Компрессор с приводом от установки для утилизации тепла с органическим циклом ренкина и способ регулирования - RU2017135363A

1. Система преобразования энергии, содержащая

источник (17) отходящего тепла,

систему (5) с органическим циклом Ренкина, содержащую: по меньшей мере турбодетандер (21), содержащий регулируемые входные направляющие аппараты (57А, 57В), по меньшей мере вращающуюся нагрузку (29), механически соединенную с турбодетандером (21) и приводимую посредством этого в движение, и механическое соединение (31) с переменной скоростью между турбодетандером (21) и вращающейся нагрузкой (29).

2. Система по п. 1, дополнительно содержащая

газотурбинную систему (3), содержащую по меньшей мере один газотурбинный двигатель (9А, 9В) и по меньшей мере дополнительную вращающуюся нагрузку (11А, 11В), приводимую в движение указанным по меньшей мере одним газотурбинным двигателем (9А, 9В),

и систему (7, 17, 19) теплообмена для передачи отходящего тепла от газотурбинной системы (3) системе (5) с органическим циклом Ренкина, причем указанный источник отходящего тепла включает отработавший газ из газотурбинной системы (3).

3. Система по п. 1 или 2, в которой дополнительная вращающаяся нагрузка содержит по меньшей мере одну дополнительную турбомашину (11А, 11В), причем указанная по меньшей мере одна дополнительная турбомашина предпочтительно является компрессором.

4. Система по п. 1, или 2, или 3, в которой вращающаяся нагрузка содержит по меньшей мере одну турбомашину (29), причем указанная по меньшей мере одна турбомашина предпочтительно является компрессором.

5. Система по одному или более из предшествующих пп. 1-4, в которой система (5) с органическим циклом Ренкина содержит входной коллектор (22) турбодетандера и по меньшей мере регулятор (43) давления на входе, размещенный и выполненный для поддержания давления во входном коллекторе (22) турбодетандера на уровне давления (Р2) на входе турбодетандера в установившемся режиме.

6. Система по п. 5, содержащая дополнительный регулятор (41) давления на входе, размещенный и выполненный для управления обводным клапаном (47), соединяющим входной коллектор (22) турбодетандера со стороной низкого давления системы (5) с органическим циклом Ренкина, причем дополнительный регулятор (41) давления на входе имеет заданное значение (Р1) давления, которое выше давления (Р2) на входе турбодетандера в установившемся режиме.

7. Система по одному или более из предшествующих пп. 1-6, дополнительно содержащая устройство регулирования скорости, выполненное и размещенное для управления турбодетандером (21) и вращающейся нагрузкой (29), причем устройство регулирования скорости предпочтительно содержит по меньшей мере первый контур регулирования скорости турбодетандера, содержащий датчик (61) скорости турбодетандера и первый регулятор (59, 59А) скорости турбодетандера.

8. Система по п. 8, в которой первый регулятор (59, 59А) скорости турбодетандера выполнен и размещен для подачи управляющего сигнала выборочно на пусковой клапан (55) и регулируемые входные направляющие аппараты (57А, 57В) турбодетандера (21) или для подачи управляющего сигнала на пусковой клапан (55).

9. Система по п. 7 или 8, в которой регулятор скорости турбодетандера дополнительно выполнен и размещен для подачи управляющего сигнала выборочно на механическое соединение (31) с переменной скоростью.

10. Система по п. 7, или 8, или 9, в которой устройство регулирования скорости дополнительно содержит второй контур регулирования скорости турбодетандера, содержащий второй регулятор (59В) скорости турбодетандера, причем второй контур регулирования скорости турбодетандера выполнен и размещен для подачи управляющего сигнала выборочно на механическое соединение (31) с переменной скоростью.

11. Система по одному или более из пп. 7-10, в которой устройство регулирования скорости дополнительно содержит по меньшей мере первый контур регулирования скорости нагрузки, содержащий датчик (53) скорости нагрузки и первый регулятор (51, 51А) скорости нагрузки, причем первый регулятор (51) скорости нагрузки предпочтительно выполнен и размещен для подачи управляющего сигнала выборочно на механическое соединение (31) с переменной скоростью, и первый регулятор (51, 51А) скорости нагрузки предпочтительно выполнен и размещен для подачи управляющего сигнала выборочно на регулируемые входные направляющие аппараты (57А, 57В) турбодетандера (21).

12. Система по п. 11, в которой первый регулятор (51, 51А) скорости нагрузки выполнен и размещен для подачи управляющего сигнала выборочно на пусковой клапан (55).

13. Система по п. 11 или 12, в которой устройство регулирования скорости дополнительно содержит второй контур регулирования скорости нагрузки, содержащий второй регулятор (51В) скорости нагрузки, причем второй контур регулирования скорости нагрузки выполнен и размещен для подачи управляющего сигнала выборочно на регулируемые входные направляющие аппараты (57А, 57В) турбодетандера (21).

14. Система по одному или более из пп. 7-13, в которой устройство регулирования скорости выполнено и размещено для выполнения фазы пуска системы (5) с органическим циклом Ренкина, включающей стадию ускорения турбодетандера (21) до скорости (ω_warm-up) прогрева и последующую стадию ускорения турбодетандера (21) до расчетной рабочей скорости (ω_{exp-operating}), причем устройство регулирования скорости предпочтительно выполнено и размещено для ускорения турбодетандера (21) до скорости (ω_warm-up) прогрева путем воздействия на пусковой клапан (55).

15. Система по п. 15, в которой устройство регулирования скорости выполнено и размещено для поддержания турбодетандера (21) на скорости (ω_warm-up) прогрева в течение интервала (Δt_warm-up) времени прогрева.

16. Система по п. 14 или 15, в которой устройство регулирования скорости выполнено и размещено для ускорения вращающейся нагрузки (29) до минимальной рабочей скорости (ω_{min-comp-speed}) и последующего ускорения вращающейся нагрузки (29) до полной рабочей скорости (ω_comp-oper), причем устройство регулирования скорости предпочтительно выполнено и размещено для ускорения вращающейся нагрузки (29) до минимальной рабочей скорости (ω_{min-comp-speed}) после того, как турбодетандер (21) достиг полной рабочей скорости (ω_{exp-operating}).

17. Система по п. 16, в которой устройство регулирования скорости выполнено и размещено для ускорения вращающейся нагрузки (29) от минимальной рабочей скорости (ω_{min-comp-speed}) до полной рабочей скорости (ω_comp-oper) путем воздействия на механическое соединение (31) с переменной скоростью, причем устройство регулирования скорости предпочтительно выполнено и размещено для поддержания скорости турбодетандера на расчетной рабочей скорости (ω_{exp-operating}) в течение ускорения вращающейся нагрузки от минимальной рабочей скорости (ω_{min-comp-speed}) до полной рабочей скорости (ω_comp-oper) путем воздействия на регулируемые входные направляющие аппараты (57А, 57В) турбодетандера (21).

18. Система по любому из пп. 13-17, в которой устройство регулирования скорости выполнено и размещено для ускорения вращающейся нагрузки (29) до полной рабочей скорости (ω_comp-oper) путем воздействия на регулируемые входные направляющие аппараты (57А, 57В) турбодетандера (21), при этом поддерживая турбодетандер на расчетной рабочей скорости (ω_{exp-operating}) путем воздействия на механическое соединение (31) с переменной скоростью.

19. Способ управления системой преобразования энергии, содержащей систему (5) с органическим циклом Ренкина, находящуюся в тепловом контакте с источником (17) отходящего тепла и содержащую: по меньшей мере турбодетандер (21), содержащий регулируемые входные направляющие аппараты (57А, 57В), по меньшей мере вращающуюся нагрузку (29), механически соединенную с турбодетандером (21) и приводимую посредством этого в движение, и механическое соединение (31) с переменной скоростью между турбодетандером (21) и вращающейся нагрузкой (29); при этом способ включает стадию воздействия на механическое соединение (31) с переменной скоростью для регулирования энергии, передаваемой от турбодетандера (21) вращающейся нагрузке (29).

20. Способ по п. 19, включающий стадии

ускорения турбодетандера (21) до первой скорости (ω_warm-up) прогрева и последующего ускорения турбодетандера (21) до расчетной рабочей скорости (ω_{exp-operating}), которая выше, чем скорость прогрева,

ускорения вращающейся нагрузки (29) до минимальной рабочей скорости (ω_{min-comp-speed}) и последующего ускорения вращающейся нагрузки до полной рабочей скорости (ω_comp-oper), которая выше, чем минимальная рабочая скорость нагрузки, при этом поддерживая турбодетандер (21) при расчетной рабочей скорости (ω_{ехр-operating}) или около нее.