Номер патенту: 48206

Опубліковано: 15.08.2002

Автори: Рукес Берт, Каіл Хрістоф

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Газова турбіна з компресором, камерою згоряння і турбіною, а також трубопроводом охолодженого повітря для підведення охолодженого повітря у турбіну, а також із трубопроводом свіжого повітря для підведення стиснутого повітря у камеру згоряння, яка відрізняється тим, що турбіна включена на стороні охолодженого повітря у трубопровід охолодженого повітря, який включений паралельно трубопроводу свіжого повітря.

2. Газова турбіна згідно з п. 1, яка відрізняється тим, що нагріте у турбіні охолоджене повітря є таким, що подається у розташований між компресором і камерою згоряння трубопровід свіжого повітря.

3. Газова турбіна згідно з пп. 1,2, яка відрізняється тим, що передбачений підключений до трубопроводу свіжого повітря вихідний трубопровід для нагрітого охолодженого повітря, що витікає з турбіни.

4. Газова турбіна згідно з будь-яким із пп. 1-3, яка відрізняється тим, що трубопровід охолодженого повітря підключений до напірної сторони компресора.

5. Газова турбіна згідно з будь-яким із пп. 1-4, яка відрізняється тим, що у трубопровід охолодженого повітря включений бустер.

6. Газова турбіна згідно з будь-яким із пп. 1-5, яка відрізняється тим, що до трубопроводу охолодженого повітря підключені вхідні трубопроводи, кожний з яких входить в один ряд лопаток турбіни.

7. Газова турбіна згідно з п. 6, яка відрізняється тим, що передбачена відповідній кількості вхідних трубопроводів кількість вихідних трубопроводів для нагрітого охолодженого повітря.

8. Газова турбіна згідно з будь-яким із пп. 1-7, яка відрізняється тим, що для напрямку охолодженого повітря передбачена замкнута система каналів через ряди лопаток турбіни і/або через вал турбіни, і/або через корпус турбіни.

9. Спосіб експлуатації газової турбіни, до камери згоряння якої підводять стиснуте повітря, причому підведене до газової турбіни охолоджене повітря нагрівають, який відрізняється тим, що стиснуте повітря розділяють на два часткових потоки, причому перший частковий потік направляють безпосередньо в камеру згоряння і другий частковий потік служить  як охолоджене повітря для турбіни, причому щонайменше частина нагрітого в турбіні охолодженого повітря направляють у камеру згоряння.

10. Спосіб згідно з п. 9, який відрізняється тим, що нагріте охолоджене повітря добавляють до стиснутого повітря.

11. Спосіб згідно з п. 9 або 10, який відрізняється тим, що охолоджене повітря протікає через одну або кожну лопатку турбіни у контурі охолодження.

12. Спосіб згідно з будь-яким із пунктів 9-11, який відрізняється тим, що охолоджене повітря, щонайменше, частково протікає через вал турбіни і/або корпус турбіни.

Текст

1 Газова турбіна з компресором, камерою згоряння і турбіною, а також трубопроводом охолодженого повітря для підведення охолодженого повітря у турбіну, а також із трубопроводом свіжого повітря для підведення стиснутого повітря у камеру згоряння, яка відрізняється тим, що турбіна включена на стороні охолодженого повітря у трубопровід охолодженого повітря, який включений паралельно трубопроводу свіжого повітря 2 Газова турбіна згідно з п 1, яка відрізняється тим, що нагріте у турбіні охолоджене повітря є таким, що подається у розташований між компресором і камерою згоряння трубопровід свіжого повітря 3 Газова турбіна згідно з пп 1,2, яка відрізняється тим, що передбачений підключений до трубопроводу свіжого повітря вихідний трубопровід для нагрітого охолодженого повітря, що витікає з турбіни 4 Газова турбіна згідно з будь-яким із пп 1-3, яка відрізняється тим, що трубопровід охолодженого повітря підключений до напірної сторони компресора Винахід стосується газової турбіни, а також способу и експлуатації, до камери згоряння якої підводять стиснуте повітря, причому підведене до газової турбіни стиснуте повітря нагрівають Як випливає з технічного рішення до DEPS4336143, відомо викликання підвищеного кое 5 Газова турбіна згідно з будь-яким із пп 1-4, яка відрізняється тим, що у трубопровід охолодженого повітря включений бустер 6 Газова турбіна згідно з будь-яким із пп 1-5, яка відрізняється тим, що до трубопроводу охолодженого повітря підключені ВХІДНІ трубопроводи, кожний з яких входить в один ряд лопаток турбіни 7 Газова турбіна згідно з п 6, яка відрізняється тим, що передбачена ВІДПОВІДНІЙ КІЛЬКОСТІ ВХІДНИХ трубопроводів КІЛЬКІСТЬ вихідних трубопроводів для нагрітого охолодженого повітря 8 Газова турбіна згідно з будь-яким із пп 1-7, яка відрізняється тим, що для напрямку охолодженого повітря передбачена замкнута система каналів через ряди лопаток турбіни і/або через вал турбіни, і/або через корпус турбіни 9 Спосіб експлуатації газової турбіни, до камери згоряння якої підводять стиснуте повітря, причому підведене до газової турбіни охолоджене повітря нагрівають, який відрізняється тим, що стиснуте повітря розділяють на два часткових потоки, причому перший частковий потік направляють безпосередньо в камеру згоряння і другий частковий потік служить як охолоджене повітря для турбіни, причому щонайменше частина нагрітого в турбіні охолодженого повітря направляють у камеру згоряння 10 Спосіб згідно з п 9, який відрізняється тим, що нагріте охолоджене повітря добавляють до стиснутого повітря 11 Спосіб згідно з п 9 або 10, який відрізняється тим, що охолоджене повітря протікає через одну або кожну лопатку турбіни у контурі охолодження 12 Спосіб згідно з будь-яким із пунктів 9-11, який відрізняється тим, що охолоджене повітря, щонайменше, частково протікає через вал турбіни і/або корпус турбіни фіцієнта корисної дії за рахунок охолодження робочого середовища в турбіні Далі з DE-PS2836539 відомо, що для охолодження камери згоряння застосовують вихідне повітря компресора Для запобігання втрат коефіцієнта корисної дії підігріте при цьому вихідне повітря компресора вводять у ка О (О о 0 0 48206 меру згоряння лодного повітря підключений до напірної сторони Далі при експлуатації газової турбіни м охокомпресора лоджують Для цього з документа "Motortechnische Крім того, стосовно винаходу у трубопровід Zeitschnft", 49(1988), crop 239-240 відомо направохолодженого повітря включений бустер лення застосовуваного для охолодження в газовій Крім того, стосовно винаходу до трубопроводу турбіні з відкритим повітряним охолодженням охоохолодженого повітря підключені ВХІДНІ трубопролодного повітря через турбінні лопатки При цьому води, кожний з яких входить в один ряд лопаток частину стиснутого повітря використовують у турбіни якості охолодного повітря, яке виходить у турбіні з Крім того, стосовно винаходу в газовій турбіні відкритих турбінних лопаток і домішується до попередбачена ВІДПОВІДНІЙ КІЛЬКОСТІ ВХІДНИХ труботоку димового газу проводів КІЛЬКІСТЬ вихідних трубопроводів для нагрітого охолодного повітря Внаслідок витікання холодного повітря з напрямних і робочих лопаток турбіни відкрите повітКрім того, стосовно винаходу в газовій турбіні ряне охолодження лопаток турбіни приводить, для напрямку охолодженого повітря передбачена однак, до зниження температури димових газів замкнута система каналів через ряди лопаток турвсередині і на стороні потоку, що стікає, після турбіни і/або через вал турбіни і/або через корпус біни За рахунок цього коефіцієнт корисної дії гатурбіни зової турбіни і, таким чином, зокрема, також загаПереваги, що досягаються винаходом, склальний коефіцієнт корисної дії комбінованої газо- і даються, зокрема, у тому, що шляхом підведення паротурбінної установки, в якій після газової турбінагрітого охолодженого повітря в камеру згоряння ни включений паротурбінний процес, є погіршеним газової турбіни досягається підвищення темпераабо тільки обмеженим тури приводу тепла і підвищення температури газу, що відходить, а також зменшення витрати паВідома газова турбіна з компресором, камелива при одночасному підвищенні коефіцієнта рою згоряння і турбіною, а також трубопроводом корисної дії Виконана таким чином газова турбіна охолодного повітря для підведення охолодженого є особливо придатною для використання в комбіповітря у турбіну, а також із трубопроводом свіжонованій газо-1 паротурбінній установці го повітря для підведення стиснутого повітря у камеру згоряння (див пат США №5 394 687, МПК Також відомий спосіб експлуатації газової турF02C6/18, опубл 07 03 95) біни, до камери згоряння якої підводять стиснуте повітря, причому підведене до газової турбіни Вказана газова турбіна найбільш близька за охолодне повітря нагрівають (див пат США №5 сукупністю ознак до винаходу, тому вона є най394 687, МПК6 F02C 6/18, опубл 07 03 95) ближчим аналогом Недоліком такої газової турбіні є зниження теВказаний спосіб експлуатації газової турбіни мператури димових газів, що приводить до погірнайбільш близький за сукупністю ознак до винахошення коефіцієнта корисної дії газової турбіни і, ду, тому він є найближчим аналогом таким чином, зокрема, також погіршення загальноОднак, при експлуатації газової турбіні таким го коефіцієнту корисної дії комбінованої газо- і паспособом відбувається зниження температури ротурбінної установки Це відбувається тому, що димових газів, що приводить до погіршення коефіпередане охолодженому повітрю тепло не може цієнта корисної дії газової турбіни і, таким чином, повертатися у процес винятково через охолодне зокрема, також погіршення загального коефіцієнту повітря й у підходящому МІСЦІ Це не може відбукорисної дії комбінованої газо- і паротурбінної ватися через повернення або введення тепла пеустановки ред процесом або, ВІДПОВІДНО, безпосередньо у В основу винаходу поставлено задачу створипроцес згоряння ти такий спосіб експлуатації газової турбіни, за допомогою якого є можливість підвищити коефіціВ основу винаходу поставлено задачу створиєнт корисної дії Це може відбуватися через повети таку газову турбіну, за допомогою якої досягарнення або введення тепла перед процесом або, ється особливо високий коефіцієнт П корисної дії ВІДПОВІДНО, безпосередньо у процес згоряння Задача, яка була поставлена згідно з винаходом щодо газової турбіни з компресором, камерою Задача, яка була поставлена згідно з винахозгоряння і турбіною, а також трубопроводом оходом щодо способу експлуатації газової турбіни, до лодного повітря для підведення охолодженого камери згоряння якої підводять стиснуте повітря, повітря у турбіну, а також із трубопроводом свіжопричому підведене до газової турбіни охолоджене го повітря для підведення стиснутого повітря у повітря нагрівають, вирішується тим, що стиснуте камеру згоряння вирішується тим, що турбіна повітря розділяють на два часткових потоки, привключена на стороні охолодженого повітря у тручому перший частковий потік направляють безпобопровід охолодженого повітря, який включений середньо в камеру згоряння і причому другий часпаралельно трубопроводу свіжого повітря тковий потік служить в якості охолодженого повітря для турбіни, причому щонайменше частиКрім того, стосовно винаходу нагріте у турбіні на нагрітого в турбіні охолодного повітря направохолоджене повітря є таким, що подається у розляють у камеру згоряння ташований між компресором і камерою згоряння трубопровід свіжого повітря Крім того, згідно способу нагріте охолодне повітря добавляють до стиснутого повітря Крім того, стосовно винаходу передбачений підключений до трубопроводу свіжого повітря виКрім того, згідно способу охолодне повітря хідний трубопровід для нагрітого охолодженого протікає через одну або кожну лопатку турбіни у повітря, що витікає з турбіни контурі охолодження Крім того, стосовно винаходу трубопровід охоКрім того, згідно способу охолоджене повітря, 48206 щонайменше, частково протікає через вал турбіни і/або корпус турбіни Винахід при цьому виходить із міркування використання для підвищення коефіцієнта корисної дії переданого при охолодженні тепла, не охолоджуючи при цьому газ, що відходить із газової турбіни Для цього передане охолодженому повітрю тепло повинне особливо ефективно повертатися у процес винятково через охолоджене повітря й у підходящому МІСЦІ Це може відбуватися через повернення або введення тепла перед процесом або, ВІДПОВІДНО, безпосередньо у процес згоряння Нагріте охолоджене повітря підводять до камери згоряння переважно разом із стиснутим повітрям Примушування відбувається доцільно перед камерою згоряння Уведення нагрітого охолодного повітря обумовлює безпосередній підігрів повітря для спалювання і, тим самим, економію палива Крім того, примушування нагрітого охолодженого повітря до стиснутого повітря приводить до підвищення середньої температури розширення і, за рахунок цього, до підвищення потужності турбіни й температури газу, що відходить Більш висока температура газу, що відходить, поліпшує, крім того, загальний коефіцієнт корисної дії комбінованої газо-1 паротурбінної установки Для досягнення ефективного використання охолодженого повітря в газовій турбіні в якості охолодного повітря використовують частину стиснутого повітря Відібране від компресора охолоджене повітря протікає, наприклад, у замкнутій системі каналів як через лопатки турбіни, так і, доцільно, через вал турбіни і/або корпус турбіни Охолоджене повітря протікає, доцільно, через одну або кожну лопатку турбіни, зокрема, напрямні або робочі лопатки турбіни в контурі охолодження При цьому охолоджене повітря від температури порядку 450-500°С перед лопатками турбіни нагрівається до температури порядку 650-700°С після лопаток турбіни Введення в камеру згоряння нагрітого охолодженого повітря разом із стиснутим повітрям приводить при ПОСТІЙНІЙ температурі горіння до підвищення температури приводу тепла Приклади виконання винаходу пояснюються більш докладно за допомогою креслень При цьому на фігурах показане фіг 1 - схематично газова турбіна із замкнутою системою охолодженого повітря, фіг 2 і 3 - газова турбіна згідно з фіг 1 із безліччю вхідних і вихідних трубопроводів для охолодженого повітря або, ВІДПОВІДНО, із безліччю трубопроводів охолодженого повітря і фіг 4 - напрямна і робоча лопатка турбіни ВІДПОВІДНО до фігури 1 із каналами охолодження На усіх фігурах однакові частини оснащені однаковими позиціями для посилання Газова турбіна 1 згідно з фігурою 1 містить турбіну 2 із з'єднаним через вал турбіни 3 повітряним компресором 4 і генератор 6 Вона містить далі підключену перед турбіною 2 камеру згоряння 8 Повітряний компресор 4 містить на стороні усмоктування усмоктувальний трубопровід 10 і на напірній стороні трубопровід охолодного повітря 12, який входить у турбіну 2 У трубопровід охолодженого повітря 12 включені компресор або бустер 14 Повітряний компресор 4 містить, крім того, на напірній стороні трубопровід свіжого повітря 16, який входить у камеру згоряння 8 До турбіни 2 підключений трубопровід 18 для нагрітого охолодженого повітря HKL, який з'єднаний із вхідним у камеру згоряння 8 трубопроводом свіжого повітря 16 Турбіна 2 містить, крім того, трубопровід газу 20, що відходить Трубопровід димового газу 22 з'єднує камеру згоряння 8 із турбіною 2 При експлуатації газової турбіни 1 до камери згоряння 8 через трубопровід для палива 24 підводять копальневе паливо BS, наприклад, природний газ або кам'яновугільний газ Паливо BS спалюють у камері згоряння 8 разом із свіжим повітрям FL, яке є сумішшю зі стиснутого повітря VAL із повітряного компресора 4 і нагрітого охолодженого повітря HKL із турбіни 2 Виникаючий при згорянні гарячий димовий газ або робоче середовище RG направляється по трубопроводу димового газу 22 у турбіну 2 Там димовий газ RG розширюється й пускає в хід турбіну 2 Вона у свою чергу пускає в хід повітряний компресор 4 і генератор 6 Димовий газ RG покидає турбіну 2 у якості газу AG, що відходить, і по трубопроводу газу 20, що відходить, у напрямку (не показаного) димаря Газ AG, що відходить, може також використовуватися відомим по собі, не поданим більш докладним способом для виробництва пару в парогенераторі на теплі, що відходить, паротурбінної установки Димовий газ RG має при вході в турбіну 2 високу температуру Ті більш 1100 °С Тому деталі турбіни 2, зокрема, лопатки турбіни (фігура 4) повинні охолоджуватися Для охолодження відбирають або відгалужують частину стиснутого повітря VAL на напірній стороні повітряного компресора 4 в якості охолодного засобу KL Охолоджений засіб, тобто охолоджене повітря KL, підводять по трубопроводу охолодженого повітря 12 до турбіни 2 Для компенсації втрат тиску в трубопровід охолодженого повітря 12 включений бустер 14 За рахунок непрямого теплообміну між гарячим димовим газом RG і охолодженим повітрям KL у турбіні 2, зокрема, у лопатках турбіни (фігура 4) охолодне повітря KL нагрівається Нагріте охолоджене повітря HKL відбирають від турбіни 2 по трубопроводу 18 Трубопровід 18 для нагрітого охолодного повітря HKL підключений до трубопроводу свіжого повітря 16 перед камерою згоряння 8 Там нагріте охолоджене повітря HKL безпосередньо підмішують до стиснутого повітря VAL За рахунок підмішування стиснуте повітря VAL нагрівається від температури І2 порядку 450°С до температури Тз порядку 550°С Цю підігріту повітряну суміш підводять в якості свіжого повітря FL до камери згоряння 8 Вихідний ІЗ повітряного компресора 4 трубопровід охолодженого повітря 12, контури охолодження через лопатки турбіни (фігура 4), трубопровід 18 для нагрітого охолодженого повітря HKL і вихідний із повітряного компресора 4 трубопровід свіжого повітря 16 творять замкнуту систему охолодженого повітря 26 Фігура 2 показує газову турбіну 1 згідно з фігурою 1 із замкнутою системою охолодженого повітря 26' для всіх рядів напрямних лопаток ЗО і рядів робочих лопаток 32 турбіни 2 Для охолодження всіх напрямних і робочих лопаток до трубопроводу 48206 8 охолодженого повітря 12 на напірній стороні бусробочі лопатки рядів робочих лопаток 32 у (не потера 14 підключено безліч окремих вхідних трубоказаний) потік димового газу проводів 34 Кожний вхідний трубопровід 34 вхоФігура 4 показує напрямну лопатку 37 і робочу дить в один ряд лопаток турбіни ЗО, 32 Кожному лопатку 38 турбіни 2 із каналами охолодження 40, вхідному трубопроводу 34 доданий у ВІДПОВІДНІСТЬ 40' контуру охолодження 41 або, ВІДПОВІДНО, 41' окремо вихідний від ВІДПОВІДНОГО ряду лопаток Ця напрямна лопатка 37 або кожна напрямна лотурбіни ЗО, 32 вихідний трубопровід 36 для нагріпатка 37 охолоджується за допомогою охолоджетого охолодженого повітря HKL Для замикання ного повітря KL, що направляється в контурі охосистеми охолодженого повітря 26', один або кожлодження 41' При цьому охолодне повітря KL, що ний вихідний трубопровід 36 підключений до трунаправляється через трубопровід охолодженого бопроводу 18 для нагрітого охолодженого повітря повітря 12 і вхідний трубопровід 34, 34' до цієї наHKL прямної лопатки 37 або до кожної напрямної лопатки, направляють через передбачені в корпусі турФігура 3 показує газову турбіну 1 згідно з фігубіни 42 канали 43 Охолоджене повітря KL, що рою 1 із частково замкнутою системою охолодженаправляється до цієї або кожної робочої лопатки ного повітря 26", в якій використовують тільки на38, направляють через передбачені у валі турбіни, гріте охолоджене повітря HKL із рядів напрямних канали 44 лопаток ЗО Для цього таки від трубопроводу охолодженого повітря 12 відгалужується на напірній Стиснуте повітря VAL із температурою Тг постороні бустера 14 безліч вхідних трубопроводів рядку від 450°С до 500°С змішують разом із нагрі34', причому, ВІДПОВІДНО, один ВХІДНІЙ трубопровід тим охолодженим повітрям HKL із температурою 34' веде до одного з рядів напрямних лопаток турЇ4 порядку від 650°С до 700°С так, що температубіни ЗО На противагу до приклада виконання згідра Тз свіжого повітря FL становить розмір порядку но з фігурою 2 тут тільки вхідним трубопроводам від 550°С до 600°С Це приводить до особливо 34', що ведуть в один або кожний ряд напрямних високої температури приводу тепла в камері зголопаток ЗО, доданий у ВІДПОВІДНІСТЬ ВІДПОВІДНО ряння 8, до підвищення середньої температури один вихідний трубопровід 36' Кожний вихідний розширення і до зменшення витрати палива Після трубопровід 36' знову підключений до трубопровонадходження димового газу RG у турбіну 2 темпеду 18 для нагрітого охолодженого повітря HKL ратура димового газу RG зменшується співвісна уздовж рядів лопаток турбіни ЗО, 32 по окремих Ряди робочих лопаток 32 охолоджуються відступенях тиску турбіни 2 так, що температура 15, критим повітряним охолодженням Кожному ряду газу AG, що відходить, становить 600°С Ця темробочих лопаток 32 доданий у ВІДПОВІДНІСТЬ окрепература Тб лежить, таким чином, вище, ніж теммий, вихідний із повітряного компресора 4 трубопература порядку 550°С газу, що відходить, відопровід охолодженого повітря 12' Охолоджене помих газових турбін вітря KL при цьому тече в турбіну 2 через відкриті 48206 10 11 48206 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71 12

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Gas turbine and method of its operation

Назва патенту російською

Газовая турбина и способ ее эксплуатации

МПК / Мітки

МПК: F02C 7/16

Мітки: спосіб, експлуатації, турбіна, газова

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/6-48206-gazova-turbina-i-sposib-ekspluataci.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Газова турбіна і спосіб її експлуатації</a>

Подібні патенти