RU2115004C1 - Gas turbine plant and method of its operation - Google Patents

Abstract

FIELD: mechanical engineering; gas turbine plants. SUBSTANCE: with gas turbine plant operating, thermodynamic parameters of gas are changed by providing passage of main flow through main duct, working wheel blade passage channels and fixed channels of contraction and diffuser types with speed ratio of gas in channels providing complete filling of channels at designed conditions. At deviation of operating conditions from designed conditions, passage of at least one compensating gas flow through additional main line is provided between corresponding pressure input into diffuser type fixed channels and output from contraction type fixed channels. Moreover, at least one compensating gas flow is passed through heat exchanger. Heat exchange is provided at least between two compensating gas flows. Heat exchanger between main and at least one compensating gas flows is also provided. EFFECT: improved efficiency of operation at operating conditions differing from designed conditions. 5 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к холодильной технике и двигателестроению и может быть использовано в теплонасосных установках и газотурбинных двигателях. The invention relates to refrigeration and engine building and can be used in heat pump units and gas turbine engines.

Известен способ работы газотурбинной установки, при котором производят сжатие газа в компрессоре и расширение его в турбине, которые имеют рабочие колеса с межлопаточными каналами и неподвижные каналы конфузорного и диффузорного типа. A known method of operation of a gas turbine installation, in which the gas is compressed in a compressor and expanded in a turbine, which have impellers with interscapular channels and fixed channels of confuser and diffuser type.

Недостатками данного способа работы газотурбинной установки и ее конструкции являются низкие эффективность и надежность при работе на режимах, отличных от расчетного, из-за возникающего при этом несоответствия между проходными сечениями межлопаточных каналов рабочих колес и проходными сечениями неподвижных каналов конфузорного и диффузорного типа. The disadvantages of this method of operation of a gas turbine installation and its design are low efficiency and reliability when operating in modes other than the calculated one, due to a mismatch between the passage sections of the interscapular channels of the impellers and the passage sections of the stationary channels of the confuser and diffuser type.

Проблемами, решаемыми данным изобретением, являются повышение эффективности и надежности газотурбинной установки при работе на режимах, отличных от расчетного. The problems solved by this invention are to increase the efficiency and reliability of a gas turbine installation when operating in modes other than the calculated one.

Указанные технологические проблемы решаются тем, что в способе работы газотурбинной установки, включающем изменение термодинамических параметров газа путем обеспечения прохода его основного потока через межлопаточные каналы рабочих колес и неподвижные каналы конфузорного и диффузорного типа с соотношением скоростей газа в каналах, обеспечивающих на расчетном режиме полное их заполнение, при отклонении режима работы от расчетного обеспечивают проход по меньшей мере одного компенсирующего потока газа между соответствующими по давлению входом в неподвижные каналы диффузорного типа и выходом из неподвижных каналов конфузорного типа. These technological problems are solved by the fact that in the method of operation of a gas turbine installation, including changing the thermodynamic parameters of the gas by ensuring the passage of its main stream through the interscapular channels of the impellers and fixed channels of confuser and diffuser type with the ratio of gas velocities in the channels, ensuring their full filling in the calculated mode , when the operating mode deviates from the calculated one, at least one compensating gas flow passes between the corresponding pressure NIJ entering the fixed diffuser-type channels and outlet channels of the stationary confuser type.

Кроме того, по меньшей мере один компенсирующий поток газа пропускают через теплообменник. In addition, at least one compensating gas stream is passed through a heat exchanger.

Кроме того, производят теплообмен по меньшей мере, между двумя компенсирующими потоками газа. In addition, heat is exchanged between at least two compensating gas flows.

Кроме того, производят теплообмен между основным и по меньшей мере одним компенсирующим потоком газа. In addition, heat is exchanged between the main and at least one compensating gas stream.

Указанные технические проблемы решаются также газотурбинной установкой, содержащей рабочие колеса с межлопаточными каналами, неподвижные каналы конфузорного и диффузорного типа и магистраль для прохождения основного потока газа, которая снабжена по меньшей мере одной дополнительной магистралью для прохождения компенсирующего потока газа, соединяющей соответствующие по давлению вход в неподвижные каналы диффузорного типа и выход из неподвижных каналов конфузорного типа. These technical problems are also solved by a gas turbine installation containing impellers with interscapular channels, fixed channels of confuser and diffuser type, and a main gas flow line, which is equipped with at least one additional gas line for a compensating gas flow connecting the pressure-sensitive entrance to the stationary diffuser type channels and exit from fixed channels of confuser type.

Кроме того, по меньшей мере одна дополнительная магистраль для прохождения компенсирующего потока газа снабжена теплообменником. In addition, at least one additional line for the passage of the compensating gas flow is equipped with a heat exchanger.

Кроме того, теплообменник выполнен с возможностью теплообмена между по меньшей мере двумя компенсирующими потоками газа. In addition, the heat exchanger is arranged to heat exchange between at least two compensating gas flows.

Кроме того, теплообменник выполнен с возможностью теплообмена между основным и по меньшей мере одним компенсирующим потоком газа. In addition, the heat exchanger is configured to heat exchange between the main and at least one compensating gas stream.

Заявляемые способ и устройство поясняются чертежом, на котором изображена принципиальная схема газотурбинной установки. The inventive method and device are illustrated in the drawing, which shows a schematic diagram of a gas turbine installation.

Способ работы газотурбинной установки осуществляется следующим образом. The method of operation of a gas turbine installation is as follows.

Основной поток газа поступает в компрессор 1, где при прохождении через конфузор 2, межлопаточные каналы рабочего колеса 3 и диффузор 4 повышается его давление и температура. Сжатый газ по магистрали 5 поступает в турбину 6, где совершает работу, проходя через конфузор 7, межлопаточные каналы рабочего колеса 8 и неподвижный диффузор 9. При этом его давление и температура понижаются. The main gas stream enters the compressor 1, where when passing through the confuser 2, the interscapular channels of the impeller 3 and the diffuser 4 increase its pressure and temperature. Compressed gas through line 5 enters the turbine 6, where it does work passing through the confuser 7, the interscapular channels of the impeller 8 and the stationary diffuser 9. At the same time, its pressure and temperature decrease.

Когда режим работы соответствует расчетному, основной поток газа проходит через межлопаточные каналы рабочих колес и неподвижные каналы конфузорного и диффузорного типа со скоростями, обеспечивающими полное заполнение их проходных сечений. When the operating mode corresponds to the calculated one, the main gas flow passes through the interscapular channels of the impellers and the fixed channels of the confuser and diffuser type with speeds ensuring the full filling of their passage sections.

В связи с тем, что состояние газа при проходе его между соответствующими неподвижными и подвижными каналами не меняется, соотношения между проходными сечениями этих каналов определяются соотношением скоростей выхода газа из одних каналов и входа его в другие, которое, как известно, определяется из треугольника скоростей. Due to the fact that the state of the gas does not change when it passes between the respective stationary and moving channels, the ratios between the flow sections of these channels are determined by the ratio of the rates of gas exit from one channel and its entrance to others, which, as you know, is determined from the velocity triangle.

Так как дополнительная магистраль 10 обеспечивает примерное равенство давлений на входе из конфузора 2 и входе в диффузор 9 на всех режимах, то изменение скоростей газа на входе в диффузор 9 приводит к соответствующему изменению скоростей на выходе из конфузора 2. Причем при уменьшении одной скорости уменьшается и другая, и наоборот. Следовательно, если проходное сечение диффузора 9 становится мало, то и проходное сечение конфузора 2 также становится мало, и часть газа, которая не может пройти через диффузор 9, поступает по дополнительной магистрали 10 в межлопаточные каналы рабочего колеса 3, минуя конфузор 2. Since the additional line 10 provides an approximate equality of the pressures at the inlet from the confuser 2 and the inlet to the diffuser 9 in all modes, a change in the gas velocities at the inlet to the diffuser 9 leads to a corresponding change in the velocities at the outlet of the confuser 2. Moreover, when one speed decreases, another and vice versa. Therefore, if the flow cross section of the diffuser 9 becomes small, then the flow cross section of the confuser 2 also becomes small, and the part of the gas that cannot pass through the diffuser 9 enters the interscapular channels of the impeller 3 through an additional line 10, bypassing the confuser 2.

В том случае, когда становятся малы проходные сечения межлопаточных каналов рабочих колес 3 и 8, часть газа поступает с выхода из конфузора 2 на вход в диффузор 9, минуя межлопаточные каналы рабочих колес 3 и 8. In the case when the passage sections of the interscapular channels of the impellers 3 and 8 become small, part of the gas flows from the outlet of the confuser 2 to the entrance to the diffuser 9, bypassing the interscapular channels of the impellers 3 and 8.

Таким образом, на всех режимах работы, отличных от расчетного, происходит компенсация возникающего при этом несоответствия между проходными сечениями межлопаточных каналов рабочих колес и неподвижных каналов конфузорного и диффузорного типа. Thus, at all operating modes other than the calculated one, compensation is made for the inconsistency that arises in this case between the passage sections of the interscapular channels of the impellers and the fixed channels of the confuser and diffuser types.

Величина и направление компенсирующего потока газа зависят от величины отклонения режима работы от расчетного. The magnitude and direction of the compensating gas flow depend on the magnitude of the deviation of the operating mode from the calculated one.

Несоответствие между проходными сечениями межлопаточных каналов рабочих колес 3 и 8 и проходными сечениями диффузора 4 и конфузора 7 компенсируется за счет прохождения части газа по дополнительной магистрали 11. The mismatch between the bore sections of the interscapular channels of the impellers 3 and 8 and the bore sections of the diffuser 4 and the confuser 7 is compensated by the passage of part of the gas through the additional line 11.

При прохождении основного и компенсирующих потоков между компрессором 1 и турбиной 6 между ними происходит теплообмен в теплообменнике 12. With the passage of the main and compensating flows between the compressor 1 and the turbine 6 between them, heat transfer occurs in the heat exchanger 12.

Все это обеспечивает высокие эффективность и надежность газотурбинной установки на всех режимах. All this provides high efficiency and reliability of the gas turbine installation in all modes.

Газотурбинная установка для осуществления способа в описанном варианте включает компрессор 1 и турбину 6, соединенные магистралью 5 для прохождения основного потока газа. Компрессор 1 имеет неподвижный конфузор 2, рабочее колесо 3 с межлопаточными каналами и неподвижный диффузор 4, а турбина 6 имеет неподвижный конфузор 7, рабочее колесо 8 с лопаточными каналами и неподвижный диффузор 9. Дополнительная магистраль 10 для прохождения одного компенсирующего потока соединяет соответствующие по давлению вход в диффузор 9 и выход из конфузора 2, а дополнительная магистраль 11 для прохождения другого компенсирующего потока газа соединяет соответствующие по давлению вход в диффузор 4 и выход из конфузора 7. Дополнительные магистрали 10 и 11 снабжены теплообменником 12, выполненным с возможностью теплообмена между основным и компенсирующим потоками газа. A gas turbine installation for implementing the method in the described embodiment includes a compressor 1 and a turbine 6 connected by a line 5 for the passage of the main gas stream. The compressor 1 has a fixed confuser 2, an impeller 3 with interscapular channels and a fixed diffuser 4, and the turbine 6 has a fixed confuser 7, an impeller 8 with scapular channels and a fixed diffuser 9. An additional line 10 for the passage of one compensating flow connects the pressure-appropriate input into the diffuser 9 and exit from the confuser 2, and an additional line 11 for passing another compensating gas flow connects the pressure-sensitive entrance to the diffuser 4 and the exit from the confuser 7. s highways 10 and 11 are provided with a heat exchanger 12 adapted to heat exchange between the ground and the compensating gas flows.

Работа газотурбинной установки ясна из описания способа. The operation of the gas turbine installation is clear from the description of the method.

В зависимости от назначения газотурбинной установки, например при использовании ее в двигателях, теплообменниками могут быть снабжены только соответствующие дополнительные магистрали, в то время как магистраль для прохождения основного потока снабжается камерой сгорания (на чертеже не показана). Depending on the purpose of the gas turbine unit, for example, when used in engines, only corresponding additional lines can be provided with heat exchangers, while the line for supplying the main stream is equipped with a combustion chamber (not shown in the drawing).

Следует отметить, что данное техническое решение может быть использовано в газотурбинных установках с турбиной, установленной перед компрессором по ходу движения основного потока газа, а также в многоступенчатых компрессорах с промежуточным отводом теплоты и в многоступенчатых турбинах с промежуточным подводом теплоты. It should be noted that this technical solution can be used in gas turbine installations with a turbine installed in front of the compressor along the main gas flow, as well as in multistage compressors with intermediate heat removal and in multistage turbines with intermediate heat supply.

Claims (8)

1. Способ работы газотурбинной установки, включающий изменение термодинамических параметров газа путем обеспечения прохода его основного потока через межлопаточные каналы рабочих колес и неподвижные каналы конфузорного и диффузорного типа с соотношением скоростей газа в каналах, обеспечивающим на расчетном режиме полное их заполнение, отличающийся тем, что при отклонении режима работы от расчетного обеспечивают проход по меньшей мере одного компенсирующего потока газа между соответствующими по давлению входом в неподвижные каналы диффузорного типа и выходом из неподвижных каналов конфузорного типа. 1. The method of operation of a gas turbine installation, including changing the thermodynamic parameters of the gas by ensuring the passage of its main stream through the interscapular channels of the impellers and fixed channels of confuser and diffuser type with a ratio of gas velocities in the channels, ensuring their full filling in the design mode, characterized in that when deviation of the operating mode from the calculated one allows the passage of at least one compensating gas flow between the pressure-sensitive entrance to the fixed channels iffuzornogo type and output of the fixed channels confuser type. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере один компенсирующий поток газа пропускают через теплообменник. 2. The method according to claim 1, characterized in that at least one compensating gas stream is passed through a heat exchanger. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что производят теплообмен по меньшей мере между двумя компенсирующими потоками газа. 3. The method according to claim 2, characterized in that heat is exchanged between at least two compensating gas flows. 4. Способ по п.2, отличающийся тем, что производят теплообмен между основным и по меньшей мере между одним компенсирующим потоком газа. 4. The method according to claim 2, characterized in that heat is exchanged between the main and at least one compensating gas stream. 5. Газотурбинная установка, содержащая рабочие колеса с межлопаточными каналами, неподвижные каналы конфузорного и диффузорного типа и магистраль для прохождения основного потока газа, отличающаяся тем, что она снабжена по меньшей мере одной дополнительной магистралью для прохождения компенсирующего потока газа, соединяющей соответствующие по давлению вход в каналы диффузорного типа и выход из каналов конфузорного типа. 5. A gas turbine installation comprising impellers with interscapular channels, fixed channels of confuser and diffuser type and a line for passing the main gas stream, characterized in that it is equipped with at least one additional line for passing a compensating gas stream connecting the pressure-sensitive inlet diffuser type channels and exit from confuser type channels. 6. Установка по п.5, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна дополнительная магистраль для прохождения компенсирующего потока газа снабжена теплообменником. 6. Installation according to claim 5, characterized in that at least one additional line for the passage of the compensating gas flow is equipped with a heat exchanger. 7. Установка по п.6, отличающаяся тем, что теплообменник выполнен с возможностью теплообмена между по меньшей мере двумя компенсирующими потоками газа. 7. Installation according to claim 6, characterized in that the heat exchanger is made with the possibility of heat exchange between at least two compensating gas flows. 8. Установка по п.6, отличающаяся тем, что теплообменник выполнен с возможностью теплообмена между основным и по меньшей мере одним компенсирующим потоком газа. 8. Installation according to claim 6, characterized in that the heat exchanger is made with the possibility of heat exchange between the main and at least one compensating gas stream.