RU190148U1 - INSTALLATION OF AUTONOMOUS HEAT AND ELECTRICAL POWER SUPPLY - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области энергетики, а именно к установкам автономного теплового и электрического энергоснабжения, имеющим транспортабельный корпус, содержащий силовой модуль с газотурбинным двигателем (ГТД), связанным с генератором электрического тока через понижающий редуктор, модуль отвода отработавших газов, модуль электроснабжения потребителей, и может быть использована для организации системы локального энергоснабжения производственных предприятий или непроизводственных объектов, удаленных от центрального энергоснабжения. Согласно полезной модели силовой модуль с газотурбинным двигателем имеет блок питания топливом газотурбинного двигателя, соединенный с двухконтурными топливными форсунками и включающий в себя автоматизированные дозаторы газового и жидкого топлива, управляемые модулем автоматизированного управления установкой. Достигаемый технический результат - возможность запуска и работы установки на газообразном топливе, в том числе существенно отличном по своему составу и характеристикам от природного газа, например - попутный нефтяной газ, сжиженный газ, биогаз - с возможностью перевода питания газотурбинного двигателя на жидкое топливо и обратный переход без остановки газотурбинного двигателя. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.The utility model relates to the field of energy, in particular, to installations of autonomous thermal and electric power supply, having a transportable case, containing a power module with a gas turbine engine (GTE) connected to an electric current generator through a reduction gearbox, exhaust module, consumer power supply module, and can be used to organize the system of local power supply of industrial enterprises or non-production facilities remote from central energy supply. According to the utility model, the power module with a gas turbine engine has a gas turbine engine fuel supply unit connected to dual-circuit fuel injectors and including automated gas and liquid fuel metering devices controlled by the installation automated control module. Achievable technical result - the ability to start and operate the plant on gaseous fuel, including significantly different in its composition and characteristics from natural gas, for example - associated petroleum gas, liquefied gas, biogas - with the ability to transfer power of a gas turbine engine to liquid fuel and reverse transition without stopping the gas turbine engine. 3 hp f-ly, 3 ill.

Description

Область техники, к которой относится полезная модель.The technical field to which the utility model belongs.

Полезная модель относится к области энергетики, а именно к установкам автономного теплового и электрического энергоснабжения, имеющим транспортабельный корпус, содержащий силовой модуль с газотурбинным двигателем (ГТД), связанным с генератором электрического тока через понижающий редуктор, модуль отвода отработавших газов, модуль электроснабжения потребителей, и может быть использована для организации системы локального энергоснабжения производственных предприятий или непроизводственных объектов, удаленных от центрального энергоснабжения. The utility model relates to the field of energy, in particular, to installations of autonomous thermal and electric power supply, having a transportable case, containing a power module with a gas turbine engine (GTE) connected to an electric current generator through a reduction gearbox, exhaust module, consumer power supply module, and can be used to organize the system of local power supply of industrial enterprises or non-production facilities remote from the central energy equipment.

В описании использованы сокращенияAbbreviations used in the description

ГТД - газотурбинный двигательGTD - gas turbine engine

РСА - регулируемый сопловый аппаратPCA - Adjustable Nozzle Apparatus

ПЛК - программируемый логический контроллер.PLC - programmable logic controller.

Уровень техники.The level of technology.

Известны передвижные установки автономного теплового и электрического энергоснабжения, выполненные с возможностью транспортировки по железнодорожным или водным путям (См. «Электротехнический справочник», ред. Голован А.Т., Грудинский П.Г. и др., «Передвижные электрические станции», М.-Л., «Энергия», 1964г., стр. 326-339). Применение их ограничено «привязкой» к упомянутым транспортным артериям и специализацией на выработку только электрической энергии.Known mobile installation of autonomous thermal and electric power, made with the possibility of transportation by rail or waterways (See. "Electrical Engineering", ed. Golovan AT, Grudinsky PG and others, "Mobile power plants", M .-L., “Energy”, 1964, p. 326-339). Their application is limited to “binding” to the above-mentioned transport arteries and specialization in the production of electrical energy only.

В последнее время широкое распространение получают установки автономного энергоснабжения малой мощности, так называемые мини-ТЭЦ (См. Мартынов В. «Автономное энергоснабжение XXI века», «Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века», №2, 2005г., стр. 40,41; Рекламный лист «Основные области применения блочных мини-ТЭЦ…» подразделения «Jenbacher» компании «General Electric», ООО «Эко-Энерджи Компани», г. Новосибирск.; Губич А. «Применение газотурбинных двигателей малой мощности в энергетике», «Газотурбинные технологии», ноябрь-декабрь 2001г., стр. 30, 31) которые могут транспортироваться любыми видами транспорта и находят применение в качестве источников электрической и тепловой энергии в местах, отдаленных от транспортных коммуникаций, например, на нефте- и газодобывающих предприятиях. В отдельных случаях применение мини-ТЭЦ оказалось экономически выгодным также для тепло-электроснабжения малых предприятий, подключение которых к централизованному энергообеспечению требует подвода теплотрасс, реконструкции снабжающих котельных, строительства подстанций и т.п.Recently, autonomous power supply systems of low power, so-called mini-CHPs, are widely spread (See V. Martynov, “Autonomous Power Supply of the XXI Century”, “Building Materials, Equipment, Technologies of the XXI Century”, No. 2, 2005, p. 40 , 41; Leaflet “Main Applications of Block Mini Heat Power Plants ...” of the Jenbacher Division of the General Electric Company, Eco-Energy Company LLC, Novosibirsk; Gubich A., “Application of low-power gas turbine engines in the power industry” , "Gas turbine technologies", November-December 2001, p. 30, 31) which can be transported by any means of transport and are used as sources of electric and thermal energy in places remote from transport communications, for example, at oil and gas producing enterprises. In some cases, the use of mini-CHP turned out to be cost-effective also for the heat and power supply of small enterprises, whose connection to the centralized power supply requires the supply of heating, reconstruction of the supply boilers, construction of substations, etc.

Известны блочные мини-ТЭЦ, например австрийской компании "Jenbacher" (См. рекламный лист «Основные области применения блочных мини-ТЭЦ…» подразделения «Jenbacher» компании «General Electric», ООО «Эко-Энерджи Компани», г. Новосибирск) использующие газо-поршневые двигатели в когенерационных установках для производства электрической и попутной тепловой энергии. There are block mini-CHPs, for example, the Austrian company Jenbacher (See the advertisement sheet “Main Applications of Block Mini-CHPs ...” of the Jenbacher division of General Electric, Eco-Energy Company, Novosibirsk) using gas-piston engines in cogeneration plants for the production of electrical and associated thermal energy.

Недостаток заключается в ограниченных возможностях работы на жидкостных видах топлива и существенном снижением уровня КПД в условиях, когда преимущественно требуется выработка тепловой энергии.The disadvantage lies in the limited possibilities of working on liquid fuels and a significant decrease in the level of efficiency in conditions when the generation of thermal energy is mainly required.

Известно применение газотурбинных двигателей (типа ПТ-100К или ГТГ-100М) малой мощности (100 кВт) в установках автономного энергоснабжения (См. Губич А. «Применение газотурбинных двигателей малой мощности в энергетике», «Газотурбинные технологии», ноябрь-декабрь 2001г., стр. 30, 31) для производства электрической энергии. Структурная схема таких установок автономного энергоснабжения представляет собой следующее. В качестве силового агрегата в ней используется газотурбинный двигатель, снабженный системами, обеспечивающими его нормальную работу, включая системы: питания топливом и воздухом, отвода отработавших газов, смазки, а так же запуска, контроля работы и защиты турбины от температурных и силовых перегрузок. Двигатель установки связан с генератором электрического тока через понижающий редуктор для синхронизации оборотов выходного вала ГТД с оборотами генератора. Установка оборудована системой управления работой ГТД и снабжена коммуникациями электрического контура системы электроснабжения потребителей. Кроме того, в работе (См. Губич А. «Применение газотурбинных двигателей малой мощности в энергетике», «Газотурбинные технологии», ноябрь-декабрь 2001г., стр. 30, 31) отмечены потенциальные возможности использования отработанных газов в таких установках для попутной выработки тепловой энергии.It is known the use of gas turbine engines (type PT-100K or GTG-100M) of low power (100 kW) in autonomous power supply installations (See Gubich A. "Application of low-power gas turbine engines in power engineering", "Gas turbine technologies", November-December 2001. , p. 30, 31) for the production of electrical energy. The structural diagram of such autonomous power supply installations is as follows. As a power unit, it uses a gas turbine engine equipped with systems that ensure its normal operation, including systems: fuel and air supply, exhaust gas removal, lubrication, as well as start-up, operation monitoring and turbine protection from temperature and power overloads. The installation engine is connected to an electric current generator through a reduction gearbox to synchronize the revolutions of the GTE output shaft with the generator revolutions. The installation is equipped with a GTE operation control system and is equipped with communications for the electrical circuit of the power supply system of consumers. In addition, the work (See Gubich A. "Application of low-power gas turbine engines in the energy sector", "Gas-turbine technologies", November-December 2001, p. 30, 31) noted the potential possibilities of using exhaust gases in such plants for passing generation thermal energy.

Известна установка автономного теплового и электрического энергоснабжения, работающая как на жидком, так и газообразном топливе и содержащая в своем составе: газотурбинный двигатель ГТД-1000ТФ или ГТД-1250 с установленными на нем системами и агрегатами, обеспечивающими функционирование двигателя (в том числе: топливную систему, с возможностью перевода питания двигателя после его запуска с жидкостного топлива на газообразное, систему смазки двигателя, электрооборудование), РСА, редуктор промежуточный, муфту, генератор синхронный, систему управления и контроля работы газотурбинного двигателя, котел-утилизатор, батарею аккумуляторную, установку выхлопа, электрораспределительное устройство низкого напряжения. (См. патент на полезную модель RU 109222 U1, опубликованный 10.10.2011, Бюл. № 28.)Known installation of autonomous thermal and electric power supply, working on both liquid and gaseous fuels and containing in its composition: gas turbine engine GTD-1000TF or GTD-1250 with installed systems and units that ensure the functioning of the engine (including: fuel system , with the possibility of transferring the engine power after its start from liquid fuel to gaseous, engine lubrication system, electrical equipment), PCA, intermediate gearbox, clutch, synchronous generator, system Government & controls operation of the turbomachine, a heat recovery boiler, the rechargeable battery, an exhaust unit, a low voltage electrical switchgear. (See patent for utility model RU 109222 U1, published 10.10.2011, Byul. No. 28.)

Данное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявленной полезной модели и взято за прототип к предлагаемой полезной модели.This device is the closest to the claimed utility model to the claimed utility model and taken as a prototype for the proposed utility model.

Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:

- невозможность прямого пуска двигателя на газообразном топливе ввиду отсутствия автоматизированной системы управления подачей топлива, дозирующего устройства для необходимых изменений подачи газового топлива в камеру сгорания и конструктивном несоответствии топливных форсунок;- the inability to directly start the engine on gaseous fuel due to the lack of an automated fuel management system, a metering device for the necessary changes in the supply of gaseous fuel to the combustion chamber and a constructive mismatch of the fuel injectors;

- невозможность управления подачей топлива, дозирующего устройства и двухконтурных топливных форсунок, обеспечивающих возможность перевода питания двигателя с газообразного на жидкое топливо и обратный переход без остановки газотурбинного двигателя;- the inability to control the supply of fuel, metering device and dual fuel injectors, providing the ability to transfer engine power from gaseous to liquid fuel and reverse transition without stopping the gas turbine engine;

- невозможность обеспечения работы установки на газообразном топливе низкого и среднего давления ввиду отсутствия встроенной компрессорной станции;- the inability to ensure the operation of the installation on gaseous fuel low and medium pressure due to the lack of built-in compressor station;

- невозможность работы на иных видах газообразного топлива, таких как попутный нефтяной газ, биогаз, компримированный газ и т.д., ввиду склонности к нагарообразованию на торцевой поверхности распылителя топливных форсунок;- the inability to work on other types of gaseous fuel, such as associated petroleum gas, biogas, compressed gas, etc., due to the tendency to carbon formation on the end surface of the spray nozzle;

- невозможность автоматизированного управления газотурбинной теплоэлектростанцией;- the impossibility of automated control of a gas turbine power plant;

- невозможность параллельной работы с внешней электрической сетью, ввиду отсутствия низковольтного комплектного устройства с системой защиты от перепадов напряжения и блока синхронизации.- the impossibility of parallel operation with an external electrical network, due to the absence of a low-voltage complete device with a system of protection against voltage drops and a synchronization unit.

- отсутствие реле-регулятора, обеспечивающего питание бортовой сети и подзарядку аккумуляторных батарей.- the absence of a relay-regulator that provides power to the on-board network and recharge the batteries.

Совокупность указанных недостатков приводит к:The combination of these shortcomings leads to:

- невозможности запуска и работы установки на газообразном топливе низкого и среднего давления; - the impossibility of starting and operating the installation on gaseous fuel of low and medium pressure;

- несоответствию требованиям промышленной безопасности в аварийных ситуациях; - non-compliance with industrial safety requirements in emergency situations;

- невозможности перевода питания двигателя с газообразного на жидкое топливо и обратный переход без остановки газотурбинного двигателя; использования в качестве топлива газообразное топливо существенно отличного по своему составу и характеристикам от природного газа (попутный нефтяной газ, сжиженный газ, биогаз и др.) без увеличения расхода топлива и потери мощности ГТД; - the impossibility of transferring engine power from gaseous to liquid fuel and the reverse transition without stopping the gas turbine engine; use of gaseous fuel as a fuel that is significantly different in its composition and characteristics from natural gas (associated petroleum gas, liquefied gas, biogas, etc.) without increasing fuel consumption and loss of GTE power;

- невозможности обеспечения полного контроля за процессом запуска, работы и остановки теплоэлектростанции, с плавным изменением рабочей мощности; - the impossibility of ensuring complete control over the process of starting, operating and stopping the power plant, with a smooth change in the operating capacity;

- невозможности организации автоматической защиты от перепадов напряжения, питания бортовой сети установки и подзарядки аккумуляторных батарей. - the impossibility of organizing automatic protection against voltage surges, powering the installation’s on-board network and recharging the batteries.

Это приводит к существенному ограничению применения данных установок на объектах промышленной, нефтегазовой, жилищно-коммунальной сферы, ввиду отсутствия высоких требований к организации топливоподачи и отсутствию возможности автоматизированной параллельной работы с внешней электрической сетью.This leads to a significant limitation of the application of these installations at industrial, oil and gas, housing and public utilities, due to the lack of high requirements for the organization of fuel supply and the lack of automated parallel operation with an external electrical network.

Раскрытие полезной модели.Disclosure of the utility model.

Опирающееся на это оригинальное наблюдение настоящая полезная модель, главным образом, имеет целью предложить установку автономного теплового и электрического энергоснабжения, позволяющую как минимум сгладить, указанный выше недостаток, а именно обеспечить возможность запуска и работы установки на газообразном топливе, в том числе существенно отличном по своему составу и характеристикам от природного газа, например - попутный нефтяной газ, сжиженный газ, биогаз - с возможностью перевода питания газотурбинного двигателя на жидкое топливо и обратный переход без остановки газотурбинного двигателя, что и является поставленной технической задачей настоящей полезной модели. Based on this original observation, this utility model mainly aims to offer an installation of autonomous thermal and electric power supply, which allows at least to smooth out the above disadvantage, namely to ensure the possibility of starting and operating the installation on gaseous fuel, including a substantially different one. composition and characteristics of natural gas, for example - associated petroleum gas, liquefied gas, biogas - with the ability to transfer the power of the gas turbine engine to liquid fuel The operation and the reverse transition without stopping the gas turbine engine is the stated technical task of the present invention.

Для достижения этой цели силовой модуль с газотурбинным двигателем имеет блок питания топливом газотурбинного двигателя, соединенный с двухконтурными топливными форсунками, и включающий в себя автоматизированные дозаторы газового и жидкого топлива, управляемые модулем автоматизированного управления установкой.To achieve this goal, the gas turbine engine power module has a gas turbine engine fuel supply unit connected to dual-circuit fuel injectors and including automated gas and liquid fuel metering devices controlled by the plant automation control module.

Благодаря таким выгодным характеристикам появляется возможность прямого запуска и работы установки, как на газообразном, так и на жидком топливе. Двухконтурные топливные форсунки в совокупности с автоматизированными дозаторами газового и жидкого топлива обеспечивают возможность перевода питания двигателя после его запуска на жидкое топливо с обратным переходом на газообразное топливо без остановки двигателя. Входящие в состав газотурбинного двигателя двухконтурные топливные форсунки и камера сгорания ГТД, выполненная с учетом потребности в увеличении жаропрочности, обеспечивают возможность работы на газообразных топливах, существенно отличных по своему составу и характеристикам от природного газа (попутный нефтяной газ, сжиженный газ, биогаз и др.) без увеличения расхода топлива и потери мощности ГТД. Модуль автоматизированного управления установкой обеспечивает управление и защиту на всех режимах работы, всережимное регулирование, контроль технологических параметров и состояния механизмов с плавным изменением рабочей мощности, в соответствии с текущими потребностями потребителя;Thanks to such advantageous characteristics, it is possible to directly start and operate the installation, both on gaseous and liquid fuels. Dual-circuit fuel injectors in conjunction with automated gas and liquid fuel metering devices provide the ability to transfer engine power after its start to liquid fuel with a reverse transition to gaseous fuel without stopping the engine. The dual-circuit fuel injectors and the combustion engine of the CCD, which are part of a gas turbine engine, are made with regard to the need to increase the heat resistance, provide the ability to work on gaseous fuels that are significantly different in composition and characteristics from natural gas (associated petroleum gas, liquefied gas, biogas, etc. ) without increasing fuel consumption and loss of GTE power. The module of automated control of the installation provides control and protection in all operating modes, all-mode control, monitoring of technological parameters and the state of mechanisms with a smooth change in working capacity, in accordance with the current needs of the consumer;

Существует возможный вариант исполнения полезной модели, в котором блок питания топливом газотурбинного двигателя выполнен с возможностью прямого запуска и работы установки как на газообразном, так и на жидком топливе, и включает в себя блок газорегулирующих агрегатов, отсечной клапан и датчики давления газа.There is a possible embodiment of the utility model in which the power supply unit of the gas turbine engine is designed to directly start and operate the unit on both gaseous and liquid fuels, and includes a block of gas regulating units, a shut-off valve and gas pressure sensors.

Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность прямого запуска и работы установки как на газообразном, так и на жидком топливе. Thanks to this advantageous characteristic, it is possible to directly start and operate the unit on both gaseous and liquid fuels.

Существует еще один возможный вариант исполнения полезной модели, в котором блок питания топливом газотурбинного двигателя выполнен с возможностью, осуществления перехода с питания газообразным топливом на питание жидким топливом, с обеспечением автоматизированного обратного перехода на питание газообразным топливом без остановки ГТД, и включает в себя обратные клапаны газового и жидкого топлива, клапан сброса газа в свечу и блок устройств для очистки топливных форсунок и камеры сгорания от остаточного топлива.There is another possible embodiment of the utility model in which the power supply unit of the gas turbine engine is designed to make the transition from powering gaseous fuel to liquid power, providing an automated return to powering gaseous fuel without stopping the CCD, and includes check valves gas and liquid fuel, a valve for the discharge of gas into the candle and a block of devices for cleaning fuel injectors and the combustion chamber from residual fuel.

Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность осуществления перехода с питания газообразным топливом на питание жидким топливом, и возможность обеспечения автоматизированного обратного перехода на питание газообразным топливом без остановки ГТД.Thanks to this advantageous characteristic, it is possible to make the transition from the supply of gaseous fuel to the supply of liquid fuel, and the possibility of providing an automated reverse transition to the supply of gaseous fuel without stopping the CCD.

Существует и такой возможный вариант исполнения полезной модели, в котором двухконтурные топливные форсунки имеют средство обдува и блок защиты от образования нагара на торцевой поверхности распылителя.There is also such a possible variant of the utility model, in which dual-circuit fuel injectors have a blowing tool and a block against the formation of carbon on the end surface of the sprayer.

Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность защиты от образования нагара на торцевой поверхности распылителя.Thanks to this advantageous characteristic, it is possible to protect against the formation of soot on the end surface of the sprayer.

Существует кроме того и такой возможный вариант исполнения полезной модели, в котором модуль автоматизированного управления установкой, выполнен с возможностью полного контроля за процессом запуска, работы, перехода между видами топлива и аварийной остановки электростанции, с плавным изменением рабочей мощности, в соответствии с текущими потребностями потребителя, за счет входящих в его состав блоков сбора и обработки аналоговых и дискретных сигналов, поступающих от датчиков, расположенных на раме и отдельных конструктивных элементах установкиIn addition, there is such a possible variant of the utility model, in which the module of the automated control of the installation is made with the possibility of complete control over the process of starting, operating, switching between types of fuel and emergency stopping of the power plant, with a smooth change in operating power, in accordance with the current needs of the consumer , due to the constituent units of the collection and processing of analog and discrete signals from sensors located on the frame and individual structural elements x installation

Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность полного контроля за процессом запуска, работы, перехода между видами топлива и аварийной остановки электростанции, с плавным изменением рабочей мощности, в соответствии с текущими потребностями потребителя.Thanks to this advantageous characteristic, it becomes possible to fully control the process of starting, working, switching between fuels and emergency stopping of a power plant, with a smooth change in operating capacity, in accordance with the current needs of the consumer.

Совокупность существенных признаков предлагаемой полезной модели неизвестна из уровня техники для устройств аналогичного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для полезной модели. The set of essential features of the proposed utility model is unknown in the prior art for devices of similar purpose, which allows to conclude that the criterion "novelty" for the utility model.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Другие отличительные признаки и преимущества полезной модели ясно вытекают из описания, приведенного ниже для иллюстрации и не являющегося ограничительным, со ссылками на прилагаемые рисунки, на которых изображено:Other distinctive features and advantages of the utility model clearly follow from the description below for illustration and not being restrictive, with reference to the accompanying drawings, which depict:

на фиг.1 - функциональная схема установки автономного теплового и электрического энергоснабжения, согласно полезной модели; figure 1 - functional diagram of the installation of autonomous thermal and electrical power supply, according to the utility model;

на фиг.2 – схема топливной форсунки, согласно полезной моделиfigure 2 - scheme of the fuel injector, according to the utility model

на фиг 3 - функциональная схема модуля питания топливом ГТД, согласно полезной модели.Fig 3 is a functional diagram of a fuel supply module of the CCD, according to the utility model.

На фигурах обозначено:In the figures indicated:

1 - транспортабельный корпус, 1 - transportable case,

2 - газотурбинный двигатель 2 - gas turbine engine

3 - генератор электрического тока3 - electric current generator

4 - понижающий редуктор4 - reducing gear

5 - модуль отвода отработавших газов5 - exhaust gas module

6 - модуль электроснабжения потребителей (низковольтное комплектное устройство)6 - consumer power supply module (low-voltage complete device)

7 - бак жидкого топлива7 - tank of liquid fuel

8 - преобразователь давления бака жидкого топлива8 - pressure transducer for liquid fuel tank

9 - блок автоматической дозаправки бака жидкого топлива9 - unit for automatic refueling of a tank of liquid fuel

10 - блок питания топливом газотурбинного двигателя10 - gas turbine engine power supply unit

11 - двухконтурные топливные форсунки11 - dual fuel nozzles

12 - автоматизированный дозатор газового топлива12 - automated gas fuel metering unit

13 - автоматизированный дозатор жидкого топлива13 - automated dispenser for liquid fuel

14 - модуль автоматизированного управления установкой14 - module automated installation control

15 - блок газорегулирующих агрегатов15 - gas control unit

16 - отсечной клапан газового топлива16 - gas fuel shut-off valve

17 - отсечной клапан жидкого топлива17 - shutoff valve of liquid fuel

18 - датчики давления газового топлива18 - gas fuel pressure sensors

19 - датчики давления жидкого топлива19 - liquid fuel pressure sensors

20 - обратный клапан газового топлива20 - gas fuel check valve

21 - обратный клапан жидкого топлива21 - liquid fuel check valve

22 - клапан сброса газа в свечу 22 - gas discharge valve in the candle

23 - блок устройств для очистки топливных форсунок и камеры сгорания от остаточного топлива23 - unit for cleaning fuel injectors and the combustion chamber from residual fuel

24 - средство обдува и защиты от образования нагара на торцевой поверхности распылителя,24 is a means of blowing and protection against the formation of soot on the end surface of the sprayer,

25 - блоков сбора и обработки аналоговых и дискретных сигналов25 - blocks for the collection and processing of analog and discrete signals

26 - пульт управления работой установки26 - unit operation control panel

27 - котел-утилизатор27 - waste heat boiler

28 - газоход 28 - flue

29 - пульт управления котельным оборудованием29 - boiler room control panel

30 - корпус форсунки30 - nozzle body

31 - штуцеры подвода топлива31 - fuel inlets

32 - канал газообразного топлива32 - gaseous fuel channel

33 - канал жидкого топлива33 - liquid fuel channel

34 - фильтрующая гильза34 - filtering sleeve

35 - камера распылителя газообразного топлива35 - gas fuel atomizer chamber

36 - камера распылителя жидкого топлива36 - liquid fuel atomizer chamber

37 - распылительные сопла37 - spray nozzles

38 - завихритель38 - swirl

39 - воздушный канал39 - air channel

40 - воздушный фильтр 40 - air filter

41 - воздушное сопло41 - air nozzle

42 - отверстие для впрыска газа42 - gas injection port

43 - распылитель жидкого топлива43 - liquid fuel sprayer

44 - отверстия для пропуска воздуха44 - holes for air passage

45 - кольцевая щель45 - annular gap

46 - обдувочные воздушные отверстия46 - blower air holes

47 - малогабаритная компрессорная установка47 - small compressor unit

48 - блок управления компрессорной установки48 - control unit of the compressor unit

49 - газовый контур топливных форсунок49 - gas circuit fuel injectors

50 - жидкотопливный контур топливных форсунок50 - fuel oil circuit fuel injectors

51 - дренажные каналы51 - drainage channels

52 - клапаны продувки52 - purge valves

Стрелками обозначены направления движения топлива, электроэнергии.  The arrows indicate the direction of movement of fuel, electricity.

Установка автономного теплового и электрического энергоснабжения, схема которой представлена на фиг.1, состоит из транспортабельного корпуса 1 - , содержащего силовой модуль с газотурбинным двигателем 2, связанным с генератором электрического тока 3 - через понижающий редуктор 4 - , модуль отвода отработавших газов 5, модуль электроснабжения потребителей (низковольтное комплектное устройство) 6 - , бак жидкого топлива 7 - , оборудованный преобразователем давления 8 - и блоком автоматической дозаправки 9. Installation of autonomous thermal and electric power supply, the scheme of which is shown in Fig. 1, consists of a transportable case 1 - containing a power module with a gas turbine engine 2 connected to an electric current generator 3 through a reduction gear 4 -, an exhaust gas module 5, a module power supply to consumers (low-voltage complete device) 6 -, liquid fuel tank 7 - equipped with a pressure converter 8 - and an automatic refueling unit 9.

Силовой модуль с газотурбинным двигателем 2 - имеет блок питания 10 - топливом газотурбинного двигателя, соединенный с двухконтурными топливными форсунками 11 - и включающий в себя автоматизированные дозаторы газового 12 - и жидкого 13 - топлива, управляемые модулем 14 - автоматизированного управления установкой. The power module with a gas turbine engine 2 - has a power supply unit 10 - a gas-turbine engine fuel, connected to dual-circuit fuel nozzles 11 - and including automated gas meters 12 - and liquid 13 - fuel, controlled by module 14 - automated installation control.

Блок питания 10 - топливом газотурбинного двигателя выполнен с возможностью прямого запуска и работы установки как на газообразном, так и на жидком топливе, и включает в себя блок газорегулирующих агрегатов 15 - , отсечные клапаны 16 - , 17 - и датчики давления газообразного 18 - и жидкого 19 - топлива.The power supply unit 10 - a gas-turbine engine fuel is made with the possibility of direct start-up and operation of the unit on both gaseous and liquid fuels, and includes a block of gas regulating units 15 - shut-off valves 16 -, 17 - and gaseous pressure sensors 18 - and liquid 19 - fuel.

Блок питания 10 - топливом газотурбинного двигателя выполнен с возможностью, осуществления перехода с питания газообразным топливом на питание жидким топливом, с обеспечением автоматизированного обратного перехода на питание газообразным топливом без остановки ГТД, и включает в себя обратные клапаны газового 20 - и жидкого 21 - топлива, клапан сброса газа в свечу 22 - и блок устройств 23 - для очистки топливных форсунок и камеры сгорания от остаточного топлива. The power supply unit 10 - a gas-turbine engine fuel is made with the possibility of making the transition from supplying gaseous fuel to liquid fuel supply, providing an automated reverse transition to supplying gaseous fuel without stopping the gas turbine engine, and includes gas 20 - and non-return valves 21, fuel, gas relief valve in the candle 22 - and a block of devices 23 - for cleaning the fuel injectors and the combustion chamber from residual fuel.

Двухконтурные топливные форсунки имеют средство обдува и защиты 24 - от образования нагара на торцевой поверхности распылителя. Dual-circuit fuel nozzles have a means of blowing and protection 24 - from the formation of soot on the end surface of the sprayer.

Модуль автоматизированного управления установкой 14 - выполнен с возможностью полного контроля за процессом запуска, работы, перехода между видами топлива и аварийной остановки электростанции, с плавным изменением рабочей мощности, в соответствии с текущими потребностями потребителя, за счет входящих в его состав блоков 25 - сбора и обработки аналоговых и дискретных сигналов, поступающих от датчиков, расположенных на раме корпуса и отдельных конструктивных элементах установки.The module 14 automated control module is designed to fully control the process of starting, operating, switching between types of fuel and emergency stopping of a power station, with a smooth change in operating power, in accordance with the current needs of the consumer, due to the units 25 included in its composition - collection and processing of analog and discrete signals from sensors located on the frame of the case and separate structural elements of the installation.

В результате анализа, проведенного заявителем, установлено, что для достижения целей, поставленных в задаче, для установки автономного теплового и электрического энергоснабжения наиболее приемлемы танковые двигатели: серийно выпускаемые ГТД-1000ТФ, имеющий мощность 736 кВт (1000 л.с.) и модифицированный газотурбинный двигатель ГТД-1250, имеющий мощность 920 кВт (1250 л.с.). As a result of the analysis carried out by the applicant, it was found that tank engines are most suitable for achieving the goals set in the task for installing autonomous thermal and electric power: commercially available GTD-1000TF, having a power of 736 kW (1000 hp) and modified gas turbine engine GTD-1250, having a power of 920 kW (1250 hp).

Принципиально важной особенностью и отличием танковых ГТД (См. «Объект 219Р. Техническое описание и инструкция по эксплуатации», Военизд, МО СССР, 1986г., стр. 254-380, рис. 103) является наличие регулируемого соплового аппарата (РСА) (См . ред. Н.С. Попов, С.П. Изотов и др., «Транспортные машины с газотурбинным двигателем», Л., «Машиностроение», 1987г., стр. 28, 29), служащего для управляемого изменения газового потока, поступающего на рабочее колесо силовой турбины. Как показано в этой работе, изменением направления поступления газового потока можно создавать на рабочем колесе силовой турбины тормозной момент. Это, позволяет реализовать в установке автономного энергоснабжения обеспечение защиты ГТД от нештатных условий работы. Кроме того, упомянутые танковые ГТД, в отличие от широко распространенных авиационных, адаптированы к запуску и долговременной работе не только на жидком, но и на газообразном топливе. Это позволяет расширить номенклатуру применяемых топлив, что особенно важно для условий работы на отдаленных предприятиях добывающей нефтяной и газовой промышленности.A fundamentally important feature and distinction of tank gas turbine engines (See “Object 219R. Technical Description and Operating Instructions”, Voenizd, USSR Ministry of Defense, 1986, pp. 254-380, Fig. 103) is the presence of an adjustable nozzle apparatus (PCA) (See edited by NS Popov, S.P. Izotov, et al., “Transport Machines with a Gas Turbine Engine”, L., “Mashinostroenie”, 1987, pp. 28, 29), which serves to control the change in the gas flow, arriving at the turbine impeller. As shown in this paper, the braking moment can be created on the impeller of the power turbine by changing the direction of the gas flow. This makes it possible to realize in the installation of an autonomous power supply the protection of gas turbine engines against abnormal working conditions. In addition, the mentioned tank GTEs, in contrast to the widespread aviation ones, are adapted for launching and long-term operation not only on liquid, but also on gaseous fuel. This allows you to expand the range of used fuels, which is especially important for working conditions at remote enterprises of the mining oil and gas industry.

Используемый в установке автономного теплового и электрического энергоснабжения упомянутый танковый двигатель ГТД-1000ТФ или ГТД-1250 (далее именуемые ГТД) 2 - с регулируемым сопловым аппаратом (РСА) является источником механической энергии, для привода синхронного генератора 3 - , который преобразует механическую энергию в электричество.Used in the installation of autonomous thermal and electrical power mentioned tank engine GTD-1000TF or GTD-1250 (hereinafter referred to as GTE) 2 - with adjustable nozzle apparatus (RSA) is a source of mechanical energy to drive a synchronous generator 3 - which converts mechanical energy into electricity .

Автоматическое управление режимами работы установки осуществляется модулем автоматизированного управления установкой 14 - , предназначенным для автоматического управления и защиты на всех режимах работы, всережимного регулирования, контроля технологических параметров и состояния механизмов установки. Модуль автоматизированного управления установкой обеспечивает: The automatic control of the operating modes of the installation is carried out by the automated control module of the installation 14 - designed for automatic control and protection in all operating modes, all-mode control, monitoring of technological parameters and the state of the installation mechanisms. The module of automated installation management provides:

Автоматический пуск с выходом на режим заданной нагрузки;Automatic start-up with access to the set load mode;

Переключение между применяемыми видами топлива (газообразное – жидкое);Switching between the types of fuel used (gaseous - liquid);

Стабилизацию заданного режима;Stabilization of the preset mode;

Ограничение предельных значений параметров газотурбинного двигателя;Limiting the limiting values of parameters of a gas turbine engine;

Максимальной частоты вращения турбин турбокомпрессора;Maximum speed of turbine turbine;

Максимального расхода топлива;Maximum fuel consumption;

Максимальной частоты вращения ротора свободной турбины;Maximum rotor speed of a free turbine;

Максимальной температуры газов за турбинной турбокомпрессора и за свободной турбиной;Maximum gas temperature behind the turbine turbocompressor and behind the free turbine;

Автоматическое уменьшение подачи топлива и перевод ГТД в тормозной режим без его выключения по достижению максимальной частоты вращения свободной турбины привода генератора, изменению нагрузки на генератор;Automatic reduction of fuel supply and transfer of GTE to the braking mode without shutting it down to achieve the maximum rotational speed of the free turbine of the generator drive, changing the load on the generator;

Контроль работы низковольтного комплектного устройства в части синхронизации работы установки в составе многоагрегатных блоков, состоящих из нескольких установок, и при параллельной работе с внешней электрической сетью;Monitoring the operation of a low-voltage complete device in terms of synchronizing the operation of the installation as part of multi-unit blocks consisting of several units and when operating in parallel with an external electrical network;

Сигнализацию достижению предельно-допустимого уровня вибрации ГТД и генератора;Signaling the achievement of the maximum permissible vibration level of the CCD and the generator;

Сигнализацию максимальной температуры газов за турбиной и за свободной турбиной;Alarm for maximum gas temperature behind the turbine and behind the free turbine;

Сигнализацию минимально-допустимого давления масла;Signaling the minimum allowable oil pressure;

Сигнализацию наличия стружки в масле.Signaling the presence of chips in the oil.

Информация о работе пускорегулирующей аппаратуры ГТД выводится на пульт управления 26 - , с которого непосредственно осуществляется передача команд модулю автоматизированного управления установкой, с возможностью запуска, остановки и контроля работы ГТД.Information on the operation of the GTE control gear is displayed on the control panel 26 -, from which commands are transmitted directly to the automated control module of the installation, with the ability to start, stop and monitor the operation of the GTE.

ГТД 2 - состоит из турбокомпрессора, редуктора с силовой турбинной, верхней коробки приводов, агрегатов топливной и дренажной систем, стартера-генератора, трубопроводов топливной, масляной и воздушной систем и электрооборудования.GTD 2 - consists of a turbocharger, a gearbox with a power turbine, a top drive box, fuel and drainage systems, a starter-generator, fuel, oil and air systems pipelines and electrical equipment.

Силовой редуктор ГТД передает крутящий момент от свободной турбины на промежуточный редуктор 4 - далее на вал съема мощности и, через зубчатую муфту, состоящую из самой муфты и двух полумуфт, приводит во вращение вал синхронного генератора 3 - , в качестве которого в установке может использоваться генератор мощностью до 1000 кВт. The GTE power gearbox transmits the torque from the free turbine to the intermediate gearbox 4 - then to the power take-off shaft and, through a gear coupling consisting of the coupling itself and two coupling halves, drives the shaft of the synchronous generator 3 - to rotate. power up to 1000 kW.

Для выработки установкой тепловой энергии служит водонагревательный котел-утилизатор 27 - , который не входит в состав установки автономного теплового и электрического энергоснабжения, но может использоваться с ней совместно. For generating installation of thermal energy is a water-heating waste heat boiler 27 -, which is not part of the installation of autonomous thermal and electrical power, but can be used with it together.

Подключенный к системе отвода отработавших газов от газотурбинного двигателя через газоход 28 - , расположенный между выпускным патрубком ГТД и котлом-утилизатором 27 - . Для регулирования температуры выходящей из котла воды путём перепуска части газов мимо теплообменных поверхностей служит байпасная магистраль. Она состоит из газохода и управляемых жалюзи. Управление байпасной заслонкой выполняется с пульта котельного оборудования. Подача команд на пульт 29 - котельного оборудования может осуществляться как в ручном режиме, так и по средствам модуля автоматизированного управления установкой установки 14 - . Электрический сигнал поступает на электромеханизм, который перемещает байпасную жалюзи и фиксирует положение заслонки при снятии электрического сигнала в зависимости от заданной температуры на выходе из утилизационного теплообменника. Из газоходов отработавшие газы отводятся в атмосферу через выхлопную трубу.Connected to the exhaust system from the gas turbine engine through the duct 28 - located between the outlet of the CCD and the waste-heat boiler 27 -. To regulate the temperature of the water leaving the boiler, bypassing some of the gases past the heat exchange surfaces, a bypass line is used. It consists of a flue and controlled blinds. Bypass damper control is performed from the boiler equipment panel. Commands can be sent to the console 29 - boiler equipment can be carried out either manually or by means of an automated plant management module installation 14 -. An electrical signal is supplied to an electromechanism, which moves the bypass louver and fixes the position of the flap when the electrical signal is removed, depending on the set temperature at the outlet of the utilization heat exchanger. From the flue gas exhaust gases are discharged into the atmosphere through the exhaust pipe.

В жидкостном контуре теплообменника тепловая энергия отработавших в ГТД газов обеспечивает нагрев воды, которая используется в качестве теплоносителя и подается далее потребителю по трубопроводам системы жидкостного теплоснабжения.In the liquid circuit of the heat exchanger, the thermal energy of the gases exhausted in the CCD provides for the heating of water, which is used as heat carrier and is then supplied to the consumer through pipelines of the liquid-heating system.

Двухконтурные топливные форсунки 11 - состоят из корпуса 30 - со штуцерами подвода жидкого и газообразного топлива 31 - , каналами газообразного 32 - и жидкого 33 - топлива, фильтра 34 - , камеры распылителя газообразного 35 - и жидкого 36 - топлива. Распыливающими элементами форсунки являются сопла 37 - и завихритель 38 - . В корпусе форсунки дополнительно размещен воздушный канал 39 - , воздушный фильтр 40 - , воздушное сопло 41 - и штуцер подвода воздуха. Впрыск газового топлива в камеру сгорания осуществляется через отверстия 42 - распылителя, впрыск жидкого топлива через распылитель 43 - .Dual fuel nozzles 11 - consist of body 30 - with fittings for supplying liquid and gaseous fuels 31 -, channels of gaseous 32 - and liquid 33 - fuels, filter 34 -, chamber of a nebulizer gaseous 35 - and liquid 36 - fuels. Spray nozzle elements are the nozzle 37 - and the swirler 38 -. An air duct 39 -, an air filter 40 -, an air nozzle 41 - and an air inlet are additionally placed in the nozzle body. The injection of gas fuel into the combustion chamber is carried out through the openings 42 of the sprayer, the injection of liquid fuel through the sprayer 43-.

При работе на жидком или газообразном топливе неиспользуемые топливные контура продуваются воздухом, отбираемым из-за компрессора высокого давления. С целью исключения нагара на торцевой поверхности распылителя при работе изделия на газообразных топливах, существенно отличных по своему составу и характеристикам от природного газа (попутный нефтяной газ, сжиженный газ, биогаз и др.) без увеличения расхода топлива и потери мощности ГТД, форсунки оборудованы средством 24 - обдува и защиты от образования нагара на торцевой поверхности распылителя. Подвод воздуха из камеры сгорания осуществляется двенадцатью отверстиями 44 - диаметром 2 мм и по кольцевой щели 45 - шириной 1 мм. Выход обдувочного воздуха осуществляется через двенадцать отверстий 46 - диаметром 0,8 мм. Количество и размер отверстий подобраны таким образом, чтобы обеспечить высокое значение коэффициента полноты сгорания и равномерное температурное поле газа перед турбиной. When operating on liquid or gaseous fuels, unused fuel circuits are purged with air drawn from a high-pressure compressor. In order to avoid deposit on the end surface of the atomizer when the product is operated on gaseous fuels, which are significantly different in composition and characteristics from natural gas (associated petroleum gas, liquefied gas, biogas, etc.) without increasing fuel consumption and loss of GTE power, the nozzles are equipped with 24 - blowing and protection against the formation of carbon on the end surface of the sprayer. Air is supplied from the combustion chamber by twelve holes 44 - with a diameter of 2 mm and along the annular gap 45 - with a width of 1 mm. Blowing air out through twelve holes 46 - with a diameter of 0.8 mm. The number and size of the holes are chosen in such a way as to ensure a high value of the coefficient of completeness of combustion and a uniform temperature field of the gas in front of the turbine.

Осуществление полезной моделиImplementation of the utility model

Подача воздуха для работы ГТД осуществляется через воздухозаборное устройство. Для запуска ГТД используется блок аккумуляторных батарей. На раме установки размещено низковольтное комплектное устройство 6 - , укомплектованное реле-регулятором и блоком синхронизации. Возможны варианты размещения низковольтного комплектного устройства отдельно от установки, в том числе в отдельном помещении. Низковольтное комплектное устройство 6 - представляет собой устройство, состоящее из блоков со встроенной в них аппаратами и устройствами защиты и автоматики, и предназначен для приема, распределения и контроля электроэнергии переменного трехфазного тока напряжением 400 В, а также для трансформации напряжения до 220 В для обеспечения питания собственных нужд, бортовой сети, подзарядки аккумуляторных батарей и дистанционного контроля. Низковольтное комплектное устройство, позволяет повысить безопасность процесса передачи электрической энергии потребителям, путем передачи модулю автоматизированного управления установкой 14 - команды к аварийной остановке теплоэлектростанции, и, под контролем модуля автоматизированного управления установкой 14 - , параллельную работу с внешней электрической сетью.The air supply for GTE operation is carried out through an air intake device. To start the CCD is used battery pack. On the frame of the installation is placed low-voltage complete device 6 -, complete with a relay-regulator and a synchronization unit. There are options for placing low-voltage complete device separately from the installation, including in a separate room. Low-voltage complete device 6 is a device consisting of units with built-in devices and devices for protection and automation, and is designed to receive, distribute and control electric energy of alternating three-phase current of 400 V, as well as to transform voltage to 220 V to provide power own needs, on-board network, battery recharging and remote control. The low-voltage complete device allows to increase the security of the process of transferring electrical energy to consumers, by transmitting the unit 14 to the automated control module of the plant, to emergency stop the thermal power plant, and, under the control of the automated plant control module 14, to operate in parallel with an external electrical network.

Запуск ГТД установки осуществляется как на газообразном, так и на жидком топливе. В процессе дальнейшей работы ГТД может осуществляться переход между видами топлива, по соответствующей команде модуля автоматизированного управления установкой 14 - . При запуске ГТД подается команда на стартер ГТД блока пускорегулирующей аппаратуры, осуществляется процесс раскрутки ротора турбокомпрессора высокого давления. На девятой секунде запуска включается топливный дозатор или для подачи топлива в камеру сгорания, который управляется модулем автоматизированного управления установкой 14 - на всех режимах работы. The launch of the GTE installation is carried out on both gaseous and liquid fuels. In the course of further work of the CCD, the transition between types of fuel can be carried out, according to the appropriate command of the automated control module of the unit 14 -. At the start of the CCD, the command is sent to the CCD starter of the control gear unit, the process of spinning the high-pressure turbocharger rotor is carried out. At the ninth second of start-up, the fuel metering unit is turned on or for supplying fuel to the combustion chamber, which is controlled by the unit 14 automated control module - in all modes of operation.

Обеспечение требуемого выходного давления газообразного топлива обеспечивается за счет съемной малогабаритной компрессорной установки 47 - , размещаемой в одном блоке с установкой. Одним из главных элементов компрессорной установки является винтовой блок, работающий по принципу объемного сжатия. Топливный газ после очистки магистральным фильтром поступает к винтовому блоку, где вращаются два ротора. Рабочий цикл винтового блока начинается, когда выступы роторов выходят из впадин, с этого момента объем, образованный выступами роторов, их впадинами и корпусом, начинает расти. В объеме возникает разрежение и начинается впуск поступающего от фильтра газа. Процесс сжатия начинается, когда выступы роторов подходят на минимальное расстояние к корпусу и входят во впадины роторов. Заканчивается процесс сжатия, когда одновременно выступ и впадина каждого ротора совмещаются с окном нагнетателя. Регулировка объема сжатого топливного газа подаваемого на вход газового дозатора установки осуществляется по средствам регулирующего клапана компрессорной установки, контролируемого блоком управления компрессорной установки. Подача команд на блок управления 48 - компрессорной установки может осуществляться как в ручном режиме, так и по средствам модуля автоматизированного управления установкой 14 - .Providing the required output pressure of gaseous fuel is provided by a removable compact compressor unit 47 - placed in one unit with the installation. One of the main elements of the compressor unit is a screw block, which operates on the principle of volumetric compression. Fuel gas after cleaning the main filter enters the screw unit, where two rotors rotate. The working cycle of the screw block begins when the protrusions of the rotors emerge from the depressions; from this moment the volume formed by the protrusions of the rotors, their depressions and the body, begins to grow. In the volume of the vacuum occurs and the inlet begins coming from the filter gas. The compression process begins when the protrusions of the rotors fit the minimum distance to the body and enter the cavities of the rotors. The compression process ends when both the protrusion and the bottom of each rotor are combined with the window of the supercharger. The adjustment of the volume of compressed fuel gas supplied to the inlet of the gas metering unit is carried out by means of a regulating valve of the compressor unit, controlled by the control unit of the compressor unit. Commands on the control unit 48 - compressor installation can be carried out both in manual mode and by means of the installation automatic control module 14.

Входящая в состав ГТД камера сгорания служит для преобразования химической энергии топлива в тепловую путем организации эффективного сгорания топлива в потоке воздуха, поступающего из компрессора. Камера сгорания состоит из жаровой трубы, отражателя, подвесок жаровой трубы, завихрителей, восемнадцати модернизированных двухконтурных газожидкостных топливных форсунок 11 - (фиг. 2), разделенных на две группы (по девять в каждой). Для предотвращения прогорания стенок камеры сгорания при работе на различных видах газообразного топлива, выполнены мероприятия по повышению жаропрочности камеры сгорания. The combustion chamber in the GTE is used to convert chemical energy of fuel into heat by organizing efficient combustion of fuel in the air stream coming from the compressor. The combustion chamber consists of a flame tube, a reflector, flame tube hangers, swirlers, eighteen modernized dual-circuit gas-liquid fuel injectors 11 (Fig. 2), divided into two groups (nine each). To prevent burnout of the combustion chamber walls when working on various types of gaseous fuel, measures have been taken to increase the heat resistance of the combustion chamber.

При запуске ГТД или его работе на газообразном топливе подача топлива к газовому контору 49 - модернизированных двухконтурных форсунок 11 - коллектора осуществляется из магистрали, связанной с системой питания двигателя газообразным топливом, состоящей из блока газовой аппаратуры и блока управления газовым дозатором. Топливо подается к газовому дозатору 12 - напрямую или через съемную малогабаритную компрессорную установку 47 - . При подаче команды с модуля автоматизированного управления установкой 14 - отсечной клапан 16 - открывается и газообразное топливо поступает в дозатор газа 12 - , который осуществляет дозированную подачу топлива к газовому контору 49 - модернизированных двухконтурных топливных форсунок камеры сгорания в зависимости от алгоритма управления модуля автоматизированного управления установкой 14 - и сигналов обратной связи. Сигнал к подаче топлива передается от модуля автоматизированного управления установкой 14 - на блок управления газовым дозатором 15 - , далее сигнал переводится в контроллер газового дозатора, определяющего положение дозирующей иглы. Шаговый двигатель газового дозатора получает команду от контроллера и приводит во вращение вал, который устанавливает положение дозирующей иглы.When starting a gas turbine engine or operating it on gaseous fuel, the fuel is supplied to the gas office 49 — the upgraded dual-circuit nozzles 11 — the collector is supplied from a line connected to the engine power supply system with gaseous fuel consisting of a gas equipment unit and a gas metering control unit. The fuel is supplied to the gas metering device 12 - directly or through a removable compact compressor unit 47 -. When a command is sent from the automated control module of the unit 14, the shut-off valve 16 is opened and the gaseous fuel enters the gas metering unit 12-which delivers the metered fuel to the gas office 49-the upgraded dual-circuit fuel injectors of the combustion chamber depending on the control algorithm of the automated control module of the plant 14 - and feedback signals. The signal to the fuel supply is transmitted from the automated control module of the unit 14 to the gas metering unit 15 control unit, then the signal is transferred to the gas metering controller, which determines the position of the metering needle. The stepper motor of the gas metering unit receives a command from the controller and drives the shaft, which sets the position of the metering needle, into rotation.

При работе на газообразном топливе производится подача топлива через штуцер 31 - и по каналу 32 - к камере распылителя 35 - организованной параллельно оси форсунки, где топливо перемешивается с воздухом, поступающим из завихрителя 38 - , и образовавшаяся топливовоздушная смесь впрыскивается в камеру сгорания ГТД через отверстия 42 - . Часть воздуха дополнительно поступает через двенадцать косых отверстий 44 - в корпусе распылителя и, проходя по кольцевой щели 45 - , осуществляет сдув образовывающегося нагара через отверстия 46 -.. При применении в качестве топлива газообразного топлива с высоким содержанием тяжёлых примесей (попутный нефтяной газ, серный газ, биогаз и т.д.), дополнительный объем воздуха, подается в завихритель 38 - через канал подвода жидкого топлива 33 - , что позволяет обеспечить сдутие оседающих тяжёлых примесей.When working on gaseous fuel, fuel is supplied through nozzle 31 - and through channel 32 - to the atomizer chamber 35 - organized parallel to the nozzle axis, where the fuel mixes with air coming from the swirler 38 -, and the resulting fuel-air mixture is injected into the combustion chamber of the gas turbine engine through openings 42 -. Part of the air additionally enters through twelve oblique holes 44 - in the sprayer housing and, passing through the annular gap 45 -, blows the resulting carbon through the holes 46 - .. When using gaseous fuel with a high content of heavy impurities as fuel (associated petroleum gas, sulfur gas, biogas, etc.), an additional volume of air, is fed into the swirler 38 through the liquid fuel supply channel 33-, which allows for the deflation of the deposited heavy impurities.

При работе ГТД на жидком топливе топливо через штуцер 31 - по каналу 33 - поступает в камеру 36 - в корпусе форсунки. Проходя через фильтр 34 - топливо поступает к завихрителю 38 - , затем топливо поступает к двум завихривающим канавкам, расположенным под углом 45° к оси завихрителя и по ним - в конусную камеру завихривания. Воздух подается в корпус форсунки через штуцер и по каналу 39 - поступает в воздушный фильтр 40 - , затем, пройдя завихривающие канавки, образованные соплами 41 - , смешивается с топливом. Распыленная топливовоздушная смесь выбрасывается через выходное отверстие 43 - . При работе ГТД на жидких топливах высокой вязкости (мазут) дополнительный объем воздуха подается через канал подвода газообразного топлива 32 - , что позволяет обеспечить требуемый состав и полноту сгорания топливовоздушной смеси.When GTE is operating on liquid fuel, fuel through port 31 - through channel 33 - enters chamber 36 - in the nozzle body. Passing through the filter 34 - the fuel goes to the swirler 38 -, then the fuel goes to two swirling grooves located at an angle of 45 ° to the axis of the swirler and along them into the cone swirl chamber. Air is fed into the nozzle body through the nozzle and through channel 39 - enters the air filter 40 -, then, passing the swirling grooves formed by the nozzles 41 -, mixes with the fuel. The sprayed air-fuel mixture is ejected through the outlet 43 -. During the operation of gas turbine engines on high-viscosity liquid fuels (fuel oil), an additional volume of air is supplied through the gaseous fuel supply channel 32, which allows for the required composition and completeness of combustion of the fuel-air mixture.

При подаче сигнала от модуля автоматизированного управления установкой 14 - к переходу с газообразного на жидкое топливо (см. фиг. 3), после стабилизации работы ГТД осуществляется переключение питания на этот вид топлива из магистрали. При переключении по заданному алгоритму модуля автоматизированного управления установкой открываются электромагнитные клапаны 17 - и, обеспечивая подачу топлива в жидкотоплиный контур 50 - модернизированных двухконтурных топливных форсунок. Топливный бак 7 - снабжен блоком 9 - автоматической дозаправки бака жидкого топлива от внешнего источника, подводимого к входному штуцеру. В конструкции топливного бака имеется преобразователь давления 8,, следящий за уровнем топлива. При снижении уровня ниже минимального, преобразователь 8 - подает сигнал на модуль автоматизированного управления 14 - , который передает команду блоку 9 - , включая его. Электронасосный агрегат заправляет топливный бак 7 - . При получении команды с модуля автоматизированного управления установкой 14 - на подачу жидкого топлива топливный бак 7 - гидравлически соединяется с входом насоса-дозатора 13 - . Под давлением вытеснительной системы топливо поступает в насос-дозатор. Далее через клапанные устройства и трубопроводы топливо подаётся к модернизированным двухконтурным топливным форсункам 11 - ГТД. When a signal is sent from the automated control module of the unit 14 to the transition from gaseous to liquid fuel (see Fig. 3), after the GTE operation stabilizes, the power is switched to this type of fuel from the mainline. When switching according to a predetermined algorithm of the module for automated control of the installation, solenoid valves 17 are opened - and providing fuel to the liquid-fuel circuit 50 - upgraded dual-circuit fuel injectors. Fuel tank 7 - is equipped with a block 9 - automatic refueling of a tank of liquid fuel from an external source supplied to the inlet fitting. The design of the fuel tank has a pressure transducer 8, which monitors the fuel level. When the level drops below the minimum, the converter 8 - sends a signal to the automated control module 14 -, which transmits a command to the block 9 -, including it. The electric pump unit fills the fuel tank 7 -. When receiving a command from the automated control module of the unit 14 - to the supply of liquid fuel, the fuel tank 7 is hydraulically connected to the inlet of the metering pump 13 -. Under the pressure of the pressure system, the fuel enters the metering pump. Further, through valve devices and pipelines, fuel is supplied to the upgraded dual-circuit fuel injectors 11 - GTE.

При осуществлении обратного перехода с жидкого на газообразное топливо по команде с модуля автоматизированного управления установкой 14 - осуществляется запуск съемной малогабаритной компрессорной установки 47 - (при наличии) и открытие отсечного клапана газового дозатора 16 - для обеспечения питания модернизированных двухконтурных топливных форсунок 11 - . Одновременно производится открытие дренажных клапанов 51 - , остатки жидкого топлива из топливных форсунок 11 - выдавливаются в камеру сгорания и топливный бак 7 - под действием воздуха подаваемого из-за компрессора высокого давления через клапаны продувки 52 - . Сопровождающее процесс перевода питания ГТД с одного вида топлива на другой изменение температуры в камере сгорания, определяющее мощность на силовой турбине двигателя, корректируется в дозаторе давления, расположенном перед входом в магистраль (на фигурах не показана), и определяющем объем газа поступающего на сгорание в форсунки газовых коллекторов.When executing a reverse transition from liquid to gaseous fuel by a command from the automated control module of unit 14, a removable compact compressor unit 47 is started (if present) and the gas metering valve 16 is opened to supply power to the upgraded dual-circuit fuel injectors 11. At the same time, the drainage valves 51 - are opened, residues of liquid fuel from the fuel injectors 11 - are squeezed into the combustion chamber and the fuel tank 7 - under the action of air supplied from the high-pressure compressor through the purge valves 52 -. The accompanying process of transferring GTE power from one type of fuel to another temperature change in the combustion chamber, which determines the power of the engine power turbine, is corrected in the pressure meter located in front of the main entrance (not shown in the figures) and determining the volume of gas entering the combustion nozzles gas collectors.

Контроль и поддержание работы установки в автономном режиме производится по средствам модуля автоматизированного управления установкой 14 - , предназначенной для автоматического управления и защиты на всех режимах работы, всережимного регулирования, контроля технологических параметров и состояния механизмов установки. Конструктивно все блоки модуля автоматизированного управления установкой 14 - размещены в шкафу управления, располагаемого в корпусе установки или обособленно, на лицевую панель которого вынесены сенсорная панель местного управления, физические кнопки и индикаторы. Модуль автоматизированного управления установкой построен на базе программируемого логического контроллера (ПЛК) с необходимым набором блоков, обеспечивающих преобразование стандартных входных сигналов и формирование стандартных выходных сигналов. Необходимая входная информация поступает в ПЛК от первичных датчиков, нормирующих преобразователей и сигнализаторов положения исполнительных механизмов установки. Модуль автоматизированного управления установкой обеспечивает прием следующих типов аналоговых каналов: Monitoring and maintaining the plant in autonomous mode is carried out by means of the automated plant control module 14 - designed for automatic control and protection in all modes of operation, all-mode control, monitoring of technological parameters and the state of the plant mechanisms. Structurally, all units of the automated installation control module 14 are located in the control cabinet located in the installation case or separately, on the front panel of which the local control touch panel, physical buttons and indicators are placed. The automated plant control module is built on the basis of a programmable logic controller (PLC) with the necessary set of blocks that provide the conversion of standard input signals and the formation of standard output signals. The necessary input information enters the PLC from the primary sensors, normalizing transducers and position sensors of the actuators of the installation. The automated plant control module provides reception of the following types of analog channels:

- каналы измерения сигналов от термопар; - channels for measuring signals from thermocouples;

- каналы измерения сигналов от термометров сопротивления; - channels for measuring signals from resistance thermometers;

- каналы измерения датчиков с унифицированным сигналом 4…20 мА; - measurement channels of sensors with a unified signal 4 ... 20 mA;

- каналы измерения частоты периодических сигналов. - channels of frequency measurement of periodic signals.

При возникновении аварийных ситуаций модуля автоматизированного управления установкой 14 - производит немедленный аварийный останов установки с применением дополнительных метропатией противопожарной защиты. Пульт управления 26 - оператора модуля автоматизированного управления установкой 14 - позволяет контролировать работу установки в режиме реального времени и осуществился прямое управление работой установки. In case of emergency situations of the module of automated control of the installation 14 - produces an immediate emergency shutdown of the installation using additional fire protection metropathy. The control panel 26 - the operator of the automated installation control module 14 - allows you to monitor the operation of the installation in real time and direct control of the operation of the installation is exercised.

Промышленная применимостьIndustrial Applicability

Предлагаемая установка автономного теплового и электрического энергоснабжения может быть осуществлена специалистом на практике и при осуществлении обеспечивает реализацию заявленного назначения. Возможность осуществления специалистом на практике следует из того, что для каждого признака, включённого в формулу полезной модели на основании описания, известен материальный эквивалент, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость» для полезной модели и критерию «полнота раскрытия» для полезной модели.The proposed installation of autonomous thermal and electric power can be carried out by a specialist in practice and in the implementation provides the implementation of the stated purpose. The ability to be practiced by a specialist in practice follows from the fact that for each attribute included in the formula of a utility model based on the description, a material equivalent is known, which allows to conclude that the criterion "industrial applicability" for the utility model and the criterion "completeness of disclosure" for the utility model .

За счет того, что силовой модуль с газотурбинным двигателем имеет блок питания топливом газотурбинного двигателя, соединенный с двухконтурными топливными форсунками и включающий в себя автоматизированные дозаторы газового и жидкого топлива, управляемыми модулем автоматизированного управления установкой и достигается заявленный технический результат - возможность запуска и работы установки на газообразном топливе, в том числе существенно отличном по своему составу и характеристикам от природного газа, например - попутный нефтяной газ, сжиженный газ, биогаз - с возможностью перевода питания газотурбинного двигателя на жидкое топливо и обратный переход без остановки газотурбинного двигателя.Due to the fact that the power module with a gas turbine engine has a power supply unit for a gas turbine engine connected to dual-circuit fuel injectors and includes automated gas and liquid fuel metering devices controlled by the automated control module of the plant and the claimed technical result is achieved - the ability to run and operate the unit on gaseous fuel, including significantly different in composition and characteristics from natural gas, for example, associated petroleum g of liquefied gas, biogas - the ability to transfer power from a gas turbine engine on liquid fuels and reverse transition without stopping the gas turbine engine.

Дополнительно достигаемый технический результат заключается: Additionally achieved technical result is:

- в повышении стабильности и бесперебойности выдачи энергоресурсов и работы установки и достижении соответствия требованиям промышленной безопасности в аварийных ситуациях; - to improve the stability and continuity of the issuance of energy resources and the operation of the installation and to achieve compliance with the requirements of industrial safety in emergency situations;

- в расширении номенклатуры используемых видов топлива; в обеспечении возможности запуска и работы установки на газообразном топливе низкого, среднего и высокого давления; в обеспечении возможности перевода питания двигателя с газообразного на жидкое топливо и обратного перехода; - to expand the range of used fuels; in ensuring the possibility of starting and operating the installation on low, medium and high pressure gaseous fuel; in providing the possibility of transferring engine power from gaseous to liquid fuel and the reverse transition;

- в обеспечения полного контроля за процессом запуска, работы и остановки теплоэлектростанции, с плавным изменением рабочей мощности; - in ensuring complete control over the process of starting, operating and stopping the power plant, with a smooth change in operating capacity;

- в организации автоматической защиты от перепадов напряжения, питания бортовой сети установки и подзарядки аккумуляторных батарей. - in the organization of automatic protection against voltage surges, power supply of the onboard network of the installation and recharging of batteries.

Предлагаемая установка обладает возможностью изменения количественного соотношения между вырабатываемой тепловой и электрической энергией. Так, в наиболее характерном режиме работы, когда требуется выработка и тепловой, и электрической энергии, полная мощность силовой турбины ГТД используется для вращения генератора, вырабатывающего электрический ток, а отработавшие в двигателе высокотемпературные газы через газопровод поступают в коллектор, и в зависимости от потребностей потребителя служат нагреву теплоносителя в теплообменнике котла утилизатора до установленного уровня, либо частично (или полностью) отводятся в атмосферу через газоход. В режиме работы, когда потребности в электроэнергии отсутствуют, а тепловая энергия необходима, с пульта управления модуля автоматизированного управления установкой выключается муфта, мощность силовой турбины ГТД снижается до минимального или близкого к минимальному уровней, отработавшие в двигателе газы через газопровод поступают в водогрейный котел-утилизатор и далее служат нагреву теплоносителя в теплообменнике. Регулирование температуры осуществляется, путем направления части потока газов в газоход, регулируя положение байпасной заслонки.The proposed installation has the ability to change the quantitative ratio between the generated thermal and electrical energy. Thus, in the most typical mode of operation, when both heat and electric power is required, the full power of the GTE power turbine is used to rotate the generator that generates electric current, and the high-temperature gases that have been spent in the engine enter the collector through the gas pipeline and serve to heat the coolant in the heat exchanger of the utilization boiler to a set level, or partially (or completely) are discharged into the atmosphere through the gas duct. In the mode of operation, when there is no need for electricity, and thermal energy is needed, the clutch is turned off from the control panel of the automated control module of the installation, the power of the turbine engine of the CCD is reduced to the minimum or close to the minimum level, the exhaust gases in the engine flow into the waste heat boiler and then serve as the heating medium in the heat exchanger. Temperature control is carried out by directing a part of the gas flow into the gas duct, adjusting the position of the bypass damper.

Следует отметить, что коэффициент полезного действия (КПД) предлагаемой установки будет максимальным в режиме, когда требуются и электрическая, и тепловая энергии, и будет уменьшаться при изменении количественного соотношения в пользу любого из этих видов вырабатываемой энергии. It should be noted that the efficiency of the proposed installation will be maximum in the mode when both electric and thermal energy are required, and will decrease as the quantitative ratio changes in favor of any of these types of generated energy.

Суммируя вышесказанное, поставленная задача решена в полном объеме. Полезная модель обладает повышенными эксплуатационными характеристиками в сравнении с прототипом, заключающимся в обеспечении запуска и работы установки на газообразном и жидком топливе, в том числе видах газообразного топлива существенно отличных по своему составу и характеристикам от природного газа (попутный нефтяной газ, сжиженный газ, биогаз и др.), с возможностью перевода питания двигателя на жидкое топливо и обратный переход без остановки газотурбинного двигателя. Проведенные усовершенствования позволят расширить сферы возможного применения установок, в том числе на объектах промышленной, нефтегазовой, жилищно-коммунальной сферы.Summarizing the above, the task is solved in full. The utility model has improved performance characteristics in comparison with the prototype, which consists in ensuring the launch and operation of the plant on gaseous and liquid fuels, including gaseous fuels that are significantly different in composition and characteristics from natural gas (associated petroleum gas, liquefied gas, biogas and others), with the ability to transfer engine power to liquid fuel and reverse transition without stopping the gas turbine engine. The carried-out improvements will allow to expand the spheres of possible application of installations, including on objects of the industrial, oil and gas, housing-and-municipal sphere.

Claims (4)

1. Установка автономного теплового и электрического энергоснабжения, имеющая транспортабельный корпус, содержащий силовой модуль с газотурбинным двигателем (ГТД), связанным с генератором электрического тока через понижающий редуктор, модуль отвода отработавших газов, модуль электроснабжения потребителей, отличающаяся тем, что силовой модуль с газотурбинным двигателем имеет блок питания топливом газотурбинного двигателя, соединенный с двухконтурными топливными форсунками и включающий в себя автоматизированные дозаторы газового и жидкого топлива, управляемые модулем автоматизированного управления установкой, при этом блок питания топливом газотурбинного двигателя выполнен с возможностью прямого запуска и работы установки как на газообразном, так и на жидком топливе и включает в себя блок газорегулирующих агрегатов, отсечной клапан и датчики давления газа.1. Installation of autonomous thermal and electric power supply, having a transportable case, containing a power module with a gas turbine engine (GTE) connected to an electric current generator through a reduction gearbox, an exhaust gas module, a power supply module for consumers, characterized in that the power module with a gas turbine engine has a gas turbine engine power supply unit connected to dual-circuit fuel injectors and including automated gas and gas metering devices dkogo fuel controlled automated plant control module, wherein the fuel supply unit of the gas turbine engine is configured to directly startup and operation of the unit as a gaseous or liquid fuel, and includes a gas pressure regulating units, gas shut-off valve and pressure sensors. 2. Установка энергоснабжения по п. 1, отличающаяся тем, что блок питания топливом газотурбинного двигателя выполнен с возможностью осуществления перехода с питания газообразным топливом на питание жидким топливом с обеспечением автоматизированного обратного перехода на питание газообразным топливом без остановки ГТД и включает в себя обратные клапаны газового и жидкого топлива, клапан сброса газа в свечу и блок устройств для очистки топливных форсунок и камеры сгорания от остаточного топлива.2. Installation of power supply under item 1, characterized in that the power supply unit of the fuel of a gas turbine engine is configured to make the transition from the power supply of gaseous fuel to the power supply with liquid fuel with the provision of an automated return transfer to the power supply of gaseous fuel without stopping the gas-turbine engine and includes gas check valves and liquid fuel, a valve for gas discharge into the spark plug and a device for cleaning fuel injectors and the combustion chamber from residual fuel. 3. Установка энергоснабжения по п. 1, отличающаяся тем, что двухконтурные топливные форсунки имеют блок обдува и блок защиты от образования нагара на торцевой поверхности распылителя.3. Installation of power supply under item 1, characterized in that the dual-circuit fuel injectors have a blowing unit and a block against the formation of carbon on the end surface of the atomizer. 4. Установка энергоснабжения по п. 1, отличающаяся тем, что модуль автоматизированного управления установкой выполнен с возможностью полного контроля за процессом запуска, работы, перехода между видами топлива и аварийной остановки электростанции с плавным изменением рабочей мощности в соответствии с текущими потребностями потребителя за счет входящих в его состав блоков сбора и обработки аналоговых и дискретных сигналов, поступающих от датчиков, расположенных на раме и отдельных конструктивных элементах установки.4. Installation of power supply under item 1, characterized in that the module of automated control of the installation is made with the possibility of complete control over the process of starting, operating, switching between types of fuel and emergency stopping of a power plant with a smooth change in operating power in accordance with the current needs of the consumer due to incoming It includes blocks for the collection and processing of analog and discrete signals from sensors located on the frame and individual structural elements of the installation.

Images