Регенератор, встроенный в газотурбинную установку



Регенератор, встроенный в газотурбинную установку
Регенератор, встроенный в газотурбинную установку
Регенератор, встроенный в газотурбинную установку
Регенератор, встроенный в газотурбинную установку

 


Владельцы патента RU 2472020:

Закрытое акционерное общество "Уральский турбинный завод" (RU)

Регенератор, встроенный в газотурбинную установку, содержит тепловые трубы в качестве теплообменной поверхности. При этом испаритель тепловых труб расположен в выхлопном тракте отходящих газов ГТУ, а конденсатор тепловых труб выполнен в выходной камере компрессора ГТУ. Тепловые трубы выполнены оребренными. Изобретение направлено на увеличение КПД регенеративной газотурбинной установки, вследствие уменьшения потерь давления воздуха. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Техническое решение относится к стационарным газотурбинным установкам (ГТУ) регенеративного цикла и может быть использовано в газотурбостроении.

Известны трубчатые и пластинчатые регенераторы, которые служат для подогрева теплом отработанных в турбине газов воздуха, направляемого из компрессора в камеру сгорания ГТУ (см., например, С.Н.Мовчан, Ю.В.Бочкарев, Д.Н.Соломонюк. Этапы развития стационарных и судовых ГТУ с регенерацией теплоты. «Газотурбинные технологии», октябрь 2008, стр.8-11).

Данные регенераторы входят в состав регенеративных ГТУ отдельным узлом. Сжатый воздух после компрессора и обратно к камере сгорания, а также отработанные газы подаются для теплообмена в регенератор по трубопроводам.

Недостатком таких регенераторов является:

- гидравлическое сопротивление регенератора по воздушной и газовой сторонам и воздухопроводов к регенератору и от него к камере сгорания снижает удельную полезную работу ГТУ;

- применение воздухопроводов к регенератору и от него к камере сгорания усложняет компоновочные решения ГТУ (взаимное расположение входящего в турбоустановку оборудования и размещение этого оборудования относительно строительных конструкций машинного зала);

- большие размеры и масса регенераторов.

В качестве прототипа выбран регенеративный теплообменник для газотурбинных двигателей транспортных силовых установок (см., например, SU 954782, МПК F28D 15/00, 1982).

В данном теплообменнике в кольцевом корпусе, разделенном на секции, расположены тепловые трубы (ТТ), посредством которых осуществляется теплообмен между сжатым воздухом после компрессора и отработанными газами. Конструкция данного теплообменника позволяет использовать его в регенеративных ГТУ только отдельным узлом, т.е. сжатый воздух после компрессора и обратно к камере сгорания, а также отработанные газы должны подаваться для теплообмена в регенератор по трубопроводам.

К недостаткам прототипа относятся:

- гидравлическое сопротивление воздухопроводов к регенератору и от него к камере сгорания снижает удельную полезную работу ГТУ;

- применение воздухопроводов к регенератору и от него к камере сгорания усложняет компоновочные решения ГТУ.

Задачей технического решения является: исключить применение воздухопроводов от компрессора к регенератору и от него к камере сгорания в регенеративных ГТУ, тем самым уменьшить сопротивление воздушного тракта и потери давления воздуха, что приведет к увеличению КПД газотурбинной установки.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в регенераторе, встроенном в газотурбинную установку, содержащем тепловые трубы в качестве теплообменной поверхности, предусмотрены следующие отличия: теплообменная поверхность регенератора (конденсатор тепловых труб) выполнена в выходной камере компрессора ГТУ, а испаритель тепловых труб расположен в выхлопном трубопроводе отходящих газов ГТУ.

Между совокупностью существенных признаков заявленного объекта и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь, а именно: расположение теплообменной поверхности регенератора (конденсатора тепловых труб) в выходной камере компрессора ГТУ, а испарителя тепловых труб в выхлопном трубопроводе отходящих газов ГТУ позволяет исключить применение воздухопроводов от компрессора к регенератору и от него к камере сгорания в регенеративных ГТУ, тем самым уменьшить сопротивление воздушного тракта и потери давления воздуха, что приведет к увеличению КПД газотурбинной установки.

Техническое решение позволяет упростить компоновочные решения по выводу и вводу воздуха после компрессора к регенератору и от регенератора к камере сгорания ГТУ.

Использование тепловых труб в качестве теплообменных поверхностей позволяет увеличить коэффициент теплопередачи за счет оребрения тепловых труб, омываемых как отходящими газами ГТУ, так и подогреваемым воздухом, и, следовательно, уменьшить габариты теплообменных поверхностей регенератора.

Техническая сущность предложенного технического решения поясняется чертежами, на которых:

Фиг.1 - главный вид ГТУ с регенератором с входящими в них элементами конструкции, где: газотурбинная установка с входящими в нее нижеперечисленными узлами 1, регенератор 2, компрессор 3, теплообменная поверхность (конденсатор тепловых труб) 4, выходная камера компрессора 5, кольцевая полость 6, камера сгорания 7, выхлопной трубопровод 8, испаритель тепловых труб 9.

Позиции 4 теплообменная поверхность (конденсатор тепловых труб) и 9 (испаритель тепловых труб) входят в состав регенератора.

Фиг.2 - поперечный разрез ГТУ и элементы конструкции регенератора, где: теплообменная поверхность (конденсатор тепловых труб) 4, испаритель тепловых труб 9.

Фиг.3 - элементы конструкции регенератора, где система отсоса воздуха 10, вентиль отсоса 11, трехходовой кран 12 и мановакуумметр 13.

Фиг.4 - промежуточный теплоноситель 14.

Предложенный регенератор (поз.2), встроенный в газотурбинную установку (поз.1), состоит из теплообменной поверхности (конденсатора тепловых труб) 4, испарителя тепловых труб 9, системы отсоса воздуха 10, вентиля отсоса 11, трехходового крана 12, мановакуумметра 13 и промежуточного теплоносителя 14.

В газотурбинную установку 1, кроме встроенного регенератора 2, входят компрессор 3, выходная камера компрессора 5, кольцевая полость 6, камера сгорания 7 и выхлопной трубопровод 8.

Описанное выше техническое решение «регенератор, встроенный в газотурбинную установку» осуществляется следующим образом: предварительно в тепловые трубы испарителя 9 (фиг.1, 2) заливается промежуточный теплоноситель 14 (фиг.4) и через систему отсоса 10 открытием вентиля 11 отсасывается воздух. Открытием трехходового крана 12 определяется давление (разрежение) по мановакуумметру 13 и закрывается вентиль 11 (фиг.3). При обтекании оребренной поверхности испарителя 9 отходящими газами ГТУ промежуточный теплоноситель 14 кипит, и пары его поступают в конденсатор 4 (фиг.1, 2), оребренную поверхность которого омывает воздух после компрессора 3 (фиг.1). Пар промежуточного теплоносителя 14 охлаждается в конденсаторе 4, конденсируется, и конденсат поступает в испаритель 9, и далее процесс повторяется. А нагретый в конденсаторе 4 воздух через кольцевую полость 6 поступает в камеру сгорания 7 (фиг.1).

Таким образом, расположение теплообменной поверхности регенератора (конденсатора тепловых труб) в выходной камере компрессора ГТУ, а испарителя тепловых труб в выхлопном трубопроводе отходящих газов ГТУ позволяет исключить применение воздухопроводов от компрессора к регенератору и от него к камере сгорания в регенеративных ГТУ, тем самым уменьшить сопротивление воздушного тракта и потери давления воздуха, что приведет к увеличению КПД газотурбинной установки, а также отсутствие трубопроводов транспортировки воздуха упрощает компоновочные решения размещения ГТУ с регенератором.

1. Регенератор, встроенный в газотурбинную установку и содержащий тепловые трубы в качестве теплообменной поверхности, при этом испаритель тепловых труб расположен в выхлопном тракте отходящих газов ГТУ, отличающийся тем, что конденсатор тепловых труб выполнен в выходной камере компрессора ГТУ.

2. Регенератор по п.1, отличающийся тем, что тепловые трубы выполнены оребренными.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано в качестве энергетической установки стационарного или транспортного назначения в качестве основного, резервного и аварийного источника электроэнергии и тепла.

Изобретение относится к энергетическим установкам и может быть использовано при создании наземных установок для получения электроэнергии и тепла с высокой эффективностью и при высоких экологических показателях, в том числе и при утилизации твердых бытовых и промышленных отходов (ТБО).

Изобретение относится к энергосберегающим технологиям в области теплоэнергетики, в частности к утилизации тепла газов. .

Изобретение относится к области теплоэнергетики. .

Изобретение относится к области энергомашиностроения, а именно к проблеме вредного экологического воздействия газотурбинных установок (ГТУ) на окружающую среду, в первую очередь, выбросов окислов азота.

Изобретение относится к энергетическим и транспортным установкам и касается газотурбинных установок. .

Изобретение относится к энергетическим и транспортным установкам и касается газотурбинных установок, использующих продукты сгорания топлива. .

Малоразмерный газотурбинный двигатель с регенерацией тепла содержит компрессор с входным устройством, газовоздушный рекуперативный теплообменник, камеру сгорания, турбину привода компрессора и свободную турбину привода потребителя эффективной мощности, расположенные в едином корпусе с газосборником. Теплообменник установлен после турбин, соединен входом воздуха с выходом компрессора через воздушную полость, а выходами - с входами жаровых труб камеры сгорания и соединен входами газовых каналов с выходом свободной турбины, а выходами - с газосборником двигателя. Камера сгорания выполнена трубчато-кольцевой, а теплообменник - из модулей. Жаровые трубы камеры сгорания и модули теплообменника интегрированы в единый узел. При этом модули теплообменника и жаровые трубы камеры сгорания равномерно расположены по окружности. Жаровые трубы размещены между модулями теплообменника. Выходы воздуха модулей теплообменника гидравлически соединены с входами жаровых труб камеры сгорания через кольцевой воздушный коллектор. Выходы жаровых труб подключены к турбине привода компрессора через индивидуальные газоходы. Вал свободной турбины соединен с потребителем эффективной мощности через редуктор с выводным валом. Изобретение позволяет повысить экономичность, уменьшить габаритные размеры и массу двигателя. 3 ил.

Регенеративная газотурбодетандерная установка собственных нужд компрессорной станции содержит газопровод топливного газа высокого давления, связанный с магистральным газопроводом высокого давления, турбодетандер с регулируемым сопловым аппаратом, компрессор, камеру сгорания, газовую турбину, электрогенератор, газопровод топливного газа среднего давления, утилизационный подогреватель топливного газа высокого давления, редукционное устройство. Газопровод топливного газа высокого давления через утилизационный подогреватель топливного газа высокого давления связан с входом турбодетандера, выход которого через трубопровод топливного газа среднего давления связан с камерой сгорания. В газопровод топливного газа высокого давления подают весь топливный газ высокого давления для всех газоперекачивающих агрегатов компрессорной станции и газотурбодетандерной установки. Регенеративная газотурбодетандерная установка дополнительно снабжена регенеративным воздухоподогревателем, утилизационным подогревателем топливного газа среднего давления, газоводяным подогревателем топливного газа, утилизационными теплообменниками выхлопных газов газоперекачивающих агрегатов. Ротор турбодетандера связан общим валом с ротором компрессора газотурбодетандерной установки, а ротор газовой турбины связан общим валом с ротором электрогенератора. В выхлопном газоходе газовой турбины по ходу газов установлены регенеративный воздухоподогреватель, утилизационный подогреватель топливного газа высокого давления и утилизационный подогреватель топливного газа среднего давления. Газопровод топливного газа высокого давления через утилизационный подогреватель топливного газа высокого давления соединен с входом турбодетандера, выход которого через утилизационный подогреватель топливного газа среднего давления и газоводяной подогреватель топливного газа связан газопроводом топливного газа с камерами сгорания газотурбодетандерной установки и с камерами сгорания газоперекачивающих агрегатов. Утилизационные теплообменники выхлопных газов газоперекачивающих агрегатов соединены трубопроводами теплоносителя с газоводяным подогревателем топливного газа. Газопровод топливного газа высокого давления соединен через редукционное устройство с газопроводом топливного газа. Изобретение позволяет увеличить мощность и КПД газотурбодетандерной установки. 1 ил.

Компрессорная станция магистрального газопровода с газотурбодетандерной энергетической установкой снабжена газотурбинными газоперекачивающими агрегатами с нагнетателями природного газа и аппаратами воздушного охлаждения. Газотурбодетандерная энергетическая установка содержит газопровод топливного газа высокого давления, сепаратор, теплообменник-регенератор, турбодетандер с регулируемым сопловым аппаратом и устройством для его управления, газотурбинную установку. Газопровод топливного газа высокого давления соединен через сепаратор и теплообменник-регенератор с входом турбодетандера и обеспечивает топливоснабжение газотурбодетандерной энергетической установки и всех газоперекачивающих агрегатов компрессорной станции. Газотурбодетандерная энергетическая установка выполнена регенеративной и дополнительно снабжена эжекторной турбохолодильной машиной с низкотемпературным рабочим телом. Выход турбодетандера соединен через газопровод топливного газа среднего давления, газопровод топливного газа газотурбодетандерной установки с камерой сгорания этой установки, а также через газопроводы топливного газа с камерами сгорания газотурбинных газоперекачивающих агрегатов. Выхлопной газоход газовой турбины газотурбодетандерной энергетической установки связан с атмосферой через дополнительный регенеративный воздухоподогреватель и теплообменник-регенератор. Изобретение направлено на повышение мощности и экономичности газотурбодетандерной установки и газоперекачивающих агрегатов компрессорной станции. 2 ил.
Наверх