RU2158835C2 - Устройство для термодинамического преобразования и способ достижения максимального общего кпд этого устройства - Google Patents
Устройство для термодинамического преобразования и способ достижения максимального общего кпд этого устройства Download PDFInfo
- Publication number
- RU2158835C2 RU2158835C2 RU98102781A RU98102781A RU2158835C2 RU 2158835 C2 RU2158835 C2 RU 2158835C2 RU 98102781 A RU98102781 A RU 98102781A RU 98102781 A RU98102781 A RU 98102781A RU 2158835 C2 RU2158835 C2 RU 2158835C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- air
- compressed air
- gas turbine
- compressor
- turbine
- Prior art date
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 239000003570 air Substances 0.000 claims abstract description 69
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 57
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 9
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000029305 taxis Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
- F02C6/18—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use using the waste heat of gas-turbine plants outside the plants themselves, e.g. gas-turbine power heat plants
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C1/00—Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid
- F02C1/04—Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid the working fluid being heated indirectly
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Diaphragms For Electromechanical Transducers (AREA)
Abstract
Устройство для термодинамического преобразования включает в себя газовую турбину, обеспечивающую поток нагретых газов из ее выхлопа, по меньшей мере один воздушный компрессор для сжатия окружающего воздуха, теплообменник, который содержит средства для переноса теплоты от потока нагретых выхлопных газов газовой турбины к сжатому воздуху из воздушного компрессора для производства нагретого сжатого воздуха. С теплообменником соединена по меньшей мере одна воздушная турбина, которая реагирует на нагретый сжатый воздух, приводя в движение, по меньшей мере, один компрессор. Теплообменник имеет трубопроводы для потока газотурбинного выхлопного газа и для потока сжатого воздуха. Способ достижения максимального общего КПД этого устройства заключается в том, чтобы потоки газотурбинных выхлопных газов и сжатого воздуха из, по крайней мере, одного воздушного компрессора имели существенно отличающиеся теплоемкости. Для этого выбираются соответствующие размеры трубопроводов для потока выхлопных газов и для потока сжатого воздуха. Осуществление изобретения позволяет достичь максимальный КПД при частичной нагрузке. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к устройствам для термодинамического преобразования.
Патент США N 4751814 описывает устройство для термодинамического преобразования с воздушным циклом, которое содержит газовую турбину, обеспечивающую поток нагретых газов из выхлопа газовой турбины; по меньшей мере, один воздушный компрессор для сжатия окружающего воздуха; теплообменник, который содержит средства для переноса теплоты от потока нагретых выхлопных газов газовой турбины к сжатому воздуху из воздушного компрессора и производит нагретый сжатый воздух; по крайней мере одну воздушную турбину, соединенную с теплообменником, которая воспринимает нагретый сжатый воздух и приводит в движение, по крайней мере, один компрессор; причем нагретый сжатый воздух содержит избыточную энергию кроме необходимой для, по крайней мере, одной воздушной турбины, чтобы приводить в движение, по крайней мере, один воздушный компрессор; и средства для подачи избыточной энергии к потребляющему процессу. Потоки нагретых выхлопных газов и сжатого воздуха в теплообменнике устанавливают так, что они оба имеют приблизительно равные теплоемкости, благодаря чему поддерживают между ними минимальный градиент температуры. Использование сжатого воздуха обеспечивает воздушный цикл рекуперации.
Согласно патенту США N 4751814 градиент температуры поперек теплообменника должен быть минимален, и два потока должны оба иметь приблизительно равные теплоемкости. Это позволяет достигнуть максимума мощности.
Мощность на оси получают и от исходной газовой турбины и от газовой турбины воздушного цикла рекуперации. В соответствии с природой воздушного цикла рекуперации, от газовой турбины воздушного цикла рекуперации получают мощность на оси значительно меньшую, чем от исходной газовой турбины, приблизительно одну третью часть, когда исходная газовая турбина работает при полной мощности. При этом условии, массовый расход и температура выхлопа из исходной газовой турбины известны, и конфигурация газовой турбины воздушного цикла рекуперации и параметры цикла могут быть выбраны так, чтобы обеспечить максимальную воздушную мощность газовой турбины цикла рекуперации и таким образом максимальную полную мощность и КПД установки.
Во многих возможных применениях воздушного цикла рекуперации, объединенная установка не работает непрерывно при полной мощности. Это имеет место там, где установка обеспечивает локальную сеть, в которой нагрузка изменяется, например на морской нефтегазодобывающей платформе. В этом типе применения максимальная мощность требуется только изредка и на короткие периоды. При этих обстоятельствах, максимальный КПД при максимуме мощности не имеет первостепенного значения.
Таким образом, цель изобретения состоит в том, чтобы создать способ для достижения вышеназванного максимального общего КПД (КПД на оси) при частичных нагрузках.
В краткой формулировке представленное изобретение представляет устройство для термодинамического преобразования с воздушным циклом, которое содержит газовую турбину, обеспечивающую поток нагретых газов из выхлопа газовой турбины; по меньшей мере, один воздушный компрессор для сжатия окружающего воздуха; теплообменник, который содержит средства для переноса теплоты от потока нагретых выхлопных газов газовой турбины к сжатому воздуху из воздушного компрессора и производит нагретый сжатый воздух; по меньшей мере, одну воздушную турбину, соединенную с теплообменником, которая реагируя на нагретый сжатый воздух приводит в движение, по меньшей мере, один компрессор; причем нагретый сжатый воздух содержит избыточную энергию кроме необходимой для, по меньшей мере, одной воздушной турбины, чтобы приводить в движение, по меньшей мере, один воздушный компрессор; и средства для подачи избыточной энергии к потребляющему процессу; причем теплообменник имеет первый трубопровод для потока газотурбинного выхлопного газа и второй трубопровод для потока сжатого воздуха, и размеры первого и второго трубопроводов выбирают так, чтобы потоки с теплоемкостями значительно отличались друг от друга.
Вышеупомянутые и другие задачи, особенности и преимущества представленного изобретения будут очевидны из описания, которое следует ниже, когда оно читается совместно с сопровождающими чертежами, в которых одинаковые числовые ссылки обозначают одни и те же элементы.
Фиг. 1 представляет собой принципиальную схему устройства для термодинамического преобразования, в котором можно использовать изобретение.
Фиг. 2 представляет собой диаграмму, которая показывает КПД на оси в % в зависимости от нагрузки газовой турбины в % от максимальной.
На фиг.1 показано ранее известное устройство для термодинамического преобразования, которое содержит исходную газовую турбину 1, газовую турбину воздушного цикла рекуперации 2 и противоточный теплообменник 3. Исходная газовая турбина включает компрессор 4, камеру сгорания 5 и турбину 6. Газовая турбина воздушного цикла рекуперации 2 содержит ряд соединенных через промежуточные охладители 7 воздушных компрессоров 8 и воздушную турбину 9. Сжатый воздух из компрессоров 8 подают в теплообменник 3 и оттуда в воздушную турбину 9. Выхлопные газы из газовой турбины 6 подают в теплообменник 3 для теплообмена противотоком со сжатым воздухом из воздушных компрессоров 8. Этим известным устройством для термодинамического преобразования управляют с помощью регулирования теплообменника, как показано в патенте США N 4751814, содержание которого включено в настоящее описание.
Фиг.2 показывает общий КПД в зависимости от нагрузки газовой турбины.
Фиг. 2 показывает влияние на полный КПД установки (КПД на оси) двух различных в сравнении с потоком через исходную газовую турбину потоков через газовую турбину воздушного цикла рекуперации. Это различие равно приблизительно +10% (1) и -10% (2) потока исходной газовой турбины при номинальной мощности исходной газовой турбины. Также приведен график зависимости КПД на оси исходной газовой турбины, то есть без газовой турбины воздушного цикла рекуперации. Ясно видно, что один поток (1) дает более высокий общий КПД при близкой к полной мощности, в то время как другой (2) дает более высокий общий КПД при более низких мощностях.
Стоимость топлива и связанных с ним налогов - главная часть общей стоимости использования газотурбинной установки для производства мощности на оси. Эта стоимость топлива, возможно, будет увеличиваться со временем. Таким образом, для оператора такой установки очень важно, чтобы оборудование могло быть оптимально выбрано и сконфигурировано для нормального использования этим оператором.
Claims (3)
1. Устройство для термодинамического преобразования, которое включает газовую турбину, обеспечивающую поток нагретых газов из выхлопа газовой турбины; по меньшей мере один воздушный компрессор для сжатия окружающего воздуха, теплообменник, который содержит средства для переноса теплоты от потока нагретых выхлопных газов газовой турбины к сжатому воздуху из воздушного компрессора для производства нагретого сжатого воздуха; по меньшей мере, одну воздушную турбину, соединенную с теплообменником, которая, реагируя на нагретый сжатый воздух, приводит в движение, по меньшей мере, один компрессор, причем нагретый сжатый воздух содержит избыточную энергию, кроме необходимой, для, по меньшей мере, одной воздушной турбины для приведения в движение, по меньшей мере, одного воздушного компрессора; и средства для подачи вышеназванной избыточной энергии к потребляющему процессу, отличающееся тем, что теплообменник имеет первый трубопровод для потока газотурбинного выхлопного газа и второй трубопровод для потока сжатого воздуха, и размеры вышеназванных первого и второго трубопроводов выбирают так, чтобы потоки с теплоемкостями значительно отличались друг от друга.
2. Способ достижения максимального общего КПД устройства для термодинамического преобразования, которое включает газовую турбину, обеспечивающую поток нагретых газов из выхлопа газовой турбины; по меньшей мере, один воздушный компрессор для сжатия окружающего воздуха; теплообменник, который содержит средства для переноса теплоты от потока нагретых выхлопных газов газовой турбины к сжатому воздуху из воздушного компрессора и производит нагретый сжатый воздух; по меньшей мере, одну воздушную турбину, соединенную с теплообменником, которая, реагируя на нагретый сжатый воздух, приводит в движение, по меньшей мере, один компрессор; причем нагретый сжатый воздух содержит избыточную энергию, кроме необходимой, для, по меньшей мере, одной воздушной турбины для приведения в движение, по меньшей мере, одного воздушного компрессора, и средства для подачи избыточной энергии к потребляющему процессу, отличающийся тем, что потоки газотурбинных выхлопных газов и сжатого воздуха из, по крайней мере, одного воздушного компрессора имеют существенно отличающиеся теплоемкости.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что через вышеназванный теплообменник направляют относительно различные массовые расходы.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO952827A NO300286B1 (no) | 1995-07-17 | 1995-07-17 | Fremgangsmåte for påvirkning av den totale virkningsgrad i et termodynamisk omformingssystem, og et termodynamisk omformingssystem |
| NO952827 | 1995-07-17 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU98102781A RU98102781A (ru) | 2000-01-10 |
| RU2158835C2 true RU2158835C2 (ru) | 2000-11-10 |
Family
ID=19898404
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU98102781A RU2158835C2 (ru) | 1995-07-17 | 1996-07-16 | Устройство для термодинамического преобразования и способ достижения максимального общего кпд этого устройства |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| AU (1) | AU6633796A (ru) |
| NO (1) | NO300286B1 (ru) |
| RU (1) | RU2158835C2 (ru) |
| WO (1) | WO1997004228A1 (ru) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0924410B1 (de) * | 1997-12-17 | 2003-09-24 | ALSTOM (Switzerland) Ltd | Verfahren zum Betrieb einer Gasturbogruppe |
| CN103527275B (zh) * | 2012-07-05 | 2017-04-26 | 襄阳金飞驰机械设备有限公司 | 高温气体余热利用分轴式动力装置 |
| EP3660294B1 (en) | 2018-11-30 | 2024-07-31 | Rolls-Royce plc | Gas turbine engine |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4751814A (en) * | 1985-06-21 | 1988-06-21 | General Electric Company | Air cycle thermodynamic conversion system |
-
1995
- 1995-07-17 NO NO952827A patent/NO300286B1/no not_active IP Right Cessation
-
1996
- 1996-07-16 WO PCT/NO1996/000183 patent/WO1997004228A1/en active Application Filing
- 1996-07-16 RU RU98102781A patent/RU2158835C2/ru not_active IP Right Cessation
- 1996-07-16 AU AU66337/96A patent/AU6633796A/en not_active Abandoned
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| NO300286B1 (no) | 1997-05-05 |
| AU6633796A (en) | 1997-02-18 |
| NO952827D0 (no) | 1995-07-17 |
| WO1997004228A1 (en) | 1997-02-06 |
| NO952827L (no) | 1997-01-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3971211A (en) | Thermodynamic cycles with supercritical CO2 cycle topping | |
| US5634340A (en) | Compressed gas energy storage system with cooling capability | |
| US6276123B1 (en) | Two stage expansion and single stage combustion power plant | |
| US3791137A (en) | Fluidized bed powerplant with helium circuit, indirect heat exchange and compressed air bypass control | |
| JP4605974B2 (ja) | エンジン | |
| RU2215165C2 (ru) | Способ регенерации тепла выхлопных газов в преобразователе органической энергии с помощью промежуточного жидкостного цикла (варианты) и система регенерации тепла выхлопных газов | |
| US6539720B2 (en) | Generated system bottoming cycle | |
| US5678401A (en) | Energy supply system utilizing gas and steam turbines | |
| CA1331522C (en) | Apparatus and method for optimizing the air inlet temperature of gas turbines | |
| JP2898290B2 (ja) | 機械的エネルギ発生装置 | |
| US5425230A (en) | Gas distribution station with power plant | |
| US20040035117A1 (en) | Method and system power production and assemblies for retroactive mounting in a system for power production | |
| JPS6388227A (ja) | ガスタ−ビンユニツト作動方法 | |
| ITMI941519A1 (it) | Metodo ed apparecchio per aumentare la potenza prodotta da turbina a gas | |
| JPH10115229A (ja) | ガスタービン及びその運転方法 | |
| US6125623A (en) | Heat exchanger for operating with a combustion turbine in either a simple cycle or a combined cycle | |
| RU2158835C2 (ru) | Устройство для термодинамического преобразования и способ достижения максимального общего кпд этого устройства | |
| JPS5882006A (ja) | 熱を仕事に変換する装置 | |
| RU2199020C2 (ru) | Способ работы комбинированной газотурбинной установки системы газораспределения и комбинированная газотурбинная установка для его осуществления | |
| CA1284586C (en) | Air turbine cycle | |
| US5927065A (en) | Thermodynamic conversion system using gas and air turbines | |
| US20010003247A1 (en) | Apparatus and methods of generating electrical power from a reservoir | |
| US20050109034A1 (en) | Method for operation of a power generation plant | |
| JP2001241304A (ja) | ガス圧力エネルギを利用した複合発電システム | |
| JP3784616B2 (ja) | 小容量のガスタービンコージェネレーションシステムの熱電比制御方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110717 |