УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА НА ВХОДЕ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ (ВАРИАНТЫ)

Устройство регулирования температуры воздуха на входе газотурбинной установки (варианты)
Техническое решение относится к теплоэнергетике и может быть применено в газотурбинных установках с подогревом воздуха перед компрессором.
Известно (Л.В.Арсеньев, и др. Стационарные газотурбинные установки. Справочник.-Л.: Машиностроение. Ленингр.отд-е, 1989.-543с., стр.238-241), что температура воздуха на входе в компрессор газотурбинной установки оказывает значительное влияние на его работу. В отсутствие каких-либо специальных средств регулирования, расход воздуха в компрессор при постоянной частоте вращения ротора обратно пропорционален квадратному корню абсолютной температуры наружного воздуха. При температурах значительно ниже расчетной (допустимой) повышение расхода воздуха с неизменной начальной температурой газа перед газовой турбиной делает вероятным возникновение помпажа в последних ступенях компрессора. Кроме того, мощность газотурбинной установки в этом случае значительно превосходит номинальный уровень, что, зачастую, также не требуется. Переход же на частичные нагрузки газотурбинной установки при фиксированной температуре воздуха перед компрессором происходит практически с неизменным расходом, что связано с понижением температуры перед и за газовой турбиной
Известен ряд технических решений указанной проблемы, основанных на предварительном подогреве воздуха перед компрессором газотурбинной установки.
Известна парогазовая установка по авт. свид. СССР № 1195020, опубл. 30.11.85, содержащая последовательно соединенные компрессор, камеру сгорания, газовую турбину и котел-утилизатор с пароперегревательной, испарительной и экономайзерной поверхностями, а также трубопровод подачи газов котла на вход компрессора, подключенный
F02C7/04, F02C7/057
66.
к газовому тракту котла - утилизатора между его испарительной и экономайзерной поверхностями. Снижение расхода воздуха в компрессор достигается его подогревом путем подмешивания более горячих дымовых газов, отбираемых из котла - утилизатора за испарительным участком
Недостаткам данного технического решения является то, что подогрев воздуха за счет непосредственного смешения его с горячими дымовыми газами (продуктами сгорания газотурбинной установки), приводит к влажной коррозии первых ступеней компрессора.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является устройство оптимизации температуры по патенту США № 4951460, опубл. 28.08.90.
Это устройство содержит теплообменник, установленный в воздухозаборном устройстве на входе компрессора газотурбинной установки. Теплообменник, в зависимости от температуры наружного воздуха, средствами подачи нагревающей или охлаждающей среды подключается к источнику нагрева или к источнику охлаждения.
Недостатком данного устройства является наличие постоянного дополнительного аэродинамического сопротивления от теплообменника на входе компрессора газотурбинной установки, в том числе на номинальных режимах, когда подогрев воздуха перед компрессором не требуется, что снижает эффективность работы газотурбинной установки на номинальных режимах, особенно в летний период.
Заявляемой полезной моделью решается задача снижения аэродинамического сопротивления создаваемого теплообменником в процессе регулирования температуры воздуха на входе газотурбинной установки.
Для достижения указанного технического результата устройство для регулирования температуры воздуха на входе газотурбинной установки содержит теплообменник, установленный в воздухозаборном устройстве, источник энергии и средства подачи энергии к теплообменнику. При этом в воздухозаборном устройстве организован дополнительный канал и установлен регулирующий клапан, обеспечивающий возможность пропуска части или всего наружного воздуха мимо теплообменника.
в другом варианте выполнения, устройство для регулирования температуры воздуха на входе газотурбинной установки, содержит теплообменник, установленный с перекрытием проходного сечения воздухозаборного устройства, источник энергии и средства подачи энергии к теплообменнику. При этом, теплообменник установлен с возможностью поворота вокруг своей поперечной оси, для пропуска части или всего наружного воздуха мимо теплообменника.
В качестве источника энергии может быть использовано устройство, утилизирующее тепло уходящих газов газотурбинной установки, или источник электрической энергии.
Описанные конструкции устройств позволяют снизить аэродинамическое сопротивление, создаваемое теплообменником на входе компрессора газотурбинной установки, обеспечивая, в зависимости от температуры наружного воздуха, проход части или всего наружного воздуха мимо теплообменника.
Сущность технических решений иллюстрируется чертежами на которых изображены:
на фиг. 1 - функциональная схема устройства регулирования температуры воздуха на входе газотурбинной установки по первому варианту;
на фиг. 2 - функциональная схема устройства регулирования температуры воздуха на входе газотурбинной установки по второму варианту.
Один из вариантов реализации устройства регулирования температуры воздуха на входе газотурбинной установки (фиг. 1) содержит воздухозаборное устройство 1 на входе газотурбинной установки 2, содержащей компрессор 3, камеру сгорания 4 и газовую турбину 5. В воздухозаборном устройстве 1 расположен теплообменник 6. В качестве источника энергии и средств подачи энергии к теплообменнику 6 используются утилизационный теплообменник 7, работающий на уходящих газах газотурбинной установки 2 и трубопровод 8 подачи теплоносителя. В воздухозаборном устройстве 1 организован дополнительный канал 9 и установлен регулирующий клапан 10, с возможностью регулируемого
перекрытия дополнительного канала 9. Причем в данном примере регулирующий клапан 10 установлен таким образом, что при полном открытии дополнительного канала 9, полностью перекрывается проход наружного воздуха через теплообменник 6. Устройство оснащено также насосом 11 и клапаном 12 регулирования подачи теплоносителя.
Теплообменник 6 может быть теплообменником любого типа, пригодным для нагревания воздушного потока. Предпочтительной конструкцией является змеевиковый теплообменник из оребренных труб. Воздух протекает в межтрубном пространстве, а теплоноситель - внутри труб.
По второму варианту устройства регулирования температуры на входе газотурбинной установки (фиг. 2) теплообменник 6 установлен в воздухозаборном устройстве 1 таким образом, что при его повороте вокруг поперечной оси открывается проход для части или всего наружного воздуха мимо теплообменника 6 к газотурбинной установке 2. Утилизационный теплообменник 7 и трубопровод 8 подачи теплоносителя к теплообменнику 6 выполняют функцию источника энергии и средства подачи энергии.
Устройство (фиг. 1) работает следующим образом.
В холодный период, когда температура наружного воздуха ниже минимальной допустимой температуры воздуха, обеспечивающей необходимую степень защиты компрессора 3 от помпажа, и воздух на входе газотурбинной установки 2 требует максимального подогрева, регулирующий клапан 10 закрывают. Насос 11 прокачивает теплоноситель, поступающий из тепловой сети, через утилизационный теплообменник 7, где он нагревается уходящими газами газотурбинной установки 2 и направляется в тепловую сеть. Часть подогретого теплоносителя поступает по трубопроводу 8 в теплообменник 6. При этом расход теплоносителя, проходящего через теплообменник 6, может регулироваться кпапаном 12. Весь наружный воздух, проходя через теплообменник 6, нагревается перед поступлением в компрессор 3 газотурбинной установки 2. Охлажденный теплоноситель выходит из теплообменника 6 и по трубопроводу 8 возвращается для дальнейшего подогрева и рециркуляции в утилизационном теплообменнике 7.
При повышении температуры наружного воздуха регулирующий клапан 10 частично открывается, пропуская через теплообменник 6 часть наружного воздуха, изменяя, таким образом, степень нагрева воздуха, подаваемого в газотурбинную установку 2. Аэродинамическое сопротивление, создаваемое теплообменником 6, соответственно уменьшается.
При температурах наружного воздуха не требующих подогрева, регулирующий клапан 10 полностью открыт и весь воздух поступает в газотурбинную установку 2 по дополнительному каналу 9. Теплообменник 6 полностью закрыт для прохода воздуха и, следовательно, его аэродинамическое сопротивление практически отсутствует.
Приведенные примеры не исчерпывают всех возможных вариантов реализации заявляемого предложения и служат для его иллюстрации.