Газотурбінна установка каскадно-рекуперативного стиснення крайнюка

Газотурбінна установка каскаднорекуперативного стиснення, що містить турбіну з газоприймальним патрубком, агрегат каскадного стиснення повітря, забезпечений каналами для підведення стискаючого середовища і відведення стисненого повітря, сполучені між собою газовою магістраллю з розміщеною в ній камерою згоряння, а також каналом для відведення стискаючого середовища, яка відрізняється тим, що в каналі для відведення стискаючого середовища розміщено регенератор, підключений до каналу для відведення стисненого повітря, а газоприймальний патрубок турбіни підключено до газової магістралі на ділянці між камерою згоряння і регенератором. Винахід належить до енергетичного машинобудування, зокрема до газотурбінних установок, і може бути використаний для приводу різних механізмів. Відома газотурбінну установку (ГТУ), що містить лопатковий агрегат стиснення повітря, підключений до турбіни за допомогою газової магістралі з розміщеною в ній камерою згоряння (див. А.с. СРСР №181449, МПК F02C 07/26, опубл. 15.4.1986, Бюл. №9). Недоліком відомої установки є властива лопатковим машинам висока чутливість до зміни практично всіх режимних параметрів установки, що проявляється у погіршенні тягових і економічних показників навіть при незначному відхиленні її роботи від номінального. З причини високої частоти обертання ротора турбоагрегати мають обмежений ресурс і вимагають високого рівня технічного обслуговування. Крім того, в силу великої інерції обертання робочих коліс робота ГТУ характеризується низькою якістю перехідних процесів. За прототип вибирається газотурбінна установка каскадно-рекуперативного стиснення Крайнюка, що містить турбіну з газоприймальним патрубком, агрегат каскадного стиснення повітря, забезпечений каналами для підведення стискаю чого середовища та відведення стисненого повітря, сполучені між собою газовою магістраллю з розміщеною в ній камерою згоряння, а також каналом для відведення стискаючого середовища. Стиснення повітря в установці здійснюється за рахунок високоефективного прямого перетворення енергії частини гарячих газів, що генеруються камерою згоряння, у каскадно-статичному процесі стиснення повітря в напорообмінних вічках агрегату стиснення. Невисока чутливість ступеня підвищення тиску каскадного обмінника тиску до відхилення частоти обертання ротора і повноті витіснення стисненого повітря з вічок ротора, а також здатність обмінника підтримувати високу ступінь підвищення тиску повітря при зниженні витрати робочих середовищ спричиняють широкий діапазон ефективної роботи ГТУ з каскадним обмінником тиску. Використання у робочому циклі ГТУ агрегату каскадно-рекуперативного стиснення повітря дозволяє зменшити розміри і, отже, момент інерції турбіни, що сприяє підвищенню якості перехідних процесів установки (див. Krajniuk A.I., Klyus Oleh, Organization prinsiples of the operating process of the cascade compression units and some directions of their aplication // Journals of Polish Cimac. Diagnosis, reliabiliti and safeti. Gdansk (19) UA (11) 96696 (13) C2 (21) a201011304 (22) 22.09.2010 (24) 25.11.2011 (46) 25.11.2011, Бюл.№ 22, 2011 р. (72) КРАЙНЮК ОЛЕКСАНДР ІВАНОВИЧ (73) СХІДНОУКРАЇНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ВОЛОДИМИРА ДАЛЯ (56) SU 181449 A, 15.04.1966 Krajniuk A.I., .Klyus Oleh, Organization prinsiples of the operating process of the cascade compression units and some directions of their aplication // Journals of Polish Cimac. Diagnosis, reliabiliti and safeti. Gdansk University of techology. Faculty of Ocean Engineering and Ship Technology Department of Ship Power Plants. - 2009. - Gdansk № 2. - 103109. (3 с.) UA 36361 U, 27.10.2008 3 University of techology. Faculty of Ocean Engineering and Ship Technology Department of Ship Power Plants. - 2009. - Gdansk №2. - 103-109.). Недоліком відомого пристрою є відносно невисокий ККД ГТУ на режимах повних навантажень, внаслідок обмеження максимальної температури циклу термоміцнісними властивостями застосовуваних у турбобудуванні матеріалів. Збільшення максимальної температури циклу супроводжується зниженням ресурсу турбіни і необхідністю застосування жароміцних матеріалів, що здорощують конструкцію газотурбінної установки. В основу винаходу поставлено задачу удосконалення ГТУ шляхом розміщення в каналі для відведення стискаючого середовища регенератора, підключеного до каналу для відведення стисненого повітря, а також підключення газоприймального патрубка турбіни до газової магістралі на ділянці між камерою згоряння і регенератором, що забезпечить підвищення максимальної температури циклу в агрегаті стиснення повітря і його ККД при одночасному зниженні теплонавантаженості деталей турбіни. Поставлена задача вирішується тим, що в газотурбінній установці каскадно-рекуперативного стиснення Крайнюка, що містить турбіну з газоприймальним патрубком, агрегат каскадного стиснення повітря, забезпечений каналами для підведення стискаючого середовища і відведення стисненого повітря, сполучені між собою газовою магістраллю з розміщеною в ній камерою згоряння, а також каналом для відведення стискаючого середовища, згідно з винаходом, в каналі для відведення стискаючого середовища розміщений регенератор, підключений до каналу для відведення стисненого повітря, а газоприймальний патрубок турбіни підключений до газової магістралі на ділянці між камерою згоряння і регенератором. Підключення газоприймального патрубка турбіни до газової магістралі на ділянці між камерою згорання і регенератором дозволить використовувати як робоче тіло стиснене повітря, завдяки чому забезпечуються сприятливі температурні умови роботи турбіни, практично при будь-яких значеннях максимальної температури циклу ГТУ. Зважаючи на зниження температури робочого тіла перед турбіною, підвищується ресурс її роботи і з'являється можливість використання для виготовлення деталей турбіни доступніших і дешевших матеріалів, що сприятиме зниженню вартості ГТУ. Крім того, така схема підключення газоприймального патрубка турбіни до газової магістралі дозволить помітно підвищити максимальну температуру робочого циклу ГТУ, що забезпечить підвищення паливної економічності і потужності теплового двигуна. Розміщення регенератора в каналі для відведення стискаючого середовища, підключеного до каналу для відведення стисненого повітря, забезпечує рекуперативне використання "скидної" теплової енергії відпрацьованих стискаючих газів, що відводяться з ротора каскадного обмінника для підвищення роботи стисненого повітря перед турбіною. При цьому забезпечується підвищення потужності газотурбінної установки без збільшення 96696 4 подачі палива в камері згоряння і, отже, підвищення паливної економічності ГТУ. Суть винаходу пояснюється схемою газотурбінної установки каскадно-рекуперативного стиснення Крайнюка. Газотурбінна установка каскаднорекуперативного стиснення Крайнюка містить агрегат каскадного стиснення (АКС) повітря 1, що містить ротор 2 з вічками 3 і статор 4, забезпечений каналом 5 для підведення стискуваного повітря з продувальним вентилятором 6, каналом 7 для відведення стисненого повітря з розміщеними у ньому циркуляційним вентилятором 8 і регенератором 9, сполученим з газоприймальним патрубком 10 турбіни 11, сполученої зі споживачем потужності 12, каналом 13 для підведення стискаючого середовища, сполученим з газоприймальним патрубком 10 турбіни 11 завдяки магістралі 14 з розташованою у ній камерою згоряння 15, оснащеною органом паливоподачі 16 та каналом 17 для відведення стискаючого середовища, підключеним до регенератора 9. Газотурбінна установка працює наступним чином. Повітря з атмосфери нагнітається продувальним вентилятором 6 через канал 5 для підведення стискуваного повітря 5 у вічки 3 ротора 2, де в результаті робочого процесу ARC 1 здійснюється його стиснення і витіснення у канал 7 для відведення стисненого повітря гарячим газом, що підводиться у вічки 3 через канал 13 для підведення стискаючого середовища. Гарячий газ, що віддав значну частину потенційної енергії по каналу 17 для відведення стискаючого середовища, прямує у атмосферу через регенератор 9, в якому передає частину своєї залишкової теплоти стисненому у АКС 1 повітрю, що проштовхується циркуляційним вентилятором 8 через канал 7 для відведення стисненого повітря. Частина стисненого повітря, підігрітого у регенераторі 9 "скидною" теплотою відпрацьованих стискаючих газів, надходить через газоприймальний патрубок 10 до турбіни 11, здійснюючи у ній корисну роботу, яка передається споживачеві 12, і відводиться у атмосферу. Частина підігрітого повітря, що залишилась, через газову магістраль 14 надходить в камеру згоряння 15, звідки у вигляді газів, що утворились в результаті згорання з паливом, яке подається органом паливоподачі 16, з максимальною температурою циклу відводиться у канал 13 для підведення стискаючого середовища, і далі - у вічки 3 ротора 2, де використовується як стискаюче середовище у робочому циклі АКС 1. Завдяки здатності ротора АКС до самоохолодження, з причини періодичного омивання вічок ротора свіжим зарядом, реалізується можливість значного підвищення максимальної температури циклу ГТУ і пов'язаного з цим збільшення ККД установки. При цьому використання як робочого тіла у турбіні стисненого повітря дозволяє поліпшити термічні умови роботи турбіни, що сприятиме збільшенню її ресурсу і допускає можливість використання менш жароміцних і дорогих конструкційних матеріалів турбіни. Використання "скидної" теплоти відпрацьованих стискаючих газів у регенераторі для підігрівання стисненого повітря перед 5 подачею у турбіну, у свою чергу, забезпечить збільшення розташованої роботи стисненого повітря, і, отже, потужності установки без залучення додат Комп’ютерна верстка А. Рябко 96696 6 кової теплової енергії. Таким чином, досягається додаткове підвищення агрегатної потужності і економічності газотурбінної установки. Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601