігрів зрідженого палива, його газифікація здійснюється у теплообміннику (підігрівані) палива за рахунок тільки тепла гарячого газу з газотурбінного двигуна, що потребує виконання теплообмінника палива значних розмірів. Розкриття винаходу Технічним результатом винаходу є створення економічної газотурбінної установки з компактною системою охолодження масла та підігрівачем палива. Вказаний технічний результат досягається тим, що у газотурбінній установці, що містить газотурбінний двигун з компресором, який працює на кріогенному газовому паливі та який надає обертів виконавчим агрегатам, пристрій повітропідготовки газотурбінного двигуна, паливну систему з камерами згоряння, підігрівачем палива, встановленим у вихлопному патрубку газотурбінного двигуна, пристроєм подачі та регулювання палива, до якого 93779 4 під'єднано паливний трубопровід від ємності для зберігання кріогенного газового палива і яке з'єднано паливними трубопроводами з камерами згоряння безпосередньо та через підігрівач палива, масляну систему вузлів тертя газотурбінного двигуна та виконавчих агрегатів з теплообмінником охолодження масла, нагнітаючим насосом та баком для масла, теплообмінник охолодження масла виконано у вигляді паливомасляного теплообмінника, охолоджуючим середовищем якого є кріогенне газове паливо, масляні системи газотурбінного двигуна та виконавчих агрегатів виконані по окремим регульованим циркуляційним контурам зі своїми паливомасляними теплообмінниками, нагнітаючим насосом та баком для масла, охолоджуючі порожнини паливомасляних теплообмінників з'єднані паливними трубопроводами на вході з пристроєм подачі та регулювання палива, а на виході вони з'єднані з підігрівачем палива. Крім того, пристрій подачі та регулювання палива сполучено з датчиками температури масла вузлів тертя газотурбінного двигуна та виконавчих агрегатів. Короткий опис фігур креслень На Фіг.1 представлена принципова схема газотурбінної установки з масляною та паливною системами. Кращій варіант здійснення винаходу Газотурбінна установка (ГТУ) містить газотурбінний двигун (ГТД) 1 з компресором 2, який працює на кріогенному газовому паливі та який надає обертів виконавчим агрегатам 3, наприклад, генераторам, насосам та іншому, а також пристрій повітропівдготовки 4 ГТД 1, паливну систему з камерами згоряння 5, підігрівачем (газифікатором) палива 6, встановленим у вихлопному патрубку 7 ГТД 1, з пристроєм 8 подачі та регулювання палива, до якого під'єднано паливний трубопровід 9 від ємності для зберігання кріогенного газового палива. ГТУ містить масляні системи вузлів тертя (підшипників, контактних ущільнень, зубчатих коліс, шлицевих з'єднань) ГТД 1 та виконавчих агрегатів 3, виконані для них по окремим регульованим циркуляційним контурам зі своїми теплообмінниками охолодження масла 10 та 11 для підтримання оптимальних значень температури масла. Теплообмінники охолодження масла 10 та 11 виконані у вигляді паливо масляних теплообмінників, охолоджуючим середовищем яких є кріогенне газове паливо, яке поступає з паливного трубопроводу 9. Кожен регульований циркуляційний контур масла ГТД 1 та виконавчих агрегатів 3 містить відповідно нагнітальні насоси 12, 13 та баки для масла 14, 15, які служать для підпитки циркуляційних контурів та зливу з них надлишкового масла. Пристрій 8 подачі та регулювання палива з'єднано з камерами згоряння 5 безпосередньо паливним трубопроводом 16, який служить для пуску ГТД 1, та паливними трубопроводами 17 та 18 через підігрівач палива 6, при цьому трубопровід 17 з'єднує пристрій 8 з підігрівачем палива 6, а трубопровід 18 з'єднує підігрівай палива 6 з камерами згоряння 5. 5 93779 Охолоджуючі порожнини паливомасляних теплообмінників 10 та 11 з'єднані на вході паливними трубопроводами 19 та 20 з пристроєм 8 подачі та регулювання палива, а на виході вони з'єднані паливними трубопроводами 21 та 22 з підігрівачем палива 6. На виході регульованих циркуляційних контурів масла ГТД 1 та виконавчих агрегатів 3 встановлені датчики температури масла 23 їх вузлів тертя, які сполучені (на кресленні не показано) з пристроєм 8 подачі та регулювання палива. Газотурбінна установка працює наступним чином. Кріогенне газове паливо по паливному трубопроводу 9 від ємності для зберігання палива подається до пристрою 8 подачі та регулювання палива. З пристрою 8 паливо подається до камер згоряння 5 під час пуску ГТД 1 по паливному трубопроводу 16, а при роботі ГТД 1 через підігрівач палива 6 по паливному трубопроводу 17 та по охолоджуючим порожнинам теплообмінників охолодження масла (паливномасляних теплообмінників) 10 та 11, які підключені до регульованих циркуляційних контурів масла ГТД 1 та виконавчих агрегатів 3. Масло у цих контурах подається нагнітаючими насосами 12 та 13 до їх вузлів тертя, в яких воно нагрівається та далі подається у паливомасляні теплообмінники 10 та 11 для охолодження його за рахунок холодоресурса кріогенного газу. Підігрітий в паливомасляних теплообмінниках 10 та 11 кріогенний газ надходить до підігрівача палива 6, де він разом з кріогенним газом, який поступає по паливному трубопроводу 17, нагрівається газами, які виходять з ГТД 1, переходить у газоподібний стан (газифікується) та по паливному Комп’ютерна верстка М. Ломалова 6 трубопроводу 18 подається у камеру згоряння 5. В результаті згоряння суміші паливного газу та стисненого повітря, яке поступає з компресора 2, у камері згоряння 5 утворюються продукти згоряння з високою температурою та високим тиском. Продукти згоряння, розширюючись, надають обертів ГТД 1 та далі через вихлопний патрубок 7 та підігрівач палива 6 виходять з газотурбінної установки у атмосферу. Температура масла у регульованих циркуляційних контурах масла, яке виходить з вузлів тертя ГТД 1 та виконавчих агрегатів 3, регулюється пристроєм 8 подачі та регулювання палива за допомогою датчиків 23. Промислова придатність Запропонований винахід дозволяє виконувати повернення у газодинамічний цикл газотурбінного двигуна тепла, яке відводиться маслом від вузлів тертя, що змащуються, як самого газотурбінного двигуна, так і виконавчих агрегатів, що рухаються ним, чим покращується економічність газотурбінної установки. Крім цього, знижується витрата потужності на власні потреби, значно спрощується конструкція системи охолодження масла, підігрівач палива можливо виконати менших розмірів за рахунок підігріву кріогенного газу у паливомасляних теплообмінниках. Джерела інформації: 1. Журнал «Локомотив» №3, 2005р., стор. 41, стаття B.C. Коссова, Е.І.Нєстєрова «Газотурбинная тяга: история и перспективы». 2. В.А. Щуровський, Ю.А. Зайцев. Газотурбинные перекачивающие агрегаты. М. Недра, 1994р., стор. 85, 87, 88. 3. RU, патент 2251 505 С1, кл. В 61 С 11/06, 2005р. Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601