RU2584749C1 - Турбокомпрессорная энергетическая установка - Google Patents
Турбокомпрессорная энергетическая установка Download PDFInfo
- Publication number
- RU2584749C1 RU2584749C1 RU2014152097/06A RU2014152097A RU2584749C1 RU 2584749 C1 RU2584749 C1 RU 2584749C1 RU 2014152097/06 A RU2014152097/06 A RU 2014152097/06A RU 2014152097 A RU2014152097 A RU 2014152097A RU 2584749 C1 RU2584749 C1 RU 2584749C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat exchanger
- power plant
- recuperator
- turbo compressor
- compressor
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C1/00—Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid
- F02C1/04—Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid the working fluid being heated indirectly
- F02C1/10—Closed cycles
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
- F02C7/08—Heating air supply before combustion, e.g. by exhaust gases
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Изобретение относится к энергетическому машиностроению и может быть использовано в конструкциях турбокомпрессорных установок с замкнутым термодинамическим циклом Брайтона. Турбокомпрессорная энергетическая установка включает турбокомпрессор, нагреватель рабочего тела и теплообменник-рекуператор, объединенные в замкнутый контур. На выходе проточного тракта рабочего колеса турбины установлен спрямляющий аппарат в виде кольцевой лопаточной решетки, образованной пустотелыми лопатками с проточными каналами, сообщенными с концентрически выполненными наружным и внутренним коллекторами. Наружный коллектор разделен на два полуколлектора, один из которых сообщен патрубком с выходом компрессора, а другой - со входом в теплопринимающий тракт теплообменника-рекуператора. Изобретение решает задачу повышения коэффициента полезного действия энергетического цикла установки и снижения ее массы. 3 ил.
Description
Изобретение относится к энергетическому машиностроению и может быть использовано в конструкциях турбокомпрессорных установок с замкнутым термодинамическим циклом Брайтона.
Известна турбокомпрессорная установка с открытым термодинамическим циклом (см. книгу «Газотурбинные установки», авторы А.Г. Костюк, А.Н. Шерстюк, стр. 15, рис. 1.4), по которому газообразное рабочее тело (воздух) из окружающей среды поступает в компрессор, где повышается его давление, затем в теплообменник-рекуператор, где подогревается за счет теплообмена с рабочим телом турбины, далее в нагреватель, где температура рабочего тела повышается до уровня температуры рабочего тела турбины и поступает в турбину, в которой тепловая энергия рабочего тела преобразуется в механическую, используемую для привода компрессора и электрогенератора, а после турбины и теплоотдающего тракта теплообменника-рекуператора выбрасывается в окружающее пространство. Такая турбокомпрессорная установка имеет достаточно высокие энергетические и экономические характеристики, однако не может быть использована при отсутствии атмосферы в окружающей среде, например в условиях космоса.
В таких условиях возможно использование только турбокомпрессорных установок с термодинамическим циклом, исключающих забор рабочего тела из окружающей среды.
Известна, принятая за прототип изобретения, космическая энергетическая установка с газообразным рабочим телом в замкнутом контуре, реализующем термодинамический цикл Брайтона.
В состав контура входят: турбокомпрессор, нагреватель рабочего тела, теплообменник-рекуператор (TP), теплообменник-холодильник (ТХ) для отвода низко потенциального тепла, через излучатель, в окружающее пространство (патент РФ №2508460 с приоритетом от 10.07.2012 г. ). В значительной мере, коэффициент полезного действия (КПД) такой установки зависит от гидравлического совершенства контура, который определяется относительными потерями давления (отношение потерь давления к давлению на участке контура) в трактах элементов, составляющих контур:
- в теплопринимающем тракте теплообменника-рекуператора;
- в тракте источника тепла (нагревателя);
- в теплоотдающем тракте теплообменника-рекуператора;
- в тракте теплообменника-холодильника;
- в магистралях, сообщающих указанные элементы контура.
При этом наибольшее влияние на гидравлическое совершенство контура оказывают потери давления в части контура между выходом из турбины и входом в компрессор, как имеющие наибольшую относительную величину, вследствие наименьшего давления в этой части контура. Так, в зависимости от компоновки контура и габаритов теплообменных аппаратов, входящих в него, у энергоустановки мощностью ~250 кВт с расходом газообразного рабочего тела через контур - 4,5 кг/с при температурах на входе в компрессор - 310 К и на входе в турбину 1200 К, потери давления на тракте между выходом турбины и входом в компрессор могут достигать 1 атм при давлении в нем 15 атм, что обуславливает снижение КПД энергоустановки на ~6%.
Из указанных выше потерь давления, более половины (~0,6 атм) приходятся на потери в тракте TP и на входе в него из-за закрутки потока, поступающего с выхода турбины, в связи с которыми КПД энергоустановки сможет уменьшиться на ~4% (с 35,6% до 31,6%).
Изобретение направлено на повышение эффективности турбокомпрессорной установки за счет уменьшения потерь давления на участке контура, включающем TP, а также уменьшение ее массы за счет уменьшения габаритов и массы ТР.
Результат обеспечивается тем, что на выходе проточного тракта (из лопаток рабочего колеса турбины) установлен спрямляющий аппарат в виде кольцевой лопаточной решетки, образованной пустотелыми лопатками с проточными каналами, сообщенными с концентрически выполненными наружным и внутренним коллекторами, причем наружный коллектор разделен на два полуколлектора, один из которых сообщен патрубком с выходом компрессора, а другой - со входом в теплопринимающий тракт теплообменника-рекуператора.
Данное техническое решение обеспечивает: рекуперацию тепла за счет нагрева рабочего тела после компрессора в каналах лопаток спрямляющей решетки при теплообмене с газовым потоком на выходе турбины при минимальных потерях давления, уменьшение потерь давления на входе в теплоотдающий тракт TP вследствие спрямления потока и возможность уменьшения поверхности теплообменника в TP и, следовательно, потерь давления как в его теплопередающем, так и тепловоспринимающих трактах за счет указанной дополнительной рекуперации посредством спрямляющей решетки, а также уменьшение габаритов и массы теплообменника-рекуператора.
Принципиальная схема энергетической установки для привода электрогенератора по изобретению показана на фиг. 1, сечение А-А показано на фиг. 2, сечение Б-Б лопатки показано на фиг. 3.
Установка содержит компрессор 1, выход которого сообщен трубопроводом 2 с полуколлектором 3 наружного коллектора. На выходе проточного тракта рабочего колеса турбины 4 установлен спрямляющий аппарат 5 в виде кольцевой лопаточной решетки, образованной пустотелыми лопатками 6 с проточными каналами 7. Каналы 7 сообщают наружный коллектор, состоящий из полуколлектора 3 и полуколлектора 8 с внутренним коллектором 9. Наружный и внутренний коллекторы выполнены концентрически.
Установка содержит также теплообменник-рекуператор 10, нагреватель (реактор) 11, сообщенный трубопроводом 12 с сопловым аппаратом 13 турбины 4, теплообменник-холодильник 14.
Рабочий газ из компрессора 1 по трубопроводу 2 поступает в полуколлектор 3. Из полуколлектора 3 газ через пустотелые лопатки 6 спрямляющего аппарата 5, установленного в газовом тракте после турбинного колеса 4, по каналам 7 поступает во внутренний коллектор 9. Из внутреннего коллектора 9 газ, через вторую половину пустотелых лопаток, поступает в полуколлектор 8, и далее через теплообменник-рекуператор 10 в нагреватель (реактор) 11. Из нагревателя 11 газ по трубопроводу 12 поступает в сопловой аппарат 13 турбины 4, совершает полезную работу и, обтекая лопатки 6 спрямляющего аппарата 5, по межлопаточным каналам 15 поступает в теплообменник-рекуператор 10. Из теплообменника-рекуператора 10 газ поступает в теплообменник-холодильник 14 и затем на вход в компрессор 1.
Использование изобретения увеличивает КПД установки и уменьшает ее массу.
Так, расчетная оценка показывает возможность уменьшения потерь давления в части контура с низким давлением рассмотренной ранее энергоустановки, за счет указанных выше факторов с 0,6 атм до 0,2 атм, обеспечивает увеличение КПД энергоустановки по сравнению с прототипом на ~2,5%, а также приводит к уменьшению массы TP за счет длины на ~20% (с 200 кг до 160 кг).
Claims (1)
- Турбокомпрессорная энергетическая установка, включающая турбокомпрессор, нагреватель рабочего тела и теплообменник-рекуператор, объединенные в замкнутый контур, отличающаяся тем, что на выходе проточного тракта рабочего колеса турбины установлен спрямляющий аппарат в виде кольцевой лопаточной решетки, образованной пустотелыми лопатками с проточными каналами, сообщенными с концентрически выполненными наружным и внутренним коллекторами, причем наружный коллектор разделен на два полуколлектора, один из которых сообщен патрубком с выходом компрессора, а другой - со входом в теплопринимающий тракт теплообменника-рекуператора.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014152097/06A RU2584749C1 (ru) | 2014-12-22 | 2014-12-22 | Турбокомпрессорная энергетическая установка |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014152097/06A RU2584749C1 (ru) | 2014-12-22 | 2014-12-22 | Турбокомпрессорная энергетическая установка |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2584749C1 true RU2584749C1 (ru) | 2016-05-20 |
Family
ID=56012274
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014152097/06A RU2584749C1 (ru) | 2014-12-22 | 2014-12-22 | Турбокомпрессорная энергетическая установка |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2584749C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2669609C1 (ru) * | 2017-07-03 | 2018-10-12 | "Государственный космический научно-производственный центр им. М.В. Хруничева" | Космическая энергетическая установка с машинным преобразованием энергии |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CH237071A (de) * | 1941-05-05 | 1945-03-31 | Sulzer Ag | Verfahren zum Betrieb von Gasturbinenanlagen mit zwei oder mehr Rekuperatoren. |
CH248931A (de) * | 1945-12-29 | 1947-05-31 | Sulzer Ag | Gasturbinenanlage. |
RU2115063C1 (ru) * | 1996-08-08 | 1998-07-10 | Иван Петрович Слободяник | Газовая горелка |
RU2125171C1 (ru) * | 1997-12-19 | 1999-01-20 | Закрытое акционерное общество "Агентство регионального развития" | Способ эксплуатации энергетической установки и установка для его осуществления |
CA2527948A1 (en) * | 2003-06-06 | 2004-12-16 | Precision Combustion, Inc. | Method for obtaining ultra-low nox emissions from gas turbines operating at high turbine inlet temperatures |
RU2508460C1 (ru) * | 2012-07-10 | 2014-02-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" | Космическая энергетическая установка с машинным преобразованием энергии |
-
2014
- 2014-12-22 RU RU2014152097/06A patent/RU2584749C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CH237071A (de) * | 1941-05-05 | 1945-03-31 | Sulzer Ag | Verfahren zum Betrieb von Gasturbinenanlagen mit zwei oder mehr Rekuperatoren. |
CH248931A (de) * | 1945-12-29 | 1947-05-31 | Sulzer Ag | Gasturbinenanlage. |
RU2115063C1 (ru) * | 1996-08-08 | 1998-07-10 | Иван Петрович Слободяник | Газовая горелка |
RU2125171C1 (ru) * | 1997-12-19 | 1999-01-20 | Закрытое акционерное общество "Агентство регионального развития" | Способ эксплуатации энергетической установки и установка для его осуществления |
CA2527948A1 (en) * | 2003-06-06 | 2004-12-16 | Precision Combustion, Inc. | Method for obtaining ultra-low nox emissions from gas turbines operating at high turbine inlet temperatures |
RU2508460C1 (ru) * | 2012-07-10 | 2014-02-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" | Космическая энергетическая установка с машинным преобразованием энергии |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2669609C1 (ru) * | 2017-07-03 | 2018-10-12 | "Государственный космический научно-производственный центр им. М.В. Хруничева" | Космическая энергетическая установка с машинным преобразованием энергии |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7168251B1 (en) | Wind energy turbine | |
CN101509427A (zh) | 用于提高燃气轮机功率输出的排气道及发电系统 | |
JP2013500590A5 (ru) | ||
JP6011827B2 (ja) | 太陽光集光器およびタービンが組み合わされた装置 | |
WO2011147121A1 (zh) | 热气流发电装置 | |
JP2010048546A (ja) | ディンプル及びセレーション成形フィン付きチューブ構造 | |
RU2584749C1 (ru) | Турбокомпрессорная энергетическая установка | |
McDaniel et al. | A combined cycle power conversion system for the next generation nuclear power plant | |
CN203547925U (zh) | 一种燃气蒸汽联合循环发电站 | |
TWI507648B (zh) | 地溫熱交換系統及其地溫熱能發電與地溫熱泵系統 | |
CN105464725A (zh) | 采用自然通风冷却塔的直接空冷发电系统 | |
EP2899399A1 (en) | Solar power plant | |
CN102162397A (zh) | 压水堆核动力燃汽轮机循环发电系统 | |
Hasuike et al. | Test plan and preliminary test results of a bench scale closed cycle gas turbine with super-critical CO2 as working fluid | |
JP2017101578A (ja) | 複合タービンシステム及びその発電方法 | |
US20090308051A1 (en) | Heat exchanger tube and air-to-air intercooler | |
CN202483645U (zh) | 一种单排管空冷散热器元件 | |
CN202690152U (zh) | 一种热管动力装置 | |
CN201991617U (zh) | 压水堆核动力燃气轮机循环发电系统 | |
RU160537U1 (ru) | Когенерационная газотурбинная энергетическая установка | |
CN104633938B (zh) | 电锅炉换热器 | |
US20120186253A1 (en) | Heat Recovery Steam Generator Boiler Tube Arrangement | |
EP2530420A2 (en) | Fin and tube heat exchanger | |
RU130627U1 (ru) | Тепловая электрическая станция | |
CN110284971A (zh) | 天然气发电系统 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201223 |