Способ работы газотурбинной установки

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК А 1775 2 С 71 5) ЗОБ РЕТЕ К АВТОРСКОМУ ДЕТЕЛЬСТВ ватель етичес го(56) Шварц В.Н ных установок. с. 23-32.Христич В.А ность применен регенерацией д портных газотур тика, Иэдател заведений, 1984 газотурбин оение, 1970 Ла ия ци ля эн бинн ьств ,М 8 С,Д. Эффективпромежуточной ческих и трансановок. Энергеших учебных иное кла .с ергети ых уст о выс с, 46 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР .. КонструкцияМ,: Машиност Изобретение относится к энергетическому и судовому машиностроению и может быть использовано в газотурбинных и парогазовых установках,Известен способ работы газотурбинной установки, включающий сжатие воздуха в компрессорах низкого и высокого давления с охлаждением воздуха между компрессорами, его подогрев в концевом регенераторе, сжигание топлива в основной и дополнительной камерах сгорания, расширение газов в турбинах высокого и среднего давления, вращающих компрессоры, дальнейшее его расширение в турбине низкого давления, отдающей механическую энергию полезной нагрузке (Шварц В,А. Конструкции газотурбинных установок. - М,: Машиностроение, 1970, с. 23-32).(54) СПОСОБ РАБОТЫ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ(57) Использование: в газотурбинных и парогазовых установках. Сущность изобретения; при подогреве воздуха и охлаждении газов в промежуточном регенераторе, расположенном между ступенями турбины, охлаждение газов производят при оптимальном давлении и оптимальной степени повышения давления и КПД, определяемых по приведенным в материалах изобретения формулам. 1 з.п, ф-лы, 2 ил. Недостатком известного технического; а решения является сравнительно низкая экономичность установки, что обусловлено ограничением допустимой максимальной у температуры газа на входе в регенератор,Известен способ работы ГТУ, включающий сжатие воздуха в компрессоре, его по догрев в промежуточном регенераторе и в камере сгорания, расширение газов в первых ступенях высокого давления, отдающих механическую энергию компрессору, ох- ь лаждение газов в промежуточном регенераторе и расширение газов в последующих ступенях турбины, отдающих механическую энергию потребителю (Христич В,А., Лабинов С.Д. Эффективность применения цикла с промежуточной регенерацией для энергетических и транспортных газотурбинных ус"=(кг/кр) сг лгп = ксУТ ( ь Лк 1/ОЬ)(Сгпг 1/Сргп Ь) 1 з 7 гк- гпт 15 т 6 (Лк К 1 = рмт 1;рмт 2 Ог 2 ИЬ) (Срщг 2/ СргпЬ) тановок//Энергетика. Изв. выса. учеб. заведений, 1964, М 8, с. 46-52),Недостатком известного техническогорешения является низкий КПД ГТУ по сравнению с КПД повсеместно используемых 5ГТУ с классической концевой регенерацией.Целью изобретения является повышение КПД ГТУ,Поставленная цель достигается тем, чтов способе работы ГТУ, включающем сжатие 10воздуха по меньшей мере в одном компрессоре, подогрев сжатого воздуха в промежуточном регенераторе и по меньшей мере водной камере сгорания, расширение газовв первых ступенях турбины Т 1, охлаждение 15газов в промежуточном регенераторе и расширение газов в последующих ступеняхтурбины Т 2, охлаждение газов в прсмежуточном регенераторе производят при их оптимальном Давлении на входе в газовый 20тракт регенератора, равном Рохор 1 = Ра 7 ет 2 орс/(г;ргживых),где Р - атмосферное давление;рг, вых коэффициенты Восстановления давления в газовом тракте регенератора и в выхлопном коллекторе ГТУ соответственно, зависящие от гидравлических потерь в тракте и коллекторе; 30Лт 2 орГ - ОПтИМаЛЬНая СТЕПЕНЬ ПОНИЖЕ- ния давления в последующих ступенях турбины, включенных после промежуточного регенератора, причем индексы 1 и 2 относятся к турбинам Т 1 и Т 2 соответственно.Кроме этого, охлаждение газов в промежуточном регенераторе производят при оптимальной степени повышения давления по меньшей мере в одном компрессоре, равной( р 1.(л Дв,л(гСргл 1 О пал гк("в/СрввУРкеелиндексы 1 и 2 по-прежнему относятся к турбинам Т 1 и Т 2 соответственно,При этом охлаждение газов в промежуточном регенераторе производят при максимальном КПД, равном Такое новое техническое решение всей своей новой совокупностью существенных признаков обеспечивает повышение КПД ГТУ благодаря охлаждению газов в промежуточном регенераторе при оптимальном давлении газов на входе в газовый тракт промежуточного регенератора и при оптимальной степени повышения давления по меньшей мере в одном компрессоре,Приведенная совокупность существенных признаков, а именно комплекса трех выражений, определяющих оптимальные ВЕЛИЧИНЫ Рвхрр 1, г%орГ И девах, В ПОЛНОМ ОбЬ- еме неизвестна из патентной и научно-технической литературы.Это позволяет заявителю считать. что предложенное решение отвечает критерию "существенные отличия",ПредложеннОе изобретение проиллюстрировано чертежами, где на фиг, 1 изображена принципиальная схема ГТУ, осуществляющей заявляемый способ; а на фиг. 2 - приведены графики зависимостей р 7 е Че( юг) для ГТУ,ГТУ содержит компрессоры низкого 1 и высокого 2 давления, компрессорные турбины высокого 3 и среднего 4 давления, ступени 5 силовой турбины, полезную нагрузку 6, воздухоохладитель 7, основную камеру сго 177556130 35 40 45 50 55 рания 8, дополнительные камеры сгорания 9 и промежуточный регенератор 10.Компрессоры 1 и 2 служат для сжатия воздуха. Комп рессорные турбин ы высокого 3 и среднего давления 4 служат для привода компрессоров высокого и низкого давления соответственно. Ступени 5 силовой турбины служат для привода полезной нагрузки б. Воздухоохладитель 7 служит для охлаждения сжатого воздуха, Основная 8 и дополнительные 9 камеры сгорания служат для сжигания в них топлива и подогрева рабочей среды, промежуточный регенератор 10 служит для охлаждения газов между ступенями 5 силовой турбины и подогрева сжатого в компрессорах 1 и 2 воздуха.Предложенный способ осуществляют следующим образом.Рабочую среду, преимущественно атмосферный воздух, подают в компрессор низкого давления 1, сжимают в нем и направляют в воздухоохладитель 7, где воздух охлаждают. После воздухоохладителя 7 воздух подводят к компрессору высокого давления 2, сжимают в нем и направляют сжатый воздух в промежуточный регенератор 10, где его нагревают перед поступлением в основную камеру сгорания 8. Путем сжигания топлива в потоке сжатого воздуха в основной камере сгорания 8 получают горячие газы, которые подводят в компрессорную турбину высокого давления 3, где газы расширяются, а затем их подводят в первую из дополнительных камер сгорания 9, подогревают в ней и после этого горячие газы расширяются в компрессорной турбине среднего давления 4, После повторного подогрева во второй дополнительной камере сгорания 9 газы направляют в первь 1 е ступени 5 силовой турбины, где они предварительно расширяются и затем их подводят к промежуточному регенератору, в котором газы охлаждают, Из промежуточного регенератора охлажденные газы подводят к последующим ступеням 5 силовой турбины, в которых они окончательно расширяются и затем их отводят в следующее эа ГТУ устройство, например, в котел-утилизатор, а оттуда - в окружающую среду, преимущественно в атмосферу,Охлаждение газов в промежуточном регенераторе производят при оптимальном давлении на входе в газовый тракт регенератора равном Рохор 1 = РаКтгорт/(фргфвых ) где Ра - атмосферное давление;дарг, живых - коэффициенты восстановления давления в газовом тракте регенерато 5 10 15 20 25 ра и в выхлопном коллекторе ГТУ соответственно;7 гтгор - оптимальная степень понижения давления в последующих ступенях турбины, включенных после промежуточного регенератора, причем 1( 1 1/(,1Ог 1, Оа - расход газов через ступени турбины Т 1, включенной до промежуточного регенератора, и через ступени турбины Т 2, включенной эа промежуточным регенератором;Срлг 1, Српа - СРЕДНИЕ ИЗОба РН ЫЕ ТЕПЛО- емкости газов в процессах расширения в турбинах Т 1 и Т 2 соответственно;мт 1, мтг - механические КПД турбин Т 1 и Т 2;бь - расход воздуха через компрессор;Срщь - средняя изобарная теплоемкость воздуха в процессе сжатия в компрессоре;кр =(бгр/Сьр) (Срщгр/Срщьр - произведение отношений расходов газов и воздуха и средних изобарных теплоемкостей газов и воздуха в промежуточном регенераторе(индекс р)т= Тэ/Т 1 - температурный коэффициент;Т 1 - температура воздуха перед компрессором низкого давления;Тз - температура газов перед турбиной Т 1;о - степень регенерации по температурам;= (лт 1лтг )/л - коэффициент сохранения давления в цикле ГТУ;лт 1, лтг - степени понижения давления в турбинах Т 1 и Т 2 соответственно;к - степень повышения давления в компрессоре;ОТ = (Яг 1/Срщг 1) Т 1 пол 1П 1 к = (ЙЬ/Сргпь)/ фполЧтпол Цкпол - политропные КПД турбомашины;Вг 1, ВЬ - ГаЗОВаЯ ПОСтОЯННаЯ ГаЗОВ И воздуха соответственно;кс = 9 тОр /(Срвь (Тз - Т 5)1;1775561 Фи 1 Ю,1дактор А,Бер Р Корректор О. Густи,оиэводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина,Заказ 4026 ВНИИПИСоставитель И. ВасилеТех ед М,Моргентал Тираж Подписноедарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5