ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

г  МЮИ: F02C6/00
Энергетическая установка
Предполагаемая полезная модель относится к энергетическим установкам. Может быть использована при создании наземных установок по получению электроэнергии и тепла с высокой эффективностью и при высоких экологических показателях, особенно при их работе вблизи локальных нефтегазовых месторождений.
Известна комплексная газотурбинная установка, совмещающая по валу турбодетандер с газотурбинным двигателем, теплом выхлопных газов которого нагревают природный газ на входе в тзфбодегандер, полезно использующий для получения мощности избыточное давление природного газа. Мощность турбодетандера вместе с мощностью газотурбинного двигателя повышают выработку электроэнергии на электрогенераторе. Это техническое решение принято за аналог и представлено в патенте РФ № 2103615 с приоритетом от 16 января 1992 года. Недостатком технического решения по аналогу является низкая надёжность работы и привязанность установки к ГРС, что приводит к узким пределам применимости.
Известна газотурбинная установка содержащая газотурбинный двигатель совмещённый с турбодетандером, воздушный компрессор и температуропонижающий теплообменник. Выход автономного воздушного компрессора через температуропонижающий теплообменник соединён со входом турбодетандера, выход которого, в свою очередь, соединён со входом воздущного компрессора газотурбинного двигателя. В результате снижается температура воздуха поступающего в компрессор газотурбинного двигателя, что позволяет увеличить его мощность и ресурс. Это техническое решение принято за прототип и представленов патенте РФ № 2145386 кл. F02C7/143 от 23.12.1997г. Однако, недостатком технического решения по прототипу является отсутствие многофункциональности и необходимость постоянной работы автономного воздушного компрессора.
Предлагаемое техническое решение отличается от известного тем, что установка снабжена резервуаром воздуха повышенного давления, соединённым через один отсечной клапан с турбодетандером, а через другой клапан - с промежуточной ступенью компрессора газотурбинного двигателя, при этом автономный воздушный компрессор соединён трубопроводом через отсечной клапан с резервуаром воздуха повышенного давления.
Предложенное устройство с отмеченными отличиями обеспечивает повышение надёжности работы установки, расширяет её потребительские свойства, в частности, позволяет осуществлять запуск газотурбинно б двигателя с использованием воздуха из резервуара без включения в работу автономного воздушного компрессора и использования штатных систем запуска.
Конструктивная схема установки, реализующая предложенную полезную модель, представлена на фигуре. Она включает газотурбинный двигатель 1 со входной частью 2 воздушного компрессора и с электрогенератором 3, турбодетандер 4, автономный воздушный компрессор 5, температуропонижающий теплообменник 6, систему 7 подачи природного газа в газотурбинный двигатель 1, систему 8 потребления тепла, резервуар 9 воздуха повышенного давления, отсечные клапаны 10, 11, 12и13.
Работа энергетической установки, схематично представленной на фигуре, осуществляется следующим образом. Из резервуара 9 через отсечной клапан 10 на вход турбодетандера 4 подаётся сжатый возцук. Начинается холодная прокрутка ротора газотурбинного двигателя 1. После завершения холодной прокрутки через систему 7 в газотурбинный двигатель 1 подаётся природный газ и осуществляется его запуск. В ходе работы энергетической установки за промежуточной ступенью компрессора двигателя 1 осуществляется отбор сжатого воздз а, который через отсечной клапан 11 направляют в резервуар сжатого воздуха 9 до достижения в нём требуемого уровня давления. Автономный воздушный компрессор 5 соединён с резервуаром 9 через отсечной клапан 13 и может дополнительно аккумулировать в нём воздух повышенного давления. Воздух, поступивший в резервуар 9, по истечению некоторого времени охлаждается до температуры, близкой к температуре окружающей среды.
В случае необходимости повышения мощностной отдачи и эффективности газотурбинного двигателя 1 (что может потребоваться при температуре окружающей среды ъыше нормальной температуры - 288 К) включается в работу автономный воздушный компрессор 5 при закрытом клапане 10 и открытом 12. Воздух повышенного давления и температуры после компрессора 5, пройдя температуропонижающий теплообменник 6, передающий тепло системе 8, поступает в турбодетандер 4 и после него с температзфой ниже температуры окружающей среды поступает на вход 2 воздущного компрессора газотурбинного двигателя 1, где он смещивается со всасываемым воздухом окружающей среды. С той же целью в турбодетандер 4 может подаваться сжатый воздух из резервуара 9 при открытом клапане 10 и отключённом компрессоре 5 (клапан 12 закрьгг). Возможна и одновременная подача воздуха в Турбодетандер 4 из компрессора 5 и резервуара 9
(клапаны 10 и 12 открьпы). В турбодегандере в результате снижения давления и температуры воздуха вырабатывается полезная мощность, которая суммируется с мощностью газотурбинного двигателя 1 и передаётся на электрогенератор 3. В результате смешения поступающего на вход 2 воздушного компрессора газотурбинного двигателя 1 атмосферного воздуха и воздушного потока после турбодетандера 4 происходит снижение средней температуры воздуха, поступающего в воздушный компрессор газотурбинного двигателя 1, против температуры окружающей среды. Турбодетандер 4 может иметь регулируемый сопловой аппарат, с помощью которого может регулироваться давление и температура воздуха после турбодетандера.
Повышение эффективности и надёжности работы энергетической установки, представленной на фигуре, происходит за счёт использования в её составе резервуара 9 воздуха повышенного давления. Воздух из этого резервуара используется для повышения мощности энергетической установки, а так же для её запуска с применением турбодетандера 4. Так, например, возможно проведение запуска газотурбинной установки ПАЭС2500 (мощностью 2500 кВт) при следующих параметрах:
-объём резервуара 9 -
-давление воздуха в резервуаре 9 -  кг/см ;
-температура в резервуаре 9 -  .... 300 К;
Пополнение резервуара 9 воздухом повышенного давления осуществляется воздухом, отбираемым за промежуточной ступенью компрессора газотурбинной установки либо от автономного воздушного компрессора 5 с параметрами:
-давление воздуха за компрессором -  кг/см ;
-температура воздуха за компрессором -  К
-Расход воздуха через компрессор - ,35 кг/с. Пепосредственно в ходе запуска пополнения резервуара 9 не требуется. Использование предлагаемой полезной модели позволяет з еличить надёжность и
качество запуска газотурбинного двигателя (установки), отказаться от применения вспомогательного газотурбинного двигателя и электрического стартёра (необходимых для штатного запуска), а так же повысить мощностную отдачу энергетической установки как с использованием так и без использования автономного воздушного компрессора.
Предлагаемую полезную модель предполагается использовать в НИЦ ЦИАМ на базе электростанции ПАЭС-2500.