Впт

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К ПАТЕНТУ

406374

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимый от патента Уев

М. Кл. F 02c 7ЮО

Заявлено 21.1.1970 (№ 1400575/24-6)

IIðHoðèTåT—

Опубликовано 05.Х1.1973. Бюллетень М 45

1ооударственный комитет

Соввта Министров СССР по делом изобретений и открытий

УДК 621.438 (088.8) Дата опубликования описания 19.IV 1974

Авторы изобретения и заявители

Иностранцы

Свен-Олоф Кроиогард и Клас-Олоф Кроногард (Швеция) ГАЗОТУРБИННАЯ СИЛОВАЯ УСТАНОВКА

Известны газотурбинные силовые установки, содержащие группу генераторов газа низкого и высокого давления и группу силовой турбины. Связь между группами осуществляется при помощи газового канала, а высокая экономичность в .некоторых пределах на нерасчетных режимах поддерживается путем перераспределения срабатываемого теплоперепада между группами генераторов газа и группой силовой турбины.

Однако эти установки при пуске и частич ных .нагрузках мало экономичны, а диапазон высокоэкономичных режимов сравнительно узок.

Цель изобретения — повышение экономичности .и улучшение рабочих характеристик.

Для достижения этой цели перед или за группой силовой турбины устанавливают вспомогательную турбину, подключенную к группе генератора газа или группе силовой т урбины, и/или к валу отбора мощности при помощи средств передачи мощности механического, гидравлического или электричеокого типа.

На фиг. 1 представлены составные элементы основного ротора газогенераторной ступепи; »а фиг. 2 — схема с подключением турбины к валу отбора мощности; на фиг. 3— схема с под ключением промежуточной турбины к компрессору; на фиг. 4 — схема с подключением вспомогательной турбины к валу отбора мощности; на фиг. 5 — схема торможения двигателем; на фиг. 6 — схема с комбини рованной системой, передач; на фиг. 7— схема привода вала отбора мощности тремя турбинами; на фиг. 8 схема подключения вспомогательной и компрессорной турбин к дополнительной, нагрузке; на фиг. 9 — аналогичный вариант с подключением вспомогательной турбины к заднему валу отбора мощности; на фиг. 10 — схема подключения вспомогательной турбины к переднему валу отбора мощности; на фиг. 11 — схема использования турб|ины в качестве вентилятора; на фиг. 12 — схема с аэродинамическим тормо15 жением турбиннои системы; на фиг. 13 схема регулирования поворотом лопаток; на фиг. 14 — схема с подключением вспомогательной турбины через компрессор к валу отбора, мощности; на фиг. 14 а — схема,подключения вспомогательной турбины с генератором; на фиг. 15 характеристика, разгона турбины; на фиг. 16 — характеристика крутящего момента; на фиг. — 17 — результырующие характеристики разгона; на фиг. 18— дроссельная характеристика; на фиг. 19— тормозные характеристики; на фиг. 20 — график изменения, расхода топлива; на фиг. 21— характеристика крутящего момента на ведомом валу; на фнг, 22 — суммарнын крутящийй м ом ент.

408374

55

Генератор газа может представлять собой генератор турбинного типа.

Компрессор 1 газогенератора газа (см. фпг. 1) через вал 2 соединен с турбиной 8 (TBK называемой компрессорной турбиной).

Выходная мощность отбирается от свободной туроины 4 через вал 5. ВcïñëOãательпая турбина 6 имеет вал, одна часть 7 которого направлена в сторону компрессора, а другая часть 8 — в сторону силовой турбины. Вспомогательная турбина может помогать компрессору или силовой турбине. Генератор газа .имеет, кроме того, камеру сгорания 9 с топливной (f>opcymII0I! 10. В установках, где особенно важен небольшой расход топлива, предусматривается обычно теплообменни к 11 и !иногда другие средства 12 лля использовапи1! тепла на выпуске. На фиг. 2 показана такая же система, как и на фиг. 1, но:с необходимыми передаточными устройствами и валами,отоора мощности соответственно 18 и 14, 15 и 16, 17 и 18. Вал 16 служит для основной нагрузки, а один или два вала 14 и

18 — для второстепенной. Вспомогательная турбина 6 спаривается с ротором генератора газа при разгоне от холостого хода или при более или менее кратковременной потребности в повышенной мощности, в то время KBê основная силовая турбина отдает повышенную мощность основной нагрузке.

На фиг. 3 показано, как компрессорная и вспомогательная турбины помогают друг ðóry в приведении в действие второстепенной нагрузки на переднем валу 18 отбора мощности. Основная силовая турбина отдает мощность основной нагрузке и/или на задний вал

14 отбора мощности, если он используется.

Вспомогательная турбина (см. фиг. 4) приводит в действие вал 18 отбора мощности независимо от коыпрессорно1! турбины или с помощью основной си 10BoII турбины через зал 8. Второстепенная нагрузка мажет приводится в действие независимо от генератора газа н без его перегруза !.

Система (см. фиг. 5) может быть использована для торможения двигателем, Усилие торможения .передается через вал вспомогательной турбины и поглощается в основном в компрессоре, а также в турбиной системе, включа1! Вспомогательную Tivраину, .когда компрессор нагнетает воздух через систему.

Вспомогательная турбина (см. фиг. 6) может помогать основной турбине в приведении в действие основной нагрузки через комбинироза.!ную систев!у передач 15.

Все три турбины (см. фиг, 7) могут участвовать в приведении в действие вала 16— основной нагрузки и/или валов 14 и 18 второстепенных .нагрузок через передаточные устройства 17 и 15 и части 7 и 8 вала вспоыогатель1юй турбины.

Вал 16 основной нагрузки (см. ф:!г. 8) может быть приведен в действие основной силовой турбиной, а вал 14 дополнительной

50 нагрузки — вспоыогательн01! и компрессорной турбинами вместе.

Вспомогательная турбина 6 (см. фиг. 9) приводит в действие задний вал !4 отбора мощности, а ссновная,силовая турбина 4— вал 16 Основной нагрузки.

Вспомогательная турбина 6 (см. фиг. 10) приводит в действие передний вал 18 отбора мощности и, кроме того, помогает основной силовой турбине 4 в приведении в действие вала 16 основной нагрузки.

На фиг. 11 показано устройство, в котором вспомогательная турбина 6 в аэродина-!!!!ческом отношении сконструирована так, что она может быть использована как вытяжной, вентилятор для компрессорной турбины

8. Если вспомогательная турбина 6 используется без .прах!ежутачного статора между ней и основной силовой турбиной 4, то она может модулировать или изменять предварительную закрутку потока силовой турбиной, обеспечивая тот же эффект, что и статор с поворотными лопатками силовой турбины.

Прп наличии же статора турбина 6 усиливает его действие.

На фиг. 12 показано, как можно осуществить аэродинамическое торможение посредством турбинной системы, когда вспомогательная 6.и силовая 4 турбины работают как вентиляторы плп компрессоры. Эффект усиливается, если используются поворотные лопатки статоров.

На фиг. 13 показана такая же система, как на предшествующих фигурах, но со статорной системои. Необходимо отметить, что статорная система осооенно эффективна, так как она позволяет лучше приспо" îáèòü установку и меняющимся условиям эксплуатации.

Наибольшая приспособляемость получается прп использовании двух статорав с поворотными лопатками: статора — 19 перед вспомогательной турбиной и статора 20 — за ней.

Связь между вспомогательной турбиной 6 и ротором компрессорной турбины (см. фиг. 14) может осуществляться посредством вала 21, расположенного вне роторной системы. Эта схем» дает возможность поместить вспомогательную систему ниже по ходу потока от основной силовой турбины, что в некаTopbIx случаях выгодно. Это можно сделать также, например, при использовании гидравлич1еских или электрических передач. В этом случае вал 2! и передаточные устройства 18 и 17 исключа:отся.

На фиг. 14 а показана схема, в которой вспомогательная турбина расположена выше по колу потока от компрессорной турбины 8.

Вспомогательная турби :!и соединяется с генер атаром ГIIза и/или с си лавой T)рои1!ОЙ при помощи механических. гидравлических, пневматических пли электрических систем пере,лачи. Кроме того, вспомогательная турбина может быть связана с компрессором второй сгупени. В этом случае нх совместная работа используется лишь лля с I, IæoIIèÿ расхода

406374

T0)l,, èâà при остановке, холостом ходу или при приводе вспомогательного механизма.

Вторая ступень компрессора / а повышает степень сжатия компрессора при обычном эксплуатационном режиме, что дает возможность уменьшить или исключить теплообменнит..

На фиг. 15:показана характеристика разгона от скорости холостого хода до максимальной скорости генератора газа — согласно .изобретению (a,è b) и для обычной системы (с). Во время фазы а .вспомогательная турбина помогает компрессорной турбине, а во время фазы b компрессор приводится только за счет компрессорной турбины. При использовании повышающей передачи между компрессором и вспомогательной турбиной инерция последней уменьшается во второй степени, а крутящий момент компрессора в первой степени, что обеспечивает возможность дополнительного улучшения разгона.

На фиг. 16 показаны улучшенные характеристики крутящего момента (кривая е)

ырп малых числах оборотов, когда вспомогательная турбина помогает силовой турбине, Дополнительное улучшение (кривая f) может быть получено при использовании статоров с поворотными лопатками и бесступепчатой передачей. Кривая d соответствует статической хара ктеристике вспомогательной турбины.

На фиг. 17 .показаны результирующие характеристики разгона:

hi — вспомогательная турбина используется только с силовой турбиной, и h> — она нспользуется сначала с компрессором, а затем с силовой турбиной пли одновременно с компрессором и силовой турбиной. Характеристика обычной системы показана кривой g.

На фиг. 18 даны кривые крутящих моментов во времени. Здесь кривые е и еь соответствуют статической,и динамической характеристикам,крутящего момента обычной силовой турбинной системы, кривая d — динамической характеристике вспомогательной турбины, помогающей силовой турбине, а кривая dz — динамической характеристике крутящего момента системы, в которой вспомогательная турбина помогает генератору газа и силовой турбине. Кривая d соответствует разгону от предельной скорости генератора газа и наложенному влиянию инерции вспомогательной турбины.

На фиг. 19 показаны тормозные характеристики при торможении двигателем для разных систем по сравнению с обычной системой, имеющей значительный эффект kp торможения силовой турбиной. Кривая k показывает эффект торможения компрессором, кривая k> — то же, но с регулируемыми соп5

35 лами "i kp — эффект торможения прп добавлении аэродинамического торможения вспомогательной турбиной. Здесь же дается максимальный крутящии момент d на ведомом валу.

На фиг, 20 показан удельный расход топIHBB при частичной нагрузке: кривая / для обычной турбинной системы; кривая jq— для предложенной системы (без с гяторов); кривая jp — для систамы со статором. Соответствующие температуры турбины показаны кривыми ti, tz .и t3, Влияние вспомогательной турбины на расход топлива лрп работе на холостом ходу SPC3 также показано в сравнении с удельным расходом топлива ЯРС, ооычнои турбины.

На фиг. 21 показаны характеристики крутящего момента на ведомом валу отбора мощности вспомога-.ельпой турбины, если бесступенчатая передача является комбинированноп.

Эта система допускает кратковременную инерционную ооратную связь от вспомогательной турбины в,пределах мощности силовой передачи, которая может быть защищена от перегрузки путем соответствующей установки предельного значения няцрузкп, при которой происходит проскальзывание передаточного устройства, т. е. посредством устройства, ограничивающего крутящий момент.

На фиг. 22 показаны суммарный крутящий момент на основном и вспомогательном

PTO валах. отбора мощности, а также максимальный крутящий момент на вспомогательном валу отбора мощности без какого-либо дополнительного крутящего момента, от инерции нагрузки плп от основной передачи мощности, илп ог группы генератора г".зя.

Предмет изобретения

1. Газотурбинная силовая установка. содержащая группу генератора газа и .группу основной силовой турбины, отличающаяся тем, что, с целью повышения экономичности и улучшения рабочих характеристик, перед или за группой силовой туроины, устяповлена вспомогательная турбина, подключенная к группе генератора газа и IH гр", .пе силовой турбины, и/или .к валу отбора мощности прп помощи передачи,,например механической.

2. Установка,по п. 1, отличающаяся тем, что»а входе и/или на выходе вспомогательной турбины расположены поворотные пя":ðàâëяющие лопатки. . Ъстяновка по п. 1, отлачаюшачся тем, что передача имеет обгонную муфту, муфту сцепления для блокировки последней и рясцепную муфту.

406374

I

Ы,у !

1 l

1 г

j dz, ,, „ е — /.. » -/, е, ."

)о ,QQ r г г гР

/ Ф, г .--<:

, / / г .г

",- -/ r .г /

Физ. Ю

5 — — зв яис уХ

Раг.,77

Ъ то

Уиг 21

Фиг Р2

Составитель В. Николаев

Техред Л. Богданова

Редактор Н. Вирко

Корректор Е. Миронова

Заказ 215 Изд. № 226 Тираж 602 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, уК-35, Рау пскаи па6,"., 4 5

Тип. Харьк. фпл. пред. «Патент»