ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА, РАБОТАЮЩАЯ НА ТОПЛИВНОМ ГАЗЕ

Полезная модель относится к энергомашиностроению и может применяться в газотурбинных установках (ГТУ), работающих на магистральном газообразном топливе с давлением 0.9-1.1 МПа.
Известна газотурбинная установка, работающая на топливном газе, содержащая последовательно установленные воздушный компрессор, камеру сгорания и турбину, а так же топливный компрессор, выполненный в виде дожимной компрессорной станции (ДКС) топливного газа, повышающей давление газообразного топлива до давления большего, чем создается воздушным компрессором ГТУ (Цанев С.В., Буров В.Д., Ремезов А.Н. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций. М.: Издательский дом МЭИ, 2006, рис 5.16, стр.134.). Применение ДКС обусловлено тем, что давление в городских магистралях газопроводов составляет 0,9-1,1 МПа. А современные высокоэффективные ГТУ имеют степень повышения давления воздуха большую, чем давление газа магистральной сети электростанций РФ. Недостатком ГТУ, работающей на топливном газе с использованием ДКС, является низкая надежность работы системы подачи топливного газа в камеру сгорания ГТУ, связанная с необходимостью подвода инертного газа высокого давления на уплотнения вала дожимного центробежного компрессора от прорыва топливного газа в атмосферу, что в свою очередь дополнительно потребует применение своих азотогенерирующей и компримирующей установок. В целом, использование ДКС приводит к увеличению стоимости капитальных затрат и затрат на обслуживание ГТУ, значительное снижение надежности и вероятности безотказной работы вследствие выхода из строя отдельно стоящего компрессора, его подсистем или вспомогательного оборудования
Наиболее близким техническим решением к заявленной полезной модели является газотурбинная установка, работающая на топливном газе, содержащая топливный компрессор, выполненный в виде эжектора, снабженного активным соплом, приемной камерой, камерой смешения и выходным диффузором и последовательно сообщенные между собой воздушный компрессор, камеру сгорания и турбину, при этом топливный патрубок сообщен с входным патрубком вторичного воздуха камеры сгорания (Патент RU №2095600, Кл. F02С 3/30, 20.09.1995). Выходной патрубок турбины сообщен с парогенератором высокого давления, острый пар которого подпитывает активное сопло эжектора, а выходной диффузор эжектора сообщен с конденсатором Недостатком данной ГТУ является низкая надежность работы системы подачи низконапорного топливного газа в камеру сгорания ГТУ, связанная с применением конденсатора, в котором происходит разделение топливного газа и конденсата при давлении, превосходящем давление рабочего тела в камере сгорания. При таких высоких давлениях работы конденсатора по сравнению с известными вакуумными конденсаторами, работающими в составе паротурбинной установки, появляется высокая вероятность разгерметизации развальцовки трубных досок и выброс топливного газа в атмосферу машинного зала ГТУ.
Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение надежности газотурбинной установки, работающей на топливном газе.
Технический результат достигается тем, что газотурбинная установка, работающая на топливном газе, содержащая топливный компрессор, выполненный в виде эжектора, снабженного активным соплом, приемной камерой, камерой смешения и выходным диффузором, и последовательно сообщенные между собой воздушный компрессор, камеру сгорания и турбину, топливный патрубок, сообщенный с входом приемной камеры и выход воздушного компрессора, сообщенный с входным патрубком вторичного воздуха камеры сгорания, содержит дополнительный компрессор, выход которого подключен к входному патрубку активного сопла, выход воздушного компрессора снабжен поворотными направляющими лопатками, установленными в отводном патрубке, и сообщен с входом дополнительного компрессора, а выходной диффузор эжектора сообщен с входным патрубком первичного воздуха камеры сгорания.
При этом дополнительный компрессор выполнен на одном валу с воздушном компрессором или снабжен автономным приводом.
Повышение надежности газотурбинной установки связано, во-первых, с конструктивной и компоновочной простотой струйного аппарата, расположенного непосредственно на входе в камеру сгорания, во-вторых, с тем, что только небольшая часть воздуха направлена на дожатие в дополнительный компрессор, а основная часть воздуха с более низким потенциалом сжатия поступает в камеру сгорания, минуя эжектор, и, в-третьих, установка поворотных направляющих лопаток на входе в дополнительный компрессор обеспечивает безударный вход воздуха на рабочие лопатки проточной части дополнительного компрессора на частичных режимах работы газотурбинной установки, что так же повышает надежность работы газотурбинной установки.
На фигуре представлен продольный разрез газотурбинной установки.
Газотурбинная установка, содержит последовательно сообщенные между собой воздушный компрессор 1, камеру сгорания 2 и турбину 3. Кроме того установка содержит топливный компрессор, выполненный в виде эжектора 4, снабженного активным соплом 5, приемной камерой 6, камерой смешения 7 и выходным диффузором 8. Топливный патрубок 9 сообщен с входом приемной камеры 6. Выход 10 воздушного компрессора 1 сообщен с входным патрубком 11 вторичного воздуха камеры сгорания 2. Установка содержит дополнительный компрессор, выполненный, в частности, в виде центробежного компрессора 12. Выход воздушного компрессора 1 снабжен поворотными направляющими лопатками 13, установленными в отводном патрубке, сообщенным с входом центробежного компрессора 12. Выход центробежного компрессора 12 подключен к входному патрубку 14 активного сопла 5. Выходной диффузор 8 эжектора 4 сообщен с входным патрубком 15 первичного воздуха камеры сгорания 2, которая снабжена завихрителем 16.
Дополнительный компрессор 12 может быть установлен на одном валу с воздушным компрессором 1 или снабжен автономным приводом.
Газотурбинная установка работает следующим образом.
Часть сжатого воздуха, необходимого для полного сжигания топлива (α=1) из отводного патрубка воздушного компрессора 1 с давлением 1,7 МПа поступает в центробежный компрессор 12, где происходит его сжатие до давления 2,75 МПа. Далее воздух поступает в активное сопло 5, на выходе которого за счет разгона воздушного потока создается разряжение в приемной камере 6, куда через патрубок 9 поступает газообразное топливо с давлением 1,1 МПа. Далее в камере смешения 7 за счет смешивания потоков газообразного топлива и сжатого воздуха происходит выравнивание давления смеси до давления первичного воздуха камеры сгорания 2. Пройдя завихритель 16, в потоке смеси образуются вторичные обратные токи, которые и создают устойчивый фронт пламени. Пламя не может распространиться вверх по потоку, т.к. скорость смеси в выходном диффузоре 8 превосходит скорость распространения фронта пламени. В частности, дополнительный компрессор 12 может работать от автономного привода, что значительно упрощает конструкцию основного воздушного компрессора 1 и тем самым повышает надежность работы всей газотурбинной установки.
Из приведенного примера видно, что предлагаемая газотурбинная установка, работающая на топливном газе, обладает высокой надежностью, благодаря: во-первых, конструктивной и компоновочной простотой струйного аппарата, расположенного непосредственно на входе в камеру сгорания, во-вторых, тому, что только небольшая часть воздуха направлена на дожатое в дополнительный компрессор, а основная часть воздуха с более низким потенциалом сжатия поступает в камеру сгорания, минуя эжектор, и, в-третьих, тому, что установка поворотных направляющих лопаток на входе в дополнительный компрессор обеспечивает безударный вход воздуха на рабочие лопатки проточной части дополнительного компрессора, работающего на частичных режимах.