Газотурбинный агрегат

 

(71) Заявнтель

Всесоюзный научно-исследовательский инстееуе « ., природных газов "ВНИИГЛЗ" (54) ГАЗО УРБИННЫй АГР ГА

Изобретение относится к области турбомашиностроения и, в частности, к газотурбинным агрегатам для приВl вода нагнетателей природного газа.

Известен газотурбинный агрегат, содержащий электродвигатель, кине" матически соединенный с воздушным компрессором, подключенным магистралью с концевой задвижкой к аккумулятору воздуха, и по меньшей мере одну приводную турбину, соединенную входным трубопроводом, имеющим заслонку, с аккумулятором и выходным трактом с атмосферой (11 .

Однако такое выполнение характеризуется относительно невысокой экономичностью из-за низкого КПД цикла, обусловленного малым подогревом рабочего тела перед турбиной: только за счет тепла, аккумулируемого в теплообменнике в процессе сжатия воздуха при закачке в аккумулятор воздуха.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является газотурбинный агрегат, содержащий электродвигатель, соединенный с воздушным компрессором, подключенным магистралью к аккумулятору сжатого воздуха, и по меньшей мере одну приводную турбину, соединенную выходным трактом с атмосферой, а с аккумулятором - при помощи входного трубопровода, связанного с магистралью перепускным каналом, и установленную на трубопроводе камеру сгорания $2) .

Однако этот газотурбинный агрегат не обладает достаточной экономичностью.

Цель изобретения - повышение эко" номичности и расширение диапазона режимов работы при использовании агрегата для привода нагнетателей природного газа.

Указанная цель достигается тем, что агрегат дополнительно содержит

04 4 при закрытых заслонке 70 и кране

27, работая на режиме нулевой эжекции, пропускает воздух в камеру 12 сгорания. Образовавшиеся при сжига" нии топлива в камере 12 продукты сгорания, пройдя турбину 7 и отдав часть своей энергии на привод ыагнетателя 8, выходят по выходному тракту 11 в атмосферу.

При наличии избыточной располагаемой мощности агрегата открывают задвижку 4. При этом часть воздуха иэ-за компрессора 2 поступает по магистрали 3 в аккумулятор 5, дав.ление в которой при закрытых клапанах 20 и 23 с течением времени повышается, пока не достигнет значения, при котором расход по магистрали 3 не станет равным нулю,. либо другого, наперед заданного значения, оптимального с точки зрения эксплуатации аккумулятора. По сигналу установленного значения давления в аккумулятор 5 автоматически открывается клапан 20 и по каналу 19 начинается заполнение дополнительного аккумулятора 6. После заполнения дополнительного аккумулятора 6 задвижку 4 и клапан 20 закрывают. Такое последовательное заполнение целесообразно с той точки зрения, что обеспечивает большую оперативность при регулировании режимов работы агрегата, так как за меньший интервал времени достигается возможность использования энергии аккумулятора.

Общий объем аккумуляторов Е и 6 выбирают, исходя из того условия, чтобы исключить возможность работы агрегата на частичных режимах.

В период же недостатка мощности открывают регулируемый клапан 23, воздух из аккумулятора 5 по тракту 21 через открытую заслонку 10 поступает в эжектор 15 через низконапорное сопло 16 где смешивается с воздухом, поступающим через высоконапорное сопло 18, и поступает в турбину 7. При этом для исключения в отдельных случаях возможности

0 попадания компрессора 2 в помпаж приоткрывают. задвижку 4. В результате несколько увеличивается степень сжатия компрессора 2, следовательно, перепад на турбину 7, и более существенно растет расход через нее продуктов сгорания, что приводит к увеличению мощности и к несколько меньшему росту КПД цикла.

9223

3 установленный на входе в камеру сгорания эжектор, низконапорное сопло которого и выход подсоединены к входному трубопроводу, а высоконапорное - к перепускному каналу.

Агрегат снабжен дополнительным аккумулятором сжатого воздуха, соединенным при помощи регулируемых клапанов с первым аккумулятором и входным трубопроводом.

Кроме того, эжектор выполнен двухступенчатым и низконапорное сопло второй ступени при помощи байпасной магистрали с краном подключено к выходному тракту.

На чертеже представлена схема газотурбинного агрегата.

Агрегат содержит электродвигатель

1, кинематически соединенный с воздушным компрессором 2, подключенным магистралью 3 с концевой задвижкой 4 к аккумулятору 5 воздуха, до-! полнительный аккумулятор 6, две при:водные турбины 7, вращающие нагнетатели 8, и соединенные входным

25 трубопроводом 9, имеющим заслонку 70, аккумуляторами 5 и 6, выходным трак,том 11 - с атмосферой ° Во входном трубопроводе 9 размещена камера 12 сгорания, магистраль 3 соединена с последним между камерой 12 и заслонкой 10 перепускным каналом 13 снабженным клапаном 14. На входе камеры 12 сгорания установлен двухступенчатый эжектор 15, низконапорное сопло 16 первой ступени и выход

17 которого подключены к трубопроводу 9, а высоконапорное сопло 18 первой ступени - к перепускному каналу 13. Аккумулятор 5 и дополнитель4О ныи аккумулятор 6 соединены между собой каналом 79 с регулируемым клапаном 20, магистраль 3 подключена к аккумулятору 5, а трубопровод

9 - к обоим аккумуляторам 5 и 6 трактами 21 и 22, снабженными регулируе43 ,мыми клапанами 23 и 24 соответствен но. Низконапорное сопло 25 второй ступени эжектора 15 подключено к е выходному тракту 11 турбины байпасной магистралью 26 с краном 27.

При работе агрегата компрессор 2, вращаемый электродвигателем 1, имеющим постоянную частоту вращения, о сжимает воздух и сжатый воздух подается при закрытой задвижке 4 по магистрали 3 через перепускной ка.нал 13 в высоконапорное. сопло 18 первой ступени эжектора 15, который

Формула изобретения

4 новленную на трубопроводе камеру сгорания, отличающийся проводом.

5 92230

Использование аккумулятора благоприятно складывается на режимах запуска. При запуске открывают регулируемый клапан 23 при закрытых клапанах 14. Воздух из аккумулятора

5 по тракту 21 поступает в низконапорное сопло 16 и далее в эжектор 15, работающий в этом случае на режиме нулевой эжекции ° Постепенно увеличивая расход воздуха из аккумулятора l0

5, регулируя заслонки 1О, наряду с увеличением расхода пускового газа в камеру 12 сгорания выводят турбину 7 на расчетный режим, после чего запускают электродвигатель 1 15 и выводят компрессор 2 на расчетный режим.

Оптимальным является такой сдвиг начала запуска указанных звеньев, чтобы их выход на заданный режим достигался одновременно, т.е. начало запуска электродвигателя 1 должно несколько предшествовать завершению запуска турбины 7. В период совместной работы параметры процес- д са запуска поддерживаются регулированием задвижки 4 и заслонок 10.

Следует отметить, что режим заполнения аккумуляторов 5 и 6 возможен также при аварийной остановке одной из турбин 7. В этом случае аварийно открывается задвижка 4 и за" крывается клапан 14. Избыток воздуха из- а компрессора 2 в этом случае по магистрали 3 поступает в аккумулятор 5. Дополнительное повышение

35 экономичности агрегата возможно за счет частичного использования тепла отходящих .газов при включении второй ступени эжектора l5. Для этого открывают кран 27, и выхлопные газы из тракта 11 по байпасной магистрали 26 и далее через низконапорное сопло 25 поступают в эжектор 15, где подогревают рабочее тело перед камерой 12 сгорания

45 (эффект смешивающегося теплообмена).

Мощность при этом не уменьшаетбя, так как тенденция к оптимальному уменьшению давления перед турбиной

7 (уменьшение давления смеси) компенсируется увеличением давления перед соплом 18 за счет автоматического увеличения степени сжатия и некоторым уменьшением давления за турбиной 7.

$$

Байпасирование выхлопных газов целесообразно также при увеличении теплотворной способности топливного

4 6 газа, например, при подводе в газопровод газа иэ другого газопровода с большей калорийностью.

Подвод балластного газа в этом случае относительно снижает возможное увеличение теплонапряженности камеры 12 сгорания и тем самым повышает надежность ее работы.

Таким образом, в предложенном газотурбинном агрегате повышение экономичности достигается повышени" ем температуры и степени сжатия цикла, воэможностью поддержания расчетного режима работы агрегата вне зависимости от внешних условий и условий транспорта газа за счет on"" тимального сочетания подачи воздуха в приводную турбину 7 от компрессо" ра 2 и аккумулятора, а также утилизации энергии выхлопных газов турбины. По этим же причинам расширяется диапазон режимов работы агрегата до пределов, обусловленных требованиями нормальной эксплуатации газотранспортных систем.

Газотурбинный агрегат, содержащий электродвигатель, соединенный с воздушным компрессором, подключенным магистралью к аккумулятору сжатого воздуха,. и по меньшей мере одну .приводную турбину, соединенную выходным трактом с атмосферой, а с аккумулятором - при помощи входного трубопровода, связанного с магистралью перепускным каналом, и устатем, что, с целью повышения экономичности и расширения диапазона режимов работы при использовании агрегата для привода нагнетателей природного газа, агрегат дополнительно содержит установленный на входе в камеру сгорания эжектор, низконапорное сопло которого и вйход подсоединены к входному трубопроводу, а высоконапорное - к перепускному каналу.

2. Агрегат по и. 1, о т л ич а ю шийся тем, что он снаб" жен дополнительным аккумулятором сжатого воздуха, соединенным при помощи регулируемых клапанов с первым аккумулятором и входным Тру6о922304

Составитель И. Василенко

Техред М. Рейвес Корректор А.,цзятко

Редактор Т. Кугрышева

Заказ 2536/42 Тираж 548 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, И-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

3. Агрегат по и. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что эжектор выполнен двухступенчатым и низконапорное сопло второй ступени при помощи байпасной магистрали с краном подключено к выходному тракту.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США и 3872673, кл. 60650, опублик. 1975, 5 2. Авторское свидетельство СССР по заявке N 2899116/25-06, кл. F 02 С 6/ 14, 27.03 .80.