RU2138660C1

RU2138660C1 - Gas turbine plant operation method

Info

Publication number: RU2138660C1
Application number: RU96104986A
Authority: RU
Inventors: Б.Х. Перельштейн
Original assignee: Перельштейн Борис Хаимович
Priority date: 1996-03-14
Filing date: 1996-03-14
Publication date: 1999-09-27

Abstract

FIELD: fire-fighting facilities. SUBSTANCE: compression in compressor, stepped heat supply in combustion chambers, expansion on turbines and stepped heat removal into second circuit in heat exchangers are provided in first circuit. First heat supply and first heat removal operations are carried out at least once in first circuit before starting the compression to provided neutral gas at outlet of main combustion chamber. At following heat removal operations cooling is carried out before expansion on low pressure turbine. EFFECT: production of neutral gas from ambient air on industrial scale. 3 dwg

Description

Изобретение относится к области газотурбостроения и может быть использовано для создания установок для тушения пожаров, включая лесные, газо-нефтяные, пожаров в высотных зданиях, книгохранилищах, музеях. The invention relates to the field of gas turbine construction and can be used to create installations for extinguishing fires, including forest, gas, oil, fires in high-rise buildings, book depositories, museums.

Известны различные способы тушения пожаров, основным из которых является заливка огня водой. Известны способы и устройства для названной цели с вводом в очаг поражения инертных газов. Эти способы предполагают наличие достаточного количества воды или инертных газов (см., например, "Охрана окружающей среды": Справочник. Сост. Л.П. Шариков.-Л.: Судостроение, 1978. 560 с. ; Русак О. Н., Милохов В.В., Яковлев Ю.А. Защита воздушной среды деревообрабатывающих производств.-М.: Лесная промышленность, 1982. 216 с.). There are various methods of extinguishing fires, the main of which is filling the fire with water. Known methods and devices for this purpose with the introduction of inert gas inert gases. These methods require the presence of a sufficient amount of water or inert gases (see, for example, "Environmental Protection": Handbook. Comp. L.P. Sharikov.-L.: Shipbuilding, 1978. 560 S.; Rusak, O. N., Milokhov V.V., Yakovlev Yu.A. Protection of the air environment of woodworking industries.-M.: Timber industry, 1982. 216 p.).

Известен способ работы газотурбинной установки, включающий в первом рабочем контуре процессы сжатия в компрессоре, ступенчатый подвод тепла в камерах сгорания, расширения на турбинах, ступенчатый отвод тепла во второй контур в теплообменниках (см. Манушин Э.А. Газовые турбины: проблемы и перспективы. -Москва: Энергоатомиздат, 1986, с. 19-20, рис. 1,7 г.). При таком способе работы получают на выходе из внутреннего контура рабочее тело с температурой 400-500K и существенным содержанием кислорода 12-15%. There is a known method of operation of a gas turbine installation, which includes compression processes in the compressor in the first working circuit, stepwise heat supply to the combustion chambers, expansion on turbines, stepwise heat removal to the second circuit in heat exchangers (see Manushin E.A. Gas gas turbines: problems and prospects. -Moscow: Energoatomizdat, 1986, p. 19-20, Fig. 1.7 g.). With this method of operation, a working fluid with a temperature of 400-500 K and a substantial oxygen content of 12-15% is obtained at the exit from the internal circuit.

Изобретение решает задачу получения нейтрального газа (с точки зрения тушения пожаров) из наружного воздуха, в том числе и с температурой ниже окружающей среды непосредственно на месте поражения в промышленных масштабах. The invention solves the problem of producing neutral gas (from the point of view of extinguishing fires) from outside air, including those with temperatures below the environment directly at the site of damage on an industrial scale.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе работы газотурбинной установки, включающем в первом рабочем контуре процессы сжатия в компрессоре, ступенчатый подвод тепла в камерах сгорания, расширения на турбинах, ступенчатый отвод тепла во второй контур в теплообменниках, при этом первую ступень подвода тепла и первую ступень отвода тепла последовательно осуществляют, по крайней мере, один раз в первом контуре до начала процесса сжатия, в последующей ступени отвода тепла осуществляют его охлаждение перед расширением на турбине низкого давления, при этом подвод тепла в первой ступени подвода тепла осуществляют из условия получения на выходе из основной камеры сгорания нейтрального газа. This object is achieved by the fact that in the known method of operation of a gas turbine installation, which includes compression processes in a compressor in a first working circuit, stepwise heat supply to combustion chambers, expansion on turbines, stepwise heat removal to a second circuit in heat exchangers, while the first heat supply step and the first stage of heat removal is sequentially carried out at least once in the first circuit before the start of the compression process, in the next stage of heat removal it is cooled before being expanded to low pressure turbine, while the heat supply in the first stage of heat supply is carried out from the condition of obtaining neutral gas at the outlet of the main combustion chamber.

На фиг. 1 показано устройство, реализующее названный способ; на фиг. 2 - газотурбинная установка, где турбина низкого давления автономно приводит вентилятор; на фиг. 3 - газотурбинная установка, где часть рабочего тела отбирают на наружной части вентилятора второго контура и подают на первую ступень подвода тепла первого контура. In FIG. 1 shows a device that implements the named method; in FIG. 2 - gas turbine installation, where the low pressure turbine autonomously drives a fan; in FIG. 3 - gas turbine installation, where part of the working fluid is selected on the outer part of the fan of the second circuit and fed to the first stage of heat supply of the primary circuit.

Газотурбинная установка состоит из входного устройства 1, камеры сгорания 2, теплообменника 3, основного газотурбинного двигателя 4, теплообменника 5, турбины низкого давления 6, вентилятора 7, входного устройства второго контура 8, коммуникаций 9 - 14. Наружный воздух (фиг. 1) поступает в рабочий (первый) контур газотурбинной установки через входное устройство 1 и нагревается в камере сгорания 2, охлаждается в теплообменнике 3, подается на основной двигатель 4. В камере сгорания 2 осуществляют подогрев из расчета получения такого коэффициента избытка воздуха, чтобы при подводе топлива в основной камере сгорания базового двигателя 4 получить, например, рабочее тело с заданным содержанием кислорода в рабочей смеси. A gas turbine installation consists of an inlet device 1, a combustion chamber 2, a heat exchanger 3, a main gas turbine engine 4, a heat exchanger 5, a low pressure turbine 6, a fan 7, an input device of the second circuit 8, communications 9 - 14. Outside air (Fig. 1) is supplied into the working (first) circuit of the gas turbine installation through the inlet 1 and is heated in the combustion chamber 2, cooled in the heat exchanger 3, fed to the main engine 4. In the combustion chamber 2, heating is performed in order to obtain such an excess coefficient Single air to fuel when approaching a base engine main combustion chamber 4 is obtained, for example, the working medium with a predetermined content of oxygen in the combustible mixture.

За основным двигателем рабочее тепло подают на теплообменник 5, турбину низкого давления 6 и через коммуникации 14 к месту катастрофы. Наружный воздух поступает во входное устройство второго контура 8 и сжимается на вентиляторе 7. По коммуникациям 12, а далее по 9, 10 поступает на теплообменники 3 и 5 для охлаждения рабочего тела первого контура. Выхлоп нагретого воздуха происходит по коммуникациям 11, 13. На фиг. 2 показана турбина низкого давления 6, которая автономно приводит вентилятор 7. На фиг. 3 показано, что часть рабочего тела второго контура отбирают на наружной части вентилятора второго контура 7 и подают на первую ступень подвода тепла первого рабочего контура. По всем конструктивным решениям, реализующим данный способ работы ГТУ, не исключается получение рабочего тела при коэффициенте избытка воздуха a = 1,05-1,2 и выше с температурой порядка от -50^oC до температуры +30^oC, избыточном давлении 0,15-4 МПа и иначе. Производительность может колебаться от 0,5 до 100 кг/с и иначе. Все определяется базовым двигателем. Возможен переносный вариант исполнения. Не исключается прямая подача при лесном пожаре и с подачей нейтрального газа к месту катастрофы при температуре выше 2-З^oC в стандартных пожарных шлангах. По данному изобретению, например, на базе серийного двигателя ГТУ - 16П (КБ Пермские моторы) можно в течение одного часа произвести порядка 200000 кг холодного нейтрального газа (температура -20-30^oC; избыточное давление перед магистралью 14 порядка 0,2-0,15 МПа). Условно, этого достаточно для покрытия в течение 1 ч высотой 1 м площади порядка 20,0 га.Behind the main engine, working heat is supplied to a heat exchanger 5, a low-pressure turbine 6, and through communications 14 to the accident site. External air enters the input device of the second circuit 8 and is compressed on the fan 7. Through communications 12, and then on 9, 10 it enters the heat exchangers 3 and 5 to cool the working fluid of the primary circuit. The exhaust of heated air takes place via communications 11, 13. FIG. 2 shows a low-pressure turbine 6, which autonomously drives a fan 7. FIG. 3 shows that part of the working fluid of the second circuit is selected on the outer part of the fan of the second circuit 7 and fed to the first heat supply stage of the first working circuit. For all design solutions that implement this method of operation of a gas turbine, it is possible to obtain a working fluid with an excess air coefficient of a = 1.05-1.2 and higher with a temperature of about -50 ^o C to +30 ^o C, overpressure 0, 15-4 MPa and otherwise. Productivity can vary from 0.5 to 100 kg / s and otherwise. Everything is determined by the base engine. A portable version is possible. It is not excluded that the direct supply in case of a forest fire and with the supply of neutral gas to the accident site at a temperature above 2 ^° C in standard fire hoses. According to this invention, for example, on the basis of the GTU-16P serial engine (Design Bureau Perm Motors), it is possible to produce about 200,000 kg of cold neutral gas (temperature -20-30 ^o C; overpressure in front of line 14 of the order of 0.2-0 , 15 MPa). Conventionally, this is enough to cover an area of about 20.0 ha for 1 h with a height of 1 m.

Для технико-экономической оценки можно ограничиться следующим. В год на земном шаре выгорает лесов примерно на 10 миллиардов долларов. В России в течение одних суток происходит 30 загораний леса. Горят нефтяные скважины, библиотеки, картинные галереи, дома. For a feasibility study, we can limit ourselves to the following. Approximately $ 10 billion of forests burn out of the globe every year. In Russia, 30 sunbaths of the forest occur within one day. Burning oil wells, libraries, art galleries, houses.

Claims

The method of operation of a gas turbine installation, including compression processes in the compressor in the first working circuit, stepwise heat supply to the combustion chambers, expansion on turbines, stepwise heat removal to the second circuit in heat exchangers, characterized in that the first heat supply stage and the first heat removal stage are sequentially carried out at least once in the primary circuit before the start of the compression process, in the next stage of heat removal, it is cooled before expansion on the low-pressure turbine, while heat in the first stage of heat supply is carried out from the condition of obtaining neutral gas at the exit from the main combustion chamber.