RU2727213C1 - Power drive based on of aircraft gas turbine plant (agtp) - Google Patents
Power drive based on of aircraft gas turbine plant (agtp) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2727213C1 RU2727213C1 RU2019127689A RU2019127689A RU2727213C1 RU 2727213 C1 RU2727213 C1 RU 2727213C1 RU 2019127689 A RU2019127689 A RU 2019127689A RU 2019127689 A RU2019127689 A RU 2019127689A RU 2727213 C1 RU2727213 C1 RU 2727213C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- shafts
- gas
- agtp
- agtu
- tier
- Prior art date
Links
- 239000007858 starting material Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 50
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 11
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 8
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 5
- OTUYGJPXSNDMJM-UHFFFAOYSA-N [10-(carbamimidoylsulfanylmethyl)anthracen-9-yl]methyl carbamimidothioate;dihydrochloride Chemical compound Cl.Cl.C1=CC=C2C(CSC(=N)N)=C(C=CC=C3)C3=C(CSC(N)=N)C2=C1 OTUYGJPXSNDMJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 4
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 230000003449 preventive effect Effects 0.000 description 4
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000003949 liquefied natural gas Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
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
- F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Description
Областью применения предлагаемых устройств могут быть газоперекачивающие станции (ГПС) магистральных трубопроводов, включающие в себя газоперекачивающие агрегаты (ГПА) и городские электростанции.The field of application of the proposed devices can be gas pumping stations (GPS) of main pipelines, including gas pumping units (GCU) and city power plants.
Известны ГПА в составе ГПС, состоящие из газотурбинных установок (ГТУ) и газовых (магистральных) компрессоров природного газа (КПГ). Также ГПС содержат системы подвода воздуха, выхлопа горячего газа, а также включают в себя работающие и запасные силовые блоки (ГПА - газоперекачивающие агрегаты). Сами ГТУ имеют, в большинстве случаев, кпд порядка 27-33%. Несмотря на то, что одним из главных требований для приводов такого рода является унификация, надежность и высокий ресурс, столь ограниченные кпд явно отстают от достигнутого современного уровня стационарных ГТУ. Последнее связано с относительно невысокими температурами в камере сгорания ГТУ (1000-1200 К), что в основном и определяет все остальные слабые параметры цикла. Пять одноэтажных корпусов и соответственно пять отдельных систем подвода воздуха, выхлопа горячего газа, из них целых два для установки запасных (профилактического и аварийного) силовых блоков (ГПА), приходящих на одну магистральную трубу, делают ГПС громоздкими и дорогими, не использующими опыт стационарной двух ярусной стационарной турбокомпрессорной техники. При этом не решается главная проблема удешевления газоперекачки - существенное повышение расхода одной магистральной трубы, требующая приводов на базе новых (отсутствующих в настоящее время) более крупных авиационных двигателей. Из-за жесткой сцепки турбокомпрессорных агрегатов накладываются ограничения на максимальную мощность КПГ, затрудняется их обслуживание и теряется оптимизация кпд по оборотам каждого из упомянутых турбоагрегатов. Кроме того, подобную структуру ГПС затруднительно использовать для крупных электростанций.Known GPUs in the composition of the GPS, consisting of gas turbine units (GTU) and gas (main) compressors of natural gas (CNG). Also, HPS contain systems for supplying air, exhausting hot gas, and also include operating and spare power units (GPA - gas pumping units). The GTUs themselves have, in most cases, an efficiency of the order of 27-33%. Despite the fact that one of the main requirements for drives of this kind is unification, reliability and a long service life, such limited efficiency clearly lags behind the current level of stationary gas turbines achieved. The latter is associated with relatively low temperatures in the combustion chamber of the gas turbine unit (1000–1200 K), which basically determines all the other weak parameters of the cycle. Five single-storey buildings and, accordingly, five separate systems for air supply, hot gas exhaust, two of them for installing spare (preventive and emergency) power units (GPU), coming to one main pipe, make the GPS cumbersome and expensive, not using the experience of stationary two long-tiered stationary turbocompressor technology. At the same time, the main problem of reducing the cost of gas pumping is not solved - a significant increase in the consumption of one main pipe, which requires drives based on new (currently absent) larger aircraft engines. Due to the rigid coupling of the turbocompressor units, restrictions are imposed on the maximum power of the CNG, their maintenance becomes more difficult and the optimization of the efficiency in terms of the revolutions of each of the mentioned turbine units is lost. In addition, such a structure of the FMS is difficult to use for large power plants.
Известны различные котлы-утилизаторы (КУ) тепла выхлопных газов за ГТУ, включая и для производства электричества. Также известны котлы-утилизаторы с дополнительным подогревом выхлопных газов за ГТУ с целью повышения мощности КУ [Цанев С.В., Буров В.Д., Ремезов А.Н. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций. М.: Изд-во МЭИ. 2002. 584 с.].Various waste-heat boilers (HU) are known for exhaust gas heat from a gas turbine, including for the production of electricity. Also known are waste-heat boilers with additional heating of exhaust gases behind the gas turbine in order to increase the power of the boiler plant [Tsanev SV, Burov V.D., Remezov A.N. Gas turbine and combined cycle plants of thermal power plants. M .: Publishing house of MEI. 2002.584 s.].
Близким техническим решением к заявляемому по технической сущности является газоперекачивающая станция (ГПС), которая описана в http://engine.aviaport.ru/issues/21/page08.html. «Перспективный газотурбинный привод для ГПА компрессорных станций», включающий газотурбинные установки, соединенные по валу с газовыми компрессорами и соединенные по выхлопу горячего газа с котлами-утилизаторами, включающие камеры дожигания и паровые турбины, паровые турбины приводят электрогенератор.A close technical solution to the claimed technical essence is a gas compressor station (GPS), which is described in http://engine.aviaport.ru/issues/21/page08.html. "A promising gas turbine drive for gas compressor stations", including gas turbine units connected along the shaft with gas compressors and connected by the hot gas exhaust to waste heat boilers, including afterburner chambers and steam turbines, steam turbines drive an electric generator.
Недостатком такого решения является то, что в большинстве случаев ГПС находятся вдали (сотни, иногда тысячи километров) от магистральных высоковольтных линий передач (тайга, пустынные малозаселенные районы и т.п.). Как правило, полученная энергия может быть использована только на собственные нужды, а получается, что ресурсы энергосбережения существенно превосходят ресурсы возможного собственного энергопотребления. В результате большие потери расхода топлива, идущего на перекачку в ГПА, существенно ведут к большим энергозатратам, а значит, к снижению эффективности газоперекачивающей станции.The disadvantage of this solution is that in most cases the GPS are located far (hundreds, sometimes thousands of kilometers) from the main high-voltage transmission lines (taiga, desert sparsely populated areas, etc.). As a rule, the received energy can be used only for own needs, but it turns out that the resources of energy saving significantly exceed the resources of possible own energy consumption. As a result, large losses of fuel consumption, going for pumping to the gas pumping station, significantly lead to high energy consumption, and hence to a decrease in the efficiency of the gas pumping station.
Силовой привод, принятый за прототип предлагаемого устройства (патент №2467189, МПК F02C 6/18, опубл. 20.11.2012, бюл. №32), включает ряд блоков, каждый из которых содержит работающий и резервный газоперекачивающие агрегаты. Газоперекачивающие агрегаты содержат газотурбинные установки, связанные каждая по валу со своим газовым компрессором, а по выхлопам горячего газа соединенные магистралью с котлом-утилизатором, включающим камеру дожигания и паровую турбину. В каждый блок введен третий газовый компрессор, при этом паровая турбина котла-утилизатора каждого блока соединена по валу с каждым третьим газовым компрессором. Изобретение направлено на повышение эффективности газоперекачивающих станций и может быть использовано для получения дополнительной прибыли от продажи газа.The power drive, taken as a prototype of the proposed device (patent No. 2467189, IPC F02C 6/18, publ. 20.11.2012, bul. No. 32), includes a number of blocks, each of which contains a working and standby gas compressor units. Gas-pumping units contain gas turbine units, each connected along the shaft with its own gas compressor, and through the hot gas exhaust, connected by a line with a waste-heat boiler, which includes an afterburner and a steam turbine. A third gas compressor is introduced into each block, while the steam turbine of the waste heat boiler of each block is connected along the shaft to every third gas compressor. The invention is aimed at increasing the efficiency of gas pumping stations and can be used to generate additional profit from the sale of gas.
Однако известное оборудование ГПС усложняется из-за того, что для парового цикла при соотношении мощностей авиационного ГТУ и паровой турбины 1:1 потребуется установка камер дожигания, высокие степенями расширения паровой турбины, а для функционирования одной магистральной трубы еще и по сравнению с известными тремя авиационными АГТУ на одну магистральную трубу форсированием в 1,5 раза их мощностей. В данном случае добавление топлива в паровой цикл проведено без оптимизации всего оборудования и КПД паровых циклов. Одновременное функционирование двух авиационных АГТУ при ремонте котла снизит высокий процент КПД до 27% в течении почти трети времени эксплуатации оборудования. Отсутствует включение в схему установки резервного аварийного оборудования ГПС. Высокий коэффициент простоя авиационного оборудования обуславливается тем, что в запасе находится столько ГТУ сколько их работает.However, the known HPS equipment is complicated due to the fact that for the steam cycle, with a power ratio of an aviation gas turbine and a steam turbine of 1: 1, it will be necessary to install afterburner chambers, high expansion ratios of a steam turbine, and for the operation of one main pipe, it is also required in comparison with the known three aviation AGTU for one main pipe by forcing 1.5 times their capacity. In this case, the addition of fuel to the steam cycle was carried out without optimizing all equipment and the efficiency of steam cycles. The simultaneous operation of two aviation AGTUs during boiler repair will reduce the high percentage of efficiency to 27% during almost a third of the equipment operation time. There is no inclusion in the installation scheme for emergency emergency equipment of GPS. The high downtime ratio of aviation equipment is due to the fact that there are as many gas turbines in stock as they are in operation.
Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение является полное объединение оборудования для получения электрической энергии и обеспечения прокачки природного газа по системе магистральных трубопроводов, более эффективные силовые привода больших мощностей как для повышения производства электрической энергии на электростанциях или пропускной способности всей газовой магистральной трубопроводной системы, так и существенной экономии затрат производимой электрической энергии и количества транспортируемого природного газа при сохранении унификации оборудования, снижения его стоимости и сроков ввода в эксплуатацию.The technical problem to be solved by the claimed invention is the complete integration of equipment for generating electrical energy and ensuring the pumping of natural gas through the main pipeline system, more efficient power drives of high power both to increase the production of electrical energy at power plants or the throughput of the entire gas main pipeline system, and significant savings in the costs of electricity produced and the amount of transported natural gas while maintaining the unification of equipment, reducing its cost and commissioning time.
Технический результат, на достижение которого направлены предлагаемые структуры устройств, заключается в предлагаемой схеме рассредоточения применяемого оборудования в пределах многоярусных цеховых структурах, содержащих укрупненные входные и центральные выходные устройства, снижении удельного веса резервного оборудования и максимальное приспособления известных образцов авиационной техники для функционирования в составе привод.The technical result, which the proposed structures of devices are aimed at, consists in the proposed scheme of dispersing the equipment used within the multi-tiered shop structures containing enlarged input and central output devices, reducing the specific weight of backup equipment and maximizing the adaptation of known samples of aviation technology for functioning as a part of a drive.
Технический результат достигается тем, что в силовом приводе на базе авиационной газотурбинной установки, содержащем, по меньшей мере, три, авиационных двухконтурных двигателей, входных воздушных и выходных газовых устройств, соответствующих количеству объектов установленной нагрузки (например, числа магистральных труб), турбину каскада низкого давления каждого двигателя полного расширения газа по последнему сечению выхода из выхлопной трубы, резервные двигатели и паровые турбины, соединенные через редукторы или свободные турбины с валами объектов нагрузок, новым является то, что каскады низкого давления АГТУ, соединены валами на обе стороны в виде многоугольника с нечетным количеством сторон, которое на одну больше вдвое большего числа объектов установленной нагрузки, в вершинах которого расположены конические редукторы, которые на внешние стороны связаны с валами объектов нагрузки, а на внутреннюю сторону к одному из конических редукторов присоединен резервный АГТУ, выходы газа всех АГТУ объединены, а выходное устройство расположено в центре, соединительные валы спереди АГТУ снабжены карданными соединениями, спереди и сзади муфтами отключения/включения агрегатов на номинальных оборотах АГТУ, причем некоторые турбоагрегаты могут быть снабжены передвижными стартерами.The technical result is achieved by the fact that in a power drive based on an aircraft gas turbine plant containing at least three aircraft bypass engines, air inlet and outlet gas devices corresponding to the number of objects of the installed load (for example, the number of main pipes), a low cascade turbine pressure of each engine of full gas expansion along the last section of the outlet from the exhaust pipe, standby engines and steam turbines connected through gearboxes or free turbines with the shafts of the load objects, it is new that the low-pressure cascades of the AGTP are connected by shafts on both sides in the form of a polygon with an odd number of sides, which is one more than twice as many objects of the installed load, at the vertices of which there are bevel gearboxes, which are connected to the outer sides with the shafts of the load objects, and on the inner side to one of the bevel gearboxes a reserve AGTP is connected, the gas outlets of all AGTU are combined, and the output device is located in the center, the connecting shafts in front of the AGTU are equipped with cardan joints, in front and behind the disconnect / enable clutches of the units at the nominal RPM of the AGTP, and some turbine units can be equipped with mobile starters.
Оборудование силового привода расположено не более чем на трех ярусах, на первом ярусе расположена трубопроводная система и теплообменники, на последнем ярусе после входных устройств по воздушной линии, установлены двухконтурные двигатели АГТУв, по одному на каждые два АГТУ многоугольника предпоследнего яруса плюс два резервных, снабженные спереди дополнительными вентиляторами, во входном воздушном канале выхода из дополнительного вентилятора и входа двухконтурных двигателей АГТУв последнего яруса расположены редукторы двойного соединения которые связаны сверху с валами осевых вентиляторов, а снизу валами больших конических шестерен конических редукторов многоугольника предпоследнего яруса, выходы воздушных потоков вентиляторных контуров АГТУв через торообразный рессивер связаны со входами в АГТУ многоугольника предпоследнего яруса, АГТУ содержит корпус и все агрегаты внутреннего контура АГТУ в, воздушное входное отверстие корпуса соединено со входом внутреннего контура конфузорным каналом.The power drive equipment is located on no more than three tiers, on the first tier there is a pipeline system and heat exchangers, on the last tier after the inlet devices along the overhead line, dual-circuit engines AGTUv are installed, one for every two AGTU polygons of the penultimate tier plus two reserve ones provided in front with additional fans, in the inlet air channel of the exit from the additional fan and the inlet of the double-circuit motors of the AGTU, in the last tier there are double-joint gearboxes that are connected from above with the shafts of the axial fans, and from the bottom by the shafts of large bevel gears of the bevel gearboxes of the penultimate polygon polygon, the outlets of the air flows of the fan circuits of the AGTP the receiver is connected to the entrances to the AGTU of the polygon of the penultimate tier, the AGTU contains the body and all units of the internal circuit of the AGTU in, the air inlet of the body is connected to the inlet of the internal circuit by a confuser scarlet.
На внутреннюю сторону к коническим редукторам присоединены валы паровых турбин (ПГ), общим количеством - по одной на каждый объект установленной нагрузки плюс два резервных, паровые турбины связанны по парогазовым линиям со своими расположенными в центре многоугольника верхними и нижними блоками теплообменников, баками, насосами и другими известными устройствами парового цикла на вторичном тепле от линий выхлопа газогенераторных контуров двухконтурных двигателей верхнего и нижнего ярусов, которые связаны перекидными заслонками со входной камерой блоков теплообменников и с нижним отверстием центрального вертикального атмосферного канала выходного устройства, выходы вентиляторных контуров снабжены заслонками, а через перекидные заслонки дополнительно связаны с нижним отверстием центрального вертикального атмосферного канала выходного устройства.On the inner side, bevel gearboxes are connected to the shafts of steam turbines (SG), in total - one for each object of the installed load plus two standby ones, steam turbines are connected by steam-gas lines with their upper and lower blocks of heat exchangers located in the center of the polygon, tanks, pumps, etc. other known devices of the steam cycle on the secondary heat from the exhaust lines of the gas generator circuits of the two-circuit engines of the upper and lower tiers, which are connected by rocker dampers with the inlet chamber of the heat exchanger blocks and with the lower opening of the central vertical atmospheric channel of the outlet device, the outlets of the fan circuits are equipped with dampers, and through the rocker dampers additionally connected with the lower opening of the central vertical atmospheric channel of the outlet device.
На входе каждого АГТУ установлен теплообменник на атмосферном теплоносителе.A heat exchanger with atmospheric coolant is installed at the inlet of each ATPU.
Схема предлагаемого силового привода на базе АГТУ приведена на фигурах.The diagram of the proposed power drive based on AGTU is shown in the figures.
На фиг. 1 представлен машинный зал второго яруса с центробежными компрессорами и с основной частью их приводов.FIG. 1 shows the machine room of the second tier with centrifugal compressors and with the main part of their drives.
На фиг. 2 представлен машинный зал третьего яруса с частью приводов центробежных компрессоров второго яруса.FIG. 2 shows the turbine room of the third tier with a part of the drives for centrifugal compressors of the second tier.
На фиг. 3 представлена система выхлопа с теплообменниками вторичного тепла всех приводов центробежных компрессоров.FIG. 3 shows the exhaust system with heat exchangers for secondary heat of all drives of centrifugal compressors.
На фиг. 4 представлена схема трубопроводов природного газа, взаимодействующих с центробежными компрессорами и магистральными газопроводами.FIG. 4 shows a diagram of natural gas pipelines interacting with centrifugal compressors and main gas pipelines.
На фиг. 5 представлены приводы второго и третьего яруса для привода каждого одного или двух центробежных компрессоров.FIG. 5 shows the drives of the second and third tiers for the drive of each one or two centrifugal compressors.
Установка расположена на трех ярусах цеха 1,2.3. В варианте городской электростанции на среднем ярусе 2 рассредоточены по сторонам многоугольника 4 одинаковые двухвальные АГТУ 5, последние каскады турбин 6 которых дополнительно связаны валами 6, 7 друг с другом, в углах многоугольника расположены одинаковые конические редуктора 8. Две одинаковые большие конические шестерни 9 каждого редуктора взаимодействуют каждая со своей шестерней валов от турбин 10 последнего каскада АГТУ, на внешнюю сторону с шестерней вала нагрузки 11 (электрогенераторами) и на внутреннюю сторону с валами шестернями 12 паровых турбин 13 или резервным (аварийным) АГТУ 14. На входе каждого АГТУ установлены вертикальные воздуховоды 15, связанные с установленным на потолке торообразным газосборником 16, а выхлопные трубы АГТУ связаны через перекидные заслонки 17 объединительную камеру 18, снабженную шторками сверху 19, с одинаковыми унифицированными теплообменными блоками паровых контуров ТБПК 20 и центральным каналом 21, образованным плотным контактом их внутренних стенок. Последнее обстоятельство сохранится при любом другом числе ТБПК (числе, равном без одной числу сторон многоугольника, деленных на два с прибавлением к нему единицы или двойки резервных). ТБПК 20 объединены в центральную выхлопную систему 22. В нижней части каждого ТБПК расположен бак конденсата 23, соединенный гидравлическими трубами через насос 24 с атмосферными охладителями конденсата и через второй насос повышенного давления 25 со входом в нижний основной теплообменник парового контура. Один ТБПК на каждый объект установленной нагрузки (например, эквивалент мощности компрессоров природного газа на одну магистральную трубу ГПС). На верхнем ярусе 3 могут быть рассредоточены одинаковые унифицированными ТБПК 26 третьего яруса и АГТУв 27 (полноразмерный двухконтурный двигатель с турбиной полного расширения до атмосферы, один на два АГТУ 14 яруса 2 или на одну магистральную трубу), на входе в которые через дополнительные вентиляторы 28 установлены входные фильтрующие устройства 29. Выходные трубы вентиляторного контура (АГТУв) 30 содержат регулирующие заслонки 31 включения (выключения) данных устройств в работу на торообразный газосборник 16 или на выхлопные трубы 32. Выхлопы горячих газов АГТУв связаны через перекидные заслонки 33 с ТБПК 26 и центральным каналом 34. АГТУ 14 является копией АГТУв 27 со снятым вентилятором и конфузорным входом.The installation is located on three tiers of workshop 1,2.3. In the version of the city power plant on the
Схема предлагаемого силового привода на базе АГТУ в варианте ПГС расположена на трех ярусах 1,2.3. На первом ярусе 1 расположены трубы взаимодействия КПГ ГПС с байпасными и промежуточными трубами, приходящим и отходящим от ГПС и магистральных трубопроводов 35. Концевые теплобменники КПГ (не показаны на фиг.) могут находиться вне компрессорного цеха. На втором и третьем ярусах располагается вышеупомянутое оборудование, которое может не содержать агрегаты парового контура. На фиг. 4 приведен вид сбоку на устройства 1,2,3 яруса. На фиг. 5 приведена упрощенная структура АГТУ 14 и АГТУв 27. Последний состоит из вентилятора 36, работающего на два контура 37, компрессора высокого давления (КВД) 38, камеры сгорания 39, турбины высокого давления (ТВД) 40 и последнего каскада (турбины полного расширения 6). Соответственно АГТУ 14 включает в себя вышеупомянутые агрегаты, кроме вентилятора 36 двигателя АГТУв. Вал вентилятора АГТУв 41 спереди через редуктор 42 связан (фиг. 4) с вертикальным валом дополнительного вентилятора 28 и большой шестерни конического редуктора 10. На входе в двигатели АГТУ 14 установлены конфузоры 43.The scheme of the proposed power drive based on the AGTU in the ASG version is located on three tiers 1,2.3. On the first tier 1, there are pipes for the interaction of CNG CNG with bypass and intermediate pipes coming and going from the CNG and
Предлагаемая ГПС работает следующим образом. Атмосферный воздух проходит входное фильтрующее устройство 29 и после повышения давления в дополнительном вентиляторе 27 попадает на вход АГТУв 27. Внутри последнего воздушный поток раздваивается: одна треть расхода воздуха поступает во внутренний контур каждого АГТУв, которая после совершения работы выхлапывается из него и в конце пути попадает в верхний смесительный отсек и верхний паровой контур ТБПКв 26, другие две части поджатых в вентиляторе двигателя АГТУв подаются через торообразный газосборник 16 и после смешения в нем с аналогичными потоками других АГТУв 27 попадают через вертикальные каналы в два АГТУ 14 второго яруса, в каждом из которых на последних каскадах их турбин 6 (аналогичных последним каскадам турбин АГТУв 27) совершаются работы, которые через конические редуктора передаются валам нагрузки 11 (генераторов электроэнергии или КПГ). Выхлопные газы АГТУ подаются через нижний смесительныйй отсек в нижний ТБПК 20. Далее внизу, как и наверху, в зависимости от положения шторок 19 газовой поток двигаясь на верх в одном из теплообменников ТБНК 20 после передачи тепла паровому агенту охлаждается почти до температуры окружающей среды и выбрасываются в атмосферу. Время работы одного цикла ожидания профилактических работ, например АГТУ 14 второго яруса оборудования, делится на число постоянно работающих АГТУ плюс один, которые будут останавливаются друг за другом для проведения профилактических работ. После завершения данной операции АГТУ не включается в работу сразу, а выжидает момента выключения следующего АГТУ 14. Рессурс всех АГТУ получается одинаковым при обеспечении непрерывного длительного функционирования. ГПС функционирует при изменении общего расхода природного газа (устанавливается соответствующие положения дроссельных заслонок АГТУ) и изменении числа параллельно работающих магистральных трубопроводов. При остановке на профилактику и мелкий ремонт одного АГТУ 14 мощность на объект нагрузки (генератор или КПГ) подается через конические редуктора 8 с другой стороны. При изменении числа параллельно работающих магистральных трубопроводов некоторая пара АГТУ закроет подачу топлива, останавливая свои каскады высокого давления, но передача мощности от других АГТУ через их каскады низкого давления может осуществляться несмотря на некоторые потери энергии. Шлицевые муфты позволят останавливать (включать при равенстве оборотов) любой объект на режиме минимальной мощности при продолжении эффективной работы всего многоугольника (установки). Перекидные заслонки 17,31,33 позволят известным способами АГТУ 14и АГТУв 27 запускаться на режимах малого газа и постепенно выходить на рабочие режимы. Шлицевые муфты позволят останавливать (включать при равенстве оборотов) любой объект многоугольника при продолжении эффективной работы всей установки.The proposed GPS works as follows. Atmospheric air passes through the
Высота лопаток осевого вентилятора 36 АГТУв может корректироваться (подрезаться по линии тока) для выдерживания приведенного расхода перед внутренними контурами соответствующих двигателей более нижнего яруса по параметрам давления за вентилятором и соответствующей этому давлению температуре. При этом все внутренние одинаковые контуры трех рвссматриваемых выше двигателей двигателей будут работать одинаково и в одинаковых условиях. Мощность передаваемая КПГ равняется утроенной мощности каждого двигателя. Одинаковое форсирование мощностей данных двигателей может обеспечено установленным на валу каскада низкого давления АГТУв дополнительного вентилятора 28, который может быть настроен исходя из величины обеспечиваемого им давления по параметрам постоянства приведенного расхода двигателя АГТУв аналогично описанному выше. По мере выполнения доводочных работ повышения температуры на выходе из камеры сгорания двигателей и совершенствования горячих низкооборотных турбин каскада высокого давления первых поколений авиационных двигателей выбранный исходный дополнительный вентилятор 28 (после соответствующей коррекции высоты лопаток) может далее подкручиваться по оборотам для увеличения степени повышения давления. Степень повышения давления компрессора АГТУв (АГТУ) с учетом дополнительного вентилятора может быть больше самого последнего поколения ТРДД из-за того, что она более просто получена в составном компрессоре из трех составляющих малой и средней величины степени повышения давления, а термодинамический КПД больше 45%. То-есть с учетом увеличенного расхода каждый двигатель на 16 мвт может выдавать более 40 мвт мощности и экономить много топлива. Кроме того, дополнительный вентилятор может использоваться для регулировки выходной мощности в интервалах меньших мощности объекта постоянной нагрузки.The height of the blades of the 36 AGTUv axial fan can be adjusted (cut along the streamline) to maintain the reduced flow rate in front of the internal circuits of the corresponding motors of the lower tier according to the pressure parameters behind the fan and the temperature corresponding to this pressure. In this case, all internal identical circuits of the three engines of the engines considered above will operate in the same way and under the same conditions. The power delivered by the CNG is equal to three times the power of each engine. The same forcing of the power of these engines can be provided by an
Таким образом, предлагаемые ГПС в варианте без усложнения оборудования пароводяным контуром - составные компрессоры, тихоходные, более массивные и поэтому ресурсные АГТУ на базе известных первых поколений АД с большими расходами внутренних контуров и малой степенью двухконтурности (m=2, мощностью приводов порядка 16 мвт) позволяют дополнительно без форсирования оборотов поднять расход и важные параметры цикла - давление и температура на выходе из камер сгорания. При соответствующей доработке некоторых агрегатов (рабочих колес первого рабочего колеса турбины и др.), может повысится более, чем в два раза мощность силового привода, а его КПД - выше уровня последних поколений ТРДД. Предлагаемая силовая установка в варианте газоперекачивающей станции позволит существенно повысить расходы КПГ и экономить количество доставляемого природного газа при минимальном количестве всех турбоагрегатов одной станции. При этом будет обеспечена унификация АГТУ, вентиляторов, КПГ, шестерней и подшипников редукторов для любых кратного количества объектов установленной нагрузке (числа магистральных трубопроводов). Сокращение относительного числа резервных АГТУ и КПГ (и укрупнение последних), как и удобство эксплуатации по сравнению с известными ГПС достигается независимыми друг от друга функционированием АГТУ второго яруса от третьего, от КПГ и ПГ с остановками последних и АГТУ по отдельности для проведения профилактического осмотра (ремонта). Реализуется возможность укрупнения КПГ и объединения всех дорогих громоздких устройств - выходных газа и входных воздушных. В отличие от прототипа и аналогов силовая установка работает в условиях, когда свободные мощности верхних АГТУв, ПГ и паровых турбин (для больших городских электростанций) не одинаковы с свободными мощностями АГТУ второго яруса, так как валы последних взаимосвязаны через конические редуктора.Thus, the proposed HPS in the version without complicating the equipment with a steam-water circuit are composite compressors, low-speed, more massive and therefore resourceful AGTU based on the well-known first generations of IM with high flow rates of internal circuits and a small degree of bypass (m = 2, drive power of about 16 MW) additionally allow to increase the flow rate and the important parameters of the cycle - pressure and temperature at the outlet of the combustion chambers without forcing the speed. With the appropriate refinement of some units (impellers of the first turbine impeller, etc.), the power of the power drive can more than double, and its efficiency is higher than the level of the latest generations of turbofan engines. The proposed power plant in the version of a gas pumping station will significantly increase the consumption of CNG and save the amount of natural gas delivered with a minimum number of all turbine units at one station. At the same time, the unification of the AGTU, fans, CNG, gears and bearings of reducers for any multiple number of objects with the installed load (the number of main pipelines) will be ensured. The reduction of the relative number of reserve AGTP and CNG (and the enlargement of the latter), as well as the ease of operation in comparison with the well-known GPS, is achieved by the independent functioning of the second tier AGTP from the third, from the CNG and SG with stops of the latter and AGTU separately for conducting preventive inspection ( repair). The possibility of enlarging CNG and combining all expensive bulky devices - outlet gas and inlet air - is realized. In contrast to the prototype and analogs, the power plant operates under conditions when the free capacities of the upper ATPU, SG and steam turbines (for large urban power plants) are not the same with the free capacities of the ATPU of the second tier, since the shafts of the latter are interconnected through bevel gearboxes.
Например, в случае роста производительности природного газа в два раза производство и доставку сжиженного природного газа придется увеличить в два раза - завод сжиженного газа и количество танкеров для перевозки. Вариант с ГПС потребует увеличения затрат только на оборудование ГПС, при этом основные затраты неизменной магистральной трубопроводной системы останутся постоянны. Конкурентная способность газовых магистралей повысится.For example, if the productivity of natural gas doubles, the production and delivery of liquefied natural gas will have to be doubled - the liquefied gas plant and the number of tankers for transportation. The FPS option will require an increase in the costs of FPS equipment only, while the main costs of the unchanged main pipeline system will remain constant. The competitiveness of gas pipelines will increase.
В варианте электростанции с пароводяным контуром и городскими теплосетями предлагаемая силовая установка самодостаточна и может обойтись без высоковольтных столбов подачи энергии, а при остановке на ремонт не потребует участия в подаче электроэнергии соседних станций. Способ наращивания количества производимой энергии на предлагаемом унифицированном оборудовании освободит от использования параметрических рядов сложного оборудования и позволит получать любое максимальное значение числа мвт силового привода более простым способом с помощью одного типа авиационного двигателя.In the version of a power plant with a steam-water circuit and urban heating networks, the proposed power plant is self-sufficient and can do without high-voltage power supply poles, and when stopped for repairs, it will not require participation in the supply of electricity to neighboring stations. The method of increasing the amount of produced energy on the proposed unified equipment will free the use of parametric series of complex equipment and will allow obtaining any maximum value of the number of mW of the power drive in a simpler way using one type of aircraft engine.
Предлагаемая схема рассредоточения форсированных по мощности предлагаемым способом унифицированных турбоагрегатов и иных устройств на нескольких ярусах высокоэффективна и самодостаточна (для непрерывной длительной работы), при этом позволит объединить оборудование для решений разных целей и наращивать мощности более простыми способами, особенно в сравнении с использованием параметрических рядов сложных приводов на электростанциях.The proposed scheme for dispersing the unified turbine units and other devices forced by the proposed method on several tiers is highly efficient and self-sufficient (for continuous long-term operation), while it will allow combining equipment for solving different purposes and increasing capacity in simpler ways, especially in comparison with the use of parametric series of complex drives in power plants.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019127689A RU2727213C1 (en) | 2019-09-02 | 2019-09-02 | Power drive based on of aircraft gas turbine plant (agtp) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019127689A RU2727213C1 (en) | 2019-09-02 | 2019-09-02 | Power drive based on of aircraft gas turbine plant (agtp) |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2727213C1 true RU2727213C1 (en) | 2020-07-21 |
Family
ID=71741066
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019127689A RU2727213C1 (en) | 2019-09-02 | 2019-09-02 | Power drive based on of aircraft gas turbine plant (agtp) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2727213C1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU42379A1 (en) * | 1934-03-15 | 1935-03-31 | В.А. Роженцов | Internal combustion turbine |
US2748564A (en) * | 1951-03-16 | 1956-06-05 | Snecma | Intermittent combustion gas turbine engine |
US20050109010A1 (en) * | 2003-11-25 | 2005-05-26 | General Electric Company | Pulse detonation power system and plant with fuel preconditioning |
RU117510U1 (en) * | 2011-04-26 | 2012-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева (КГТУ-КАИ) | GAS PUMPING STATION |
RU2467189C1 (en) * | 2011-04-19 | 2012-11-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева (КГТУ-КАИ) | Gas transfer station |
RU142269U1 (en) * | 2013-03-19 | 2014-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Электросистемы" | GAS PUMPING STATION |
-
2019
- 2019-09-02 RU RU2019127689A patent/RU2727213C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU42379A1 (en) * | 1934-03-15 | 1935-03-31 | В.А. Роженцов | Internal combustion turbine |
US2748564A (en) * | 1951-03-16 | 1956-06-05 | Snecma | Intermittent combustion gas turbine engine |
US20050109010A1 (en) * | 2003-11-25 | 2005-05-26 | General Electric Company | Pulse detonation power system and plant with fuel preconditioning |
RU2467189C1 (en) * | 2011-04-19 | 2012-11-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева (КГТУ-КАИ) | Gas transfer station |
RU117510U1 (en) * | 2011-04-26 | 2012-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева (КГТУ-КАИ) | GAS PUMPING STATION |
RU142269U1 (en) * | 2013-03-19 | 2014-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Электросистемы" | GAS PUMPING STATION |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8863519B2 (en) | High output modular CAES (HOMC) | |
CA2356529C (en) | Apparatus and method to increase turbine power | |
CN206785443U (en) | A kind of high-pressure natural gas cogeneration distributed energy resource system | |
US5758502A (en) | Gas turbine intake air cooling system and operating method thereof | |
JP7134688B2 (en) | Intercooled turbine with heat storage system | |
US20210080172A1 (en) | Compressor train arrangements | |
US11542869B2 (en) | Dual cycle intercooled hydrogen engine architecture | |
CN107023392A (en) | Generating equipment with the steam generation extracted via burner gas | |
CN114991959A (en) | Novel flexible and efficient peak shaving system and method for coupling compressed air energy storage of gas turbine | |
RU2727213C1 (en) | Power drive based on of aircraft gas turbine plant (agtp) | |
US20180340473A1 (en) | Combined cycle power plant system arrangements | |
RU2199020C2 (en) | Method of operation and design of combination gas turbine plant of gas distributing system | |
US20190292986A1 (en) | Gas turbine system | |
US20090272115A1 (en) | Method of Utilization of Gas Expansion Energy and Utilization Power Installation for Implementation of this Method | |
CN213360253U (en) | Distributed multi-shaft gas turbine and composite power system | |
RU2463462C1 (en) | Combined gas turbo expander plant to run on natural gas | |
Bibikov et al. | Experience of operation of the gas turbine units in Russky Island | |
CN102116215A (en) | Self-electricity consumption reduction combined cooling heat and power system | |
Kalashnikov et al. | Natural gas intracyclic attachment for energy generating unit based on gas turbine plant | |
CN114263237B (en) | Hydropower station technical water supply system with antifreezing, heating and intelligent allocation functions | |
Smirnov et al. | The results of pre-design studies on the development of a new design of gas turbine compressor package of GPA-C-16 type | |
CN214997831U (en) | Natural air pressure difference power generation and cold energy utilization system | |
CN214944581U (en) | Shutdown cooling device of gas-steam combined cycle unit | |
RU2013618C1 (en) | Combined power plant | |
CN216342361U (en) | Air expansion power generation system |