Газотурбинная установка

Изобретение относится к газотурбинным установкам. Газотурбинная установка, в которой первая газовая турбина, размещенная коаксиально с компрессором, и вторая газовая турбина, размещенная коаксиально с генератором, вращаются теплоносителем, нагреваемым тепловой энергией, обеспечиваемой посредством деления топлива с частицами, покрытыми оболочками. Скорость вращения первой газовой турбины регулируется посредством регулирования потока в байпасном проходе второй газовой турбины. Изобретение позволяет повысить безопасность регулирования каждой газовой турбины в процессе запуска. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к газотурбинной установке, в которой используется теплота, вырабатываемая высокотемпературным газоохлаждаемым реактором, и в особенности относится к газотурбинной установке, которая снабжена газовой турбиной, приводимой в действие газом, нагреваемым теплотой высокотемпературного газоохлаждаемого реактора, и подающей выходящий газ в высокотемпературный газоохлаждаемый реактор.

Уровень техники

В высокотемпературном газоохлаждаемом реакторе, который представляет собой один из типов ядерного реактора, используется как топливо топливо с частицами, покрытыми оболочками, которое представляет собой ядерное топливо с оболочками тепловыделяющих элементов из теплостойких пиролитических углеродов (РуС) и карбидов кремния (SiC), и также используется теплостойкий графит как замедлитель и конструкционные материалы в активной зоне, и газообразный гелий используется как теплоноситель. Кроме того, топливо типа блоков, представляющих собой графитовые блоки с топливными стержнями, вставленными в них, и топливо типа слоя шаровых тепловыделяющих элементов, которые спрессованы в виде шариков, применяются как топливо с частицами, покрытыми оболочками, чтобы использовать его для высокотемпературного газоохлаждаемого реактора. Затем, посредством того, что активная зона реактора состоит из керамики вместо металлических материалов, активная зона реактора может выдерживать очень высокие температуры, приблизительно такие высокие, как 1000°С.

Посредством использования теплоты, вырабатываемой высокотемпературным газоохлаждаемым реактором, может быть получена высокая температура выходящего газа, выше 800°С, которая не может быть достигнута посредством других типов ядерных реакторов, посредством этого достигается выработка электроэнергии с высоким тепловым КПД. Кроме того, топливо, которое должно быть использовано, является превосходным по безопасности, поскольку плавление топлива и разрушение слоя оболочки редко происходят, когда увеличивается температура топлива, и продукты деления сохраняются даже в аварийных условиях. Более того, в Японии работает «Высокотемпературный технический экспериментальный реактор» (ВТТЭР) как высокотемпературный газоохлаждаемый реактор.

На электростанции такой высокотемпературный газоохлаждаемый реактор, как описан выше, используется в паровом цикле выработки электроэнергии, в котором пар вырабатывается высокотемпературным газом из высокотемпературного газоохлаждаемого реактора, чтобы приводить в действие паровую турбину, и используется для выработки электроэнергии в замкнутом цикле с газовой турбиной, в котором газовая турбина приводится в действие высокотемпературным газом из высокотемпературного газоохлаждаемого реактора. Здесь при выработке электроэнергии в паровой турбине, имеющей параметры пара, эквивалентные параметрам традиционной тепловой выработки электроэнергии, достигается тепловой КПД приблизительно 40%, но посредством использования выработки электроэнергии в замкнутом цикле с газовой турбиной, имеющей температуру теплоносителя, выходящего из ядерного реактора, выше, чем приблизительно 850°С, имеется возможность достижения теплового КПД в диапазоне от 45% до 50%.

Затем, в качестве высокотемпературного газоохлаждаемого реактора, используемого для выработки электроэнергии в замкнутом цикле с газовой турбиной, имеющей высокий тепловой КПД, описан высокотемпературный газоохлаждаемый реактор в газотурбинной установке, в которой система циркуляции в высокотемпературном газоохлаждаемом реакторе отличается от системы циркуляции в газовой турбине (см. патентный документ 1). В газотурбинной установке, описанной в патентном документе 1, газообразный гелий во вторичном контуре нагревается высокотемпературным газообразным гелием, полученным посредством высокотемпературного газоохлаждаемого реактора, предусмотренного в первичном контуре, и затем газовая турбина приводится в действие нагретым газообразным гелием во вторичном контуре.

Кроме того, в заявке раскрыта газотурбинная установка, в которой газовая турбина, имеющая общий вал с компрессором высокого давления, и газовая турбина, имеющая общий вал с генератором, выполнены таким образом, как если бы они были соединены различными валами, и газовые турбины, соединенные различными валами, приводятся в действие газообразным гелием из высокотемпературного газоохлаждаемого реактора (см. патентный документ 2). В этой газотурбинной установке газообразный гелий, выходящий из газовых турбин, подается в высокотемпературный газоохлаждаемый реактор после сжатия его компрессором. Был разработан «Блочный Реактор со Слоем Шаровых Тепловыделяющих Элементов» (БРСТВЭЛ), который используется для такой газотурбинной установки, как описано выше, и снабжен активной зоной реактора со слоем шаровых тепловыделяющих элементов, используя топливо типа слоя шаровых тепловыделяющих элементов.

Более того, газотурбинная установка согласно патентному документу 2 представляет собой газотурбинную установку, которая снабжена двухвальными газовыми турбинами, в которых газовая турбина, соединенная с генератором общим валом, также соединена с компрессором низкого давления общим валом. В результате увеличивается нагрузка, которая должна быть приложена к газовой турбине, соединенной с компрессором низкого давления и генератором одним валом. Поэтому была разработана газотурбинная установка, использующая «БРСТВЭЛ», в которой для того, чтобы распределить нагрузку, предусмотрена газовая турбина, соединенная с компрессором низкого давления одним валом, и использована газотурбинная установка, включающая трехвальные газовые турбины.

Патентный документ 1: Выложенная заявка на патент №Н10-322215.

Патентный документ 2: Выложенная заявка на патент №Н9-144557.

Раскрытие изобретения

Проблемы, которые должны быть решены посредством изобретения

Однако в высокотемпературном газоохлаждаемом реакторе скорость вращения турбины, имеющей общий вал с компрессором, может быть уменьшена, но не может быть увеличена. Поэтому, когда турбина вращается при низкой скорости в процессе работы с номинальной нагрузкой, поскольку КПД установки и объем потока газообразного гелия фактической установки отклоняются от проектных величин, скорость вращения турбины не может быть увеличена, что может, следовательно, вызывать беспокойство, что вращающиеся лопасти, которыми снабжены компрессор и турбина, войдут в резонанс, результатом чего является разрушение лопастей.

Задачей настоящего изобретения является создание газотурбинной установки, которая состоит из установки замкнутого цикла и может безопасно регулировать каждую газовую турбину в процессе запуска.

Средства для решения проблемы

Для достижения результата газотурбинная установка в соответствии с настоящим изобретением содержит высокотемпературный газоохлаждаемый реактор, который нагревает теплоноситель тепловой энергией, полученной посредством ядерного деления продуктов деления, покрытых оболочками тепловыделяющих элементов в топливе с частицами, покрытыми оболочками; первую газовую турбину, которая вращается теплоносителем, нагреваемым высокотемпературным газоохлаждаемым реактором, и имеет общий вал с компрессором, сжимающим теплоноситель; вторую газовую турбину, которая вращается теплоносителем, выходящим из первой газовой турбины, и имеет общий вал с генератором, осуществляющим выработку электроэнергии; и байпасный проход, который имеет вторая газовая турбина, которую обходит байпасом теплоноситель; при этом в процессе работы с номинальной нагрузкой объем потока теплоносителя, проходящего через байпасный проход, регулируется так, чтобы заставить скорость вращения первой газовой турбины попасть в диапазон заранее определенной скорости вращения.

Преимущества изобретения

В соответствии с настоящим изобретением, когда скорость вращения газотурбинной установки, включающей множество валов, увеличивается до номинальной скорости вращения в процессе запуска посредством обеспечения байпасными вентилями и регулирования подъема байпасных вентилей, каждая из газовых турбин, имеющих общие валы с компрессорами, регулируется независимо, посредством этого обеспечивая возможность увеличения скорости вращения. Поэтому, по сравнению со случаем, когда скорость вращения всех газовых турбин увеличивается одновременно, возможно утверждать, что если скорость вращения каждой газовой турбины увеличивается до номинальной скорости вращения или нет, то газовые турбины могут быть запущены безопасно.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой блок-схему, показывающую конструкцию газотурбинной установки в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.2 представляет собой блок-схему, показывающую конструкцию газотурбинной установки в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.3 представляет собой блок-схему, показывающую конструкцию газотурбинной установки в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.4А представляет собой диаграмму синхронизации, показывающую изменение скорости вращения турбины высокого давления в процессе запуска газотурбинной установки на фиг.3.

Фиг.4В представляет собой диаграмму синхронизации, показывающую изменение скорости вращения турбины низкого давления в процессе запуска газотурбинной установки на фиг.3.

Фиг.4С представляет собой диаграмму синхронизации, показывающую изменение подъема байпасного вентиля в продолжение запуска газотурбинной установки по фиг.3.

Фиг.5 представляет собой блок-схему, показывающую другую конструкцию газотурбинной установки в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.6 представляет собой блок-схему, показывающую другую конструкцию газотурбинной установки в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения.

Перечень ссылочных обозначений

1. Высокотемпературный Газоохлаждаемый Реактор

2. Турбина Высокого Давления (ТВД)

3. Турбина Низкого Давления (ТНД)

4. Силовая Газовая Турбина (СТ)

5. Генератор

6. Теплообменник

7. Предварительный Холодильник

8. Компрессор Низкого Давления (КНД)

9. Промежуточный Холодильник

10. Компрессор Высокого Давления (КВД)

11. Байпасный проход

11а. Отверстие

11b и 15. Байпасные вентили

12. Индикатор скорости

13. Индикатор скорости

14. Секция регулирования байпаса

Наилучший способ осуществления изобретения

Первый вариант осуществления

Со ссылкой на чертежи первый вариант осуществления настоящего изобретения будет описан далее. Фиг.1 представляет собой блок-схему, показывающую конструкцию газотурбинной установки в соответствии с настоящим вариантом осуществления.

Газотурбинная установка на фиг.1 содержит высокотемпературный газоохлаждаемый реактор 1, который обеспечивает газообразный гелий тепловой энергией, вырабатываемой посредством ядерного деления продуктов деления, и из которого выходит высокотемпературный газообразный гелий; газовую турбину высокого давления (ТВД) 2, которая приводится в действие газообразным гелием, выходящим из высокотемпературного газоохлаждаемого реактора 1; турбину низкого давления (ТНД) 3, которая приводится в действие газообразным гелием, выходящим из ТВД 2, силовую газовую турбину (СТ) 4, которая приводится в действие газообразным гелием, выходящим из ТНД 3; генератор, который соединен с СТ 4 общим валом и вращается посредством СТ 4; теплообменник 6, который осуществляет теплообмен посредством подачи газообразного гелия, выходящего из СТ 4; предварительный холодильник 7, который охлаждает газообразный гелий, от которого тепло отводится посредством теплообменника 6; компрессор низкого давления (КНД) 8, который сжимает газообразный гелий, охлаждаемый посредством предварительного холодильника 7; промежуточный холодильник 9, который охлаждает газообразный гелий, который сжимается и давление которого повышается посредством КНД 8; компрессор высокого давления (КВД) 10, который сжимает газообразный гелий, охлаждаемый посредством промежуточного холодильника 9, для подачи его в теплообменник 6.

Кроме того, газотурбинная установка на фиг.1 снабжена байпасным проходом 11, по которому газообразный гелий, выходящий из ТНД 3, обходит байпасом СТ 4 так, чтобы проходить теплообменник 6, и также имеет замещаемое отверстие 11а, размещенное в байпасном проходе 11 для того, чтобы регулировать объем потока газообразного гелия, проходящего через байпасный проход 11. В особенности, объем потока газообразного гелия, проходящего через байпасный проход 11, и объем потока газообразного гелия, подаваемого в СТ 4, устанавливаются посредством ограничения объема потока, определяемого отверстием 11а, которое размещено в байпасном проходе 11.

Когда предусмотрен байпасный проход 11, как упомянуто выше, во-первых, измеряются скорости вращения ТВД 2 и ТНД 3 в процессе работы с номинальной нагрузкой. Когда скорости вращения ТВД 2 и ТНД 3 являются более низкими, чем скорости вращения для безопасной работы, давление на выходе из ТНД уменьшается посредством обхода байпасом газообразного гелия по байпасному проходу 11, посредством этого увеличивая скорости вращения ТВД 2 и ТНД 3.

Когда газотурбинная установка, сконструированная, как упомянуто выше, работает при номинальной нагрузке, тепловыделяющие элементы, представляющие собой топливо с частицами, покрытыми оболочками, содержащее мелкие керамические частицы топлива из продуктов деления с многочисленными оболочками тепловыделяющих элементов из пиролитических углеродов и карбидов кремния, подаются в высокотемпературный газоохлаждаемый реактор 1, в котором предусмотрена теплостойкая конструкция посредством использования теплостойкого графита как замедлителя и конструкционных материалов в активной зоне, и затем в продуктах деления в тепловыделяющих элементах осуществляется ядерное деление. Тепловая энергия, вырабатываемая при ядерном делении продуктов деления, передается газообразному гелию, подаваемому из теплообменника 6, и газообразный гелий с высокой температурой и высоким давлением подается в ТВД 2. Кроме того, топливо типа слоя шаровых тепловыделяющих элементов или топливных блоков используется как тепловыделяющие элементы, состоящие из топлива с частицами, покрытыми оболочками.

Затем ТВД 2 вращается газообразным гелием с высокой температурой и высоким давлением из высокотемпературного газоохлаждаемого реактора 1 так, чтобы вращать КВД 10, и в это время газообразный гелий, выходящий из ТВД 2, подается в ТНД 3. Подобным образом ТНД 3 вращается газообразным гелием, вращающим ТВД 2 так, чтобы вращать КНД 8, и в то же самое время газообразный гелий, выходящий из ТНД 3, подается в СТ 4. Кроме того, СТ 4 вращается газообразным гелием, вращающим ТНД 3 так, чтобы вращать генератор 5, посредством этого вырабатывается электроэнергия. В это время столько газообразного гелия, сколько составляет объем потока, определенный размещенным отверстием 11а, проходит байпасом в теплообменник 6 из КНД 3. Газообразный гелий, завершающий свою работу посредством вращения ТВД 2, ТНД 3 и СТ 4 соответственно способом, как описано выше, подается в теплообменник 6.

В теплообменник 6 подается высокотемпературный газообразный гелий, выходящий из СТ 4, и также, при наличии газообразного гелия, сжимаемого в КВД 10, осуществляется теплообмен с газообразным гелием из СТ 4, причем нагретый газообразный гелий из КВД 10 подается в высокотемпературный газоохлаждаемый реактор 1, и в то же самое время охлажденный газообразный гелий из СТ 4 подается в предварительный холодильник 7. Газообразный гелий, охлажденный посредством предварительного холодильника 7, сжимается, и его давление повышается посредством подачи в КВД 8, который вращается посредством ТНД 3. В это время плотность газообразного гелия увеличивается при наличии газообразного гелия, охлажденного посредством предварительного холодильника 7, таким образом увеличивая КПД компрессора КНД 8.

Затем газообразный гелий повышенного давления сжимается, и его давление повышается посредством КВД 10, который вращается посредством ТВД 2 после повторного охлаждения посредством промежуточного холодильника 9. В это время тем же самым способом, как охлаждение посредством предварительного холодильника 7, при наличии газообразного гелия, охлажденного посредством промежуточного холодильника 9, КПД компрессора КВД 10 повышается посредством увеличения плотности газообразного гелия. Газообразный гелий, давление которого было повышено посредством КВД 10, нагревается посредством теплообменника 6 и подается в высокотемпературный газоохлаждаемый реактор 1.

В соответствии с настоящим изобретением, как описано выше, газообразный гелий, проходящий через байпасный проход 11, может регулироваться так, чтобы он имел оптимальный объем потока посредством размещения отверстия 11а в байпасном проходе 11. В особенности посредством увеличения объема потока газообразного гелия, который должен быть подан из СТ 4, настолько, насколько возможно, и посредством установки объема потока у отверстия 11а для того, чтобы достаточный объем потока газообразного гелия для поддержания скоростей вращения ТВД 2 и ТНД 3 при проектных величинах мог обойти байпасом по байпасному проходу 11, работа с номинальной нагрузкой может быть осуществлена безопасно и высокоэффективно.

Второй вариант осуществления

Второй вариант осуществления настоящего изобретения будет описан посредством ссылки на чертежи. Фиг.2 представляет собой блок-схему, показывающую конструкцию газотурбинной установки в соответствии с настоящим вариантом осуществления. Кроме того, части газотурбинной установки по фиг.2, которые используются для той же самой цели, что и в газотурбинной установке по фиг.1, будут обозначены теми же самыми позициями, и их подробное описание будет опущено.

В отличие от газотурбинной установки на фиг.1 газотурбинная установка на фиг.2 снабжена байпасным вентилем 11b вместо отверстия 11а в байпасном проходе 11 и также снабжена индикатором 12 скорости, который измеряет скорость вращения ТВД 2, индикатором 13 скорости, который измеряет скорость вращения ТНД 3, и секцией 14 регулирования байпаса, которая регулирует подъем байпасного вентиля 11b в соответствии со скоростями вращения ТВД 2 и ТНД 3 соответственно. Основные характеристики газотурбинной установки в процессе работы с номинальной нагрузкой, спроектированные таким образом, как описано выше, являются теми же, что и в первом варианте осуществления. Поэтому ссылки будут даваться на первый вариант осуществления, и его подробное описание будет опущено.

Таким же образом, как и в первом варианте осуществления, заставляя ТВД 2, ТНД 3 и СТ 4 вращаться и приводиться в действие соответственно посредством газообразного гелия с высокой температурой и высоким давлением, подаваемого из высокотемпературного газоохлаждаемого реактора 1, КВД 10, КНД 8 и генератор 5, имеющие общие валы с ТВД 2, ТНД 3 и СТ 4 соответственно, приводятся в действие, посредством этого осуществляя работу при номинальной нагрузке. В это время скорость вращения ТВД 2, определяемая индикатором 12 скорости, и скорость вращения ТНД 3, определяемая индикатором 13 скорости, передаются в секцию 14 регулирования байпаса соответственно. Затем, в секции 14 регулирования байпаса, передаваемые скорости вращения ТВД 2 и ТНД 3 сравниваются с проектными величинами соответственно для того, чтобы определить, работают ли ТВД 2 и ТНД 3 при безопасных скоростях вращения или нет соответственно.

Как было описано выше, в соответствии с настоящим вариантом осуществления скорости вращения ТВД 2 и ТНД 3 могут регулироваться посредством подтверждения, находятся скорости вращения ТВД 2 и ТНД 3 выше проектных величин или нет соответственно, и посредством открытия байпасного вентиля 11b в случае, когда скорости вращения ТВД 2 и ТНД 3 являются меньшими, чем проектные величины. В особенности посредством определения скоростей вращения ТВД 2 и ТНД 3 соответственно и посредством регулирования подъема байпасного вентиля 11b объем потока газообразного гелия, проходящего через байпасный проход 11, может регулироваться так, чтобы сохранить скорости вращения ТВД 2 и ТНД 3 при проектных величинах. Вследствие этого работа при номинальной нагрузке может быть выполнена безопасно и высокоэффективно.

Кроме того, в первом и втором вариантах осуществления газотурбинная установка состоит из трехвальных газовых турбин, включая ТВД, ТНД и СТ, но первый и второй варианты осуществления применимы к «n»-вальным газотурбинным установкам, включающим более чем два вала, в которых предусмотрены газовые турбины, имеющие общие валы с компрессорами, и газовая турбина, имеющая общий вал с генератором.

Третий вариант осуществления

Третий вариант осуществления настоящего изобретения будет описан посредством ссылки на чертежи. Фиг.3 представляет собой блок-схему, показывающую конструкцию газотурбинной установки в соответствии с настоящим вариантом осуществления. Кроме того, части газотурбинной установки на фиг.3, которые используются для той же самой цели, что и в газотурбинной установке на фиг.2, будут обозначены теми же самыми позициями, и их подробное описание будет опущено.

Дополнительно к конструкции газотурбинной установки на фиг.2 газотурбинная установка на фиг.3 снабжена байпасным вентилем 15, который заставляет газообразный гелий, выходящий из ТВД 2, обходить байпасом ТНД 3. В процессе работы с номинальной нагрузкой газотурбинная установка, сконструированная таким образом, как было описано выше, обеспечивает основные характеристики, изложенные в первом варианте осуществления, посредством полного закрытия байпасного вентиля 1, и создает характеристики, подобные этим, во втором варианте осуществления для того, чтобы регулировать подъем байпасного вентиля 11b. Следовательно, что касается подробного описания характеристик в процессе работы с номинальной нагрузкой, будут даны ссылки на первый и второй варианты осуществления, и их подробное описание будет опущено.

Посредством ссылки на фиг. от 4А до 4С далее будут описаны характеристики газотурбинной установки в процессе запуска в соответствии с настоящим изобретением. Во-первых, байпасные вентили 11b и 15 полностью закрываются. Затем газообразный гелий в резервуаре для хранения (не показан) заполняет основную систему газообразного гелия, состоящую из высокотемпературного газоохлаждаемого реактора 1, ТВД 2, ТНД 3, СТ 4, теплообменника 6, КНД 8 и КВД 9 в газотурбинной установке на фиг.1. В это время, путем запуска установки с вентилятором для первоначальной регулировки (не показана) в то же самое время осуществляется циркуляция газообразного гелия, заполняющего основную систему, и объем потока регулируется так, чтобы предотвратить проход газообразного гелия в КНД 8 и КВД 10.

Затем, когда подтвердится, что температура и давление газообразного гелия, заполняющего основную систему, достигли заранее определенных значений, работа изменяется на работу в критическом режиме в высокотемпературном газоохлаждаемом реакторе 1. И затем, когда внутренняя часть высокотемпературного газоохлаждаемого реактора 1 достигает критического состояния, температура на выходе из высокотемпературного газоохлаждаемого реактора 1 регулируется так, чтобы она попала в диапазон заранее определенных температур. Впоследствии посредством регулирования объема потока газообразного гелия, проходящего через ТВД 2, ТНД 3 и СТ 4, и при работе генератора 5 как тиристора скорость вращения СТ 4 увеличивается вплоть до номинальной скорости вращения «Rb». Затем, когда подтвердится, что скорость вращения СТ 4 увеличилась до номинальной скорости вращения «Rb», генератор 5 синхронизируется.

Как описано выше, когда генератор 5 синхронизируется после того, как прошло время «ta» с начала запуска, как показано на фиг.4А и фиг.4В, подтверждается, что скорости вращения ТВД 2 и ТНД 3 достигли скорости вращения «Ra». Затем нагрузка установки увеличивается посредством регулирования объема потока газообразного гелия, проходящего через КНД 8 и КВД 10. В это время, как показано на фиг.4С, посредством открытия байпасного вентиля 15 до тех пор, пока подъем достигнет «х» %, часть газообразного гелия из ТВД 2 подается в СТ 4 посредством байпасного вентиля 15. Затем нагрузка увеличивается, и в то же самое время, как показано на фиг.4А, скорость вращения ТВД 2 увеличивается вплоть до номинальной скорости вращения «Rb». Дополнительно, посредством открытия байпасного вентиля 15 до тех пор, пока его подъем достигнет «х» %, как показано на фиг.4В, скорость вращения ТНД 3 может сохраняться при скорости вращения «Ra».

Затем, когда подтвердится, что скорость вращения ТВД 2 достигла номинальной скорости вращения «Rb» после того, как прошло время «tb», как показано на фиг.4С, байпасный вентиль 15 полностью закрывается, и весь газообразный гелий из ТВД 2 подается в ТНД 3. Вследствие этого объем потока газообразного гелия, проходящего в ТНД 3, увеличивается так, чтобы, как показано на фиг.4В, скорость вращения ТНД 3 увеличилась до номинальной скорости вращения «Rb». Когда скорости вращения ТВД 2, ТНД 3 и СТ 4 увеличиваются до номинальных скоростей вращения «Rb», нагрузка установки дополнительно увеличивается для того, чтобы работу на холостом ходу изменить на работу с номинальной нагрузкой. Кроме того, когда нагрузка установки увеличивается, как описано выше, температура на выходе из высокотемпературного газоохлаждаемого реактора 1 регулируется так, чтобы она достигла заранее определенной температуры.

Как описано выше, в настоящем варианте осуществления посредством установки байпасного вентиля 15 скорости вращения ТВД 2 и ТНД 3 могут регулироваться независимо в процессе запуска установки. Вследствие этого, увеличивая скорости вращения ТВД 2 и ТНД 3 до номинальной скорости вращения соответственно, ТВД 2 и ТНД 3 могут работать в безопасной области.

В процессе запуска газотурбинной установки, как описано выше, скорости вращения ТВД 2 и ТНД 3 увеличиваются последовательно посредством полного закрытия байпасного вентиля 11b и регулирования подъема байпасного вентиля 15 в то же время. Однако посредством регулирования подъема байпасного вентиля 11b посредством использования подобной синхронизации байпасного вентиля 15 возможно заставить газообразный гелий обходить байпасом СТ 4, и также возможно увеличить скорости вращения ТВД 2 и ТНД 3 последовательно.

Более того, таким же образом, как во втором варианте осуществления, в настоящем варианте осуществления могут быть предусмотрены индикаторы 12 и 13 скорости, которые измеряют скорости вращения ТВД 2 и ТНД 3 соответственно, и секция 14 регулирования байпаса, которая регулирует подъем байпасного вентиля 11b в соответствии со скоростями вращения ТВД 2 и ТНД 3 соответственно, в которой объем потока газообразного гелия может регулироваться автоматически так, чтобы заставить скорости вращения ТВД 2 и ТНД 3 достигать проектных величин.

Кроме того, газотурбинная установка в соответствии с настоящим вариантом осуществления содержит трехвальные газовые турбины, но может содержать «n»-вальные турбины, имеющие больше, чем три вала. Здесь, как показано на фиг.5 и фиг.7, поскольку газовая турбина (СТ) 4, имеющая общий вал с генератором, представляет собой одновальную газовую турбину, причем газовые турбины от «Т1» до «Tn-1», имеющие общие валы с компрессорами от «К1» до «Kn-1» соответственно, имеют «n-1» валов, и в то же время «n-2» частей байпасных вентилей от «В1» до «Bn-2» устанавливаются для того, чтобы газообразный гелий обходил байпасом каждую из газовых турбин от «Т2» до «Tn-2», имеющих общие валы с компрессорами от «К2» до «Kn-1», за исключением газовой турбины первой ступени «Т1».

Затем, как показано на фиг.5, для каждой из «n-2»-вальных газовых турбин, имеющих общие валы с компрессорами, могут быть установлены байпасные вентили от «V1» до «Vn-2», расположенные в тандеме. Кроме того, как показано на фиг.6, байпасные вентили от «V1» до «Vn-2» могут быть установлены параллельно в таком порядке: байпасный вентиль «V1» для обхода байпасом «n-2»-вальных газовых турбин от «Т2» до «Tn-1», байпасный вентиль «V2» для обхода байпасом «n-3»-вальных газовых турбин от «Т3» до «Tn-1» и так далее, до байпасного вентиля «Vn-2» для обхода байпасом одновальной газовой турбины «Tn-1».

Более того, когда байпасные вентили от «V1» до «Vn-2» предусмотрены, как показано на фиг.5 и фиг.6, в случае фиг.5, во-первых, в продолжение запуска байпасные вентили от «V1» до «Vn-2» открываются так, чтобы газовая турбина «Т1» имела номинальную скорость вращения. Впоследствии, байпасные вентили «V1», «V2» и так далее до «Vn-2» последовательно полностью закрываются, посредством этого последовательно увеличиваются скорости вращения газовых турбин «Т2», «Т3» и так далее до «Tn-1» вплоть до номинальной скорости вращения, последовательно. В это время байпасный вентиль 11b может быть полностью закрыт и может также быть открыт на предопределенный подъем. Кроме того, в случае фиг.6, байпасный вентиль «V1» открывается так, чтобы газовая турбина «Т1» имела номинальную скорость вращения. Впоследствии, после полного закрытия байпасного вентиля «V1», байпасные вентили открываются в таком порядке: байпасные вентили «V2» и так далее до «Vn-2», чтобы достичь их подъема, и затем полностью закрываются, посредством этого скорости вращения газовых турбин увеличиваются в таком порядке: газовые турбины «Т2», «Т3» и так далее до «Tn-1» для того, чтобы достичь номинальных скоростей вращения. В это время подобным образом байпасный вентиль 11b может быть полностью закрыт или может быть открыт на предопределенный подъем.

Промышленная применимость

Газотурбинная установка в соответствии с настоящим изобретением является применимой в газотурбинной установке, снабженной высокотемпературным газоохлаждаемым реактором и газовыми турбинами, соединенными с множеством валов, и также является применимой, если топливо с частицами, покрытыми оболочками, которое должно быть использовано для высокотемпературного газоохлаждаемого реактора, представляет собой либо слой шаровых тепловыделяющих элементов, либо топливные блоки.

1. Газотурбинная установка, содержащая
высокотемпературный газоохлаждаемый реактор, который нагревает теплоноситель посредством тепловой энергии, полученной посредством ядерного деления продуктов деления с оболочками тепловыделяющих элементов в топливе с частицами, покрытыми оболочками,
первую газовую турбину, которая вращается теплоносителем, нагреваемым высокотемпературным газоохлаждаемым реактором, и имеет общий вал с компрессором, сжимающим теплоноситель,
вторую газовую турбину, которая вращается теплоносителем, выходящим из первой газовой турбины, и имеет общий вал с генератором, осуществляющим выработку электроэнергии,
байпасный проход, обеспечивающий обход второй газовой турбины теплоносителем,
байпасный вентиль для регулирования объема потока теплоносителя, проходящего через байпасный проход,
индикатор скорости, выполненный с возможностью измерения скорости вращения первой газовой турбины, и
секцию регулирования байпаса, выполненную с возможностью регулирования подъема байпасного вентиля в соответствии со скоростью вращения первой газовой турбины, измеренной индикатором скорости, при этом секция регулирования байпаса обеспечивает регулирование объема потока теплоносителя, проходящего через байпасный проход, так чтобы скорость вращения первой газовой турбины находилась в диапазоне заранее определенной скорости вращения.

2. Газотурбинная установка по п.1, в которой предусмотрено n блоков компрессоров (n - целое число, большее 1), и в то же время предусмотрены первые газовые турбины, соединенные с n валами и имеющие общие валы с n блоками компрессоров соответственно.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в электронно-гидромеханических системах (САУ) автоматического управления ГТД.

Изобретение относится к конструкциям газотурбинных установок. .

Изобретение относится к вооружению, конкретно к конструкции танков. .

Изобретение относится к области турбокомпрессоростроения, например к системам регулирования газотурбинных двигателей. .

Изобретение относится к области бронетанковой техники, в частности к азотурбинным двигателям танков. .

Изобретение относится к холодильной технике, в частности к воздушным турбохолодильным установкам. .

Изобретение относится к поточному каналу для компрессора, который расположен концентрично вокруг проходящей в осевом направлении оси машины и для направления в осевом направлении основного потока ограничен круглой в поперечном сечении ограничительной стенкой, при этом ограничительная стенка имеет множество распределенных по окружности проходов обратного потока, через которые ответвляемый из основного потока в месте отбора частичный поток направляется обратно в основной поток в лежащем по потоку выше места отбора месте ввода, и который содержит расположенные лучевидно в поточном канале перья лопаток лопаточного венца, при этом вершины перьев лопаток лежат противоположно ограничительной стенке с образованием зазора, при этом перья рабочих лопаток установлены с возможностью движения в заданном направлении вращения вдоль окружности ограничительной стенки, или ограничительная стенка установлена с возможностью движения в заданном направлении вращения относительно перьев направляющих лопаток лопаточного венца

Изобретение относится к компрессору газотурбинного двигателя, оборудованного системой отбора воздуха, а также к газотурбинному двигателю, такому как авиационный турбореактивный или турбовинтовой двигатель, оборудованному компрессором этого типа

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в энергетических парогазовых установках с газотурбинными двигателями, паровыми турбинами и котлами-утилизаторами, снабженными блоками дожигающих устройств

Газотурбинный двигатель, например двухконтурный турбореактивный двигатель, включает промежуточный кожух, содержащий выполненную в виде тела вращения внутреннюю стенку, ограничивающую с наружной стороны канал течения первичного потока воздуха и средства отбора воздуха. На заднем по потоку конце закрепляется наружный кожух компрессора высокого давления. Средства отбора воздуха находятся в канале этого компрессора высокого давления и связаны на выходе со средствами повторного впрыскивания воздуха в переднюю по потоку часть этого компрессора высокого давления. Средства отбора воздуха связаны со средствами повторного впрыскивания воздуха при помощи кольцевого коллектора, охватывающего внутреннюю выполненную в форме тела вращения стенку промежуточного кожуха по потоку перед компрессором высокого давления. Они располагаются в радиальном направлении между этой выполненной в форме тела вращения внутренней стенкой и выполненной в форме тела вращения наружной стенкой промежуточного кожуха, которая ограничивает с внутренней стороны канал течения вторичного потока воздуха газотурбинного двигателя. Изобретение позволяет упростить запитывание кольцевого коллектора воздухом не увеличивая массу и длину газотурбинного двигателя. 12 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к энергетике. Способ управления заклиненным сопловым аппаратом, установленным между первой и второй турбинами, соединенными последовательно с компрессором. Способ включает определение, заклинен ли сопловой аппарат; подачу команды первой турбине увеличить минимальное опорное значение скорости, если сопловой аппарат заклинен; проверку, продолжает ли сопловой аппарат оставаться заклиненным; подачу команды компрессору увеличить поток отбираемого на вход тепла от текущей величины до максимальной величины, если сопловой аппарат заклинен; проверку, продолжает ли сопловой аппарат оставаться заклиненным; и подачу команды компрессору увеличить угол входного направляющего аппарата от текущей величины до максимальной величины, если сопловой аппарат заклинен. Также представлены система для устранения заклинивания сопел и машиночитаемый носитель, содержащий выполняемые компьютером команды, которые при их выполнении реализуют способ согласно изобретению. Изобретение позволяет устранить заклинивание соплового механизма. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

Компрессор (1) турбореактивного двигателя летательного аппарата содержит решетку (2) неподвижных лопаток и систему для отбора воздуха на уровне проходов (5) между двумя лопатками (3) через щели (6), выполненные в упомянутой стенке (4). Лопатки (3) установлены на стенке (4) и образуют между собой проходы (5) для пропускания воздуха. Щели выполнены дискретно в виде множества отверстий (O1, O2, O3, O4), размещенных одно за другим в направлении (Е) потока воздуха. Высшее по потоку отверстие (O1) каждой щели (6) имеет площадь сечения, превышающую площади сечений остальных находящихся ниже по потоку отверстий (O2, O3, O4) щели (6). Количество и сечение отверстий (O2, O3, O4), находящихся ниже по потоку, могут быть изменены в зависимости от заданного расхода всасывания. Техническое решение, предложенное настоящим изобретением, заключается, таким образом, в отборе воздуха на уровне проходов между двумя лопатками с помощью множества отверстий, выполненных одно за другим в направлении потока воздуха и замещающих единственное отверстие. Распределение всасывания на несколько отверстий позволяет исключить рециркуляцию, которая происходила бы в единственном отверстии. Достигается уменьшение вторичных потерь в лопаточном колесе, предупреждение отрывов потока. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

Предложен способ отслеживания КПД прямого вытеснения высоконапорного насоса в гидравлической системе регулирования турбомашины. Способ включает в себя следующие этапы, на которых: запускают двигатели упомянутой турбомашины на низкой скорости N0 двигателя, при этом упомянутый клапан закрыт; используют компьютер для осуществления движения исполнительного механизма; постепенно увеличивают скорость N двигателя, пока упомянутая производительность Q не достигает заранее определенного значения Q0, которое достаточно для открывания клапана; запоминают в компьютере, во-первых, положение исполнительного механизма, а во-вторых, скорость N двигателя, соответствующую открыванию клапана; повторяют предыдущие этапы в последовательные моменты времени t1, t2, …, tn в течение срока службы упомянутых двигателей турбомашины; и заменяют упомянутый высоконапорный поршневой насос прямого вытеснения, когда упомянутая скорость N двигателя превышает заранее определенное значение Nпредел. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к газотурбинным установкам

Наверх