Газовая турбина в установках с механическим приводом и способы ее работы - RU2015123294A
Код документа: RU2015123294A
Формула
1. Приводная установка для приведения в действие нагрузки, содержащая:
газовую турбину, содержащую:
газогенератор, содержащий ротор, по меньшей мере один компрессор и турбину высокого давления, приводящую в действие указанный по меньшей мере один компрессор газогенератора, и
силовую турбину, содержащую ротор, который не связан по крутящему моменту с указанным ротором газогенератора,
нагрузочную муфту, соединяющую ротор силовой турбины с нагрузкой,
электрический двигатель/генератор, механически соединенный с ротором газогенератора и электрически соединенный с электрической сетью, при этом электрический двигатель/генератор выполнен с возможностью работы, выборочно, как генератор для преобразования механической энергии, получаемой от указанной газовой турбины, в электроэнергию, и как двигатель для добавления приводной мощности нагрузке, и
устройство для придания свойств потоку, выполненное и управляемое с обеспечением изменения потока газообразного продукта сгорания через газовую турбину, причем указанное устройство для придания свойств потоку содержит набор подвижных сопловых направляющих лопаток, расположенных на входе силовой турбины, для управления скоростью силовой турбины.
2. Приводная установка по п. 1, в которой электрический двигатель/генератор обеспечивает пусковое устройство для запуска газовой турбины.
3. Приводная установка по п. 1, в которой указанная нагрузка содержит по меньшей мере один компрессор.
4. Приводная установка по п. 1, дополнительно содержащая механическую муфту сцепления, расположенную между электрическим двигателем/генератором и ротором газогенератора.
5. Приводная установка по п. 1, в которой электрический двигатель/генератор постоянно соединен с ротором газогенератора.
6. Приводная установка по п. 1, дополнительно содержащая преобразователь частоты, расположенный между электрическим двигателем/генератором и электрической сетью, причем преобразователь частоты выполнен и управляется с обеспечением согласования электрической частоты электрической сети с частотой электрического двигателя/генератора, и частоты электрического двигателя/генератора с частотой электрической сети.
7. Приводная установка по п. 1, в которой указанное устройство для придания свойств потоку выполнено и управляется так, что когда электрический двигатель/генератор работает в качестве электрического двигателя, дополнительная мощность, вырабатываемая электрическим двигателем/генератором, термодинамически передается от газогенератора к силовой турбине, и когда электрический двигатель/генератор работает в качестве генератора, механическая энергия, вырабатываемая указанной турбиной высокого давления, преобразуется электрическим двигателем/генератором в электроэнергию.
8. Приводная установка по п. 7, дополнительно содержащая систему управления топливом для управления расходом топлива в газогенераторе, причем указанная система управления топливом выполнена и управляется с обеспечением регулировки указанного расхода топлива с обеспечением поддержания требуемой скорости вращения ротора силовой турбины.
9. Приводная установка по п. 1, в которой подвижные сопловые направляющие лопатки расположены и управляются таким образом, что, когда электрический двигатель/генератор находится в режиме генератора, снижение скорости вращения ротора газогенератора за счет увеличения резистивного крутящего момента, вызванного электрическим двигателем/генератором, компенсируется открытием подвижных сопловых направляющих лопаток с обеспечением увеличения понижения энтальпии в турбине высокого давления.
10. Приводная установка по п. 1, в которой указанные подвижные сопловые направляющие лопатки расположены и управляются таким образом, что, когда электрический двигатель/генератор находится в режиме двигателя, увеличение скорости вращения ротора газогенератора за счет снижения резистивного крутящего момента компенсируется закрытием подвижных сопловых направляющих лопаток с обеспечением уменьшения понижения энтальпии в турбине высокого давления и увеличения доступной энтальпии на входе силовой турбины.
11. Приводная установка по п. 1, в которой устройство для придания свойств потоку дополнительно содержит набор регулируемых впускных направляющих лопаток, расположенных на входе в газогенератор.
12. Приводная установка по п. 11, в которой указанные регулируемые впускные направляющие лопатки расположены и управляются таким образом, что, когда электрический двигатель/генератор находится в режиме генератора, снижение скорости вращения ротора газогенератора за счет увеличения резистивного крутящего момента компенсируется уменьшением потока воздуха через указанные лопатки.
13. Приводная установка по п. 8, в которой система управления топливом выполнена и управляется таким образом, что, когда электрический двигатель/генератор находится в режиме генератора, снижение скорости вращения ротора газогенератора за счет увеличения резистивного крутящего момента компенсируется увеличением расхода топлива.
14. Приводная установка по п. 11, в которой указанные регулируемые впускные направляющие лопатки расположены и управляются таким образом, что, когда электрический двигатель/генератор находится в режиме двигателя, увеличение скорости вращения ротора газогенератора за счет снижения резистивного крутящего момента компенсируется увеличением потока воздуха через указанные лопатки.
15. Приводная установка по п. 8, в которой система управления топливом выполнена с возможностью увеличения скорости потока топлива, когда поток воздуха через регулируемые впускные направляющие лопатки возрастает.
16. Способ приведения в действие нагрузки с помощью газовой турбины, включающий:
сжатие топочного воздуха в компрессоре газогенератора, содержащем ротор,
смешивание указанного топочного воздуха с топливом, воспламенение топливно-воздушной смеси и генерацию сжатого газообразного продукта сгорания,
частичное расширение газообразного продукта сгорания в турбине высокого давления и выработку механической энергии для приведения в действие указанного компрессора газогенератора,
дальнейшее расширение газообразного продукта сгорания в силовой турбине, вал которой не связан по крутящему моменту с указанной турбиной высокого давления,
приведение в действие нагрузки с помощью указанного вала силовой турбины,
механическое соединение электрического двигателя/генератора с ротором газогенератора и электрическое соединение указанного электрического двигателя/генератора с электрической сетью,
выборочный запуск указанного электрического двигателя/генератора:
в режиме двигателя для преобразования электроэнергии в дополнительную механическую энергию, доставки указанной дополнительной механической энергии к указанному ротору газогенератора, термодинамической передачи дополнительной энергии к указанной силовой турбине и преобразования указанной дополнительной энергии в механическую энергию для приведения в действие указанной нагрузки, и
в режиме генератора, для преобразования механической энергии, снимаемой с ротора газогенератора, в электроэнергию, и
обеспечение устройства для придания свойств потоку, содержащего набор подвижных сопловых направляющих лопаток на входе силовой турбины, для изменения потока газообразного продукта сгорания через силовую турбину для, выборочно:
уменьшения мощности, передаваемой от газогенератора к силовой турбине и преобразования механической энергии, получаемой от турбины высокого давления, в электроэнергию, или
увеличения мощности, передаваемой от газогенератора к силовой турбине, когда указанный электрический двигатель/генератор работает как двигатель и добавляет механическую энергию к ротору газогенератора.
17. Способ по п. 16, в котором переключают электрический двигатель/генератор в режим двигателя и преобразуют электроэнергию в дополнительную механическую энергию, используемую для приведения в действие указанного ротора газогенератора; и
передают энергию от газогенератора к силовой турбине путем закрытия подвижных сопловых направляющих лопаток, уменьшая, тем самым, понижение энтальпии газообразного продукта сгорания, расширяющегося через указанную турбину высокого давления, и увеличивая энтальпию, имеющуюся на входе указанной силовой турбины.
18. Способ по п. 16, в котором переключают электрический двигатель/генератор в режим генератора для преобразования механической энергии, вырабатываемой турбиной высокого давления, в электроэнергию, и открывают подвижные сопловые направляющие лопатки, увеличивая понижение энтальпии газообразного продукта сгорания, расширяющегося через турбину высокого давления, и преобразуя избыточную механическую энергию, производимую турбиной высокого давления, в электроэнергию в указанном электрическом двигателе/генераторе.
19. Способ по п. 18, в котором увеличивают расход топлива для компенсации механической энергии, преобразованной в электроэнергию.
20. Способ по п. 16, в котором обеспечивают набор подвижных впускных направляющих лопаток на входе ротора газогенератора.
21. Способ по п. 20, в котором переключают электрический двигатель/генератор в режим двигателя и преобразуют электроэнергию в дополнительную механическую энергию, используемую для приведения в действие указанного ротора газогенератора, и открывают указанные впускные направляющие лопатки, увеличивая, тем самым, скорость потока воздуха через компрессор газогенератора и увеличивая расход топлива, передавая, таким образом, дополнительную энергию от газогенератора к силовой турбине.
22. Способ по п. 20, в котором переключают электрический двигатель/генератор в режим генератора для преобразования механической энергии, вырабатываемой турбиной высокого давления, в электроэнергию, и увеличивают расход топлива для компенсации механической энергии, преобразуемой в электроэнергию.
