Двухкаскадное газотурбинное устройство - RU2017136582A
Код документа: RU2017136582A
Формула
1. Наземное или судовое газотурбинное устройство для генерирования электрической энергии для подачи на нагрузку (200), являющуюся внешней относительно указанного устройства, которое содержит:
два каскада (10, 12), а именно:
второй каскад (12), содержащий второй вал (13), второй компрессор (С2) для сжатия входного газа и вторую турбину (Т2), установленную на втором валу (13), и
первый каскад (10), содержащий первый вал (11), первый компрессор (С1) для дополнительно сжатия сжатого газа от второго компрессора (С2) и первую турбину (Т1), установленную на первом валу (11);
при этом устройство дополнительно содержит:
- первую камеру (Comb1) сгорания, выполненную с возможностью обеспечения сжигания топливной смеси или реакции топливной смеси так, что дополнительно сжатый газ из компрессора (С1) преобразуется в газ с повышенной температурой, который выполнен с возможностью расширяться в турбине (Т1) с выработкой механической энергии;
при этом вторая турбина (Т2) выполнена с возможностью приема расширенного газа с повышенной температурой от первой турбины (Т1) и дополнительного расширения указанного расширенного газа с повышенной температурой для выработки механической энергии, причем второй каскад (12) выполнен с возможностью вращения независимо от первого каскада (10); а
первый компрессор (С1) выполнен с возможностью приема указанного сжатого газа от второго компрессора (С2) и дополнительного сжатия указанного сжатого газа, причем первый каскад (10) выполнен с возможностью вращения независимо от второго каскада (12); и
- два электрических генератора (G1, G2), а именно:
первый генератор (G1), непосредственно связанный с первым валом (11) с возможностью приведения во вращение этим валом, причем первый генератор (G1) выполнен с возможностью вращения с той же скоростью, что и первый вал (11), и выполнен с возможностью генерирования переменного электрического тока, предназначенного для подачи на указанную нагрузку (200), и
второй генератор (G2), непосредственно связанный со вторым валом (13) с возможностью приведения им во вращение, причем второй генератор (G2) выполнен с возможностью вращения с той же скоростью, что и второй вал (13), и выполнен с возможностью генерирования переменного электрического тока, предназначенного для подачи на указанную нагрузку (200);
причем
устройство дополнительно содержит два выпрямителя и инвертер,
каждый из выпрямителей электрически подсоединен между одним из генераторов (G1, G2) и инвертером,
указанные выпрямителя выполнены для подачи переменного тока от генераторов (G1, G2) на инвертер, который также подсоединен к нагрузке (200) для подачи тока от выпрямителей на нагрузку (200),
первый генератор (G1) и второй генератор (G2) имеют по существу равные номинальные мощности,
вращающиеся части первого генератора (G1) и второго генератора (G2) имеют по существу равные значения номинальной скорости вращения, и
обеспечена возможность генерирования двумя электрическими генераторами (G1, G2) по меньшей мере 60% общей выходной энергии, подаваемой на указанную нагрузку (200), в виде электрической энергии,
причем общая выходная энергия равна сумме электрической и вращательной энергий, 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 указанному устройству, и на которую должна быть подана электрическая энергия, 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 дополнительно сжатого газа от первого компрессора (С1) и дополнительно расширенного газа с повышенной температурой из второй турбины (Т2),
причем первый теплообменник (14) обеспечивает передачу тепла от указанного дополнительно расширенного газа с повышенной температурой к указанному дополнительно сжатому газу для предварительного нагрева указанного дополнительно сжатого газа перед его сгоранием в первой камере (Comb1) сгорания.
5. Устройство по любому из пп. 1-4, дополнительно содержащее:
второй теплообменник (15), выполненный с возможностью приема указанного сжатого газа для передачи первому компрессору (С1) и охлаждающей среды от внешнего источника для понижения температуры указанного сжатого газа.
6. Устройство по любому из пп. 1-5, дополнительно содержащее:
вторую камеру (Comb2) сгорания, выполненную с возможностью обеспечения сжигания топливной смеси или реакции топливной смеси,
причем вторая камера (Comb2) сгорания выполнена с возможностью повторного нагрева указанного расширенного газа с повышенной температурой и после повторно нагрева передачи указанного расширенного газа с повышенной температурой во вторую турбину (Т2).
7. Устройство по любому из пп. 1-6, в котором:
первый компрессор (С1) и первая турбина (Т1) установлены на первом валу (11) и разделены только плоским элементом (34), расположенным между первым компрессором (С1) и первой турбиной (Т1),
причем плоскость, образованная плоским элементом (34), перпендикулярна продольной оси первого вала (11).
8. Устройство по любому из пп. 1-7, в котором:
второй компрессор (С2) и вторая турбина (Т2) установлены на втором валу (13) и разделены только плоским элементом (34), расположенным между вторым компрессором (С2) и второй турбиной (Т2),
причем плоскость, образованная плоским элементом (34), перпендикулярна продольной оси второго вала (13).
9. Устройство по п. 7 или 8, содержащее:
плоский элемент (34), являющийся частично полым плоским элементом (35) и расположенный так, что воздух может протекать в указанном частично полом плоском элементе (35), обеспечивая его охлаждение.
10. Устройство по любому из пп. 6-9, в котором:
первая камера (Comb1) сгорания и/или вторая камера (Comb2) сгорания являются камерами внешнего сгорания.
11. Устройство по любому из предшествующих пунктов, дополнительно содержащее:
вспомогательную систему, содержащую источник энергии для управления газотурбинным устройством во время приостановки работы электрической сети или в случае планового отключения для текущего обслуживания.
12. Устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором:
первая камера (Comb1) сгорания содержит систему зажигания и систему впрыска топлива.
13. Устройство по любому из предшествующих пунктов, дополнительно содержащее:
систему (Ctrl) управления для управления работой устройства.
14. Устройство по любому из предшествующих пунктов, св котором:
первый компрессор (С1) и/или второй компрессор (С2) являются центробежными компрессорами.
15. Устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором:
первая турбина (Т1) и/или вторая турбина (Т2) являются радиальными турбинами.
16. Устройство по любому из предшествующих пунктов, содержащее:
по меньшей мере один активный магнитный подшипник, связанный с каждым из валов (11, 13).
17. Устройство по любому из предшествующих пунктов, дополнительно содержащее:
горелку, выполненную с возможностью сообщения по текучей среде с устройством,
причем указанный дополнительно расширенный газ с повышенной температурой из второй турбины (Т2) или указанный газ с повышенной температурой из первого теплообменника (14) вводится в указанную горелку и используется в этой горелке.
18. Устройство по любому из пп. 5-16, дополнительно содержащее:
устройство (40) для утилизации тепла, выполненное с возможностью сообщения по текучей среде с газотурбинным устройством,
причем охлаждающая среда от второго теплообменника (15), если это вода, подается в устройство для утилизации тепла и используется для нагрева.
19. Устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором:
первый генератор (G1) и второй генератор (G2) имеют по существу равные номинальные мощности, отличающиеся друг от друга не более чем на десять процентов относительно значения номинальной мощности генератора, имеющего самое высокое значение номинальной мощности,
причем вращающиеся части первого генератора (G1) и второго генератора (G2) имеют по существу равные значения номинальных скоростей вращения, отличающиеся друг от друга не более чем на десять процентов относительно номинального значения скорости генератора, имеющего самое высокое значение номинальной скорости вращения.
20. Устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором обеспечена возможность использования по меньшей мере части переменного электрического тока для устройства самим устройством.
