SE438709B - Gasturbinanleggning - Google Patents

Description

t781333s-så den föreslagna användningen av en såsom en tvåstegs axial- turbin utförd lågtrycksturbin den speciella fördelen att man kan erhålla tillräckligt utrymme föratt möjliggöra en korrekt utformning av övergången mellan den första och den andra axialturbinen samtidigt som den efter den andra turbinen anordnade diffusorn erbjuder tillräckligt utrymme för att man skall kunna begränsa strömningsför- lusterna till ett minimum vid dessa ställen.

Den medelst kompressionsmellankylaren àstadkomna mellankylningen medför en sänkning av inloppstemperaturen för luft vid det andra kompressorsteget med cirka 15000.

Med anledning härav överföres en ökad värmemängd från avgaserna till den av kompressorn avgivna luften. Via värmeväxlaren erhålles en kompensation för den extra bränsle- mängd som krävs för upphettning av luften från kompressorn till önskad inloppstemperatur vid turbinen. Man kan härvid tala om en regenerativ mellankylning.

Anläggningens uteffekt kan höjas ytterligare genom kombination av det regenerativa kretsloppet med en Rankine- kretslopp eller motsvarande. Ett sådant arrangemang är särskilt användbart för generering av mekanisk energi ur värme vid en låg temperaturnivå, exempelvis för till- varatagande av förlustvärme ur avgaserna från gasturbin- anläggningen och från kompressionsmellankylaren. I ett Rankine-kretslopp sker inom ett slutet system en kompression av ett medium i vätskefas och en expansion av mediet i gasfas.

Ytterligare kännetecken för uppfinningen framgår av patentkraven 2-5.

Uppfinningen beskrives nedan närmare under hänvisning till bifogade ritningar, vilka visar ett antal utförings- former av anläggningen jämte vissa varianter.

Fig. l visar en längdsektion genom anläggningen. .. .~-»..._..-..._--._._....._-_..,, .._.-......_........ . 7813386-5 'J _) Big. 2 visar en perspektivvy av en första variant. vid vilken värme avledes från mellankylaren medelst vatten.

Fig. 3 visar en perspektivvy av en variant, vid vilken värme avledes från mellankylaren medelst luft.

Fig. a-6 illustrerar schematiskt tre alternativa utföringsformer av anläggningen enligt uppfinningen.

Fig. 7 och 8 är diagram, som åskådliggör effekten av användningen av mellankylning i en tvåstegskompressor.

Den i fig. l visade anläggningen uppvisar ett tur- binhus l och ett kompressorhus 2, vilka båda är sammansatta av ett antal mindre delar. Mellan de båda husen l och 2 är ett rörformigt mellanstycke 3 anordnat. Vart och ett av de båda husen l och 2 är separat uppburet. Inuti turbinhuset 1 finns en enstegs axialturbin H, medan kompressorhuset 2 in- nehåller en tvåstegs radialkompressor 5. Efter turbinen H är två axialturbinsteg 6 och 7 anordnade. Hotorn hos denna tvåstegsturbín är anordnad på en axel 8. Enstegsturbinens H rotor 9 är tillsammans med kompressorn 5 anordnad på en flerdelad axel 10. Den vänstra delen av axeln lO uppbäres l lager ll och den högra delen i lager 12.

Tnrbinen H är försedd med en ríngformig brännkam- mare l3, som är utrustad med ett flertal , exempelvis sexton, munstycken ih. Den från kompressorhuset 2 uttagna Förbrän- ningsluften inströmmar i turbinhuset l via ett antal, exem- pelvis fyra, radiella inlopp lš, vilka mynnar i brännkamma- ren 13. Turbinhuset l är vidare försett med ett antal öpp- ningar ló. Mellan turbinens 4 rotor 9 och det efterföljande turbinsteget 6 finns ett övergångsstycke l7. En utloppsdif- fusor 18 är anordnad efter turbinsteget 7, Tvåstegsturbinens 6, 7 rotor är upplagrad nära axelns 8 ändar med hjälp av lager 19 och 20. Det i fig. l till höger belägna lagret 20 är ett kombinerat radial- och axiallager. Även för var och en av de olika delarna av axeln 10 är ett av de tillhörande lagren ll resp. l2 utfört såsom ett kombinerat radíal- och axiallager- . 27313386-5 M Kompressorn 5 är uppbyggd av ett dubbelsidigt låg- tryckssteg 2l, vars rotor är anordnad på den vänstra delen av axeln 10, och ett högtryckssteg 22, vars rotor är anord- nad på samma axeldel. Den flerdelade axeln lO är vid olika ställen uppburen av lager ll och l2. Vid en del av dessa la- ger kan axialkrafter upptas. Axeln 10 är belägen i linje med axeln 8 för tvåstegsturbinen 6, 7.

Såsom framgår av fig. 2, är anläggningen försedd med en kompressionsmellankylare 23, som är placerad i maskin- fundamentet 2%. Denna variant är avsedd för användning vid ställen där kylvatten finns tillgängligt.

Ritningen antyder även schematiskt en fegenerator eller värmeväxlare 25, som är anordnad mellan turbínernas #,6,7utlopp 26 och en ledning 27, som förbinder kompressor- steget 22 med luftinloppen l5. I fig. 2 har även en start- motor 28 och vissa smörjoljekylare visats.

Fig. 3 visar en variant med en luft/lufl-kylare 30.

För tydlighets skull har regeneratorn utelämnats i denna fi- gur. Denna utföringsform är lämpad för installationsplatser, vid vilka tillgång till kylvatten ej finns, exempelvis i ökentrakter.

Den ovan beskrivna anläggningen medger en hög ut- effekt. I första hand bidrar användningen av kompressionsmel- lankylaren 23 resp. 30 i kombination med regeneratorn 25 (se fig. M-6) till detta. I andra hand bidrar även den av gkompressionsmellankylaren möjliggjorda användningen av en enstegs axialturbin Ä med en gemensam steguteffekt till den höga uteffekien från anläggningen. Utan mellankylare skulle en flerstegsturbin erfordras. En enstegsturbln kräver mindre kylluftmängd än en flerstegsturbin, vilket inverkar fördel- aktigt på uteffekten från anläggningen. Vid anläggningen en- ligt uppfinningen är denna kombination dessutom särskilt gynnsam till följd av att förhållandet mellan mängden insugen luft och anläggningens kapacitet är mindre än vid flertalet 7813386-5 \“l tidigare kända turhinanläggningar.

I syfte att öka uteffekten från gasturbinanlägg- ningen kan man kombinera det regenerativa mellankylda krets- loppet med ett extra kretslopp, exempelvis ett Rankine-krets- lopp. Detta krelslopp kan åstadkommas med hjälp av ett slu- tet system, som omfattar en värmeväxlare 32, en expansions- turbin 33, en kondensor 3% och en cirkulationspump 39 och arbetar med ett medium med låg ångbildningsvärme, exempelvis freon (se fig. 6). vid den l rig. 6 visade utgöringsformen finns ett ytterligare kretslopp med vatten såsom medium för att tillvarata i avgaserna innehållen värme via en värme- växlare 38 och värme från kompressionsmellankylaren 23 samt tillföra den tillvaratagna värmeenergin till det i Rankine- kretsloppet utnyttjade mediet via värmeväxlaren 32. Vatten- cirkulationen åstadkommas med hjälp av en cirkulalionspump 39.

En annan fördel med utnyttjandet av detta ytter- ligare kretslopp är att det i Rankine-kräsen utnyttjade me- diet icke kan tillåtas komma i direkt beröring med heta de- lar av gasturbinen utan att detta medför säkerhelsrïsker. I vissa fall kan det vara fördelaktigt att anordna ett ång- kretslopp i utloppet. I fig. 5 visas ett dylikt kretslopp, vilket är bildat av ett slutet system, innehållande en ång- panna 35, en ångturbin 36 och en kondensor 37. I detta fall utnyttjas icke regeneratorn.

Pig. 7 och 8 illustrerar de fördelar som uppnås till följd av den mellan de två stegen 21 och 22 hos kompres- Sorn S anordnade mellankylaren 23 resp. 30. han slreckade arean i fig. 7 representerar den värmemängd som alltjämt finns i avgaserna och kan tillgodogöras för höjning av tem- peraluren hos den komprimerade luften före förbränningen.

Av fig. 8 framgår att en större dylik värmemängd kommer att bli tillgänglig till följd av mellankylningen. Vid anlägg- ningen enligt fig. 6 kan den värmemängd som avledes I mellan- kylaren 23 resp. 30 tillvaratagas i vattenkretsloppet mellan vi-?s1zsss-5 tvärmeväxlarna 32 och 38.

. Sammanfattningsvis kan konstateras att anläggningen enligt uppfinningen erbjuder flera betydelsefulla fördelar. tTill följd av möjligheten att utnyttja en hög gastemperatur .på turbinens 4 inloppssida kan uteffekten höjas (se fíg. 8).

:Vidare medför mellankylningen i kompressorn 5 att erforderlig driveffekt för kompressorn kan åstadkommas med hjälp av den såsom enstegsturbin utförda axialturbinen H, vilket innebär att axialturbinen 6, 7 står helt till förfogande för att alstra effekt som skall avges av axeln 8. En ytterligare fördel är att lagren 19, 20 för turbinaxeln 8 är belägna vid den förhållandevis kalla delan av anläggningen.

Nedan anges ett exempel på storleken hos de mest betydelsefulla parametrarna vid en anläggning enligt upp- finningen: - luftmängd................................25 N/sek. - inloppstemperatur hos kompressorsteget 21..l5°C - utloppstemperatur hos kompressorsteget 2L..l60°C - inloppstemperatur hos kompressorsteget 22..3O0C - utloppstemperatur hos kompressorsteget 22..180°C - kompressionsförhâllande vid steg 2l........3 : 1 - kompressionsförhållande vid steg 22 . . . . . ...3 : l - procentuellt tillvaratagen effekt vid regeneratorn 25................,..-..._....85% - inloppstemperatur hos turbinen H...........lll5°C - kompressorns 5 effekt......................63OO kw - turbinens 6, 7 effekt......................735O kw - varvtal hos turbínen 6,7...................f 9200 varv/min. - total verkningsgrad hos anläggningen en- 2 ligt rig. n............... . . . . . . . ..........hh,5% - total verkningsgrad hos anläggningen en- ligt fig. 5................................HM,5% - total verkningsgrad hos anläggningen en- ligt rig. 6........_.......................51% 7813386--5 7 De viktigaste användningsområdena för anlägg- ningen enlig* uppfinningen torde vara: 1) drivnïnq av gasfransportkompressorer, 2) drivning av pumpar och kompressorer vid anlägg- ningar för produktion av olja och gas, 3) generering av elektrisk energi, H) Framdrivning av farïyg.

Claims (5)

7813386-*5 Patentkrav

1. Gasturbinanläggning, särskilt för 6000 - 10000 kilowatt- området, innefattande ett flerdelat hus (1, 2, 3), inuti vilket en högtrycksturbin (4) och en efter denna följande lågtrycks- turbin (6, 7) samt en tvàstegs kompressor (5) är sammanbyggda på tvâ i linje med varandra liggande axlar (10, 8), varvid den ena turbinen (4) medelst den ena axeln (10) driver nämnda kompressor (5), vilken är försedd med en kompressionsmellan- kylare (23, 30), och en värmeväxlare (25, 35) är inkopplad i utloppet från den turbin (6, 7), som överför anläggningens uteffekt till den andra axeln (8), k ä n n e t e c k n a d av att kompressorns (5) båda steg (2l, 22) är av radialtyp och drivs av den såsom en enstegs axialturbin utförda hög- trycksturbinen (4) medelst en första axel (10), varvid komp- ressorns lågtryckssteg (21) är utfört dubbelsidigt, och att värmeväxlaren (25,35) är inkopplad i utloppet från den såsom en tvåstegs axialturbin utförda lågtrycksturbinen (6, 7), vilken är anordnad på den i nämnda första axels (10) för- längning belägna, utgående axeln (8).

2. Gasturbinanläggning enligt krav l, k ä n n e t e c k - n a d av att nämnda värmeväxlare är utförd såsom en ång- panna (35) för att därigenom medge anordnande av ett ång- kretslopp i lågtrycksturbinens (6, 7) utlopp (fig. 5).

3. Gasturbinanläggning enligt krav 2, k ä n n e t e c k _ n a d av att nämnda ångkretslopp är utfört såsom ett slutet system, omfattande ångpanna (35), ångturbin (36), kondensor (37) och cirkulationspump (39), (fig. 5).

4. Gasturbinanläggning enligt krav l, k ä n n e t e c k - n a d av en i lågtrycksturbinens (6, 7) utlopp anordnad värmeväxlare (38), som är kombinerad med ett Rankine-krets- lopp, omfattande ett slutet system, Som innehåller värme- q 7813:86-5 växlare (32), expansionsturbin (33), kondensor (34) och cirku- lationspump (39) samt arbetar med ett medium med låg förång- ningstemperatur, exempelvis freon (fig. 6).

5. Gasturbinanläggning enligt krav 4, k ä n n e t e c k _ n a d av att ett mellankretslopp med exempelvis vatten som arbetsmedium är anordnat i form av ett slutet system, inne- hållande värmeväxlarna (32 och 38) och en cirkulationspump (39).