RU2772514C1

RU2772514C1 - Power plant

Info

Publication number: RU2772514C1
Application number: RU2021113404A
Authority: RU
Inventors: Михаил Иванович Новиков; Иван Михайлович Новиков
Original assignee: Михаил Иванович Новиков; Иван Михайлович Новиков
Filing date: 2021-05-11
Publication date: 2022-05-23

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: present invention relates to the field of power engineering and power plant industry, in particular, to power plants with closed gas turbine installations with external heat supply in them. The expected technical result in the proposed power plant is achieved by the fact that the output of the cyclic compressor is connected to the input of the first check valve, whose output is connected to the input of the three-way distribution valve, the first output of which is connected to the inputs of the heated cavities located in the first and second sections of the recuperator, respectively, and the second output with the input of the gas turbine, the outputs of the first and second heated cavities of the recuperator are communicated with the input of the heated cavity of the air boiler, the output of this cavity is communicated with the input of the gas turbine, the output of which is communicated with the input of the first heating cavity located in the first section of the recuperator, whose output is communicated with the input of the cooled cavity of the air cooling apparatus, the output of which is communicated with the input the inlet of the cyclic compressor is additionally connected to the outlet of the second check valve, whose inlet is connected to the outlet of the air filter, the inlet of which is connected to the atmosphere, the outlet of the gas turbine is additionally equipped with a relief valve with the possibility of opening it into the atmosphere, the outlet of the cooling cavity of the air cooling apparatus communicated with the inlet of the furnace of the air boiler, the outlet of the furnace is communicated with the entrance of its second heating cavity located in the second section of the recuperator, whose outlet is communicated with the entrance of the heating cavity of the utilization heat exchanger with a heated cavity made in it with the possibility of connecting to the consumer, in this case, the duct behind the first check valve is additionally connected to the inlet of the third check valve, the outlet of which is connected to the air accumulator, which is also connected to the auxiliary compressor and connected by a pipeline with a shut-off valve in it to the duct between the recuperator and the air boiler, and in the bypass section of the duct with heated cavities in it from the duct behind the air boiler, a pipeline is made with a return valve placed in it and a purge fan connected to the outlet of this valve by its inlet, the outlet of which is connected to the air duct in front of the recuperator.

EFFECT: present invention solves the problem of providing electricity and heat supply to an autonomous consumer by creating a reliable, relatively simple, autonomous and low-cost power plant based on a closed gas turbine installation using air as a working fluid.

4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики и энергомашиностроения, в частности к энергоустановкам с замкнутыми газотурбинными установками с внешним подводом теплоты в них.The invention relates to the field of energy and power engineering, in particular to power plants with closed gas turbine plants with external heat supply to them.

Известна схема газотурбинного двигателя, работающего по замкнутому циклу, в циркуляционном воздушном контуре которого задействованы цикловой компрессор, регенератор, охладитель, турбина и поверхностный нагреватель, и с возможностью подключения к этому контуру аккумулятора воздуха с вспомогательным компрессором (см., например, Ж. «Газотурбинные технологии», сентябрь 2014 г., стр. 26, рис. 2).A well-known scheme of a gas turbine engine operating in a closed cycle, in the circulation air circuit of which a cycle compressor, a regenerator, a cooler, a turbine and a surface heater are involved, and with the possibility of connecting an air accumulator with an auxiliary compressor to this circuit (see, for example, J. "Gas turbine technologies”, September 2014, p. 26, Fig. 2).

Известна теплоэнергетическая установка, работающая на легкокипящем веществе по замкнутой схеме, содержащая последовательно соединенные в циркуляционном контуре насос, теплообменник, турбину, конденсатор, ресивер и разомкнутый утилизационный контур с компрессором и турбиной в нем, установленными на одном валу с насосом и турбиной циркуляционного контура (см. а.с. SU №1460554 А1, МПК F25В 11/00, F01K 23/04, опубл. 23.02.1989 г.).A well-known thermal power plant operating on a low-boiling substance in a closed circuit, containing a pump, a heat exchanger, a turbine, a condenser, a receiver and an open utilization circuit with a compressor and a turbine in it, connected in series in the circulation circuit (see A.S. SU No. 1460554 A1, IPC F25B 11/00, F01K 23/04, published on February 23, 1989).

Известны газотурбинные установки замкнутого цикла, в циркуляционном контуре которых последовательно соединены компрессор, поверхностный нагреватель газа, газовая турбина и поверхностный охладитель газа, а также подкачивающий компрессор и аккумулятор рабочего тела и где для регулирования мощности предусмотрены клапаны сброса и добавки рабочего тела (см., например, Интернет: https://studfile.net/preview/5868238/page:23/. « Болдырев - ч. 1. ДВС и ГТУ. Глава 2.9. ГТУ замкнутого и полузамкнутого циклов, стр. 2…4») - прототип.Gas turbine plants of a closed cycle are known, in the circulation circuit of which a compressor, a surface gas heater, a gas turbine and a surface gas cooler, as well as a booster compressor and a working fluid accumulator are connected in series, and where discharge valves and additives of the working fluid are provided for power control (see, for example, , Internet: https://studfile.net/preview/5868238/page:23/. "Boldyrev - part 1. ICE and GTU. Chapter 2.9. GTP of closed and semi-closed cycles, pp. 2 ... 4") - prototype.

Предлагаемое изобретение решает задачу обеспечения электро- и теплоснабжения автономного потребителя путем создания надежной, относительно простой, автономной и не требующей больших затрат в эксплуатации энергетической установки на базе замкнутой газотурбинной установки с использованием воздуха в качестве рабочего тела.The present invention solves the problem of providing electricity and heat supply to an autonomous consumer by creating a reliable, relatively simple, autonomous and cost-effective power plant based on a closed gas turbine plant using air as a working fluid.

Указанный технический результат в энергоустановке, содержащей замкнутый циркуляционный воздушный контур с включенными в него цикловым компрессором, тремя полостями четырехполосного двухсекционного рекуператора, одной полостью воздушного котла, газовой турбиной и одной полостью аппарата воздушного охлаждения, а также электрогенератор, воздушный фильтр, аккумулятор воздуха, вспомогательный компрессор, продувочный вентилятор, блок управления, утилизационный теплообменник, трубопроводы и запорный, распределительный и обратные клапаны, согласно предлагаемому изобретению достигается тем, что выход циклового компрессора сообщен с входом первого обратного клапана, чей выход сообщен с входом распределительного трехходового клапана, первый выход которого сообщен с входами размещенных в первой и второй секциях рекуператора первой и второй, соответственно, нагреваемых полостей, а второй выход - с входом газовой турбины, выходы первой и второй нагреваемых полостей рекуператора сообщены с входом нагреваемой полости воздушного котла, выход этой полости сообщен с входом газовой турбины, выход которой сообщен с входом размещенной в первой секции рекуператора его первой нагревающей полости, чей выход сообщен с входом охлаждаемой полости аппарата воздушного охлаждения, выход которой сообщен с входом циклового компрессора, при этом вход циклового компрессора дополнительно сообщен с выходом второго обратного клапана, чей вход сообщен с выходом воздушного фильтра, вход которого сообщен с атмосферой, выход газовой турбины дополнительно оснащен сбросным клапаном с возможностью его открытия в атмосферу, выход сообщенной входом с атмосферой охлаждающей полости аппарата воздушного охлаждения сообщен с входом топки воздушного котла, выход топки сообщен с входом размещенной во второй секции рекуператора его второй нагревающей полости, чей выход сообщен с входом сообщенной выходом с атмосферой нагревающей полости утилизационного теплообменника с выполненной в нем с возможностью подключения к потребителю нагреваемой полостью, при этом воздуховод за первым обратным клапаном дополнительно сообщен с входом третьего обратного клапана, выход которого сообщен с аккумулятором воздуха, который сообщен также с вспомогательным компрессором и соединен трубопроводом с запорным клапаном в нем с воздуховодом между рекуператором и воздушным котлом, причем в обвод участка воздуховода с нагреваемыми полостями в нем от воздуховода за воздушным котлом выполнен трубопровод с размещенными в нем обратным кланом и соединенным с выходом этого клапана своим входом продувочным вентилятором, выход которого соединен с воздуховодом перед рекуператором;The specified technical result in a power plant containing a closed circulation air circuit with a cycle compressor included in it, three cavities of a four-way two-section heat exchanger, one cavity of an air boiler, a gas turbine and one cavity of an air cooler, as well as an electric generator, an air filter, an air accumulator, an auxiliary compressor , a purge fan, a control unit, a waste heat exchanger, pipelines and shut-off, distribution and check valves, according to the invention, is achieved by the fact that the output of the cyclic compressor is connected to the input of the first check valve, whose output is connected to the input of the distribution three-way valve, the first output of which is connected to inputs placed in the first and second sections of the recuperator of the first and second, respectively, heated cavities, and the second output - with the gas turbine inlet, the outputs of the first and second heated cavities of the recuperator are connected with the inlet of the torn cavity of the air boiler, the outlet of this cavity is connected with the inlet of the gas turbine, the outlet of which is in communication with the inlet of its first heating cavity located in the first section of the recuperator, whose outlet is in communication with the inlet of the cooled cavity of the air cooler, the outlet of which is in communication with the inlet of the cyclic compressor, while the inlet of the cycle compressor is additionally connected with the outlet of the second check valve, whose inlet is in communication with the outlet of the air filter, the inlet of which is in communication with the atmosphere, the outlet of the gas turbine is additionally equipped with a relief valve with the possibility of opening it to the atmosphere, the outlet of the cooling cavity of the air cooler communicated with the inlet with the atmosphere with the inlet of the furnace of the air boiler, the outlet of the furnace is in communication with the inlet of its second heating cavity located in the second section of the recuperator, whose outlet is in communication with the inlet of the heating cavity of the utilization heat exchanger, which is connected to the outlet with the atmosphere, with a possibility of connecting to the the receiver with a heated cavity, while the air duct behind the first check valve is additionally connected to the inlet of the third check valve, the output of which is connected to the air accumulator, which is also connected to the auxiliary compressor and is connected by a pipeline with a shut-off valve in it to the air duct between the heat exchanger and the air boiler, and in a bypass section of the air duct with heated cavities in it from the air duct behind the air boiler, a pipeline is made with a reverse clan placed in it and a purge fan connected to the outlet of this valve with its inlet, the outlet of which is connected to the air duct in front of the heat exchanger;

при этом возможно, что электрогенератор подключен к накопительной системе с инвертором;it is possible that the generator is connected to a storage system with an inverter;

возможно также, что вал газовой турбины и вал электрогенератора соединены посредством электромагнитной муфты с обеспечивающим возможность герметизации вала турбины герметичным разделительным экраном в ней;it is also possible that the shaft of the gas turbine and the shaft of the electric generator are connected by means of an electromagnetic coupling with a hermetic separating screen that allows the sealing of the turbine shaft;

возможно также, что подшипники циклового компрессора и газовой турбины представляют собой систему из подшипников на постоянных магнитах и газодинамических.it is also possible that the bearings of the cyclic compressor and gas turbine are a system of permanent magnet and gas dynamic bearings.

Отличительным признаком предлагаемой энергоустановки является то, что выход циклового компрессора сообщен с входом первого обратного клапана, чей выход сообщен с входом распределительного трехходового клапана, первый выход которого сообщен с входами размещенных в первой и второй секциях рекуператора первой и второй, соответственно, нагреваемых полостей, а второй выход - с входом газовой турбины, выходы первой и второй нагреваемых полостей рекуператора сообщены с входом нагреваемой полости воздушного котла, выход этой полости сообщен с входом газовой турбины, выход которой сообщен с входом размещенной в первой секции рекуператора его первой нагревающей полости, чей выход сообщен с входом охлаждаемой полости аппарата воздушного охлаждения, выход которой сообщен с входом циклового компрессора, при этом вход циклового компрессора дополнительно сообщен с выходом второго обратного клапана, чей вход сообщен с выходом воздушного фильтра, вход которого сообщен с атмосферой, выход газовой турбины дополнительно оснащен сбросным клапаном с возможностью его открытия в атмосферу, выход сообщенной входом с атмосферой охлаждающей полости аппарата воздушного охлаждения сообщен с входом топки воздушного котла, выход топки сообщен с входом размещенной во второй секции рекуператора его второй нагревающей полости, чей выход сообщен с входом сообщенной выходом с атмосферой нагревающей полости утилизационного теплообменника с выполненной в нем с возможностью подключения к потребителю нагреваемой полостью, при этом воздуховод за первым обратным клапаном дополнительно сообщен с входом третьего обратного клапана, выход которого сообщен с аккумулятором воздуха, который сообщен также с вспомогательным компрессором и соединен трубопроводом с запорным клапаном в нем с воздуховодом между рекуператором и воздушным котлом, причем в обвод участка воздуховода с нагреваемыми полостями в нем от воздуховода за воздушным котлом выполнен трубопровод с размещенными в нем обратным кланом и соединенным с выходом этого клапана своим входом продувочным вентилятором, выход которого соединен с воздуховодом перед рекуператором;A distinctive feature of the proposed power plant is that the output of the cyclic compressor is connected to the input of the first check valve, whose output is connected to the input of a distribution three-way valve, the first output of which is connected to the inputs of the first and second heated cavities located in the first and second sections of the recuperator, and the second outlet - with the inlet of the gas turbine, the outlets of the first and second heated cavities of the recuperator are connected with the inlet of the heated cavity of the air boiler, the outlet of this cavity is in communication with the inlet of the gas turbine, the outlet of which is in communication with the inlet of its first heating cavity located in the first section of the recuperator, whose outlet is communicated with the inlet of the cooled cavity of the air cooler, the outlet of which is in communication with the inlet of the cycle compressor, while the inlet of the cycle compressor is additionally connected with the outlet of the second check valve, whose inlet is in communication with the outlet of the air filter, the inlet of which is in communication with the atmosphere, the outlet of the gas turbine s is additionally equipped with a relief valve with the possibility of opening it to the atmosphere, the outlet of the cooling cavity of the air cooler communicated with the atmosphere by the inlet is connected to the inlet of the combustion chamber of the air boiler, the furnace outlet is in communication with the inlet of its second heating cavity located in the second section of the recuperator, whose outlet is in communication with the inlet of the outlet with the atmosphere of the heating cavity of the utilization heat exchanger with a heated cavity made in it with the possibility of connecting to the consumer, while the air duct behind the first check valve is additionally connected to the inlet of the third check valve, the output of which is in communication with the air accumulator, which is also in communication with the auxiliary compressor and is connected by a pipeline with a shut-off valve in it with an air duct between the heat exchanger and the air boiler, and in the bypass of the air duct section with heated cavities in it, from the air duct behind the air boiler, a pipeline is made with a reverse clan placed in it and connected to the outlet through this damper, its inlet is a purge fan, the outlet of which is connected to the air duct before the heat exchanger;

Предлагаемая энергоустановка, в основе представляющая собой замкнутую газотурбинную установку с внешним подводом теплоты и с использованием воздуха в качестве рабочего тела, схематично представлена на фиг.1 (вариант с размещением электрогенератора со стороны выхлопа турбины) и на фиг.2 (вариант с размещением электрогенератора со стороны входа (всаса) циклового компрессора).The proposed power plant, which is based on a closed gas turbine plant with external heat supply and using air as a working fluid, is schematically shown in figure 1 (option with the placement of the generator on the exhaust side of the turbine) and figure 2 (option with the placement of the generator with inlet (suction) side of the cycle compressor).

Выполненный центробежным цикловой компрессор (ЦК) 1 и газовая турбина (ГТ) 2 выполнены на валу 3, размещенном в подшипниках 4 (выполненных в виде системы подшипников на постоянных магнитах и газодинамических). С выходным из турбины 2 концом вала 3 соединен (см. фиг.1) посредством электромагнитной муфты 5 вал электрогенератора (ЭГ) 6. Выходной патрубок компрессора 1 соединен воздуховодом 7 с входом первого обратного клапана (ОК) 8, выход которого соединен воздуховодом 9 с входом распределительного трехходового клапана (РТК) 10, первый выход которого соединен воздуховодом 11 с входами размещенных в первой 12 и второй 13 секциях рекуператора 14 первой и второй нагреваемых полостей 15 и 16, соответственно, а второй выход РТК 10 - трубопроводом 17 с входом газовой турбины 2. Выходы полостей 15 и 16 сообщены воздуховодом 18 с входом нагреваемой полости 19 воздушного котла (ВК) 20, выход полости 19 сообщен воздуховодом 21 с входом газовой турбины 2. Выход турбины 2 сообщен воздуховодом 22 с входом размещенной в первой секции 12 рекуператора 14 его первой нагревающей полости 23. Выход полости 23 сообщен воздуховодом 24 с входом охлаждаемой полости 25 аппарата воздушного охлаждения (АВО) 26, выход которой сообщен воздуховодом 27 с входом циклового компрессора 1. Выход сообщенной входом с атмосферой охлаждающей полости 28 АВО 26 соединен трубопроводом 29 с входом топки 30 (выполненной с возможностью подачи в нее топлива системой топливоподачи, на фиг. 1, 2 не показана) воздушного котла 20.Made centrifugal cycle compressor (CC) 1 and gas turbine (GT) 2 are made on the shaft 3, placed in the bearings 4 (made in the form of a system of bearings on permanent magnets and gas-dynamic). With the output of the turbine 2 end of the shaft 3 is connected (see figure 1) by means of an electromagnetic clutch 5 shaft of the electric generator (EG) 6. The outlet pipe of the compressor 1 is connected by a duct 7 to the inlet of the first check valve (OK) 8, the output of which is connected by a duct 9 with by the inlet of the distribution three-way valve (RTC) 10, the first output of which is connected by an air duct 11 to the inputs of the first and second heated cavities 15 and 16 located in the first 12 and second 13 sections of the heat exchanger 14, respectively, and the second output of the RTC 10 is connected by a pipeline 17 with the inlet of the gas turbine 2. The outlets of the cavities 15 and 16 are connected by an air duct 18 with the inlet of the heated cavity 19 of the air boiler (VK) 20, the outlet of the cavity 19 is connected by an air duct 21 with the inlet of the gas turbine 2. The outlet of the turbine 2 is communicated by an air duct 22 with the inlet placed in the first section 12 of the recuperator 14 of its the first heating cavity 23. The exit of the cavity 23 is connected by an air duct 24 with the inlet of the cooled cavity 25 of the air cooler (AVO) 26, the exit to the second one is connected by an air duct 27 with the inlet of the cyclic compressor 1. The outlet of the cooling cavity 28 of the air cooler 26 communicated with the atmosphere by the inlet is connected by a pipeline 29 to the inlet of the furnace 30 (made with the possibility of supplying fuel to it by the fuel supply system, in Fig. 1, 2 not shown) air boiler 20.

Выход топки (полости горения) 30 воздушного котла 20 трубопроводом 31 соединен с входом размещенной во второй секции 13 рекуператора 14 его второй нагревающей полости 32, выход полости 32 соединен трубопроводом 33 с входом нагревающей полости 34 утилизационного теплообменника (УТ) 35, выход полости 34 сообщен с атмосферой. Вход в ЦК 1 дополнительно соединен трубопроводом 36 с выходом второго обратного клапана 37, чей вход соединен с выходом воздушного фильтра 38, входом сообщенного с атмосферой. Воздуховод 9 между первым обратным клапаном 8 и входом РТК 10 соединен трубопроводом 39 с входом третьего обратного клапана 40, чей выход соединен с аккумулятором воздуха 41, который трубопроводом 42 с запорным клапаном 43 в нем соединен с воздуховодом 18 между рекуператором 14 и воздушным котлом 20. Аккумулятор воздуха 41 сообщен также с вспомогательным воздушным компрессором 44 (с обратным клапаном в нем, поз. не обозначена). Выход ГТ 2 оснащен сбросным клапаном 45 (с приводом). В обвод участка воздуховода с нагреваемыми полостями 15, 16 и 19 в нем (в рекуператоре 14 и воздушном котле 20) от воздуховода 21 за воздушным котлом 20 выполнен трубопровод 46 с размещенными в нем обратным клапаном 47 и соединенным с выходом этого клапана своим входом продувочным вентилятором 48 (с приводом), выход которого соединен с воздуховодом 11 перед рекуператором 14. В УТ 35 выполнена также нагреваемая полость 49 с возможностью ее подключения к системе теплоснабжения потребителя (на фиг. 1 не показана). Электрогенератор 6 подключен к накопительной системе (аккумулятору тока) 50 с инвертором 51. Энергоустановка оснащена также блоком управления 52. При выполнении энергоустановки в варианте размещения электрогенератора 6 со стороны входа (всаса) ЦК 1 (см. фиг. 2) ЭГ 6 выполнен на валу 3 (муфта поз. 5 при этом не нужна).The outlet of the furnace (combustion cavity) 30 of the air boiler 20 is connected by a pipeline 31 to the inlet of the second heating cavity 32 located in the second section 13 of the recuperator 14, the outlet of the cavity 32 is connected by a pipeline 33 to the inlet of the heating cavity 34 of the utilization heat exchanger (UT) 35, the outlet of the cavity 34 is connected with atmosphere. The entrance to the Central Committee 1 is additionally connected by a pipeline 36 to the outlet of the second check valve 37, whose inlet is connected to the outlet of the air filter 38, the inlet communicated with the atmosphere. The air duct 9 between the first check valve 8 and the inlet of the RTC 10 is connected by a pipeline 39 to the inlet of the third check valve 40, whose outlet is connected to an air accumulator 41, which is connected by a pipeline 42 with a shut-off valve 43 in it to the air duct 18 between the heat exchanger 14 and the air boiler 20. The air accumulator 41 is also connected to the auxiliary air compressor 44 (with a check valve in it, pos. not indicated). The GT 2 outlet is equipped with a relief valve 45 (with a drive). In the bypass section of the air duct with heated cavities 15, 16 and 19 in it (in the heat exchanger 14 and the air boiler 20) from the air duct 21 behind the air boiler 20, a pipeline 46 is made with a check valve 47 placed in it and a purge fan connected to the outlet of this valve with its inlet 48 (with a drive), the outlet of which is connected to the air duct 11 in front of the heat exchanger 14. In UT 35, a heated cavity 49 is also made with the possibility of connecting it to the consumer's heat supply system (not shown in Fig. 1). The electric generator 6 is connected to the storage system (current storage) 50 with an inverter 51. The power plant is also equipped with a control unit 52. When performing the power plant in the option of placing the electric generator 6 on the side of the input (suction) of the CC 1 (see Fig. 2), the EG 6 is made on the shaft 3 (clutch pos. 5 is not needed).

Работает предлагаемая энергоустановка следующим образом (см. фиг. 1, 2).The proposed power plant operates as follows (see Fig. 1, 2).

Основным режимом работы энергоустановки предполагается работа при атмосферном давлении на входе (всасе) компрессора (циклового) 1, соответственно, давление за компрессором 1 (в части воздушного контура между выходом компрессора 1 и входом турбины 2) при этом равно степени сжатия компрессора 1 (без учета потерь в контуре).The main mode of operation of the power plant is supposed to work at atmospheric pressure at the inlet (suction) of compressor (cycle) 1, respectively, the pressure downstream of compressor 1 (in the part of the air circuit between the outlet of compressor 1 and the inlet of turbine 2) is equal to the compression ratio of compressor 1 (excluding loop losses).

При запуске энергоустановки по командам блока управления 52 РТК 10 устанавливают в положение «вход соединен с первым выходом», включают продувочный вентилятор 48, подают (система топливоподачи и «организация тяги в топке 30» на фиг. 1, 2 не показаны) топливо в топку 30 воздушного котла 20, производят зажигание и определенное время (в зависимости от температуры окружающей среды) «прогревают воздушный котел 20». Продувочный вентилятор 48 в это время прогоняет воздух по трубопроводу 46, через обратный клапан 47, «через себя», нагреваемые полости 15 и 16 в рекуператоре 14, воздуховод 18 и нагреваемую полость 19 в воздушном котле 20 (при этом частично происходит и прогревание остального циркуляционного воздушного контура). Через некоторое время открывают запорный клапан 43, включают вспомогательный компрессор 44, от которого воздух (через обратный клапан, поз. на фиг. 1 не обозначена) поступает в аккумулятор воздуха 41, далее по трубопроводу 42 через клапан 43 в воздуховод 18 и распространяется по всему циркуляционному воздушному контуру. По достижении в циркуляционном воздушном контуре определенного давления выключают вентилятор 48, постепенно добавляют топлива в топку 30, с ростом в циркуляционном воздушном контуре давления и температуры воздуха начинают раскручиваться газовая турбина 2, выполненный на одном с ней валу 3 цикловой компрессор 1, а также электрогенератор 6, соединенный с ними посредством электромагнитной муфты 5 (см. фиг. 1) или установленный на одном с ними валу 3 (см. фиг. 2). Необходимый перепад давления на ГТ 2 при пуске обеспечивается открытием сбросного клапана 45, который держат открытым до выхода на режим самоходности энергоустановки, после чего его закрывают.When the power plant is started, according to the commands of the control unit 52, the RTC 10 is set to the “input connected to the first output” position, the purge fan 48 is turned on, fuel is fed into the furnace 30 of the air boiler 20, ignite and for a certain time (depending on the ambient temperature) "warm up the air boiler 20". The purge fan 48 at this time drives the air through the pipeline 46, through the check valve 47, "through itself", the heated cavities 15 and 16 in the heat exchanger 14, the air duct 18 and the heated cavity 19 in the air boiler 20 (in this case, the rest of the circulation air circuit). After some time, the shut-off valve 43 is opened, the auxiliary compressor 44 is turned on, from which air (through the check valve, pos. in Fig. 1 is not marked) enters the air accumulator 41, then through the pipeline 42 through the valve 43 into the air duct 18 and spreads throughout circulation air circuit. Upon reaching a certain pressure in the circulating air circuit, the fan 48 is turned off, fuel is gradually added to the furnace 30, with an increase in pressure and air temperature in the circulating air circuit, the gas turbine 2 begins to spin up, the cycle compressor 1, made on the same shaft 3, and the electric generator 6 connected to them by means of an electromagnetic clutch 5 (see Fig. 1) or mounted on the same shaft 3 with them (see Fig. 2). The required pressure drop across the GT 2 at start-up is ensured by opening the relief valve 45, which is kept open until the power plant enters the self-propelled mode, after which it is closed.

При этом сжатый в цикловом компрессоре 1 воздух, пройдя по воздуховодам 7, 9, 11 и через первый ОК 8 и РТК 10, поступает в нагреваемые полости 15, 16 рекуператора 14. Первая нагреваемая полость 15, расположенная в первой секции 12 рекуператора 14, нагревается теплом рабочего тела («выхлопного» воздуха), поступающего после ГТ 2 по воздуховоду 22 в первую нагревающую полость 23 рекуператора 14. Вторая нагреваемая полость 16, расположенная во второй секции 13 рекуператора 14, нагревается теплом газов (продуктов сгорания), поступающих из топки 30 ВК 20 по трубопроводу 31 во вторую нагревающую полость 32 рекуператора 14. После этого нагретый в полостях 15, 16 сжатый воздух по воздуховоду 18 поступает в полость 19, размещенную в ВК 20, где нагревается уже непосредственно теплом топки 30 до расчетной температуры и по воздуховоду 21 поступает на вход ГТ 2, в которой срабатываются теплоперепад и перепад давления рабочего тела (воздуха), результатом чего и является в итоге выработка электроэнергии (необходимой потребителю).In this case, the air compressed in the cyclic compressor 1, having passed through the air ducts 7, 9, 11 and through the first OK 8 and RTC 10, enters the heated cavities 15, 16 of the heat exchanger 14. The first heated cavity 15, located in the first section 12 of the heat exchanger 14, is heated the heat of the working fluid ("exhaust" air) entering after the GT 2 through the air duct 22 into the first heating cavity 23 of the heat exchanger 14. The second heated cavity 16, located in the second section 13 of the heat exchanger 14, is heated by the heat of gases (combustion products) coming from the furnace 30 VK 20 through the pipeline 31 into the second heating cavity 32 of the heat exchanger 14. After that, the compressed air heated in the cavities 15, 16 through the air duct 18 enters the cavity 19, located in the VK 20, where it is heated directly by the heat of the furnace 30 to the design temperature and through the air duct 21 enters the GT 2 inlet, in which the heat drop and the pressure drop of the working fluid (air) are triggered, resulting in the final generation of electricity ii (required by the consumer).

Из первой нагревающей полости 23 в рекуператоре 14 рабочее тело (воздух) выходит с достаточно высокой температурой и по воздуховоду 24 поступает в охлаждаемую полость 25 АВО 26, пройдя эту полость и охладившись в ней (отдав тепло воздуху, поступающему из атмосферы в охлаждающую (она же нагреваемая) полость 28 АВО 26), по воздуховоду 27 поступает на вход ЦК 1. Подогрев (в полости 28) воздуха, поступающего по трубопроводу 29 в топку 30, обеспечивает в ней больший эффект от сжигаемого топлива. Выхлопные газы из топки 30, пройдя трубопровод 31 и вторую нагревающую полость 32 в рекуператоре 14, по трубопроводу 33 поступают в нагревающую полость 34 УТ 35 и затем сбрасываются в атмосферу. В УТ 35 теплом газов полости 34 подогревается рабочее тело (например, вода) в полости 49 (выполненной с возможностью ее подключения к системе теплоснабжения потребителя, на фиг. 1 не показана).From the first heating cavity 23 in the heat exchanger 14, the working fluid (air) exits with a sufficiently high temperature and enters the cooled cavity 25 of the air cooler 26 through the air duct 24, having passed this cavity and cooled in it (giving off heat to the air coming from the atmosphere into the cooling (it is also heated) cavity 28 AVO 26), through the air duct 27 enters the inlet of the Central Committee 1. Heating (in the cavity 28) of the air entering the furnace 30 through the pipeline 29 provides a greater effect of the burned fuel in it. The exhaust gases from the furnace 30, passing the pipeline 31 and the second heating cavity 32 in the recuperator 14, through the pipeline 33 enter the heating cavity 34 UT 35 and then discharged into the atmosphere. In UT 35, the heat of the gases of cavity 34 heats up the working fluid (for example, water) in cavity 49 (made with the possibility of connecting it to the consumer's heat supply system, not shown in Fig. 1).

При выходе газотурбинной установки на номинальный режим работы по оборотам и достижении при этом в циркуляционном воздушном контуре расчетного давления вспомогательный компрессор 44 отключают. Некоторое падение давления воздуха в циркуляционном контуре из-за возможных утечек в узлах замкнутого циркуляционного воздушного контура (в зазорах, неплотностях и т.п.) устраняется «автоматически» подсасыванием воздуха из атмосферы через фильтр 38 и обратный клапан 37 по трубопроводу 36 на вход циклового компрессора 1 и также «автоматически» поддерживается давление воздуха в аккумуляторе воздуха 41 благодаря поступлению воздуха из нагнетания циклового компрессора 1 по трубопроводу 39 через обратный клапан 40 (при необходимости - включением компрессора 44).When the gas turbine unit reaches the nominal operating mode in terms of speed and at the same time reaches the design pressure in the circulation air circuit, the auxiliary compressor 44 is turned off. Some drop in air pressure in the circulation circuit due to possible leaks in the nodes of a closed circulation air circuit (in gaps, leaks, etc.) is eliminated “automatically” by sucking air from the atmosphere through filter 38 and check valve 37 through pipeline 36 to the inlet of the cycle compressor 1 and also “automatically” maintains the air pressure in the air accumulator 41 due to the intake of air from the discharge of the cycle compressor 1 through the pipeline 39 through the check valve 40 (if necessary, by turning on the compressor 44).

Для регулирования мощности энергоустановки РТК 10 устанавливают в положение, когда в нем часть потока рабочего тела после входа направляется во второй выход и далее по трубопроводу 17 на вход ГТ 2. Таким образом, эта часть потока рабочего тела (воздуха) поступает в турбину 2 без нагревания в рекуператоре 14 и воздушном котле 20 и из-за этого общая энтальпия воздушного потока, поступившего на вход турбины 2 (по воздуховоду 21 и трубопроводу 17), снижена и, соответственно, снижается вырабатываемая ею мощность.To control the power of the power plant, the RTC 10 is set to a position where part of the working fluid flow after entering it is sent to the second outlet and then through the pipeline 17 to the GT 2 inlet. Thus, this part of the working fluid (air) flow enters the turbine 2 without heating in the recuperator 14 and the air boiler 20, and because of this, the total enthalpy of the air flow entering the turbine 2 inlet (through the air duct 21 and pipeline 17) is reduced and, accordingly, the power generated by it is reduced.

Оснащение энергоустановки накопительной системой (аккумулятором тока) 50 с инвертором 51 и подключение к ней электрогенератора 6 позволяет обеспечить автономность установки. Выполнение соединительной муфты 5 электромагнитной позволяет снизить требования к соосности соединяемых ею валов и кроме того герметизирует выход вала турбины 2. Выполнение подшипников 4 в виде системы из подшипников на постоянных магнитах и газодинамических позволяет отказаться от системы смазки установки.Equipping the power plant with a storage system (current battery) 50 with an inverter 51 and connecting an electric generator 6 to it makes it possible to ensure the autonomy of the installation. The implementation of the coupling 5 electromagnetic allows to reduce the requirements for the alignment of the shafts connected by it and, in addition, seals the output of the turbine shaft 2. The implementation of the bearings 4 in the form of a system of permanent magnet and gas-dynamic bearings makes it possible to abandon the lubrication system of the installation.

В настоящее время авторами выполнен технический проект предлагаемой энергоустановки (высокооборотной) мощностью 10 квт, с параметрами: степенью повышения давления в компрессоре Пк=4 и температурой воздуха перед турбиной Т=750…800°C.At present, the authors have completed a technical design of the proposed power plant (high-speed) with a capacity of 10 kW, with the following parameters: the degree of pressure increase in the compressor Pk=4 and the air temperature in front of the turbine T=750...800°C.

Следует заметить, что в энергоустановках с замкнутым циклом большое значение имеет эффективность рекуператора (соответственно, габариты и стоимость). В связи с чем авторами выполняется проект рекуператора собственной конструкции.It should be noted that in power plants with a closed cycle, the efficiency of the heat exchanger (respectively, dimensions and cost) is of great importance. In this connection, the authors are carrying out a project of a heat exchanger of their own design.

Claims

1. A power plant containing a closed circulation air circuit with a cycle compressor included in it, three cavities of a four-way two-section heat exchanger, one cavity of an air boiler, a gas turbine and one cavity of an air cooler, as well as an electric generator, an air filter, an air accumulator, an auxiliary compressor, a purge fan, control unit, waste heat exchanger, pipelines and shut-off, distribution and check valves, characterized in that the output of the cyclic compressor is connected to the input of the first check valve, whose output is connected to the input of the distribution three-way valve, the first output of which is connected to the inputs located in the first and in the second sections of the recuperator of the first and second, respectively, heated cavities, and the second outlet - with the inlet of the gas turbine, the outlets of the first and second heated cavities of the recuperator are connected with the inlet of the heated cavity of the air boiler, the outlet of this cavity is in communication with the by the course of a gas turbine, the output of which is in communication with the inlet of its first heating cavity located in the first section of the recuperator, whose outlet is in communication with the inlet of the cooled cavity of the air cooler, the outlet of which is in communication with the inlet of the cyclic compressor, while the inlet of the cyclic compressor is additionally communicated with the outlet of the second check valve whose inlet is connected to the air filter outlet, the inlet of which is in communication with the atmosphere, the gas turbine outlet is additionally equipped with a relief valve with the possibility of opening it to the atmosphere, the outlet of the cooling cavity of the air cooler communicated with the inlet to the atmosphere is in communication with the air boiler furnace inlet, the furnace outlet is in communication with the inlet of its second heating cavity located in the second section of the recuperator, whose outlet is connected with the inlet of the utilization heat exchanger, which is connected to the outlet with the atmosphere of the heating cavity, with a heated cavity made in it with the possibility of connecting to the consumer, while the air duct behind the first is additionally connected by a close valve to the inlet of the third check valve, the outlet of which is connected to the air accumulator, which is also connected to the auxiliary compressor and is connected by a pipeline with a shut-off valve in it to the air duct between the heat exchanger and the air boiler, moreover, in the bypass of the air duct section with heated cavities in it from the air duct behind the air boiler is made of a pipeline with a return valve placed in it and a purge fan connected to the outlet of this valve with its inlet, the outlet of which is connected to the air duct in front of the heat exchanger.

2. Power plant according to claim 1, characterized in that the generator is connected to a storage system with an inverter.

3. Power plant according to claim 1 or 2, characterized in that the shaft of the gas turbine and the shaft of the electric generator are connected by means of an electromagnetic coupling with a hermetic separating screen that provides the possibility of sealing the turbine shaft.

4. Power plant according to any one of claims 1, 2 or 3, characterized in that the bearings of the cyclic compressor and gas turbine are a system of permanent magnet and gas dynamic bearings.