Многокаскадное газотурбинное устройство - RU2017136584A
Код документа: RU2017136584A
Формула
1. Наземное или судовое многокаскадное газотурбинное устройство для генерирования электрической энергии для подачи на нагрузку (200), являющейся внешней относительно указанного устройства, которое содержит:
- по меньшей мере три каскада (10а, 10b, 10с), каждый из которых содержит вал (11а, 11b, 11с), компрессор (C1, С2, С3) и турбину (T1, Т2, Т3), установленные на валу (11а, 11b, 11с);
при этом имеется компрессор (С1) самого высокого давления, которым является компрессор, установленный на валу (11а) каскада (10а), турбина (Т1) которого выполнена с возможностью работы при самом высоком давлении из указанных турбин, т.е. эта турбина (Т1) является турбиной самого высокого давления и также установлена на валу;
первую камеру (Comb1) сгорания, выполненную с возможностью обеспечения сжигания топливной смеси или реакции топливной смеси так, что сжатый газ из компрессора (С1) самого высокого давления преобразуется в газ с повышенной температурой, расширяемый в турбине (Т1) самого высокого давления с выработкой механической энергии для приведения в действие компрессора (С1) самого высокого давления,
причем турбина (Т1) самого высокого давления является первой турбиной, расположенной для приема указанного газа с повышенной температурой от первой камеры (Comb1) сгорания;
при этом указанные по меньшей мере три каскада (10а, 10b, 10с) сообщаются по текучей среде друг с другом,
каждая из расположенных ниже по ходу потока турбин выполнена с возможностью приема газа с более высоким давлением от непосредственно предшествующей расположенной выше по ходу потока турбины, выполненной с возможностью работы при более высоком давлении, чем турбина из расположенных ниже по ходу потока турбин, принимающих газ с более высоким давлением, и
каждый из компрессоров выполнен с возможностью приема газа с более низким давлением от непосредственно предшествующего компрессора, выполненного с возможностью работы при более низком давлении, чем компрессор из компрессоров, принимающих газ с более низким давлением; и
- по меньшей мере три генератора (G1, G2, G3), каждый из которых механически непосредственно связан с заданным одним из валов с возможностью приведения его во вращение этим валом, причем
каждый из валов (11а, 11b, 11с), таким образом, механически связан с одним генератором,
количество указанных по меньшей мере трех генераторов (G1, G2, G3) равно количеству указанных валов (11а, 11b, 11с),
каждый из указанных по меньшей мере трех генераторов (G1, G2, G3) выполнен с возможностью вращения с той же скоростью, что и вал, с которым связан данный генератор,
указанные по меньшей мере три генератора (G1, G2, G3) выполнены с возможностью генерирования переменного электрического тока для питания указанной нагрузки (200),
обеспечена возможностью управления электрической энергией, выдаваемой указанными по меньшей мере тремя генераторами (G1, G2, G3), независимо друг от друга,
указанные по меньшей мере три генератора (G1, G2, G3) имеют по существу равные номинальные мощности, а вращающиеся части указанных по меньшей мере трех генераторов (G1, G2, G3) имеют по существу равные номинальные значения скорости вращения, и
обеспечена возможность генерирования по меньшей мере 60% общей выходной энергии, подаваемой на указанную нагрузку (200), этими по меньшей мере тремя генераторами (G1, G2, G3) в виде электрической энергии,
причем общая выходная энергия равна сумме электрической и вращательной энергии, подаваемых устройством на указанную нагрузку (200).
2. Устройство по п. 1 в сочетании со стационарной наземной газотурбинной силовой установкой или судовой газотурбинной силовой установкой.
3. Устройство по п. 1 или 2, для которого указанная нагрузка (200), которая является внешней по отношению к устройству и на которую должна быть подана электрическая мощность, является электрической сетью или автономной электрической нагрузкой, такой как электрическая система энергоснабжения больницы, промышленного предприятия или жилого района, или электрической системой энергоснабжения судна и/или электрической частью двигателя судовой силовой установки.
4. Устройство по любому из пп. 1-3, дополнительно содержащее:
первый теплообменник (14), выполненный с возможностью приема указанного сжатого газа от компрессора (С1) самого высокого давления и газа из последней расположенной ниже по ходу потока турбины, выполненной с возможностью иметь самое низкое давление среди указанных турбин, т.е. турбины (Т3) самого низкого давления, обеспечивающий передачу тепла от указанного газа, поступающего из последней расположенной ниже по ходу потока турбины, к указанному сжатому газу для предварительного нагрева указанного сжатого газа перед его сгоранием в первой камере (Comb1) сгорания.
5. Устройство по любому из пп. 1-4, дополнительно содержащее:
по меньшей мере один второй теплообменник (15), расположенный с возможностью сообщения по текучей среде между двумя компрессорами для приема газа от одного из указанных двух компрессоров, имеющего более низкое давление, для передачи указанного газа другому из указанных двух компрессоров, имеющему более высокое давление, и охлаждающей среды из внешнего источника для уменьшения температуры указанного газа от одного из указанных двух компрессоров, имеющего более низкое давление,
причем каждый из указанного по меньшей мере одного второго теплообменника (15) выполнен с возможностью передачи указанного газа от одного из указанных двух компрессоров, имеющего более низкое давление, другому из указанных двух компрессоров, имеющему более высокое давление.
6. Устройство по любому из пп. 1-5, дополнительно содержащее:
по меньшей мере одну вторую камеру (Comb2) сгорания, расположенную между двумя турбинами и выполненную с возможностью обеспечения сжигания топливной смеси или реакции топливной смеси,
причем указанная по меньшей мере одна вторая камера (Comb2) сгорания выполнена с возможностью повторного нагрева указанного газа, поступающего от одной из указанных двух турбин, имеющей более высокое давление, и передачи указанного газа от указанной одной из указанных двух турбин, имеющей более высокое давление, другой из указанных двух турбин, имеющей более низкое давление.
7. Устройство по любому из пп. 1-6, дополнительно содержащее:
компрессор и турбину, установленные на одном и том же валу и разделенные только плоским элементом (34), расположенным между компрессором и турбиной,
причем плоскость, образованная плоским элементом (34), перпендикулярна продольной оси вала (11а, 11b, 11с) по меньшей мере в одном из указанных по меньшей мере трех каскадов.
8. Устройство по п. 7, в котором:
указанный плоский элемент (34) является частично полым плоским элементом (35), который расположен таким образом, что воздух может протекать в частично полом плоском элементе (35), обеспечивая его охлаждение.
9. Устройство по любому из пп. 1-8, дополнительно содержащее:
вспомогательную систему, содержащую источник энергии для управления газотурбинным устройством во время приостановки работы электрической сети или при плановом отключении для текущего обслуживания.
10. Устройство по любому из пп. 1-9, в котором:
первая камера (Comb1) сгорания содержит систему зажигания и систему впрыска топлива.
11. Устройство по любому из пп. 1-10, в котором
по меньшей мере один из компрессоров является центробежным компрессором.
12. Устройство по любому из пп. 1-11, в котором
по меньшей мере одна из турбин является радиальной турбиной.
13. Устройство по любому из пп. 1-12, дополнительно содержащая:
систему (Ctrl) управления для управления работой газотурбинной устройства.
14. Устройство по любому из пп. 1-13, дополнительно содержащее:
горелку, выполненную с возможностью сообщения по текучей среде с газовой турбиной,
причем газ из турбины, имеющей самое низкое давление, или из первого теплообменника используется в указанной горелке.
15. Устройство по любому из пп. 5-14, дополнительно содержащее:
устройство (40) для утилизации тепла, выполненное с возможностью сообщения по текучей среде с газотурбинным устройством,
причем охлаждающая среда по меньшей мере от одного из указанных вторых теплообменников, если это вода, подается в устройство (40) для утилизации тепла и используется для нагрева.
16. Устройство по пп. 1-15, в котором обеспечена возможность использования по меньшей мере части переменного электрического тока для потребления самим устройством.
17. Устройство по любому из пп. 1-16, содержащее:
по меньшей мере один активный магнитный подшипник, связанный с каждым из валов (11а-11с).
