SU114827A1

SU114827A1 - Combined gas turbine plant with free-piston gas generators and a method for controlling it

Info

Publication number: SU114827A1
Application number: SU554787A
Authority: SU
Inventors: Научно-Исследовательский Институт Железнодорожного Транспорта Всесоюзный
Original assignee: Научно-Исследовательский Институт Железнодорожного Транспорта Всесоюзный
Priority date: 1956-07-14
Filing date: 1956-07-14
Publication date: 1957-11-30

Description

Комбинированные газотурбинные установки со свободнопоршневыми генераторами газов и двум турбинами известны.Combined gas turbine plants with free piston gas generators and two turbines are known.

В таких установках осуществл етс разделение потока газов и воздуха , часть которого поступает на продувку и зар дку цилиндра внутреннего сгорани , а часть во вторую ступень сжати или, мину последнюю, через теплообменник, обогреваемый отработавшими газами, в турбину.In such plants, the flow of gases and air is separated, part of which goes to the purge and charging of the cylinder of internal combustion, and part to the second compression stage or, last, through the heat exchanger heated by the exhaust gases to the turbine.

Рабочий процесс в подобных установках характеризуетс таким распределением тепла, при котором область высокого потенциала используетс дл сжати воздуха в полост х компрессорных цилиндров свободнопоршневого генератора газов, а эффективна работа на валу турбины развиваетс при использовании теплового перепада в области сравнительно низких температур.The workflow in such installations is characterized by the distribution of heat in which the high potential area is used to compress air in the cavities of the compressor cylinders of the free piston gas generator, and effective work on the turbine shaft develops with the use of a thermal differential in relatively low temperatures.

Изобретение направлено на обеспечение оптимального регулировани и повышени экономичности таких установок путем эффективного использовани энергии разделенных потоков сжатых газов и воздуха.The invention aims to provide optimal control and increase the efficiency of such plants through the efficient use of energy from the separated streams of compressed gases and air.

Разделение потоков организуетс не в одном свободнопоршневом генераторе газов, имеющем, например, двухступенчатый компрессор, а в нескольких свободнопоршневых генераторах газа, объединенных по группам в блок, в котором продувка и зар дка всех цилиндров внутреннего сгорани осуществл етс от одного или нескольких специально выдел емых из этой группы свободнопоршневых генераторов газа.Flow separation is organized not in a single free-piston gas generator, having, for example, a two-stage compressor, but in several free-piston gas generators, grouped together in a block, in which the blowing and charging of all the internal combustion cylinders is carried out from one or more specially separated from this group of free piston gas generators.

В этом случае достигаетс раздельна работа и регулирование параметров двух потоков, давление и температура которых могут быть при этом различны.In this case, separate operation and regulation of the parameters of the two streams is achieved, the pressure and temperature of which may be different.

На фиг. 1 и 2 показаны схемы выполнени газотурбинных установок.FIG. 1 and 2 show flow diagrams of gas turbines.

Установка (фиг. 1) состоит из нескольких свободнопоршневыхInstallation (Fig. 1) consists of several free piston

№ 114827No. 114827

генераторов газа У, камеры сгорани 2, газовых турбин 3 н 4 и регенераторов 5 и 6.gas generators U, combustion chamber 2, gas turbines 3 n 4 and regenerators 5 and 6.

Установка действует следующим образом.The installation operates as follows.

Воздух из атмосферы или из предвключенного нагнетател поступает в компрессорные пилости всех свободнопоршневых генераторов газа. Сжатый воздух от одного из них направл етс только дл продувки и наддува цилиндров внутреннего сгорани всех генераторов, объединенных в блок. Перед продувкой цилиндров этот воздух может быть подогрет в регенераторе 6. Газы из всех цилиндров внутреннего сгорани блока свободнопоршневых генераторов газа собираютс в общем коллекторе и подвод тс к газовой турбине 3. Отработавщие газы из турбины 3 последовательно проход т через регенераторы 5 и и выбрасываютс в атмосферу. Сжатый воздух из компрессорных полостей двух других свободнопоршневых генераторов газа направл етс по трубопроводам в регенератор 5 и поступает в камеру сгорани 2, где к нему может быть подведено тепло путем сжигани топлива. Из камеры сгорани 2 газы подвод тс к турбине 4, срабатывают в ней и отвод тс в атмосферу, или могут быть испааьзованы дл теплофикационных целей.Air from the atmosphere or from the upstream blower enters the compressor pilosti all free piston gas generators. Compressed air from one of them is directed only to purge and pressurize the cylinders of the internal combustion of all generators combined in a block. Before purging the cylinders, this air can be heated in the regenerator 6. The gases from all the cylinders of the internal combustion of the free piston gas generator unit are collected in a common manifold and supplied to the gas turbine 3. The exhaust gases from the turbine 3 pass through the regenerators 5 and are discharged into the atmosphere . Compressed air from the compressor cavities of the two other free piston gas generators is directed through pipelines to the regenerator 5 and enters the combustion chamber 2, where heat can be supplied to it by burning fuel. From the combustion chamber 2, the gases are supplied to the turbine 4, are activated in it and are vented to the atmosphere, or can be used for heating purposes.

Таким образом, работа установки осуществл етс с использованием двух самосто тельных потоков газа.Thus, the operation of the installation is carried out using two independent gas flows.

Газовый поток низкого давлени организуетс из выпускных газов всех цилиндров внутреннего сгорани блока свободнопоршневых генераторов с последующим использованием энергии этого потока в турбине.The low pressure gas stream is organized from the exhaust gases of all the cylinders of the internal combustion of the free-piston generator unit with the subsequent use of the energy of this stream in the turbine.

Воздушный поток высокого давлени организуетс несколькими свободнопорщневыми генераторами и непосредственно из компрессорных полостей последних направл етс через регенератор в камеру 2 сгорани второй турбины, в которой отдает основную часть своей энергии.The high-pressure air flow is organized by several free-fist generators and is directly transferred from the compressor cavities of the latter through the regenerator to the second combustion chamber of the second turbine, in which it gives most of its energy.

Камера сгорани второй турбины, помимо форсировки, предназначаетс также дл осуществлени внешнего регулировани установки при работе на переменных режимах. При снижении нагрузки постепенно выключают подачу топлива в камеру сгорани , а при дальнейшем уменьшении потребл емой мощности выключают один из свободнопоршневых генераторов газа и вновь включают камеру сгорани .The combustion chamber of the second turbine, in addition to forcing, is also intended to carry out external control of the installation when operating in variable modes. When the load decreases, the supply of fuel to the combustion chamber is gradually turned off, and with a further decrease in power consumption, one of the free piston gas generators is turned off and the combustion chamber is switched on again.

При таком способе регулировани рабочие параметры свободнопоршневых генераторов газа сохран ютс оптимальными во всем диапазоне нагрузок, что повышает экономичность установки.With this method of control, the operating parameters of the free piston gas generators are kept optimal over the entire load range, which increases the efficiency of the installation.

Повышение экономичности установки, работающей по описанной схеме, обусловлено также тем, что разделение потоков позвол ет при снижении давлени наддува значительно повысить степень сжати в цилиндрах внутреннего сгорани , не выход за пределы максимально допустимых давлений цикла. Одновременно создаютс услови дл регенеративного подогрева воздуха и обеспеч1иваетс снижение гидродинамических потерь при продувке цилиндров внутреннего сгорани свободнопоршневых генераторов газа.Improving the efficiency of the plant operating according to the described scheme is also due to the fact that the separation of flows allows, with a decrease in the charge pressure, to significantly increase the degree of compression in the cylinders of the internal combustion, without going beyond the maximum permissible cycle pressures. At the same time, conditions are created for the regenerative heating of air and the reduction of hydrodynamic losses is ensured when purging the cylinders of the internal combustion of free piston gas generators.

Организаци такого рабочего процесса в установке, состо щей из блока свободнопорщневых генераторов газа, позвол ет достигнуть оптимальных термодинамических параметров обоих разделенных потоков.The organization of such a workflow in an installation consisting of a block of free-gas generator of gas allows the optimal thermodynamic parameters of both separated flows to be achieved.

На фиг. 2 показана видоизмененна схема установки, котора действует следующим образом: сжатый воздух из всех компрессорных полостей блока свободнопорщневых генераторов / газа направл етс к регенератору 7, имеющему разобщенные полости А и Б, и раздел етс На два потока. Один из этих потоков, пройд полость А регенератора, распредел етс дл продувки и зар дки всех цилиндров внутреннего сгорани блока свободнопорщневых генераторов газа, из которых выпускные газы направл ютс в турбину 3. Эта турбина может быть снабжена камерой 8 сгорани .FIG. Figure 2 shows a modified installation scheme that operates as follows: compressed air from all compressor cavities of the free-generator-gas generator / gas block is sent to the regenerator 7, which has separate cavities A and B, and is divided into two streams. One of these streams, the passage A of the regenerator, is distributed to purge and charge all the cylinders of the internal combustion of the free gas generators block from which the exhaust gases are directed to turbine 3. This turbine can be equipped with a combustion chamber 8.

Отработавшие газы из турбины 5 проход т через регенератор 7 и выбрасываютс в атмосферу. Другой воздушный поток проходит через полость Б регенератора 7 и поступает в камеру сгорани 2 турбины 4. Отработавшие газы трубины 4 выпускаютс в атмосферу или используютс дл теплофикационных целейКамеры 2 и S сгорани могут отключатьс или не устанавливатьс .The exhaust gases from turbine 5 pass through the regenerator 7 and are emitted into the atmosphere. Another air flow passes through cavity B of the regenerator 7 and enters the combustion chamber 2 of the turbine 4. The exhaust gases of the tube 4 are vented to the atmosphere or used for heat generation purposes. Chamber 2 and S of the combustion can be turned off or not installed.

При работе свободнопрршневых генераторов газа на газовом топливе возможно использовать камеру 8 сгорани дл дожигани газа, тер емого с продувкой.When operating free-gas gas-fueled gas generators, it is possible to use the combustion chamber 8 for the afterburning of gas lost through purging.

Предмет изобретени Subject invention

Claims

1. Combined gas turbine plant with free piston gas generators, with two turbines and separate supply of exhaust gases and air heated in an intermediate regenerator to them, in order to ensure optimal control and increase plant efficiency, free piston gas generators are made unit with gas and air manifolds common to all internal combustion cylinders, of which the first diverts all exhaust gases to one turbine and the second directs air about t compressor cavities of one or several free piston gas generators through a regenerator for purging and charging all internal combustion cylinders, and with a receiver uniting the air but a second stream directed to another turbine from the compressor cylinders of the remaining free piston gas generators having independent adjustment.

2. In the installation of p. I, use of combustion chambers for additional heat supply to the working agent in front of the turbines.

3. Method of adjusting the installation of PP. 1 and 2, characterized in that, in order to preserve the efficiency of the installation throughout the entire load range, while reducing the latter, the fuel supply to the combustion chambers in front of the turbines is gradually turned off and one of the free gas generators is switched off and the load of the specified combustion chamber is restored.

-3- № 114827