Способ уменьшения мощности маневренной энергетической газотурбинной установки ниже регулировочного предела



Владельцы патента RU 2536458:

Открытое акционерное общество "Всероссийский дважды ордена Трудового Красного Знамени теплотехнический научно-исследовательский институт" (RU)

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для осуществления перевода маневренной энергетической газотурбинной установки (ГТУ), в том числе в составе парогазовой установки (ПГУ), на предельно допустимую минимальную мощность при снижении электрической нагрузки энергосети. Способ уменьшения мощности энергетической ГТУ для перевода ее в режим минимальной электрической нагрузки заключается в том, что сначала уменьшают подачу топлива и сжатого в компрессоре воздуха в камеру сгорания до допустимого нижнего предела регулировочного диапазона, определяемого предельно допустимым коэффициентом избытка воздуха. Мощность ГТУ после достижения нижней границы регулировочного диапазона дополнительно уменьшают путем регулируемого перепуска части сжатого в компрессоре воздуха на его вход, контролируя степень перепуска по минимально допустимой температуре выхлопных газов ГТУ и допустимым выбросам в атмосферу оксидов азота. Техническим результатом изобретения является возможность снижения расхода подаваемого в камеру сгорания воздуха до больших пределов, по сравнению с использованием для этих целей регулирующего воздушного направляющего аппарата. Кроме того, при таком способе уменьшения мощности ГТУ расширяются регулировочные возможности в установлении требуемого соотношения топливо-воздух. 1 ил.

 

Область использования

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для осуществления перевода маневренной энергетической газотурбинной установки (ГТУ), в том числе в составе парогазовой установки (ПГУ), на предельно допустимую минимальную мощность при снижении электрической нагрузки энергосети.

Уровень техники

Известен принятый в качестве прототипа способ уменьшения мощности энергетической ГТУ для перевода ее в режим минимальной электрической нагрузки, заключающийся в том, что уменьшают подачу топлива и сжатого в компрессоре воздуха в камеру сгорания до допустимого нижнего предела регулировочного диапазона, определяемого предельно допустимым коэффициентом избытка воздуха (Современная теплоэнергетика / Трухний А.Д. // Росэнергосервис. 2004. Раздел 7.1, с. 1, 35. Интернет: http://lib.rosenergoservis.ru/sovremennaya-teploenergetika.html, http://lib.rosenergoservis.ru/sovremennaya-teploenergetika?start=34 [1]). Согласно [1] для поддержания в допустимых пределах температуры газов перед и за газовой турбиной при снижении нагрузки (уменьшении мощности ГТУ) необходимо вместе с уменьшением подачи топлива в камеру сгорания уменьшать и расход сжатого воздуха, нагнетаемого в нее компрессором так, чтобы не превышать заданное соотношение между ними (заданного предельно возможного коэффициента избытка воздуха). Для этого служит регулирующий количество поступающего на вход компрессора воздуха регулирующий (поворотный) воздушный направляющий аппарат (РВНА). Однако возможности использования такого способа уменьшения мощности ГТУ ограничены. Из данной публикации следует, что регулировочный диапазон мощности при таком способе регулирования составляет 100-80%, то есть 20% от номинальной мощности, при условии сохранения исходной экономичности работы ГТУ. Как показали проведенные заявителем испытания, при условии снижения температуры за газовой турбиной до предельно допустимого уровня способом согласно [1] можно обеспечить снижение мощности до 40% от номинальной, но не более и с некоторой потерей экономичности ГТУ. Кроме того, уменьшение температуры выхлопных газов за газовой турбиной применительно к ПГУ уменьшает экономичность не только ГТУ, но и паровой части (паротурбинной установки) парогазового цикла. Данный способ также не предусматривает при снижении мощности ГТУ ограничений по возможному увеличению сверх допустимых пределов выбросов оксидов азота в атмосферу.

Раскрытие изобретения

Задачей заявляемого изобретения является обеспечение возможности уменьшения мощности ГТУ при снижении электрической нагрузки до более значительных пределов по сравнению с установленным регулировочным диапазоном при соблюдении ограничений по допустимой минимальной температуре выхлопных газов ГТУ и допустимым выбросам в атмосферу оксидов азота. Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности снижения расхода подаваемого в камеру сгорания воздуха до больших пределов, по сравнению с регулировочными возможностями РВНА.

Решение указанной задачи и достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что при осуществлении способа уменьшения мощности энергетической ГТУ для перевода ее в режим минимальной электрической нагрузки, заключающегося в том, что уменьшают подачу топлива и сжатого в компрессоре воздуха в камеру сгорания до допустимого нижнего предела регулировочного диапазона, определяемого предельно допустимым коэффициентом избытка воздуха, согласно изобретению мощность ГТУ после достижения нижней границы регулировочного диапазона дополнительно уменьшают путем регулируемого перепуска части сжатого в компрессоре воздуха на его вход, контролируя степень перепуска по минимально допустимой температуре выхлопных газов ГТУ и допустимым выбросам в атмосферу оксидов азота.

Причинно-следственная связь между указанным техническим результатом и отличительными признаками изобретения состоит в следующем. Регулируемый перепуск части сжатого в компрессоре воздуха на его вход позволяет уменьшить подачу указанного воздуха в камеру сгорания при одновременном повышении за счет обратного хода его температуры, что предотвращает охлаждение газо-воздушной смеси на выходе из камеры сгорания. Кроме того, при таком методе уменьшения мощности ГТУ расширяются регулировочные возможности в установлении требуемого соотношения топливо-воздух, что позволяет удовлетворить все требования, связанные с поддержанием необходимых величин коэффициента избытка воздуха, величины выбросов оксидов азота и температуры выхлопных газов на выходе из газовой турбины.

Краткое описание чертежа

На чертеже представлена принципиальная схема ГТУ, реализующей данный способ.

Подробное описание изобретения

ГТУ содержит компрессор 1 с РВНА 1.1, камеру сгорания 2 с линией 2.1 подачи в нее топлива, на которой установлен штатный регулирующий клапан 2.2, газовую турбину 3, электрический генератор 4, комплексное воздухоочистительное устройство 5, регулятор 6, перепускной клапан 7 на линии 8 перепуска (рециркуляции) сжатого в компрессоре 1 воздуха, датчик 9 температуры наружного воздуха, датчик 10 температуры рабочего тела (газовоздушной смеси после точки смешения и датчик 11 температуры выхлопных газов ГТУ (из газовой турбины 3). Датчики 9, 10, 11 подключены ко входам регулятора 6, а выход последнего - к перепускному клапану 7. Штатно установленные на линии 2.1 подачи топлива в камеру сгорания 2 регулирующий клапан 2.2 и РВНА 1.1 компрессора 1 подключены к выходам не показанного на чертеже штатного регулятора мощности (ШРМ) ГТУ, входы которого подключены к также не показанным на чертеже штатным средству измерения нагрузки электрогенератора 4 и к устройству задания указанному регулятору требуемого значения мощности (задатчику мощности). Для контроля за величиной выбросов с выхлопными газами ГТУ также используются не показанные на чертеже штатные измерительные средства электростанции.

Способ уменьшения мощности согласно изобретению реализуют следующим образом. При работе ГТУ на частичных нагрузках и достижении заданного значения температуры газов на выхлопе газовой турбины 3 с дальнейшем ее снижением регулятор 6 осуществляет изменение расхода перепускаемого воздуха, управляя степенью открытия перепускного клапана 7 и поддерживая заданное значение температуры газов на выхлопе газовой турбины 3. Входным сигналом регулятора 6 служит сигнал датчика 11 температуры выхлопных газов, усредненный во времени. Для повышения быстродействия регулятора 6 в качестве дополнительных входных величин могут быть использованы другие параметры ГТУ, например сигналы от датчика 9 температуры наружного воздуха и датчика 10 температуры рабочего тела после смешения его компонентов. Регулятор 6 вырабатывает управляющий сигнал воздействия на перепускной клапан 7, открывая перепуск (рециркуляцию) части сжатого в компрессоре 1 воздуха по линии 8 обратно на вход компрессора. Совместное действие ШРМ ГТУ и регулятора 6 рециркуляции части сжатого воздуха обеспечивает возможность снижения мощности ГТУ ниже регулировочного предела, достигаемого штатными средствами регулирования, за счет дополнительного, по сравнению с возможностями РВНА 1.1, уменьшения подачи воздуха в камеру сгорания 2 при его к тому же более высокой степени нагрева за счет рециркуляции в компрессоре 1. Перепуск сжатого воздуха на рециркуляцию, помимо условия поддержания температуры выхлопных газов ГТУ не ниже предельно допустимой, ограничивается предельно допустимым содержанием оксидов азота в выхлопных газах, которое контролируется оператором на пульте управления ГТУ по показаниям соответствующих штатных приборов с возможностью внесения ручной корректировки положения перепускного клапана 7.

Промышленное применение

Расчеты, выполненные с помощью математической модели, использующей экспериментальные характеристики ГТУ номинальной мощностью 150 МВт, полученные в эксплуатационных условиях с использованием штатной системы измерений, показали эффективность данного способа. Проведенные на электростанции испытания разгружения ГТУ с открытием перепускного клапана 7 после достижения нижней границы регулировочного диапазона до 60 МВт (40% номинальной мощности) подтвердили расчеты. Перепуск на вход компрессора 2% сжатого воздуха обеспечивает дополнительную разгрузку ГТУ на 15 МВт (10% номинальной мощности) при установленных поставщиком ограничениях по отмеченным выше параметрам, что в совокупности с первоначальной разгрузкой составляет 50% номинальной мощности.

Способ уменьшения мощности энергетической газотурбинной установки для перевода ее в режим минимальной электрической нагрузки, заключающийся в том, что уменьшают подачу топлива и сжатого в компрессоре воздуха в камеру сгорания до допустимого нижнего предела регулировочного диапазона, определяемого предельно допустимым коэффициентом избытка воздуха, отличающийся тем, что мощность газотурбинной установки после достижения нижней границы регулировочного диапазона дополнительно уменьшают путем регулируемого перепуска части сжатого в компрессоре воздуха на его вход, контролируя степень перепуска по минимально допустимой температуре выхлопных газов газотурбинной установки и допустимым выбросам в атмосферу оксидов азота.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к энергетике. В способе эксплуатации комбинированной электростанции, включающей в себя газовую турбину и паровую турбину, соответственно посредством подключенного электрогенератора вырабатывают переменное напряжение соответствующей частоты и отдают его сети переменного напряжения, причем отходящий газ газовой турбины используется для вырабатывания пара для паровой турбины.

Изобретение относится к области позиционного управления газовой турбиной. Технический результат изобретения - обеспечение позиционного управления газовой турбиной с получением необходимой динамики и точности позиционирования.

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в электронных системах (САУ) автоматического управления газотурбинными двигателями (ГТД).

Устройство гашения крутильных колебаний содержит датчик крутящего момента, гаситель крутильных колебаний, соединенный с указанным датчиком крутящего момента, контроллер частотно-регулируемого привода, соединенный с указанным гасителем крутильных колебаний, и преобразователь частотно-регулируемого привода, соединенный с указанным контроллером и выполненный с возможностью управления электрической мощностью, подаваемой к электродвигателю, на основе сигналов частотно-регулируемого привода, которые генерируются контроллером и преобразуются сигналом, корректирующим крутящий момент и предназначенным для гашения крутильных колебаний на собственной частоте цепи сжатия.

Изобретение относится к области реактивной техники, в частности к области диагнострирования и эксплуатации реактивных двигателей на жидких углеводородных горючих.

Изобретение относится к энергетике. Способ управления расходом топлива при запуске газотурбинной установки включает управление подачей топлива к указанной установке путем управления давлением подаваемого топлива и модулирования подачи топлива к установке, если температура выхлопных газов установки приближается к заданной температуре выхлопных газов, чтобы понизить температуру выхлопных газов установки до уровня ниже заданной температуры выхлопных газов.

Изобретение относится к области управления сложными объектами техники, работающими в широком диапазоне режимов и нагрузок, контроль которых в процессе работы двигателя осуществляется по нескольким параметрам, и может быть использовано для управления авиационными газотурбинными двигателями (ГТД).

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в системах автоматического управления газотурбинными двигателями (ГТД).

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в системах автоматического управления газотурбинными двигателями (ГТД).

Объектом настоящего изобретения является способ определения углового положения первого ротора турбореактивного двигателя, согласно которому генерируют, по меньшей мере, одну вибрацию во время вращения первого ротора, при этом каждую вибрацию генерируют при прохождении первого ротора через одно и то же контрольное угловое положение; обнаруживают генерируемые вибрации; в данный момент получают угловое положение второго ротора турбореактивного двигателя относительно углового положения, которое он занимал в контрольный момент, представляющий обнаружение одной из вибраций, при этом упомянутый второй ротор связан во вращении с первым ротором и имеет скорость вращения, отличную от скорости вращения первого ротора; и на основании углового положения второго ротора определяют угловое положение первого ротора в этот данный момент.

Изобретение относится к энергетике. Способ управления рабочей точкой газовой турбины, включающий определение коэффициента давления турбины, вычисление эталонной пороговой кривой перехода из режима горения в первичной зоне в режим горения в первичной и вторичной зонах как функции от коэффициента давления турбины, определение в первый момент времени, когда температура выхлопного газа, соответствующая рабочей точке, выше температуры выхлопного газа на эталонной пороговой кривой перехода из режима горения в первичной зоне в режим горения в первичной и вторичной зонах для одного и того же коэффициента давления турбины, и изменение, через заранее заданный интервал времени после первого момента времени, параметра распределения топлива с первого значения на второе значение, если температура выхлопного газа, соответствующая рабочей точке, остается выше температуры выхлопного газа на эталонной пороговой кривой перехода из режима горения в первичной зоне в режим горения в первичной и вторичной зонах. Также представлен контроллер для управления рабочей точкой газовой турбины согласно способу. Изобретение позволяет обеспечить более точное управление газовой турбиной. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 табл., 15 ил.

Изобретение относится к энергетике. Способ управления рабочей точкой газовой турбины, содержащей компрессор, камеру сгорания и турбину. Способ включает вычисление эталонной кривой температуры выхлопного газа турбины как функции от коэффициента давления турбины, управление параметром распределения топлива. Также представлен контроллер для управления рабочей точкой газовой турбины. Изобретение позволяет обеспечить более точное управление температурой горения, более точное управление параметрами горения, более точное управление выбросом выхлопного газа. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 21 ил., 1 табл.

Изобретение относится к энергетике. Способ управления рабочей точкой газовой турбины, содержащей компрессор, камеру сгорания и турбину, включающий шаг определения давления выхлопного газа на выходе турбины, шаг измерения давления на выходе компрессора, шаг определения коэффициента давления турбины на основе давления выхлопного газа и давления на выходе компрессора, шаг вычисления эталонной пороговой кривой перехода из режима горения в первичной зоне в режим горения в первичной и вторичной зонах как функции от коэффициента давления турбины, при этом пороговая кривая перехода из режима горения в первичной зоне в режим горения в первичной и вторичной зонах содержит точки, в которых работа газовой турбины изменяется между режимом горения в первичной зоне в режим горения в первичной и вторичной зонах, и шаг управления газовой турбиной для перехода между режимом горения в первичной зоне и режимом горения в первичной и вторичной зонах. Также представлена газовая турбина, содержащая контроллер для управления рабочей точкой газовой турбины согласно способу. Изобретение позволяет обеспечить более точное управление газовой турбиной. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 13 ил.

Способ в соответствии с изобретением позволяет производить коррекцию текущего измерения давления газового потока, выдаваемого в ходе полета датчиком, установленным в двигателе. Способ включает в себя: оценку (Е50) погрешности смещения нуля, влияющей на датчик, на основании разности между: калибровочным измерением давления газового потока, выдаваемым датчиком, установленным в двигателе, и измерением атмосферного давления, выдаваемым датчиком летательного аппарата, обладающим точностью измерения, превышающей точность датчика, установленного в двигателе; эти измерения производят, когда на датчик, установленный в двигателе, и на датчик летательного аппарата действует одинаковое окружающее атмосферное давление; и вычитание погрешности смещения нуля из текущего измерения. Технический результат изобретения - повышение точности измерения газового потока, циркулирующего в двигателе летательного аппарата. 5 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Газотурбинный двигатель содержит по меньшей мере одну охлаждаемую ступень турбины с сопловым аппаратом с полостями над ним и под ним, системы охлаждения ротора и статора турбины, корпус турбины и систему регулирования радиального зазора. Корпус турбины выполнен состоящим из внешнего корпуса и внутренней оболочки с по меньшей мере одной кольцевой вставкой, установленной между ними. Системы охлаждения ротора и статора каждой ступени турбины выполнены независимыми, содержащими магистрали отбора охлаждающего воздуха и регуляторы расхода, но все магистрали отбора охлаждающего воздуха соединены с полостью за компрессором. Газотурбинный двигатель может содержать бортовой компьютер и датчики измерения радиального зазора над каждым рабочим колесом всех охлаждаемых ступеней турбины, соединенные электрическими связями с бортовым компьютером. Каждая кольцевая вставка может быть выполнена пустотелой. Внутренняя полость каждой кольцевой вставки может быть заполнена теплоаккумулирующим веществом. Достигается эффективное регулирование радиальных зазоров в турбине на всех режимах, повышение тяги двигателя на взлетном и форсажном режиме, повышение КПД и надежности турбины. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к энергетике. Способ для защиты газотурбинного двигателя, содержащего компрессор, камеру сгорания и турбину, от высокодинамических параметров, в частности, при пульсациях пламени в камере сгорания, при котором измеряют пульсации камеры сгорания, делят спектр частот измеренного сигнала пульсаций на заданные отрезки полосы пропускания, рассчитывают среднеквадратичное значение сигнала для каждой полосы, определяют взвешенные расчетные среднеквадратичные значения частоты или частотного диапазона, используя заданные весовые коэффициенты, накапливают взвешенные среднеквадратичные значения частоты или частотного диапазона для получения значения критерия предела пульсации, и сравнивают это значение с одним реперным значением, и обеспечивают работу газотурбинного двигателя в соответствии с результатом упомянутого сравнения. Также представлен газотурбинный двигатель для осуществления способа согласно изобретению. Изобретение позволяет обеспечить связь между пульсациями двигателя и сроком службы конструкции. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ предназначен для контроля уровня масла, содержащегося в баке двигателя летательного аппарата, и согласно изобретению содержит этапы, на которых: - для, по меньшей мере, двух заранее определенных фаз работы двигателя, в течение, по меньшей мере, одного полета летательного аппарата: получают множество измерений уровня масла в баке, причем каждое измерение связано с температурой масла и с оборотами двигателя; и выбирают измерения, представляющие изменения уровня масла и связанные с температурами масла, которые близки к опорной температуре, и с оборотами двигателя, которые близки к опорным оборотам; - объединяют (F40) измерения, выбранные по фазам работы в течение упомянутого, по меньшей мере, одного полета летательного аппарата; и - сравнивают (F60) объединенные измерения с опорными данными для идентификации (F70) аномального расхода масла двигателя. Технический результат изобретения - повышение достоверности оценки расхода масла двигателем. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

Настоящее изобретение относится к газотурбинной системе генерирования энергии, содержащей генератор с водородным охлаждением, имеющий водород в качестве теплоносителя, хранилище водорода энергоблока, вспомогательное оборудование генератора и систему аварийной подачи энергии, которая содержит топливный элемент, в качестве топлива использующий водород. Она отличается тем, что в топливный элемент подается водородное топливо через трубопровод из водородного заполнения генератора с водородным охлаждением в случае отказа или сбоя подачи энергии от газотурбинной системы генерирования энергии. В предпочтительном варианте осуществления, в топливный элемент подается дополнительный водород через трубопровод из хранилища водорода энергоблока и/или дополнительный водород через трубопровод из вспомогательного оборудования генератора в случае отказа или сбоя подачи энергии от газотурбинной системы генерирования энергии. Изобретение позволяет повысить надежность системы. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к энергетике. Способ работы энергоустановки с одновальной газовой турбиной, работающей с постоянной скоростью вращения, которая ниже скорости, с которой газовая турбина вращается, когда первый генератор синхронизирован с электрической сетью. Также представлена энергоустановка, содержащая одновальную газовую турбину, сконструированная и выполненная с возможностью осуществления указанного способа. Изобретение позволяет обеспечить стабильное сгорание с низкими выбросами, высокой температурой на выпуске турбины и минимизированным потреблением топлива. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к энергетике. Способ управления электростанцией с комбинированным циклом осуществляется станцией, которая содержит, по меньшей мере, газовую турбину и, по меньшей мере, паросиловую систему генерации, при этом станция приводит в действие, по меньшей мере, один электрический генератор, соединяемый с электрической сетью, при этом газовая турбина содержит компрессор, а паросиловая система генерации содержит паровую турбину, котел-утилизатор и обводной трубопровод. Газовую турбину разгружают до режима, в котором компрессор работает на своей номинальной скорости, а также тем, что паровую турбину разгружают в согласовании с разгрузкой газовой турбины до режима, в котором общая нагрузка, выводимая станцией в сеть, по существу, равна нулю, при этом газовая турбина и паросиловая система генерации соединены. Изобретение позволяет повысить эффективность изменения нагрузки электростанций с комбинированным циклом. 9 з.п. ф-лы, 2 ил.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2014-12-27 2014-12-26T19:24:46
Наверх