KR101283813B1 - Exhaust-gas power-recovery turbine, waste heat recovery system, and method for operating a waste heat recovery system - Google Patents
Exhaust-gas power-recovery turbine, waste heat recovery system, and method for operating a waste heat recovery system Download PDFInfo
- Publication number
- KR101283813B1 KR101283813B1 KR1020120038147A KR20120038147A KR101283813B1 KR 101283813 B1 KR101283813 B1 KR 101283813B1 KR 1020120038147 A KR1020120038147 A KR 1020120038147A KR 20120038147 A KR20120038147 A KR 20120038147A KR 101283813 B1 KR101283813 B1 KR 101283813B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- exhaust gas
- turbine
- gas inlet
- pressures
- pressure
- Prior art date
Links
- 239000007789 gas Substances 0.000 title claims abstract description 273
- 238000011084 recovery Methods 0.000 title claims abstract description 112
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 title claims abstract description 46
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 36
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 20
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 6
- 238000011017 operating method Methods 0.000 claims 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000007600 charging Methods 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 238000010278 pulse charging Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B41/00—Engines characterised by special means for improving conversion of heat or pressure energy into mechanical power
- F02B41/02—Engines with prolonged expansion
- F02B41/10—Engines with prolonged expansion in exhaust turbines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D1/00—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines
- F01D1/02—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines with stationary working-fluid guiding means and bladed or like rotor, e.g. multi-bladed impulse steam turbines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D15/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
- F01D15/10—Adaptations for driving, or combinations with, electric generators
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N5/00—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy
- F01N5/04—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using kinetic energy
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
- F02B37/001—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust using exhaust drives arranged in parallel
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/0002—Controlling intake air
- F02D41/0007—Controlling intake air for control of turbo-charged or super-charged engines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G5/00—Profiting from waste heat of combustion engines, not otherwise provided for
- F02G5/02—Profiting from waste heat of exhaust gases
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
- F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
- F02D41/1448—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an exhaust gas pressure
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2220/00—Application
- F05D2220/60—Application making use of surplus or waste energy
- F05D2220/62—Application making use of surplus or waste energy with energy recovery turbines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2270/00—Control
- F05D2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
- F05D2270/301—Pressure
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Supercharger (AREA)
- Control Of Turbines (AREA)
Abstract
본 발명은 배기 가스 동력 회수 터빈(20), 폐열 회수 시스템(1), 및 폐열 회수 시스템의 운전 방법에 관한 것으로, 배기 가스 동력 회수 터빈은 터빈 하우징(21), 터빈 하우징에 회전 가능하게 장착되고 다수의 터빈 블레이드들(23a)을 갖는 로터(23), 및 터빈 하우징에 배치되어 터빈 블레이드들에의 배기 가스 유입을 제어하는 가이드 배플(24)을 구비하되, 터빈 하우징은 배기 가스를 가이드 배플을 통해 터빈 블레이드들로 안내하는 다수의 배기 가스 유입 통로들(22a, 22b)을 구비하고, 개개의 배기 가스 유입 통로들은 가이드 배플에 이르기까지 서로 분리되어 있으며, 각각의 배기 가스 유입 통로 내의 배기 가스 압력(PⅠ, PⅡ)을 측정하는 압력 센서가 각각의 배기 가스 유입 통로에 배치된다. 본 발명에 의해, 멀티 엔진 시스템에서 터빈 블레이드들에 진동이 유발되는 것을 피하면서 폐열 회수에 있어서의 개선된 효율을 구현할 수 있게 된다.The present invention relates to a method of operating an exhaust gas power recovery turbine 20, a waste heat recovery system 1, and a waste heat recovery system, wherein the exhaust gas power recovery turbine is rotatably mounted to the turbine housing 21, the turbine housing, A rotor 23 having a plurality of turbine blades 23a, and a guide baffle 24 disposed in the turbine housing for controlling the inflow of exhaust gas into the turbine blades, the turbine housing comprising the guide baffle; A plurality of exhaust gas inlet passages 22a, 22b leading through the turbine blades, the individual exhaust gas inlet passages being separated from each other up to the guide baffle, the exhaust gas pressure in each exhaust gas inlet passage Pressure sensors measuring (PI, PII) are arranged in each exhaust gas inlet passage. The present invention makes it possible to realize improved efficiency in waste heat recovery while avoiding vibrations in turbine blades in a multi-engine system.
Description
배기 가스 동력 회수 터빈(exhaust-gas power-recovery turbine), 그러한 배기 가스 동력 회수 터빈을 구비한 폐열 회수 시스템, 및 그러한 폐열 회수 시스템을 운전하는 방법에 관한 것이다.Exhaust-gas power-recovery turbines, waste heat recovery systems having such exhaust gas power recovery turbines, and methods of operating such waste heat recovery systems.
선박 용례들에 있어서, 멀티 엔진 시스템(multi-engine system), 즉 다수의 내연 기관들을 구비한 시스템에서는 내연 기관들의 개개의 배기 가스 라인들이 서로 별개로 구성되고, 그에 따라 하나의 배기 가스 라인에서의 결함이 다른 내연 기관들의 운전 모드에 영향을 미치지 않는 것이 보장된다.In marine applications, in a multi-engine system, ie a system with a plurality of internal combustion engines, the individual exhaust gas lines of the internal combustion engines are configured separately from each other, and thus in one exhaust gas line. It is ensured that the defect does not affect the operating mode of other internal combustion engines.
멀티 엔진 시스템에 대해, 폐열을 활용하는 증기 터빈 및 배기 가스 동력 회수 터빈을 구비한 WHR(Waste Heat Recovery; 폐열 회수) 시스템을 구성하려면, 통상적으로 내연 기관마다 각각 배기 가스 동력 회수 터빈을 마련한다.For a multi-engine system, a waste heat recovery (WHR) system having a steam turbine utilizing waste heat and an exhaust gas power recovery turbine is typically provided with an exhaust gas power recovery turbine for each internal combustion engine.
그러나 다수의 소형 배기 가스 동력 회수 터빈들은 효율이 열악하다는(대형 배기 가스 동력 회수 터빈보다 열악함) 점에서, 그리고 다수의 고속 기어들을 구비하여 구조가 복잡하고(저속으로 운전되는 대형 배기 가스 동력 회수 터빈보다 복잡함) 다시 높은 손실 및 공통 기어 어셈블리(common gear assembly)로 인한 추가의 손실을 수반한다는 점에서 단점들을 갖는다.However, many small exhaust gas power recovery turbines are poor in efficiency (better than large exhaust gas power recovery turbines), and are equipped with a large number of high speed gears, which are complicated in structure (large speed, large exhaust gas power recovery). More complicated than turbines), again with high losses and additional losses due to common gear assembly.
하나의 대형 배기 가스 동력 회수 터빈 또는 파워 터빈(power turbine)의 상류에서 다수의 배기 가스 바이패스 라인들을 합친다면, 내연 기관들이 상이한 부하에서 운전되고 배기 가스 압력들이 상이할 경우에 내연 기관들의 개개의 배기 가스 시스템들에서 서로 간에 반동들이 생기게 된다.If multiple exhaust gas bypass lines are combined upstream of one large exhaust power recovery turbine or power turbine, the individual combustion engines may be operated when the internal combustion engines are operated at different loads and the exhaust gas pressures are different. In exhaust gas systems there are reactions between each other.
본 발명의 과제는 멀티 엔진 시스템에서 터빈 블레이드들에 진동이 유발되는 것을 피하면서 폐열 회수에 있어서의 개선된 효율을 구현할 수 있는 배기 가스 동력 회수 터빈, 그러한 배기 가스 동력 회수 터빈을 구비한 폐열 회수 시스템, 및 그러한 폐열 회수 시스템을 운전하는 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is an exhaust gas power recovery turbine capable of realizing improved efficiency in waste heat recovery while avoiding vibrations in turbine blades in a multi-engine system, a waste heat recovery system having such an exhaust gas power recovery turbine. And a method of operating such a waste heat recovery system.
그러한 과제는 청구항 1에 따른 배기 가스 동력 회수 터빈, 청구항 7에 따른 폐열 회수 시스템, 및 청구항 10에 따른 방법에 의해 해결된다. 본 발명의 부가의 구성들이 각각 종속 청구항들에 정의되어 있다.Such a problem is solved by an exhaust gas power recovery turbine according to
본 발명의 제1 양태에 따라, 내연 기관 배기 가스의 에너지 활용을 위한 배기 가스 동력 회수 터빈이 제공되는데, 그 배기 가스 동력 회수 터빈은 터빈 하우징; 터빈 하우징에 회전 가능하게 장착되고, 다수의 터빈 블레이드들을 갖는 로터; 터빈 하우징에 배치되어 터빈 블레이드들에의 배기 가스 유입을 제어하는 가이드 배플(guide baffle)로서, 터빈 하우징이 배기 가스를 가이드 배플을 통해 터빈 블레이드들로 안내하는 다수의 배기 가스 유입 통로들을 구비하고, 각각의 배기 가스 유입 통로들이 가이드 배플에 이르기까지 서로 분리되어 있으며, 각각의 배기 가스 유입 통로에 각각의 배기 가스 유입 통로 내의 배기 가스 압력을 측정하는 센서가 배치되는 가이드 배플; 및 압력 센서들과 연결되고, 배기 가스 유입 통로들(22a, 22b) 내의 개개의 배기 가스 압력들(PⅠ, PⅡ)을 서로 균등화시키는 압력 균등화 수단을 구비한다.According to a first aspect of the present invention, there is provided an exhaust gas power recovery turbine for energy utilization of an internal combustion engine exhaust gas, the exhaust gas power recovery turbine comprising: a turbine housing; A rotor rotatably mounted to the turbine housing, the rotor having a plurality of turbine blades; A guide baffle disposed in the turbine housing to control exhaust gas inflow into the turbine blades, the turbine housing having a plurality of exhaust gas inlet passages for guiding exhaust gas through the guide baffle to the turbine blades, A guide baffle in which the respective exhaust gas inlet passages are separated from each other up to the guide baffle, in which a sensor for measuring exhaust gas pressure in each exhaust gas inlet passage is disposed; And pressure equalization means connected with the pressure sensors and equalizing the respective exhaust gas pressures Pi and Pl in the exhaust
압력을 균등화시킴으로써, 터빈 블레이드들에 진동이 유발되는 것이 확실하게 회피된다. 그럼으로써, 멀티 엔진 시스템에 대해 그러한 단일의 배기 가스 동력 회수 터빈이 마련될 수 있고, 그에 의해 그 단일의 배기 가스 동력 회수 터빈이 더 크고 더 높은 효율로 구성될 수 있다.By equalizing the pressure, vibrations in the turbine blades are reliably avoided. As such, such a single exhaust gas power recovery turbine can be provided for a multi-engine system, whereby the single exhaust gas power recovery turbine can be configured with greater and higher efficiency.
본 발명에 따른 배기 가스 동력 회수 터빈의 일 실시 형태에 따르면, 터빈 블레이드들은 비감쇠(undamped) 터빈 블레이드들, 특히 댐퍼 와이어(damper wire) 없는 터빈 블레이드들로서 형성된다.According to one embodiment of the exhaust gas power recovery turbine according to the invention, the turbine blades are formed as undamped turbine blades, in particular turbine blades without damper wire.
통상의 터빈에서는, 따로따로 떨어져 있는 터빈 블레이드들의 진동들을 감쇠시키기 위해 댐퍼 와이어들이 사용되는데, 감쇠는 와이어의 지지점들에서 마찰에 의해 이뤄진다. 댐퍼 와이어들은 터빈 블레이드들에 있는 구멍들을 통해 안내될 수 있다. 그러한 구멍들은 흔히 그로부터 블레이드 파괴가 비롯되는 터빈 블레이드들의 취약점들이기 때문에, 통상적으로 터빈 블레이드들은 구멍들의 영역에서 두껍게 형성된다. 여하튼, 댐퍼 와이어들은 터빈 블레이드 프로파일을 둘러 흐르는 흐름의 장애가 되고, 그로 인해 터빈의 효율을 감소시킨다.In a typical turbine, damper wires are used to dampen the vibrations of the turbine blades that are apart apart, which is achieved by friction at the support points of the wire. Damper wires can be guided through holes in turbine blades. Since such holes are often vulnerabilities of turbine blades resulting from blade failure therefrom, turbine blades are typically formed thick in the area of the holes. In any case, damper wires become a barrier to the flow around the turbine blade profile, thereby reducing the efficiency of the turbine.
본 발명에 따라 터빈 블레이드들을 비감쇠 터빈 블레이드들, 특히 댐퍼 와이어 없는 터빈 블레이드들로서 형성함으로써, 그러한 효율 감소가 회피된다.By forming the turbine blades according to the invention as undamped turbine blades, in particular turbine blades without damper wires, such a reduction in efficiency is avoided.
본 발명에 따른 배기 가스 동력 회수 터빈의 또 다른 실시 형태에 따르면, 압력 균등화 수단은 각각의 배기 가스 유입 통로 내의 압력을 조절하도록 구성된 압력 조절 장치를 각각의 배기 가스 유입 통로의 상류에 연결하되, 개개의 압력 센서들 및 개개의 압력 조절 장치들을 터빈 제어 장치와 연결하고, 개개의 압력 센서들에 의해 측정된 배기 가스 압력들을 기반으로 모든 배기 가스 유입 통로들 내의 배기 가스 압력들을 균등한 설정 압력 레벨로 조절하게끔 개개의 압력 조절 장치들을 제어 작동하도록 터빈 제어 장치를 구성함으로써 형성된다.According to another embodiment of the exhaust gas power recovery turbine according to the invention, the pressure equalization means connects a pressure regulating device configured to regulate the pressure in each exhaust gas inlet passage upstream of each exhaust gas inlet passage, respectively. Pressure sensors and individual pressure regulators to the turbine control unit and exhaust gas pressures in all exhaust gas inlet passages to equal set pressure levels based on the exhaust gas pressures measured by the individual pressure sensors. It is formed by configuring the turbine control device to control the individual pressure regulating devices to be adjusted.
본 발명에 따른 배기 가스 동력 회수 터빈의 또 다른 실시 형태에 따르면, 균등한 설정 압력 레벨은 ≤ 1.0 bar의 배기 가스 압력들의 상호 편차로 미리 주어진다.According to another embodiment of the exhaust gas power recovery turbine according to the invention, an even set pressure level is given in advance with the mutual deviation of exhaust gas pressures of ≤ 1.0 bar.
본 발명에 따른 배기 가스 동력 회수 터빈의 또 다른 실시 형태에 따르면, 각각의 압력 조절 장치는 각각의 배기 가스 유입 통로로의 배기 가스 유입 흐름을 교축하는 스로틀 장치(throttle device)를 구비한다.According to another embodiment of the exhaust gas power recovery turbine according to the invention, each pressure regulating device has a throttle device for throttling the exhaust gas inlet flow into each exhaust gas inlet passage.
대안적으로 또는 부가적으로, 본 발명에 따른 배기 가스 동력 회수 터빈의 또 다른 실시 형태에 따르면, 각각의 압력 조절 장치는 각각의 배기 가스 유입 통로로의 배기 가스 유입 흐름으로부터 배기 가스를 분기시키는 바이패스 장치를 구비한다.Alternatively or additionally, according to another embodiment of the exhaust gas power recovery turbine according to the present invention, each pressure regulating device is configured to divert the exhaust gas from the exhaust gas inlet flow to each exhaust gas inlet passage. A pass device is provided.
본 발명의 제2 양태에 따라, 폐열 회수 시스템이 제공되는데, 그 폐열 회수 시스템은 각각 별개의 배기 가스 라인을 갖는 다수의 내연 기관들 및 전술한 본 발명의 제1 양태의 하나의 실시 형태에 따른 또는 생각할 수 있는 임의의 조합의 다수의 실시 형태들 또는 모든 실시 형태들에 따른 단일의 배기 가스 동력 회수 터빈을 구비하되, 내연 기관들 중의 제1 내연 기관의 배기 가스 라인이 배기 가스의 도입을 위해 배기 가스 동력 회수 터빈의 배기 가스 유입 통로들 중의 제1 배기 가스 유입 통로와 연결되고, 내연 기관들 중의 제2 내연 기관의 배기 가스 라인이 배기 가스의 도입을 위해 배기 가스 동력 회수 터빈의 배기 가스 유입 통로들 중의 제2 배기 가스 유입 통로와 연결된다.According to a second aspect of the invention, a waste heat recovery system is provided, which waste heat recovery system comprises a plurality of internal combustion engines each having a separate exhaust gas line and one embodiment of the first aspect of the invention described above. Or a single exhaust gas power recovery turbine according to any or all embodiments of any combination conceivable, wherein the exhaust gas line of the first internal combustion engine of the internal combustion engines is adapted for the introduction of the exhaust gas. Connected to the first exhaust gas inlet passage of the exhaust gas inlet passages of the exhaust gas power recovery turbine, and the exhaust gas line of the second internal combustion engine of the internal combustion engines for exhaust gas inlet of the exhaust gas power recovery turbine A second exhaust gas inlet passage of the passages.
압력 균등화에 의해, 터빈 블레이드들에 진동이 유발되는 것이 회피된다. 폐열 회수 시스템에 대해 단일의 본 발명에 따른 배기 가스 동력 회수 터빈이 마련됨으로써, 그 단일의 배기 가스 동력 회수 터빈이 더 크게 그리고 그에 따라 더 높은 효율로 구성될 수 있다.By pressure equalization, the oscillation of the turbine blades is avoided. By providing a single exhaust gas power recovery turbine according to the present invention for a waste heat recovery system, the single exhaust gas power recovery turbine can be configured larger and thus with higher efficiency.
본 발명에 따른 폐열 회수 시스템의 일 실시 형태에 따르면, 폐열 회수 시스템은 증기 터빈 및 각각의 배기 가스 라인에 있는 열교환기를 더 구비하고, 열교환기는 배기 가스를 관류시키도록 구성된 1차 라인 및 증기를 제공하도록 구성된 2차 라인을 구비하되, 개개의 열교환기들의 2차 라인들이 증기 터빈의 증기 유입구와 연결된다.According to one embodiment of the waste heat recovery system according to the invention, the waste heat recovery system further comprises a steam turbine and a heat exchanger in each exhaust gas line, the heat exchanger providing a primary line and steam configured to flow through the exhaust gas. And a secondary line configured to connect the secondary lines of the individual heat exchangers to the steam inlet of the steam turbine.
본 발명에 따른 폐열 회수 시스템의 또 다른 실시 형태에 따르면, 폐열 회수 시스템은 발전기를 더 구비하되, 발전기의 구동 샤프트가 배기 가스 동력 회수 터빈의 로터에 의해 회전 구동되는 배기 가스 동력 회수 터빈의 출력 샤프트와 회전 구동 연결될 수 있을 뿐만 아니라, 증기 터빈의 로터에 의해 회전 구동되는 증기 터빈의 출력 샤프트와 회전 구동 연결될 수 있다.According to another embodiment of the waste heat recovery system according to the present invention, the waste heat recovery system further includes a generator, wherein an output shaft of the exhaust gas power recovery turbine, in which the drive shaft of the generator is rotationally driven by the rotor of the exhaust gas power recovery turbine, is provided. Not only can be rotationally connected with the output shaft, but also rotationally connected with the output shaft of the steam turbine, which is rotationally driven by the rotor of the steam turbine.
본 발명의 제3 양태에 따라, 전술한 본 발명의 제2 양태의 하나의 실시 형태에 따른 또는 생각할 수 있는 임의의 조합의 다수의 실시 형태들 또는 모든 실시 형태들에 따른 폐열 회수 시스템을 운전하는 방법이 제공되는데, 그 방법은 배기 가스 동력 회수 터빈의 개개의 배기 가스 유입 통로들 내의 배기 가스 압력들을 측정하는 단계, 측정된 배기 가스 압력들을 비교하는 단계, 및 배기 가스 유입 통로들 내의 개개의 배기 가스 압력들을 서로 균등화시키는 단계를 포함한다.According to a third aspect of the present invention, a waste heat recovery system according to one embodiment of the second aspect of the present invention described above or according to any or a plurality of embodiments in any conceivable combination is operated. A method is provided, the method comprising measuring exhaust gas pressures in individual exhaust gas inlet passages of an exhaust gas power recovery turbine, comparing measured exhaust gas pressures, and individual exhaust in the exhaust gas inlet passages Equalizing the gas pressures with each other.
압력 균등화에 의해, 터빈 블레이드들에 진동이 유발되는 것이 회피된다. 폐열 회수 시스템에 대해 단일의 본 발명에 따른 배기 가스 동력 회수 터빈이 마련됨으로써, 그 단일의 배기 가스 동력 회수 터빈이 더 크게 그리고 그에 따라 더 높은 효율로 구성될 수 있다.By pressure equalization, the oscillation of the turbine blades is avoided. By providing a single exhaust gas power recovery turbine according to the present invention for a waste heat recovery system, the single exhaust gas power recovery turbine can be configured larger and thus with higher efficiency.
본 발명에 따른 방법의 일 실시 형태에 따르면, 측정된 배기 가스 압력들을 비교하는 단계는 측정된 배기 가스 압력들 중에서 가장 낮은 배기 가스 압력을 결정하되, 나머지 배기 가스 압력들을 더 높은 압력의 배기 가스 압력들로서 결정하고, 가장 낮은 배기 가스 압력으로부터 설정 압력 레벨을 결정하며, 배기 가스 유입 통로들 내의 개개의 배기 가스 압력들을 서로 균등화시키는 단계에서 더 높은 압력의 배기 가스 압력들을 설정 압력으로 감소시키는 단계를 또한 포함한다.According to one embodiment of the method according to the invention, comparing the measured exhaust gas pressures determines the lowest exhaust gas pressure among the measured exhaust gas pressures, while the remaining exhaust gas pressures are the higher pressure exhaust gas pressure. Determining the set pressure level from the lowest exhaust gas pressure, and reducing the higher pressure exhaust gas pressures to the set pressure in equalizing each of the exhaust gas pressures in the exhaust gas inlet passages with each other. Include.
본 발명에 따른 방법의 또 다른 실시 형태에 따르면, 균등한 설정 압력 레벨을 ≤ 1.0 bar의 배기 가스 압력들의 상호 편차로 조정한다.According to another embodiment of the method according to the invention, the equal set pressure level is adjusted to the mutual deviation of exhaust gas pressures of ≤ 1.0 bar.
본 발명에 따른 방법의 또 다른 실시 형태에 따르면, 더 높은 압력들의 배기 가스 압력들을 감소시키는 것을 개개의 배기 가스 유입 통로들로의 개개의 배기 가스 유입 흐름들을 교축함으로써 수행한다.According to another embodiment of the method according to the invention, reducing the exhaust gas pressures at higher pressures is performed by throttling the individual exhaust gas inlet flows into the individual exhaust gas inlet passages.
대안적으로 또는 부가적으로, 본 발명에 따른 방법의 또 다른 실시 형태에 따르면, 더 높은 압력의 배기 가스 압력들을 감소시키는 것을 개개의 배기 가스 유입 통로들로의 개개의 배기 가스 유입 흐름들로부터 배기 가스를 분기시킴으로써 수행한다.Alternatively or additionally, according to another embodiment of the method according to the invention, reducing the exhaust gas pressures of higher pressure is exhausted from the individual exhaust gas inlet flows into the individual exhaust gas inlet passages. This is done by branching the gas.
본 발명은 청구항들의 명시적인 인용들로부터 나오는 특징 조합들에 의해 주어지는 것이 아닌 실시 형태들에도 확장되는 것임이 명백하고, 그럼으로써 본 발명의 개시된 특징들은 그것이 기술적으로 의미가 있는 한 서로 임의로 조합될 수 있다.It is evident that the present invention extends to embodiments that are not given by feature combinations resulting from the explicit citations of the claims so that the disclosed features of the present invention may be combined with each other arbitrarily as long as it is technologically meaningful have.
요약하여 말하자면, 본 발명자들은 다수의 유입 연결관들을 구비한, 즉 펄스 과급(pulse charging) 형태의 터빈 하우징을 구비한 배기 가스 동력 회수 터빈 또는 파워 터빈으로서, 배기 가스 흐름들이 터빈 가이드 배플(노즐 링)을 지난 후에야 비로소 섞임으로써 서로 영향을 받지 않고, 그에 따라 반동들이 없게 되는 배기 가스 동력 회수 터빈 또는 파워 터빈을 해결 방안으로서 인식하였다.In summary, we are an exhaust gas power recovery turbine or power turbine with a plurality of inlet connectors, ie with a turbine housing in the form of pulse charging, wherein the exhaust gas flows are turbine guide baffles (nozzle rings). It was recognized as a solution to an exhaust gas power recovery turbine or power turbine that would not be affected by each other until after mixing, and thus there would be no recoil.
또한, 본 발명자들은 터빈은 펄스 과급 운전 중에 배기 가스 공급의 불균일성으로 인해 그 터빈 블레이드들에 높은 진동이 여기되는 현상을 겪고, 그 때문에 댐퍼 와이어 또는 댐핑 요소들을 구비한, 그에 따라 열악한 효율을 갖는 강건한 터빈을 필요로 한다는 것을 인지하였다.In addition, the inventors have found that a turbine suffers from high vibration excitation of its turbine blades due to the non-uniformity of the exhaust gas supply during pulse supercharging operation, and thus has a robust efficiency with a damper wire or damping elements and thus poor efficiency. It was recognized that a turbine was needed.
따라서 본 발명자들이 해결 방안으로서 제안하는 바는 최상의 효율을 위해 터빈 블레이드들을 댐퍼 와이어 없이 형성하되, 불균일한 공급으로 인해 유발되는 터빈 블레이드들의 진동 여기의 문제점을 개개의 배기 가스 채널들 또는 배기 가스 유입 통로들 내의 압력을 개별적으로 교축하여 배기 가스 유입 통로들이 가능한 한 동일한 압력 레벨 및 그에 따른 속도 레벨로 운전되도록 함으로써 감소시키거나 제거하는 것이다.Therefore, the present inventors propose as a solution to form the turbine blades without damper wire for the best efficiency, but to solve the problem of vibration excitation of the turbine blades caused by uneven supply of individual exhaust gas channels or exhaust gas inlet passage By individually throttling the pressure in the valves so that the exhaust gas inlet passages are operated at the same pressure level and hence speed level as much as possible.
그것은 예컨대 터빈의 상류에서 유입관 내의 각각의 압력을 측정하고, 각각의 더 높은 압력을 교축 및/또는 바이패스 제어에 의해 조절함으로써 이뤄진다. 교축 운전은 높은 배기 가스 압력을 일으키는데, 그것은 연결된 내연 기관에 유익을 주고, 최대 점화 압력이 허용한 한 내연 기관의 더 양호한 과급을 가져온다. 바이패스 운전에서는, 배기 가스 중의 잔류 열이 상승하여 증기 터빈에서 에너지로 전환될 수 있다.This is achieved, for example, by measuring each pressure in the inlet pipe upstream of the turbine and adjusting each higher pressure by throttling and / or bypass control. The throttling operation results in a high exhaust gas pressure, which benefits the connected internal combustion engine and brings about a better supercharging of the internal combustion engine as long as the maximum ignition pressure allows. In bypass operation, residual heat in the exhaust gas can rise and be converted into energy in the steam turbine.
그로부터, 예컨대 발전기와 함께 하나의 라인에 공통으로 조립된 증기 터빈과 배기 가스 동력 회수 터빈으로 구성되는, 적어도 2개의 내연 엔진을 위한 폐열 회수(WHR) 시스템이 제공될 수 있다. 또한, 적어도 2개의 유입구들(상호 연결할 내연 기관들의 수와 동수)을 갖는 배기 가스 동력 회수 터빈이 최상의 효율을 위해 댐퍼 와이어 없이 제공될 수 있다. 또한, 터빈의 상류에서의 배기 가스 압력들이 비슷한 레벨(조절 편차가 예컨대 <= 1.0 bar)로 있는 것을 보장하는 압력 측정 및 조절 기구에 의한 조절이 제공될 수 있다.Thereby, a waste heat recovery (WHR) system for at least two internal combustion engines can be provided, for example consisting of a steam turbine and an exhaust gas power recovery turbine commonly assembled in one line with a generator. In addition, an exhaust gas power recovery turbine with at least two inlets (number and number of interconnecting internal combustion engines) can be provided without damper wires for best efficiency. In addition, regulation may be provided by a pressure measuring and regulating mechanism that ensures that the exhaust gas pressures upstream of the turbine are at a similar level (adjustment deviation is eg <= 1.0 bar).
본 발명에 따른 배기 가스 동력 회수 터빈, 그러한 배기 가스 동력 회수 터빈을 구비한 폐열 회수 시스템, 및 그러한 폐열 회수 시스템을 운전하는 방법에서는, 배기 가스 유입 통로들 내의 개개의 배기 가스 압력들을 서로 균등화시킴으로써, 터빈 블레이드들에 진동이 유발되는 것이 확실하게 회피된다. 그럼으로써, 멀티 엔진 시스템에 대해 그러한 단일의 배기 가스 동력 회수 터빈이 마련될 수 있고, 그에 의해 그 단일의 배기 가스 동력 회수 터빈이 더 크고 더 높은 효율로 구성될 수 있다. 따라서 멀티 엔진 시스템에서 터빈 블레이드들에 진동이 유발되는 것을 피하면서 폐열 회수에 있어서의 개선된 효율을 구현할 수 있다.In an exhaust gas power recovery turbine according to the invention, a waste heat recovery system having such an exhaust gas power recovery turbine, and a method of operating such a waste heat recovery system, by equalizing each of the exhaust gas pressures in the exhaust gas inlet passages, It is reliably avoided that vibrations are caused to the turbine blades. As such, such a single exhaust gas power recovery turbine can be provided for a multi-engine system, whereby the single exhaust gas power recovery turbine can be configured with greater and higher efficiency. Thus, improved efficiency in waste heat recovery can be achieved while avoiding vibration in turbine blades in a multi-engine system.
이하, 본 발명을 첨부 도면들을 참조해서 바람직한 실시 형태에 의거하여 상세히 설명하기로 한다. 첨부 도면들 중에서,
도 1은 표준적인 폐열 회수 시스템을 나타낸 선도.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 폐열 회수 시스템을 나타낸 선도.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 배기 가스 동력 회수 터빈을 부분적으로 나타낸 사시도.
도 4는 도 3의 평면 A에서 절단한 도 3의 배기 가스 동력 회수 터빈의 터빈 하우징의 부분을 나타낸 2개의 부분 사시도.
도 5는 좀더 알아보기 쉽게 하기 위해 본 발명에 따른 폐열 회수 시스템의 몇몇 요소들을 생략한 채로 나타낸 도 2와 유사한 도면.Hereinafter, the present invention will be described in detail based on preferred embodiments with reference to the accompanying drawings. In the accompanying drawings,
1 is a diagram showing a standard waste heat recovery system.
2 is a diagram showing a waste heat recovery system according to an embodiment of the present invention.
3 is a perspective view partially showing an exhaust gas power recovery turbine according to an embodiment of the present invention;
4 is a partial perspective view of two parts of the turbine housing of the exhaust gas power recovery turbine of FIG. 3 taken in plane A of FIG.
5 is a view similar to FIG. 2 with some elements of the waste heat recovery system in accordance with the present invention omitted for clarity;
도 1은 선박(전부 다 도시되지 않았고, 별도로 표시되지도 않음)에 통합된 표준적인 폐열 회수 시스템(1')의 선도를 도시하고 있다.1 shows a diagram of a standard waste
도 1의 폐열 회수 시스템(1')은 선박을 구동하는 역할을 하는 제1 내연 기관(10')과 제2 내연 기관(50')을 구비한다.The waste
각각의 내연 기관(10', 50')은 각각의 배기 가스 출구(16' 또는 56')(여기서는 연통)를 갖는 별개의 배기 가스 라인(15' 또는 55'), 그 각각의 배기 가스 라인(15' 또는 55')의 배기 가스에 의해 구동될 수 있도록 각각의 해당 배기 가스 라인(15' 또는 55')에 접속된 별개의 배기 가스 동력 회수 터빈 또는 파워 터빈(20' 또는 60'), 증기 생성을 위해 그 1차 라인(25a' 또는 65a')이 각각의 해당 배기 가스 라인(15' 또는 55')에 통합된 별개의 열교환기(25' 또는 65'), 및 각각의 내연 기관(10' 또는 50')의 터보 과급을 위해 각각의 해당 배기 가스 라인(15' 또는 55')에 접속된 2개의 배기 가스 터보 과급기(30a', 30b' 또는 70a', 70b')(별도로 표시되지 않은 각각의 배기 가스 터빈 및 각각의 압축기를 갖는)를 구비한다.Each
도 1의 폐열 회수 시스템(1')은 증기 터빈(75') 및 발전기(80')를 더 구비한다. 증기 터빈(75')은 열 교환기들(25', 65')의 각각의 2차 라인(25b' 또는 65b')에 각각 접속되고, 그에 따라 증기 터빈(75')이 열교환기들(25', 65')에 의해 생성된 증기에 의해 구동될 수 있다.The waste heat recovery system 1 'of FIG. 1 further includes a steam turbine 75' and a generator 80 '. The steam turbine 75 'is connected to each of the
2개의 배기 가스 동력 회수 터빈들(20', 60')은 출력 측에서 공통 기어 어셈블리(85')를 통해 선택적으로 발전기(80')의 구동 샤프트(81')와 회전 구동 연결될 수 있다. 증기 터빈(75')은 출력 측에서 기어(90')를 통해 발전기(80')의 구동 샤프트(81')와 상시로 회전 구동 연결된다.The two exhaust gas power recovery turbines 20 ', 60' can optionally be rotationally driven to the drive shaft 81 'of the generator 80' via the common gear assembly 85 'on the output side. The steam turbine 75 'is always in rotational drive connection with the drive shaft 81' of the generator 80 'via the gear 90' on the output side.
이제, 도 2 내지 도 5를 참조하여 선박(전부 다 도시되지 않았고, 별도로 표시되지도 않음)에 통합된 본 발명의 일 실시 형태에 따른 폐열 회수 시스템(1)을 설명하기로 한다.2 to 5, a waste
본 발명에 따른 폐열 회수 시스템(1)은 선박을 구동하는 역할을 하는 제1 내연 기관(10)과 제2 내연 기관(50)을 구비한다.The waste
각각의 내연 기관(10, 50)은 다수의 배기 가스 파이프들(별도로 표시되지 않음)과 각각의 배기 가스 출구(16 또는 56)(여기서는 연통)를 갖는 별개의 배기 가스 라인(15 또는 55), 증기 생성을 위해 배기 가스를 관류시키도록 구성된 그 1차 라인(25a 또는 65a)이 각각의 해당 배기 가스 라인(15 또는 55)에 통합된 별개의 열교환기(25 또는 65), 및 각각의 내연 기관(10 또는 50)의 터보 과급을 위해 각각의 해당 배기 가스 라인(15 또는 55)에 접속된 2개의 배기 가스 터보 과급기(30a, 30b 또는 70a, 70b)(별도로 표시되지 않은 각각의 배기 가스 터빈 및 각각의 압축기를 갖는)를 구비한다.Each
본 발명에 따른 폐열 회수 시스템(1)은 내연 기관 배기 가스의 에너지 활용을 위해 2개의 배기 가스 라인들(15, 55)의 배기 가스에 의해 구동될 수 있도록 배기 가스 파이프들을 통해 2개의 배기 가스 라인들(15, 55)에 접속된 하나의 배기 가스 동력 회수 터빈 또는 파워 터빈(20)을 더 구비한다.The waste
특히, 도 2, 도 3, 및 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 배기 가스 동력 회수 터빈(20)은 터빈 유입 하우징(22)을 갖는 터빈 하우징(21), 터빈 하우징(21)에 회전 가능하게 장착되고 다수의 비감쇠 터빈 블레이드들(23a), 특히 댐퍼 와이어 없는 다수의 터빈 블레이드들(23a)을 갖는 로터(23)(단지 개략적으로 및 부분적으로만 도시되어 있음), 터빈 하우징(21)에 배치되어 터빈 블레이드들(23a)에의 배기 가스 유입을 제어하는 가이드 배플(24)(또는 노즐 링), 및 배기 가스 동력 회수 터빈(20)으로부터 배기 가스를 배출하기 위한 출구 디퓨저(24a)를 구비한다.In particular, as can be seen in FIGS. 2, 3, and 5, the exhaust gas
터빈 하우징(21)의 터빈 유입 하우징(22)은 배기 가스를 가이드 배플(24)을 통해 터빈 블레이드들(23a)로 인도하기 위한 다수의 배기 가스 유입 통로들을 구비하는데, 개개의 배기 가스 유입 통로들은 가이드 배플(24)에 이르기까지 서로 분리되어 있다. 도 2 내지 도 5에서 설명되는 본 발명의 실시 형태에 따르면, 터빈 하우징(21)의 터빈 유입 하우징(22)은 가이드 배플(24)의 직전으로부터 가이드 배플(24)에 이르기까지 격벽(22c)에 의해 흐름에 있어 서로 분리되는 제1 배기 가스 유입 통로(22a) 및 제2 배기 가스 유입 통로(22b)를 구비한다. 그와 관련하여, 도 4는 도 3의 평면 A에서 절단한, "Y-피스(Y-piece)"와 유사하게 형성된 터빈 유입 하우징(22)의 부분을 2개의 부분 사시도로 도시하고 있다.The
제1 내연 기관(10)의 배기 가스 라인(15)은 배기 가스의 도입을 위해 배기 가스 동력 회수 터빈(20)의 제1 배기 가스 유입 통로(22a)와 연결된다. 제2 내연 기관(50)의 배기 가스 라인(55)은 배기 가스의 도입을 위해 배기 가스 동력 회수 터빈(20)의 제2 배기 가스 유입 통로(22b)와 연결된다.The
도 2 내지 도 5에 도시되어 있지는 않지만, 각각의 배기 가스 유입 통로(22a, 22b)에는 압력 센서가 배치되어 그 각각의 배기 가스 유입 통로(22a, 22b) 내의 배기 가스 압력(PⅠ 또는 PⅡ)(도 2를 참조)을 측정한다.Although not shown in FIGS. 2 to 5, a pressure sensor is disposed in each of the exhaust
각각의 배기 가스 유입 통로(22a, 22b)의 상류에는 그 각각의 배기 가스 유입 통로(22a, 22b) 내의 배기 가스 압력(PⅠ 또는 PⅡ)을 조절하도록 구성된 압력 조절 장치(60a, 60b)가 연결된다. 각각의 압력 조절 장치(60a, 60b)는 전자 제어기(61a 또는 61b) 및 바람직하게는 전기 모터("M"으로 지시된)에 의해 제어 가능한 제1 밸브(62a 또는 62b)와 바람직하게는 전기 모터("M"으로 지시된)에 의해 제어 가능한 제2 밸브(63a 또는 63b)를 구비한다. 제1 및 제2 밸브들(62a, 63a 또는 62b, 63b)은 제어 작동을 위해 그 해당 제어기(61a 또는 61b)와 연결된다.Upstream of each exhaust
각각의 압력 조절 장치(60a, 60b)의 제1 밸브(62a, 62b)는 각각의 해당 배기 가스 유입 통로(22a 또는 22b)로의 배기 가스 유입 흐름을 교축하는 스로틀 장치로서 작용한다. 각각의 압력 조절 장치(60a, 60b)의 제2 밸브(63a, 63b)는 각각의 해당 배기 가스 유입 통로(22a 또는 22b)로의 배기 가스 유입 흐름으로부터 배기 가스를 분기시키는 바이패스 장치로서 작용한다.The
본 발명에 따른 폐열 회수 시스템(1)은 신호 수신을 위해 각각의 압력 센서와 전기적으로 연결되고 제어 작동을 위해 각각의 압력 조절 장치(60a, 60b)의 제어기(61a, 61b)와 전기적으로 연결된 전자적 터빈 제어 장치(100)를 또한 구비한다. 그러한 터빈 제어 장치(100)는 모든 배기 가스 유입 통로들(22a, 22b) 내의 배기 가스 압력들(PⅠ 또는 PⅡ)을 균등한 설정 압력 레벨로 조절하기 위해 각각의 압력 센서에 의해 측정된 배기 가스 압력(PⅠ 또는 PⅡ)을 기반으로 각각의 압력 조절 장치의 제어기(61a, 61b)를 제어 작동하도록 구성된다. 균등한 설정 압력은 ≤ 0.2 bar의 배기 가스 압력들(PⅠ 또는 PⅡ)의 상호 조절 편차로 미리 주어지는 것이 바람직하다.The waste
결과적으로, 압력 조절 장치들(60a, 60b)과 터빈 제어 장치(100)는 압력 센서들과 연결되고 배기 가스 유입 통로들(22a, 22b) 내의 개개의 배기 가스 압력들(PⅠ 또는 PⅡ)을 서로 균등화시키도록 구성된 압력 균등화 수단을 형성한다.As a result, the
본 발명에 따른 폐열 회수 시스템(1)은 증기 터빈(75) 및 발전기(80)를 더 구비한다. 증기 터빈(75)의 증기 입구(별도로 표시되지 않음)는 증기 파이프들(별도로 표시되지 않음)을 통해 증기를 제공하도록 구성된 열 교환기들(25, 65)의 개개의 2차 라인들(25b 또는 65b)에 각각 접속되고, 그에 따라 증기 터빈(75)이 열교환기들(25, 65)에 의해 생성된 증기에 의해 구동될 수 있다.The waste
발전기(80)의 구동 샤프트(81)는 배기 가스 동력 회수 터빈(20)의 로터(23)에 의해 회전 구동되는 배기 가스 동력 회수 터빈(20)의 출력 샤프트(23b)와 기어(85)를 통해 회전 구동 연결될 수 있고, 증기 터빈(75)의 로터(표시되지 않음)에 의해 회전 구동되는 증기 터빈(75)의 출력 샤프트(75a)와 기어(90)를 통해 회전 구동 연결될 수 있다.The
도시된 실시 형태에서, 배기 가스 동력 회수 터빈(20)은 출력 측에서 기어(85) 및 커플링(표시되지 않음)을 통해 선택적으로 발전기(80)의 구동 샤프트(81)와 회전 구동 연결될 수 있고, 증기 터빈(75)은 출력 측에서 기어(90)를 통해 발전기(80)의 구동 샤프트(81)와 상시로 회전 구동 연결된다.In the illustrated embodiment, the exhaust gas
도 2 내지 도 5에서 설명된 폐열 회수 시스템(1)을 운전하는 본 발명에 따른 방법에 의하면, 적어도 다음의 단계들을 수행한다:According to the method according to the invention for operating the waste
- 압력 센서들에 의해 개개의 배기 가스 유입 통로들(22a, 22b) 내의 배기 가스 압력들(PⅠ, PⅡ)을 측정하는 단계,Measuring exhaust gas pressures PI, PII in the individual exhaust
- 측정된 배기 가스 압력들(PⅠ, PⅡ)을 터빈 제어 장치(100)에서 비교하는 단계, 및Comparing the measured exhaust gas pressures PI, PII in the
- 압력 균등화 수단에 의해 배기 가스 유입 통로들(22a, 22b) 내의 개개의 배기 가스 압력들(PⅠ, PⅡ)을 서로 균등화시키는 단계.Equalizing the respective exhaust gas pressures PI, PII in the exhaust
본 발명의 방법에 따르면, 측정된 배기 가스 압력들(PⅠ, PⅡ)을 비교하는 단계는 측정된 배기 가스 압력들(PⅠ, PⅡ) 중에서 가장 낮은 배기 가스 압력을 결정하되, 나머지 배기 가스 압력들을 더 높은 압력의 배기 가스 압력들로서 결정하고, 가장 낮은 배기 가스 압력으로부터 설정 압력 레벨을 결정하며, 배기 가스 유입 통로들(22a, 22b) 내의 개개의 배기 가스 압력들(PⅠ, PⅡ)을 서로 균등화시키는 단계에서 더 높은 배기 가스 압력들을 압력 균등화 수단(60a, 60b)에 의해 설정 압력 레벨로 감소시키는 단계를 또한 포함한다.According to the method of the present invention, comparing the measured exhaust gas pressures PI, PII determines the lowest exhaust gas pressure among the measured exhaust gas pressures PI, PII, while further determining the remaining exhaust gas pressures. Determining as high pressure exhaust gas pressures, determining a set pressure level from the lowest exhaust gas pressure, and equalizing the individual exhaust gas pressures PI, PII in the exhaust
본 발명의 방법에 따르면, 균등한 설정 압력 레벨은 ≤ 0.2 bar의 배기 가스 압력들(PⅠ, PⅡ)의 상호 조절 편차로 조정되는 것이 바람직하다.According to the method of the present invention, the equal set pressure level is preferably adjusted to the mutual control deviation of the exhaust gas pressures PI and PII of ≤ 0.2 bar.
본 발명의 방법에 따르면, 더 높은 압력의 배기 가스 유입 통로(들)로의 배기 가스 유입 흐름을 해당 압력 조절 장치(60a, 60b)의 제1 밸브(62a 또는 62b)의 부분적인 폐쇄에 의해 교축함으로써 더 높은 압력의 배기 가스 압력들을 감소시키는 것이 바람직하다.According to the method of the present invention, by throttling the exhaust gas inlet flow to the higher pressure exhaust gas inlet passage (s) by partial closing of the
대안적으로 또는 부가적으로, 본 발명의 방법에 따르면, 더 높은 압력의 배기 가스 유입 통로(들)로의 배기 가스 유입 흐름으로부터 해당 압력 조절 장치(60a, 60b)의 제2 밸브(63a, 63b)의 개방에 의해 배기 가스를 분기시킴으로써 더 높은 압력의 배기 가스 압력들을 감소시키는 것이 바람직하다.Alternatively or additionally, according to the method of the present invention, the
본 발명의 방법에 따르면, 내연 기관들(10, 50)은 서로 50%를 넘게 차이가 나는 엔진 부하로 운전될 수 있는데, 그럼에도 불구하고 내연 기관들(10, 50)에 있어 발전기와 커플링된 단일의 배기 가스 동력 회수 터빈(20)을 반동 없이 운전하는 것이 보장되게 된다.According to the method of the invention, the
1, 1': 폐열 회수 시스템
10, 10', 50, 50': 내연 기관
15, 15', 55, 55': 배기 가스 라인
16, 16', 56, 56': 배기 가스 출구
20, 20', 60': 배기 가스 동력 회수 터빈
21: 터빈 하우징
22: 터빈 유입 하우징
22a, 22b: 배기 가스 유입 통로
22c: 격벽
23: 로터
23a: 터빈 블레이드
23b, 75a: 출력 샤프트
24: 가이드 배플
24a: 출구 디퓨저
25, 25', 65, 65;: 열교환기
25a,25a', 65a, 65a': 1차 라인
25b, 25b', 65b, 65b': 2차 라인
30a, 30a', 30b, 30b', 70a, 70a', 70b, 70b': 배기 가스 터보 과급기
60a, 60b: 압력 조절 장치
61a, 61b: 제어기
62a, 62b, 63a, 63b: 밸브
75, 75': 증기 터빈
80, 80': 발전기
81, 81': 구동 샤프트
85, 90, 90': 기어
85': 공통 기어 어셈블리
100: 터빈 제어 장치
PⅠ, PⅡ: 배기 가스 압력
A: 평면(단면)1, 1 ': waste heat recovery system
10, 10 ', 50, 50': internal combustion engine
15, 15 ', 55, 55': exhaust gas line
16, 16 ', 56, 56': exhaust gas outlet
20, 20 ', 60': exhaust gas power recovery turbine
21: turbine housing
22: turbine inlet housing
22a, 22b: exhaust gas inlet passage
22c: bulkhead
23: rotor
23a: turbine blade
23b, 75a: output shaft
24: guide baffle
24a: outlet diffuser
25, 25 ', 65, 65 ;: heat exchanger
25a, 25a ', 65a, 65a': Primary line
25b, 25b ', 65b, 65b': secondary line
30a, 30a ', 30b, 30b', 70a, 70a ', 70b, 70b': exhaust gas turbocharger
60a, 60b: pressure regulator
61a, 61b: controller
62a, 62b, 63a, 63b: valve
75, 75 ': steam turbine
80, 80 ': generator
81, 81 ': drive shaft
85, 90, 90 ': gear
85 ': common gear assembly
100: turbine control unit
PⅠ, PII: exhaust gas pressure
A: flat (cross section)
Claims (14)
터빈 하우징(21), 터빈 하우징(21)에 회전 가능하게 장착되고 다수의 터빈 블레이드들(23a)을 갖는 로터(23), 및 터빈 하우징(21)에 배치되어 터빈 블레이드들(23a)에의 배기 가스 유입을 제어하는 가이드 배플(24)을 구비하되,
터빈 하우징(21)은 배기 가스를 가이드 배플(24)을 통해 터빈 블레이드들(23a)로 안내하는 다수의 배기 가스 유입 통로들(22a, 22b)을 구비하고,
개개의 배기 가스 유입 통로들(22a, 22b)은 가이드 배플(24)에 이르기까지 서로 분리되어 있으며,
각각의 배기 가스 유입 통로(22a, 22b) 내의 배기 가스 압력(PⅠ, PⅡ)을 측정하는 압력 센서가 각각의 배기 가스 유입 통로(22a, 22b)에 배치되고,
압력 센서들과 연결되고, 배기 가스 유입 통로들(22a, 22b) 내의 개개의 배기 가스 압력들(PⅠ, PⅡ)을 서로 균등화시키는 압력 균등화 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 동력 회수 터빈(20).An exhaust gas power recovery turbine 20 for energy utilization of internal combustion engine exhaust gas,
The turbine housing 21, a rotor 23 rotatably mounted in the turbine housing 21 and having a plurality of turbine blades 23a, and an exhaust gas disposed in the turbine housing 21 to the turbine blades 23a. Provided with a guide baffle 24 to control the inflow,
The turbine housing 21 has a plurality of exhaust gas inlet passages 22a and 22b for guiding the exhaust gas through the guide baffle 24 to the turbine blades 23a,
The individual exhaust gas inlet passages 22a, 22b are separated from each other up to the guide baffle 24,
Pressure sensors for measuring the exhaust gas pressures PI and PII in the respective exhaust gas inlet passages 22a and 22b are disposed in the respective exhaust gas inlet passages 22a and 22b,
Exhaust gas power recovery turbine 20, characterized in that it is connected to the pressure sensors and has pressure equalization means for equalizing each of the exhaust gas pressures PI, PII in the exhaust gas inlet passages 22a, 22b. ).
내연 기관들(10, 50) 중의 제1 내연 기관(10)의 배기 가스 라인(15)은 배기 가스의 도입을 위해 배기 가스 동력 회수 터빈(20)의 배기 가스 유입 통로들(22a, 22b) 중의 제1 배기 가스 유입 통로(22a)와 연결되고,
내연 기관들(10, 50) 중의 제2 내연 기관(50)의 배기 가스 라인(55)은 배기 가스의 도입을 위해 배기 가스 동력 회수 터빈(20)의 배기 가스 유입 통로들(22a, 22b) 중의 제2 배기 가스 유입 통로(22b)와 연결되는 것을 특징으로 하는 폐열 회수 시스템(1).A plurality of internal combustion engines 10, 50 each having a separate exhaust gas line 15, 55 and an exhaust gas power recovery turbine 20 according to claim 1,
The exhaust gas line 15 of the first internal combustion engine 10 of the internal combustion engines 10, 50 is connected to one of the exhaust gas inlet passages 22a, 22b of the exhaust gas power recovery turbine 20 for introduction of the exhaust gas. Is connected to the first exhaust gas inlet passage 22a,
The exhaust gas line 55 of the second internal combustion engine 50 of the internal combustion engines 10, 50 is provided in the exhaust gas inlet passages 22a, 22b of the exhaust gas power recovery turbine 20 for the introduction of the exhaust gas. Waste heat recovery system (1), which is connected to a second exhaust gas inlet passage (22b).
개개의 배기 가스 유입 통로들(22a, 22b) 내의 배기 가스 압력들(PⅠ, PⅡ)을 측정하는 단계,
측정된 배기 가스 압력들(PⅠ, PⅡ)을 비교하는 단계, 및
배기 가스 유입 통로들(22a, 22b) 내의 개개의 배기 가스 압력들(PⅠ, PⅡ)을 서로 균등화시키는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐열 회수 시스템 운전 방법.As a method of operating the waste heat recovery system (1) according to claim 7,
Measuring exhaust gas pressures PI, PII in the individual exhaust gas inlet passages 22a, 22b,
Comparing the measured exhaust gas pressures PI, PII, and
Equalizing each of the exhaust gas pressures PI, PII in the exhaust gas inlet passages 22a, 22b with each other
Waste heat recovery system operating method comprising a.
배기 가스 유입 통로들(22a, 22b) 내의 개개의 배기 가스 압력들(PⅠ, PⅡ)을 서로 균등화시키는 단계에서 더 높은 압력의 배기 가스 압력들을 설정 압력으로 감소시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐열 회수 시스템 운전 방법.12. The method of claim 10, wherein comparing the measured exhaust gas pressures Pi, PII determines the lowest exhaust gas pressure among the measured exhaust gas pressures Pi, PII, wherein the remaining exhaust gas pressures are higher. Determine the exhaust gas pressures of the pressure, determine the set pressure level from the lowest exhaust gas pressure,
Reducing the higher pressure exhaust gas pressures to a set pressure in the step of equalizing each of the exhaust gas pressures PI, PII in the exhaust gas inlet passages 22a, 22b with each other. How to operate the waste heat recovery system.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102011007386.8A DE102011007386B4 (en) | 2011-04-14 | 2011-04-14 | Exhaust gas utilization turbine, waste heat recovery system and method for operating a waste heat recovery system |
DE102011007386.8 | 2011-04-14 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20120117666A KR20120117666A (en) | 2012-10-24 |
KR101283813B1 true KR101283813B1 (en) | 2013-07-08 |
Family
ID=46935346
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020120038147A KR101283813B1 (en) | 2011-04-14 | 2012-04-12 | Exhaust-gas power-recovery turbine, waste heat recovery system, and method for operating a waste heat recovery system |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5336629B2 (en) |
KR (1) | KR101283813B1 (en) |
CN (1) | CN102733857B (en) |
CH (1) | CH704827B1 (en) |
DE (1) | DE102011007386B4 (en) |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102012222010A1 (en) | 2012-11-30 | 2014-06-05 | Robert Bosch Gmbh | Expansion machine, particularly turbine, which is flowed through by fluid, has output shaft, which is led out from expansion machine housing, where output shaft is connected with transmission |
DE102013203815A1 (en) * | 2013-03-06 | 2014-09-11 | Robert Bosch Gmbh | Composite consisting of at least one expansion machine and a transmission |
DE102013207170A1 (en) | 2013-04-19 | 2014-10-23 | Robert Bosch Gmbh | Waste heat recovery system for an internal combustion engine |
DE102013210255A1 (en) * | 2013-06-03 | 2014-12-04 | Siemens Aktiengesellschaft | Device as well as such a comprehensive drive system, especially for ships |
DE102013211875A1 (en) | 2013-06-24 | 2015-01-08 | Robert Bosch Gmbh | Waste heat recovery system for an internal combustion engine |
DE102014209624A1 (en) * | 2014-05-21 | 2015-11-26 | Robert Bosch Gmbh | Turbomachinery electrical machine unit |
WO2016022392A1 (en) * | 2014-08-08 | 2016-02-11 | Eaton Corporation | Energy recovery device with heat dissipation mechanisms |
DE102015001615B4 (en) | 2015-02-07 | 2019-02-14 | Ronny Ulrich Reese | Device for generating kinetic energy, device for compression and method for obtaining electrical energy |
DE102015218512A1 (en) | 2015-09-25 | 2017-03-30 | Mtu Friedrichshafen Gmbh | Heat exchanger device for an internal combustion engine, internal combustion engine with such a heat exchanger device, and marine vehicle with an internal combustion engine and / or a heat exchanger device |
JP6545737B2 (en) * | 2017-02-23 | 2019-07-17 | 三菱重工業株式会社 | POWER GENERATION SYSTEM AND CONTROL METHOD OF POWER GENERATION SYSTEM |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003239777A (en) | 2001-12-11 | 2003-08-27 | Hino Motors Ltd | Egr device |
JP2009516807A (en) | 2005-11-22 | 2009-04-23 | ボルボ ラストバグナー アーベー | Internal combustion engine with a two-stage turbocharge system |
JP4466164B2 (en) * | 2004-03-31 | 2010-05-26 | マツダ株式会社 | Multi-cylinder engine with turbocharger |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0745802B2 (en) * | 1987-07-29 | 1995-05-17 | いすゞ自動車株式会社 | Energy recovery system for internal combustion engine |
JP4202093B2 (en) * | 2002-11-08 | 2008-12-24 | フジセラテック株式会社 | Turbine power generation system incorporating a heat exchanger having a porous metal member |
DE102005027080A1 (en) * | 2005-06-11 | 2006-12-14 | Daimlerchrysler Ag | Exhaust gas turbine in an exhaust gas turbocharger |
EP1960641B1 (en) * | 2005-11-08 | 2009-04-01 | Renault Trucks | Exhaust gas control apparatus |
JP4965870B2 (en) * | 2006-02-28 | 2012-07-04 | Udトラックス株式会社 | Multi-cylinder engine |
WO2007112910A1 (en) * | 2006-03-30 | 2007-10-11 | Borgwarner Inc. | Turbocharger |
JP4638842B2 (en) * | 2006-07-24 | 2011-02-23 | トヨタ自動車株式会社 | Control method for internal combustion engine with supercharger and internal combustion engine with supercharger |
CN100504049C (en) * | 2007-08-28 | 2009-06-24 | 谢国华 | Exhaust air system of turbocharging internal-combustion engines |
JP4725656B2 (en) * | 2009-02-13 | 2011-07-13 | マツダ株式会社 | Exhaust passage structure of multi-cylinder engine |
JP5035275B2 (en) * | 2009-03-11 | 2012-09-26 | トヨタ自動車株式会社 | Control device for internal combustion engine |
JP5155911B2 (en) * | 2009-03-13 | 2013-03-06 | 本田技研工業株式会社 | Supercharging pressure control device for internal combustion engine |
CN201535195U (en) * | 2009-11-11 | 2010-07-28 | 苏州工业园区驿力机车科技有限公司 | Automobile engine waste gas turbine pressure boost auxiliary device |
-
2011
- 2011-04-14 DE DE102011007386.8A patent/DE102011007386B4/en not_active Expired - Fee Related
-
2012
- 2012-03-12 CH CH00354/12A patent/CH704827B1/en not_active IP Right Cessation
- 2012-04-12 KR KR1020120038147A patent/KR101283813B1/en active IP Right Grant
- 2012-04-13 CN CN201210115097.1A patent/CN102733857B/en not_active Expired - Fee Related
- 2012-04-13 JP JP2012091722A patent/JP5336629B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003239777A (en) | 2001-12-11 | 2003-08-27 | Hino Motors Ltd | Egr device |
JP4466164B2 (en) * | 2004-03-31 | 2010-05-26 | マツダ株式会社 | Multi-cylinder engine with turbocharger |
JP2009516807A (en) | 2005-11-22 | 2009-04-23 | ボルボ ラストバグナー アーベー | Internal combustion engine with a two-stage turbocharge system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CH704827B1 (en) | 2016-01-15 |
CH704827A2 (en) | 2012-10-15 |
JP2012225343A (en) | 2012-11-15 |
DE102011007386B4 (en) | 2016-08-18 |
DE102011007386A1 (en) | 2012-10-18 |
CN102733857B (en) | 2015-06-17 |
JP5336629B2 (en) | 2013-11-06 |
KR20120117666A (en) | 2012-10-24 |
CN102733857A (en) | 2012-10-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101283813B1 (en) | Exhaust-gas power-recovery turbine, waste heat recovery system, and method for operating a waste heat recovery system | |
US20180009536A1 (en) | Bleed flow extraction system for a gas turbine engine | |
WO2009125836A1 (en) | Supercharging device | |
EP2594749B1 (en) | Twin-shaft gas turbine | |
JP2016148330A (en) | Systems and methods for controlling inlet air temperature of intercooled gas turbine engine | |
RU2575837C9 (en) | Apparatus and method for reducing air mass flow for extended range low emissions combustion for single shaft gas turbines | |
US8567190B2 (en) | Air supplier, particularly for an air supply system for fuel cells | |
CN105723065A (en) | Asymmetric twin scroll volute | |
US20160376960A1 (en) | Power generation system exhaust cooling | |
US9181872B2 (en) | Power plant and method for retrofit | |
WO2012039063A1 (en) | Control method and device for turbine generator | |
JP2011027053A (en) | Method and device for controlling turbine generator | |
JP2011027053A5 (en) | ||
JP5804756B2 (en) | Supercharger system, internal combustion engine, and supercharger system control method | |
CN104334853A (en) | Exhaust gas system for an internal combustion engine | |
JP2013029111A (en) | Power generation method, turbine power generator, method of controlling turbine power generator, control device, and ship including the turbine power generator | |
US20150345378A1 (en) | Method for the Operation of an Internal Combustion Engine | |
US20160352273A1 (en) | Turbogenerator system | |
JP2013124626A (en) | Exhaust gas inlet casing of turbocharger | |
EP2460983B1 (en) | Steam-driven power plant | |
US20180245497A1 (en) | Exhaust turbine power generating system | |
JP6035413B1 (en) | Gas engine | |
JP5675932B2 (en) | Power generation method, turbine generator, turbine generator control method, control apparatus, and ship equipped with the turbine generator | |
KR101834672B1 (en) | Turbine, turbocharger, internal combustion engine, and ship | |
WO2015037410A1 (en) | Turbocharger, turbine nozzle, and ship |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160623 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170623 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180621 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190620 Year of fee payment: 7 |