RU2032813C1 - Compressor plant - Google Patents

Abstract

FIELD: compressor engineering. SUBSTANCE: combustion chamber 9 is interposed between compressors 7,8 which, in turn, are arranged symmetrically with respect to the chamber. Turbine 3 is mounted inside the combustion chamber. The plant has a system for preparing and supplying fuel. EFFECT: enhanced efficiency. 3 dwg

Description

Изобретение относится к конструкциям компрессоров динамического действия лопаточного типа, а конкретнее к паровоздушным компрессорам. The invention relates to the design of compressors of dynamic action of the blade type, and more particularly to steam-air compressors.

Наиболее близкой по конструкции к предлагаемому устройству является компрессорная установка, содержащая два компрессора, камеру сгорания, в которую через сопла подается жидкость, которая испаряется с образованием пара, и с дальнейшим образованием газопаровой смеси, которая подается на турбину. The closest in design to the proposed device is a compressor unit containing two compressors, a combustion chamber into which liquid is supplied through the nozzles, which evaporates to form steam, and with the further formation of a gas-vapor mixture, which is fed to the turbine.

Предлагаемая компрессорная установка содержит два компрессора, камеру сгорания с расположенным внутри нее сопловым аппаратом подачи топлива и с размещенными в ее стенках соплами подачи воды и сообщенную с ней газовую турбину. The proposed compressor installation comprises two compressors, a combustion chamber with a nozzle fuel supply device located inside it and with water supply nozzles located in its walls and a gas turbine in communication with it.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предложенное техническое решение совпадает по двум существенным признакам и в этой части оно не новое. Однако оно отличается тем, что камера сгорания установлена между двумя компрессорами, расположенными относительно нее симметрично, а турбина размещена внутри камеры сгорания. Comparative analysis with the prototype shows that the proposed technical solution coincides in two essential ways and in this part it is not new. However, it differs in that the combustion chamber is installed between two compressors located symmetrically relative to it, and the turbine is located inside the combustion chamber.

На фиг.1 представлена схема паровоздушного компрессора; на фиг.2 камера сгорания с газовой турбиной; на фиг.3 система подготовки и подачи топлива. Figure 1 presents a diagram of a steam-air compressor; figure 2 combustion chamber with a gas turbine; figure 3 system of preparation and supply of fuel.

Конструкцию паровоздушного компрессора можно представить в виде ротора и статора (фиг. 1). Ротор представляет собой вал 1, размещенный в подшипниках 2, с находящейся на нем газовой турбиной 3 с радиальными лопатками 4, сопловым аппаратом 5 подачи топлива и рабочими колесами 6 ступеней двух компрессоров 7, 8, уравновешенных относительно вала. Статор представляет собой камеру сгорания 9 с направляющими лопатками 10 и со спиральным корпусом 11, в которой размещены сопловый аппарат подачи воды 12 и полость подвода воды 13, обратные направляющие аппараты 14 ступеней компрессоров. Рабочие колеса размещены в ступенях компрессоров, газовая турбина в камере сгорания. Система подготовки и подачи топлива включает механизм предварительной подготовки топлива 15 (например, "мельница" по а.с. N 1240145), сопловый аппарат, диск турбины 16 с теплоизолятором 17 и испарителем 18 и вал. Устройство снабжено воздушным клапаном 19. The design of the steam-air compressor can be represented in the form of a rotor and a stator (Fig. 1). The rotor is a shaft 1, located in bearings 2, with a gas turbine 3 on it with radial blades 4, a nozzle apparatus 5 for supplying fuel and impellers 6 stages of two compressors 7, 8 balanced against the shaft. The stator is a combustion chamber 9 with guide vanes 10 and with a spiral casing 11, in which a nozzle apparatus for supplying water 12 and a cavity for supplying water 13, and reverse guide apparatuses 14 of compressor stages are located. Impellers are located in the compressor stages, a gas turbine in the combustion chamber. The fuel preparation and supply system includes a preliminary fuel preparation mechanism 15 (for example, a mill according to AS N 1240145), a nozzle apparatus, a turbine disk 16 with a heat insulator 17 and an evaporator 18, and a shaft. The device is equipped with an air valve 19.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При пусковом вращении ротора паровоздушного компрессора начинается нагнетание воздуха в камеру сгорания 9, куда подается топливо через сопловый аппарат 5. При сгорании топлива образованная теплота используется на производство пара. Образовавшееся рабочее тело поступает на лопатки 4 газовой турбины 3, приводя во вращение ротор паровоздушного компрессора. Рабочее тело при выходе из лопаток газовой турбины формируется в спиральном корпусе 11 и подается потребителю. При подаче жидкого топлива в "мельницу" 15 при вращении ротора компрессора тяжелые фракции размалываются до более легких-парообразных. Далее топливо попадает в сопловый аппарат и под действием центробежной силы и перепада давления в камеру сгорания 9. Горение топлива происходит по обе стороны диска 16 газовой турбины 3 и нагревает его. Благодаря теплопроводности материала испарителя 18 происходит нагрев топлива в зоне соплового аппарата и доведения его до газового состояния. При работе паровоздушного компрессора в околосопловом пространстве образуется три слоя: топливо, воздух, вода. По границе воздуха и воды происходит распыление воды. Средняя часть воздушного потока служит разграничительной зоной. Далее от соплового аппарата процесс окисления заканчивается, а разграничительная зона сходит на нет и два потока-воздушная смесь и горячие газы начинают непосредственное взаимодействие. При этом работа теплового расширения "сухого" газа уменьшается из-за понижения температуры в результате теплообмена с водой в процессе испарения, но при этом появляется дополнительная работа расширения пара, эквивалентная затраченной тепловой энергии. Стенки камеры сгорания имеют полости 13 и сопла 12 для подачи воды, и вода, проходя через полости, охлаждает стенки со стороны последней ступени компрессоров 7, 8 и со стороны дисковой турбины 16, нагревается до температуры, близкой к точке кипения. Термоавтомат (не показан) регулирует температуру рабочего тела путем количественной подачи воды. Подача воды осуществляется за счет перепада давления (эжекция). При повышении температуры рабочего тела выше допустимого, автомат прекращает подачу топлива. Компрессоры создают первоначальное давление и поставляют окислитель в камеру сгорания. Степень сжатия зависит от количества ступеней в компрессорах, их типа и частоты вращения ротора. Основным критерием работы компрессоров является высокая степень сжатия с соответствующим расходом, достаточным для осуществления процессов окисления и парообразования. During the starting rotation of the rotor of the steam-air compressor, air is injected into the combustion chamber 9, where fuel is supplied through the nozzle apparatus 5. When the fuel is burned, the generated heat is used to produce steam. The resulting working fluid enters the blades 4 of the gas turbine 3, causing the rotor of the steam-air compressor to rotate. The working fluid at the exit of the gas turbine blades is formed in a spiral casing 11 and is supplied to the consumer. When liquid fuel is supplied to the "mill" 15 during rotation of the compressor rotor, the heavy fractions are milled to lighter vaporous ones. Further, the fuel enters the nozzle apparatus and under the action of centrifugal force and pressure drop into the combustion chamber 9. The fuel burns on both sides of the disk 16 of the gas turbine 3 and heats it. Due to the thermal conductivity of the material of the evaporator 18, the fuel is heated in the area of the nozzle apparatus and brought to a gas state. During operation of a steam-air compressor, three layers are formed in the near-nozzle space: fuel, air, water. At the border of air and water, water is sprayed. The middle part of the air flow serves as a demarcation zone. Further, from the nozzle apparatus, the oxidation process ends, and the demarcation zone comes to naught and two flows — the air mixture and hot gases begin a direct interaction. In this case, the work of thermal expansion of the “dry” gas is reduced due to a decrease in temperature as a result of heat exchange with water during the evaporation process, but an additional work of expansion of steam appears, which is equivalent to the expended thermal energy. The walls of the combustion chamber have cavities 13 and nozzles 12 for supplying water, and water passing through the cavities cools the walls from the side of the last stage of the compressors 7, 8 and from the side of the disk turbine 16, is heated to a temperature close to the boiling point. A thermo-automatic device (not shown) regulates the temperature of the working fluid by quantitative supply of water. The water supply is carried out due to the pressure drop (ejection). If the temperature of the working fluid rises above the permissible level, the machine stops the fuel supply. Compressors create initial pressure and deliver an oxidizing agent to the combustion chamber. The compression ratio depends on the number of stages in the compressors, their type and rotor speed. The main criterion for the operation of compressors is a high degree of compression with an appropriate flow rate sufficient for the implementation of oxidation and vaporization processes.

Для уравновешивания осевых нагрузок последние ступени соединены между собой каналом (давление в них уравновешивается). Итак, в паровоздушном компрессоре при установившемся рабочем режиме происходит одновременно несколько процессов:
преобразование жидкого топлива в парообразное, парообразного в газообразное с нагревом до 800^оC,
сжатие воздуха в компрессорах и подача его в камеру сгорания, причем отвод тепла во внешнюю среду не производится, а используется в процессе окисления и парообразования,
процесс окисления топлива переходит в процесс парообразования.To balance axial loads, the last stages are interconnected by a channel (the pressure in them is balanced). So, in a steam-air compressor, at a steady-state operating mode, several processes occur simultaneously:
the conversion of liquid fuel to vapor, vapor to gaseous with heating up to 800 ^about C,
air compression in the compressors and its supply to the combustion chamber, and heat is not removed to the external environment, but is used in the process of oxidation and vaporization,
the process of oxidation of the fuel goes into the process of vaporization.

Зажигание топлива осуществляется любым способом через топливный канал при помощи воздушного клапана 19 или через стенки камеры сгорания или спирального корпуса. The ignition of the fuel is carried out in any way through the fuel channel using the air valve 19 or through the walls of the combustion chamber or spiral housing.

Предложенная компрессорная установка имеет самостоятельный внутренний привод, работающий на любом газообразном, жидком, твердом (через газогенератор) топливе. Конструкция симметрична, уравновешена, имеет высокое рабочее давление и относительно низкую температуру рабочего тела (до 250^оС). Паровоздушный компрессор не имеет системы смазки, охлаждения и зажигания в общепринятом виде. Паровоздушный компрессор как парогенератор имеет высокий термический КПД, почти вся энергия топлива идет на процесс парообразования. Конструкция экологична, так как топливо сгорает полностью. В паровоздушном компрессоре могут быть использованы подшипники скольжения, на воздушной подушке и магнитные радиального типа.The proposed compressor installation has an independent internal drive that runs on any gaseous, liquid, solid (through a gas generator) fuel. The construction is symmetric, balanced, has a high operating pressure and relatively low working fluid temperature (250 ° ^C). The steam-air compressor does not have a conventional lubrication, cooling and ignition system. A steam-air compressor as a steam generator has a high thermal efficiency, almost all the energy of the fuel goes to the process of vaporization. The design is environmentally friendly, as the fuel burns out completely. In a steam-air compressor, plain bearings, air cushions and radial bearings can be used.

Паровоздушный компрессор предназначен для работы с турбинными детандерами, паровыми и газовыми турбинами, а также как производитель пара для тепловой сети. The steam-air compressor is designed to work with turbine expanders, steam and gas turbines, and also as a producer of steam for the heating network.

Claims (1)

КОМПРЕССОРНАЯ УСТАНОВКА, содержащая два компрессора, камеру сгорания с расположенными внутри нее форсунками подачи топлива и с размещенными в ее стенках соплами подачи воды и сообщенную с ней газовую турбину, отличающаяся тем, что камера сгорания установлена между двумя компрессорами, расположенными относительно нее симметрично, а турбина размещена внутри камеры сгорания. A COMPRESSOR UNIT containing two compressors, a combustion chamber with fuel supply nozzles located inside it and with water supply nozzles located in its walls and a gas turbine connected to it, characterized in that the combustion chamber is installed between two compressors located symmetrically relative to it, and the turbine placed inside the combustion chamber.

Images