RU2245448C2

RU2245448C2 - Gas-turbine unit

Info

Publication number: RU2245448C2
Application number: RU2001120435/06A
Authority: RU
Inventors: Г.И. Богорадовский (RU); Г.И. Богорадовский; В.И. Титенский (RU); В.И. Титенский; А.А. Ишеев (RU); А.А. Ишеев; И.А. Розенберг (RU); И.А. Розенберг
Priority date: 2001-07-20
Filing date: 2001-07-20
Publication date: 2005-01-27

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: proposed gas-turbine unit has low-pressure compressor, intermediate air cooler, high-pressure compressor, regenerator, combustion chamber, gas turbine wherefrom spent gas is conveyed to regenerator coupled with exhaust pipe that uses energy of exhaust gases and is provided with nozzle and intake chamber for cooling down atmospheric air arriving from intermediate air cooler. Proportion of exhaust pipe parts is chosen to ensure desired proportion of sizes of gas-turbine components.

EFFECT: enhanced reliability of gas-turbine unit and ability of its off-line operation.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к энергомашиностроению, в частности к газотурбостроению.The invention relates to power engineering, in particular to gas turbine construction.

Известны газотурбинные установки, состоящие из компрессора низкого давления, промежуточного воздухоохладителя, компрессора высокого давления, регенератора, камеры сгорания, газовой турбины и выхлопной трубы.Known gas turbine plants, consisting of a low pressure compressor, an intermediate air cooler, a high pressure compressor, a regenerator, a combustion chamber, a gas turbine and an exhaust pipe.

(См. книгу Г.Г.Ольховского “Тепловые испытания стационарных газотурбинных установок. М., Энергия, 1971 г., стр.408).(See the book by G.G. Olkhovsky “Thermal tests of stationary gas turbine plants. M., Energy, 1971, p. 408).

Известна такая же по конструкции газотурбинная установка (См. статью “Intercooled and Recuperated Dresser-Rand DC990 Gas Turbine Engine” - стр.2, представленную на международный конгресс в 1989 г., Toronto, Ontario, Canada – прототип).A gas turbine unit of the same design is known (See the article “Intercooled and Recuperated Dresser-Rand DC990 Gas Turbine Engine” - page 2, submitted to the International Congress in 1989, Toronto, Ontario, Canada - prototype).

Недостатком упомянутых газотурбинных установок является то, что в качестве хладагента для промежуточных охладителей используется жидкость, преимущественно вода. А это требует дополнительных капитальных и эксплуатационных затрат на водоподготовку, организацию циркуляции воды и ее охлаждения в градирнях или других устройствах, подпитку циркуляционного контура вследствие испарения и уноса воды при охлаждении ее атмосферным воздухом. Отложение солей и загрязнение поверхности воздухоохладителя по водяной стороне приводит к значительным снижениям параметров газотурбинной установки. Кроме того, эффект от промежуточного охлаждения в зимнее время недоиспользуется, поскольку в контуре циркуляционной воды поддерживается температура, гарантирующая отсутствие замерзания.The disadvantage of these gas turbine plants is that liquid, mainly water, is used as a refrigerant for the intercoolers. And this requires additional capital and operating costs for water treatment, organization of water circulation and its cooling in cooling towers or other devices, replenishment of the circulation circuit due to evaporation and entrainment of water when it is cooled with atmospheric air. Deposition of salts and contamination of the surface of the air cooler on the water side leads to significant decreases in the parameters of the gas turbine unit. In addition, the effect of intermediate cooling in the winter is underutilized, since the temperature is maintained in the circulation water circuit to ensure that it does not freeze.

Известно применение в качестве хладагента непосредственно атмосферного воздуха (См. каталог “Стандартизованные аппараты воздушного охлаждения общего назначения” ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, М., 1973 г.).It is known to use directly atmospheric air as a refrigerant (See the catalog “Standardized General-Purpose Air-Cooled Apparatuses” TSINTIHIMNEFTEMASH, M., 1973).

Препятствием для применения воздушного охлаждения в промежуточном воздухоохладителе газотурбинной установки являются большие габариты и высокая мощность вентиляторов подачи охлаждающего воздуха, так как его расход в несколько раз превышает расход циклового воздуха (См. статью “Intercooled and Recuperaed Dresser-Rand DC990 Gas Turbine Engine "), представленную на международный конгресс в 1989 г. Toronto, Ontario, Canada, стр.4. Кроме того, при отказе вентиляторов или при отключения энергоснабжения происходит аварийная остановка газотурбинной установки из-за рассогласования компрессоров низкого и высокого давления.The obstacle to the use of air cooling in the intercooler of a gas turbine installation is the large size and high power of the cooling air supply fans, since its consumption is several times higher than the consumption of cyclic air (See the article “Intercooled and Recuperaed Dresser-Rand DC990 Gas Turbine Engine"), presented to the international congress in 1989 by Toronto, Ontario, Canada, page 4. In addition, in the event of a fan failure or a power outage, the gas turbine unit crashes due to a mismatch in pressors of low and high pressure.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности работы газотурбинной установки и обеспечение ее автономности.The task of the invention is to increase the reliability of a gas turbine installation and ensure its autonomy.

Поставленная задача достигается тем, что в газотурбинной установке в качестве хладагента используется атмосферный воздух, и просос охлаждающего воздуха осуществляется выхлопной трубой с соплом и приемной камерой.The task is achieved by the fact that in a gas turbine installation, atmospheric air is used as a refrigerant, and the cooling air is leaked by an exhaust pipe with a nozzle and a receiving chamber.

Существенными признаками предлагаемого изобретения являются компрессор низкого давления, промежуточный охладитель, компрессор высокого давления, регенератор, камера сгорания, газовая турбина, выхлопная труба с соплом и приемная камера.Salient features of the invention are a low pressure compressor, an intercooler, a high pressure compressor, a regenerator, a combustion chamber, a gas turbine, an exhaust pipe with a nozzle and a receiving chamber.

Отличительным признаком является то, что выхлопная труба выполнена с соплом и выполняет функцию струйного насоса, использующего энергию выхлопных газов для прососа охлаждающего воздуха через промежуточный воздухоохладитель с приемной камерой.A distinctive feature is that the exhaust pipe is made with a nozzle and performs the function of a jet pump that uses the energy of exhaust gases to draw cooling air through an intermediate air cooler with a receiving chamber.

На чертеже схематично изображена газотурбинная установка, состоящая из компрессора низкого давления 1, промежуточного воздухоохладителя 2, компрессора высокого давления 3, регенератора 4, камеры сгорания 5, газовой турбины 6, выхлопной трубы 7 с соплом 8 и приемной камеры 9 для охлаждающего воздуха.The drawing schematically shows a gas turbine installation consisting of a low pressure compressor 1, an intermediate air cooler 2, a high pressure compressor 3, a regenerator 4, a combustion chamber 5, a gas turbine 6, an exhaust pipe 7 with a nozzle 8 and a receiving chamber 9 for cooling air.

Работает установка следующим образом:The installation works as follows:

Цикловой воздух всасывается и сжимается в компрессоре низкого давления 1, направляется в промежуточный воздухоохладитель 2, охлаждается атмосферным воздухом и поступает в компрессор высокого давления 3, там сжимается и поступает в регенератор 4, где подогревается, затем поступает в камеру сгорания 5, продукты сгорания производят работу в газовой турбине 6. Отработавшие газы направляются в регенератор 4, затем в выхлопную трубу 7, где ускоряются в сопле 8, создавая разрежение в приемной камере 9, под действием которого охлаждающий атмосферный воздух просасывается через промежуточный воздухоохладитель 2. Нагретый в промежуточном воздухоохладителе 2 охлаждающий воздух смешивается с выхлопными газами в выхлопной трубе 7 и сбрасывается с ними в атмосферу.The cycle air is sucked in and compressed in the low-pressure compressor 1, sent to the intermediate air cooler 2, cooled by atmospheric air and supplied to the high-pressure compressor 3, where it is compressed and fed to the regenerator 4, where it is heated, then it enters the combustion chamber 5, the combustion products work in a gas turbine 6. The exhaust gases are sent to the regenerator 4, then to the exhaust pipe 7, where they are accelerated in the nozzle 8, creating a vacuum in the receiving chamber 9, under the action of which the cooling atmospheric air is sucked in through the intercooler 2. The cooling air heated in the intercooler 2 is mixed with the exhaust gases in the exhaust pipe 7 and discharged into the atmosphere with them.

Соотношение расходов охлаждающего воздуха и продуктов сгорания для выполненной конструкции выхлопной трубы определяется приведенным коэффициентом эжекции (5)The ratio of the flow rates of cooling air and combustion products for the design of the exhaust pipe is determined by the reduced coefficient of ejection (5)

где G_в и Т_в - массовый расход и абсолютная температура охлаждающего воздуха на входе в приемную камеру 9, a G_г и Т_г - массовый расход и абсолютная температура выхлопных газов за регенератором. Величина U_пр сохраняется постоянной как на частичных нагрузках, так и при изменении параметров атмосферного воздуха. В предлагаемой схеме обеспечивается автономность и гарантированное поступление охлаждающего воздуха в промежуточный воздухоохладитель 2, пока газотурбинная установка в работе и выхлопные газы поступают в выхлопную трубу.where G _in and T _in - mass flow rate and absolute temperature of cooling air at the inlet to the receiving chamber 9, a G _g and T _g - mass flow rate and absolute temperature of exhaust gases behind the regenerator. The value of U _pr remains constant both at partial loads, and when changing the parameters of atmospheric air. The proposed scheme provides autonomy and a guaranteed flow of cooling air into the intermediate air cooler 2, while the gas turbine unit is in operation and the exhaust gases enter the exhaust pipe.

Claims

A gas turbine installation comprising a low-pressure compressor, an intermediate air cooler, a high-pressure compressor, a regenerator, a combustion chamber, a gas turbine, from which the exhaust gas is directed to a regenerator connected to an exhaust pipe using exhaust gas energy and made with a nozzle and a receiving chamber for cooling atmospheric air coming from the intermediate air cooler, characterized in that the proportionality of the parts of the exhaust pipe is selected providing a ratio

where G _In - mass flow rate of cooling air coming from the intermediate air cooler at the inlet to the receiving chamber;

T _In - the absolute temperature of the cooling air coming from the intermediate air cooler at the entrance to the receiving chamber;

G _g - mass flow rate of exhaust gases after the regenerator;

T _G - the absolute temperature of the exhaust gases after the regenerator.