RU2785857C1 - Gas turbine plant - Google Patents
Gas turbine plant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2785857C1 RU2785857C1 RU2021131490A RU2021131490A RU2785857C1 RU 2785857 C1 RU2785857 C1 RU 2785857C1 RU 2021131490 A RU2021131490 A RU 2021131490A RU 2021131490 A RU2021131490 A RU 2021131490A RU 2785857 C1 RU2785857 C1 RU 2785857C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cavity
- compressor
- air cooling
- gas turbine
- outlet
- Prior art date
Links
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 31
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000001172 regenerating Effects 0.000 claims abstract description 8
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000007906 compression Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 2
- XKMLYUALXHKNFT-UUOKFMHZSA-N Guanosine-5'-triphosphate Chemical compound C1=2NC(N)=NC(=O)C=2N=CN1[C@@H]1O[C@H](COP(O)(=O)OP(O)(=O)OP(O)(O)=O)[C@@H](O)[C@H]1O XKMLYUALXHKNFT-UUOKFMHZSA-N 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Предлагаемая газотурбинная установка относится к области электроэнергетики и может быть использована на газотурбинных (ГТУ) и парогазовых (ПТУ) установках тепловых электрических станций.The proposed gas turbine plant belongs to the field of electric power industry and can be used in gas turbine (GTP) and combined-cycle (CTP) installations of thermal power plants.
Известен аналог - газотурбинная установка (патент РФ №2224901, F02C 7/10, авторы Степанов А.Ю., Ануров Ю.М., Сударев Б.В., Тараканов А.Б., Ширманов В.М., публикация 27.02.2004), содержащая соединенные по ходу рабочего тела цикла Брайтона компрессор, регенератор, камеру сгорания и турбину. Недостатком устройства-аналога является то, что он обладает низким КПД.An analogue is known - a gas turbine plant (patent RF No. 2224901,
Известен прототип - газотурбинная установка (Цанев СВ. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций / СВ. Цанев, В.Д. Буров, А.Н. Ремезов. - М.: Изд-во МЭИ, 2002. Смотр, стр. 37-38), содержащая соединенные по ходу рабочего тела цикла Брайтона компрессор низкого давления (КНД) и компрессор высокого давления (КВД) с промежуточным охладителем воздуха, регенератор, камеру сгорания и турбину.A prototype is known - a gas turbine plant (Tsanev SV. Gas turbine and combined-cycle plants of thermal power plants / SV. Tsanev, V.D. Burov, A.N. Remezov. - M.: MPEI Publishing House, 2002. Review, pp. 37-38 ), containing a low-pressure compressor (LPC) and a high-pressure compressor (HPC) connected along the working fluid of the Brayton cycle with an intercooler, a regenerator, a combustion chamber and a turbine.
Недостатком устройства-прототипа является то, что необходимы, по крайней мере, два компрессора, что усложняет и увеличивает габариты конструкции. Устройство-прототип обладает более высоким КПД, чем устройство-аналог.The disadvantage of the prototype device is that at least two compressors are required, which complicates and increases the size of the structure. The prototype device has a higher efficiency than the analogue device.
Техническая задача заключается в снижении работы на привод компрессора и тем самым в повышении эффективности газотурбинной установки.The technical problem is to reduce the work on the drive of the compressor and thereby increase the efficiency of the gas turbine plant.
Технический эффект, используемый при решении технической задачи, состоит в изотермическом сжатии воздуха. Достигается это тем, что в газотурбинной установке, содержащей соединенные по ходу рабочего тела цикла Брайтона компрессор, регенеративный теплообменник, камеру сгорания, турбину и блок охлаждения воздуха, корпус компрессора выполнен двухстенным с полостью между ними, при этом выход блока охлаждения воздуха соединен со входом в полость, вход блока охлаждения воздуха соединен с выходом из полости, образуя контур охлаждения воздуха, а вход в полость расположен со стороны выхода компрессора. Кроме того, направляющие лопатки статора компрессора выполнены с протоками, соединенными с полостью в корпусе. Кроме того, контур охлаждения воздуха содержит хладагент, например, фреон.The technical effect used in solving the technical problem is isothermal air compression. This is achieved by the fact that in a gas turbine plant containing a compressor connected along the working fluid of the Brayton cycle, a regenerative heat exchanger, a combustion chamber, a turbine and an air cooling unit, the compressor housing is made double-walled with a cavity between them, while the outlet of the air cooling unit is connected to the inlet to the cavity, the inlet of the air cooling unit is connected to the outlet from the cavity, forming an air cooling circuit, and the inlet to the cavity is located on the side of the compressor outlet. In addition, the guide vanes of the compressor stator are made with channels connected to the cavity in the housing. In addition, the air cooling circuit contains a refrigerant such as freon.
На Фиг. 1 представлена упрощенная схема предлагаемой газотурбинной установки.On FIG. 1 shows a simplified diagram of the proposed gas turbine plant.
На Фиг. 2 представлены TS - диаграммы циклов Брайтона для устройства-аналога, устройства-прототипа и для предлагаемого устройства.On FIG. 2 shows TS - diagrams of Brayton cycles for an analog device, a prototype device and for the proposed device.
На Фиг. 3 представлены PV - диаграммы циклов Брайтона для устройства-аналога, устройства-прототипа и для предлагаемого устройства.On FIG. 3 shows PV - Brayton cycle diagrams for an analog device, a prototype device and for the proposed device.
Согласно Фиг. 1 в газотурбинной установке, содержащей соединенные по ходу рабочего тела цикла Брайтона компрессор 1, регенеративный теплообменник 2, камеру 3 сгорания, турбину 4 и блок 5 охлаждения воздуха, корпус (статор) компрессора выполнен двухстенным (Трухний А.Д. Стационарные паровые турбины. - 2-e изд., перераб. и доп. -М.: Энергоатомиздат, 1990. - 640 с., стр. 89) с полостью 6 между ними, при этом выход блока 5 охлаждения воздуха соединен со входом в полость 6, вход блока 5 охлаждения воздуха соединен с выходом из полости 6, образуя контур охлаждения воздуха, а вход в полость 6 расположен со стороны выхода компрессора 1. Направляющие лопатки 7 (на фиг. 1 приведена лишь одна ступень) статора компрессора выполнены с протоками, соединенными с полостью в корпусе (статоре). А контур охлаждения воздуха содержит хладагент, например, фреон. При этом, например, блок 5 охлаждения воздуха и полость 6 образуют классическую компрессорную холодильную установку, а полость 6 является испарителем, где фреон закипает, охлаждая воздух в компрессоре. (https://cosmo-frost.ru/xolodilniki/kak-rabotaet-xolodilnik-principy-cikly-rezhimy/).According to FIG. 1 in a gas turbine plant containing a
При работе газотурбинной установки давление воздуха из воздухозаборника 8 в компрессоре 1 возрастает до расчетного значения и далее поступает в регенеративный теплообменник 2, а затем в камеру 3 сгорания с подачей топлива 9. Далее газ при высокой температуре поступает в турбину 4. Отработав, далее газ через регенеративный теплообменник 2 сбрасывается в атмосферу 10. Благодаря циркуляции хладагента в контуре охлаждения воздуха при прохождении воздуха через компрессор не происходит повышения его температуры, вызываемой работой сжатия. Турбина 4 вращает электрогенератор 11, отдавая электроэнергию в сеть 12.During the operation of the gas turbine plant, the air pressure from the air intake 8 in the
Для идеальной газотурбинной установки (т.е. без учета потерь) на Фиг. 2 представлены TS - диаграммы, а на Фиг. 3 представлены PV - диаграммы циклов Брайтона для устройства-аналога, устройства-прототипа и для предлагаемого устройства. При этом площадь abcda пропорциональна полезной работе устройства-аналога, площадь aefmbcda пропорциональна полезной работе устройства-прототипа, а площадь afnmbcda пропорциональна полезной работе предлагаемого устройства. Из сравнения указанных площадей полезной работы очевидно преимущество предлагаемого устройства, с полостью 6 между ними, при этом выход блока 5 охлаждения воздуха соединен со входом в полость 6, вход блока 5 охлаждения воздуха соединен с выходом из полости 6, образуя контур охлаждения воздуха, а вход в полость 6 расположен со стороны выхода компрессора 1. Направляющие лопатки 7 (на Фиг. 1 приведена лишь одна ступень) статора компрессора выполнены с протоками, соединенными с полостью в корпусе (статоре). А контур охлаждения воздуха содержит хладагент, например, фреон. При этом, например, блока 5 охлаждения воздух и полость 6 образуют классическую компрессорную холодильную установку, а полость 6 является испарителем, где фреон закипает, охлаждая воздух в компрессоре (https://cosmo-frost.ru/xolodilniki/kak-rabotaet-xolodilnik-principy-cikly-rezhimy/).For an ideal gas turbine plant (i.e. without taking into account losses) in FIG. 2 shows TS charts and FIG. 3 shows PV - Brayton cycle diagrams for an analog device, a prototype device and for the proposed device. In this case, the area abcda is proportional to the useful work of the analog device, the area aefmbcda is proportional to the useful work of the prototype device, and the area afnmbcda is proportional to the useful work of the proposed device. From a comparison of the indicated areas of useful work, the advantage of the proposed device is obvious, with a
При работе газотурбинной установки давление воздуха из воздухозаборника 8 в компрессоре 1 возрастает до расчетного значения и далее поступает в регенеративный теплообменник 2, а затем в камеру 3 сгорания с подачей топлива 9. Далее газ при высокой температуре поступает в турбину 4. Отработав, далее газ через регенеративный теплообменник 2 сбрасывается в атмосферу 10. Благодаря циркуляции хладагента в контуре охлаждения воздуха при прохождении воздуха через компрессор не происходит повышения его температуры, вызываемого работой сжатия. Турбина 4 вращает электрогенератор 11, отдавая электроэнергию с сеть 12.During the operation of the gas turbine plant, the air pressure from the air intake 8 in the
Для идеальной газотурбинной установки (т.е. без учета потерь) на Фиг. 2 представлены TS - диаграммы, а на Фиг. 3 представлены PV - диаграммы циклов Брайтона для устройства-аналога, устройства-прототипа и для предлагаемого устройства. При этом площадь abcda пропорциональна полезной работе устройства-аналога, площадь aefmbcda пропорциональна полезной работе устройства-прототипа, а площадь afnmbcda пропорциональна полезной работе предлагаемого устройства. Из сравнения указанных площадей полезной работы очевидно преимущество предлагаемого устройства.For an ideal gas turbine plant (i.e. without taking into account losses) in FIG. 2 shows TS charts and FIG. 3 shows PV - Brayton cycle diagrams for an analog device, a prototype device and for the proposed device. In this case, the area abcda is proportional to the useful work of the analog device, the area aefmbcda is proportional to the useful work of the prototype device, and the area afnmbcda is proportional to the useful work of the proposed device. From a comparison of the indicated areas of useful work, the advantage of the proposed device is obvious.
Изобретение позволяет реализовать изотермическое сжатие воздуха (газа), что требует минимальной работы на привод компрессора, и как следствие - уменьшение габаритов компрессора. Максимальный КПД ГТУ достигается регенерацией теплоты с использованием охлаждения воздуха в компрессоре.EFFECT: invention makes it possible to implement isothermal compression of air (gas), which requires minimal work on the compressor drive, and as a result, a reduction in the compressor dimensions. The maximum efficiency of the gas turbine is achieved by heat recovery using air cooling in the compressor.
ЛитератураLiterature
1. Патент РФ №2224901, F02C 7/10, авторы Степанов А.Ю., Ануров Ю.М., Сударев Б.В., Тараканов А.Б., Ширманов В.М., публикация 27.02.2004.1. RF patent No. 2224901,
2. Цанев С.В. «Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций (С.В. Цанев, В.Д. Буров, А.Н. Ремезов. - М.: Изд-во МЭИ, 2002, стр. 37-38).2. Tsanev S.V. “Gas turbine and combined-cycle plants of thermal power plants (S.V. Tsanev, V.D. Burov, A.N. Remezov. - M.: MPEI Publishing House, 2002, pp. 37-38).
Claims (3)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2785857C1 true RU2785857C1 (en) | 2022-12-14 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5722241A (en) * | 1996-02-26 | 1998-03-03 | Westinghouse Electric Corporation | Integrally intercooled axial compressor and its application to power plants |
| RU2723583C1 (en) * | 2019-12-11 | 2020-06-17 | Владимир Леонидович Письменный | Double-flow turbojet engine with heat pump |
| RU2019106246A (en) * | 2019-03-04 | 2020-09-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВО "КГЭУ") | METHOD FOR INCREASING THE POWER OF A STEAM AND GAS POWER UNIT WITH THE HELP OF AN ABSORPTION COOLING MACHINE |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5722241A (en) * | 1996-02-26 | 1998-03-03 | Westinghouse Electric Corporation | Integrally intercooled axial compressor and its application to power plants |
| RU2019106246A (en) * | 2019-03-04 | 2020-09-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВО "КГЭУ") | METHOD FOR INCREASING THE POWER OF A STEAM AND GAS POWER UNIT WITH THE HELP OF AN ABSORPTION COOLING MACHINE |
| RU2723583C1 (en) * | 2019-12-11 | 2020-06-17 | Владимир Леонидович Письменный | Double-flow turbojet engine with heat pump |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2406876C2 (en) | Improved multi-stage compressor | |
| KR102408585B1 (en) | Turbine engine with integrated heat recovery and cooling cycle system | |
| KR102075550B1 (en) | Oxy-fuel combustion power generation system | |
| CA2499529A1 (en) | Lng system and process with electrically powered refrigerant compressors and combined power generation cycle | |
| KR101705657B1 (en) | Electricity Generation Device and Method | |
| Ibrahim et al. | Thermodynamic evaluation of the performance of a combined cycle power plant | |
| US9797339B2 (en) | Hot-air engine | |
| ES2806730T3 (en) | Direct Drive Energy Conversion System for Energy Storage Compatible Wind Turbines | |
| Kabeyi et al. | Performance analysis of an open cycle gas turbine power plant in grid electricity generation | |
| RU2785857C1 (en) | Gas turbine plant | |
| RU2711905C1 (en) | Heat energy conversion method | |
| CN114934825B (en) | Carbon dioxide energy storage system and method coupled with coal motor group | |
| RU2369808C2 (en) | Trigeneration gas turbine plant | |
| CN102926826A (en) | Claw type generator power generation circulating device for thermal power generation | |
| RU2747704C1 (en) | Cogeneration gas turbine power plant | |
| RU2528214C2 (en) | Gas turbine co-generation power plant | |
| RU2727274C1 (en) | Cogeneration gas-turbine power plant | |
| US9574446B2 (en) | Expander for recovery of thermal energy from a fluid | |
| RU132840U1 (en) | GAS TURBINE INSTALLATION | |
| JP2013007324A (en) | Gas turbine, and gas turbine combined cycle power generation equipment | |
| RU2743480C1 (en) | Oxygen-fuel power plant | |
| JP2002242700A (en) | Ultra-turbine | |
| RU2749081C1 (en) | Oxygen-fuel power plant | |
| US20100300099A1 (en) | Air-medium power system | |
| RU2775732C1 (en) | Oxygen-fuel power plant |