Система (варианты) и способ (варианты) для повышения выходной мощности турбины, а также система защиты входного канала газовой турбины от коррозии - RU2007133830A

Реферат

1. Система для повышения выходной мощности газовой турбины, содержащая:

насосный блок;

блок управления, соединенный с насосным блоком и выполненный с возможностью регулирования работы насосного блока в соответствии с заданной функцией компьютерного анализа динамического переноса текучей среды на основе, по меньшей мере, одного определяемого параметра для образования модели управления;

промывочный блок, соединенный с насосным блоком и содержащий, по меньшей мере, одну форсунку и, по меньшей мере, один клапан для управления расходом воды, подаваемой в, по меньшей мере, одну форсунку;

по меньшей мере, один блок впрыска воды, соединенный с насосным блоком и содержащий, по меньшей мере, одну форсунку и, по меньшей мере, один клапан для управления расходом воды, подаваемой в, по меньшей мере, одну форсунку; и

блок мониторинга погоды, соединенный с блоком управления и указывающий, по меньшей мере, один из определяемых параметров.

2. Система по п.1, дополнительно содержащая блок сбора воды, соединенный с насосным блоком с помощью трубопровода и выполненный с возможностью сбора воды, выделяемой в газотурбинном двигателе, и блок обработки воды, соединенный с блоком сбора воды, при этом блок обработки воды выполнен с возможностью очистки собираемой воды.

3. Система по п.1, в которой блок управления выполнен с возможностью управления элементом, выбранным из группы, состоящей из, по меньшей мере, одного клапана промывочного блока, по меньшей мере, одного клапана блока впрыска воды и как, по меньшей мере, одного клапана промывочного блока, так и, по меньшей мере, одного клапана блока впрыска воды.

4. Система по п.1, в которой, по меньшей мере, один параметр выбран из группы, состоящей из окружающих погодных условий, характеристик газовой турбины, требуемой мощности газовой турбины и ограничивающих нагрузку аспектов конструкции газовой турбины.

5. Система по п.4, в которой, по меньшей мере, один параметр выбран из группы, состоящей из температуры, влажности, давления, геометрических размеров турбины и поля скоростей движения воздуха.

6. Система по п.1, в которой блок управления содержит управляющее устройство, запоминающее устройство и контроллер с программируемой логикой, каждое из которых соединено с блоком управления с помощью линии передачи сигналов, при этом контроллер с программируемой логикой выполнен с возможностью регулирования насосного блока для программирования количества воды для промывки или повышения мощности.

7. Система по п.1, в которой блок управления соединен с блоком оператора с помощью линии передачи сигналов.

8. Система по п.1, в которой расход воды для промывочного блока составляет от около 3,5 л/мин до около 225 л/мин.

9. Система по п.1, в которой, по меньшей мере, одна форсунка промывочного блока выполнена с возможностью выбрасывания аэрозоли распыленной воды для соударения с, по меньшей мере, одной компрессорной лопаткой, при этом аэрозоль содержит капельки в среднем от около 80 мкм до около 250 мкм, что обеспечивает отделение загрязняющего материала от, по меньшей мере, одной лопатки компрессора.

10. Система по п.1, в которой расход воды для, по меньшей мере, одного блока впрыска составляет от около 4 л/мин до около 80 л/мин.

11. Система по п.1, в которой промывочный блок выполнен с возможностью работы во время работы газотурбинного двигателя, при этом, по меньшей мере, одна форсунка промывочного блока расположена перед компрессором и выполнена с возможностью выбрасывания аэрозоли распыленной воды для проникновения в поток воздуха входа газовой турбины, создаваемого при работе газовой турбины.

12. Система по п.11, в которой аэрозоль содержит капельки размером от около 80 мкм до около 250 мкм.

13. Система по п.1, в которой промывочный блок выполнен с возможностью работы при выключенной газовой турбине, при этом, по меньшей мере, одна форсунка промывочного блока расположена перед компрессором и направлена во вход компрессора.

14. Система по п.1, в которой, по меньшей мере, одна форсунка, по меньшей мере, одного блока впрыска воды выполнена с возможностью впрыскивания распыленной воды в воздушный поток входного канала турбины, при этом аэрозоль содержит капельки размером от около 10 мкм до около 50 мкм, за счет чего увеличивается поток массы воздушного потока и при этом повышается выходная мощность газотурбинного двигателя.

15. Система по п.1, в которой, по меньшей мере, одна форсунка, по меньшей мере, одного блока впрыска воды соединена с держателем форсунки, при этом держатель форсунки расположен перед входной поверхностью компрессора, и клапаном, соединенным с держателем форсунки с помощью трубопровода, при этом, по меньшей мере, одна форсунка выполнена с возможностью впрыскивания аэрозоли распыленной воды в воздушный поток входного канала турбины таким образом, что, по существу, все капельки аэрозоля испаряются перед вхождением в компрессор.

16. Система по п.15, в которой капельки аэрозоля впрыскиваются при давлении от около 10 бар до около 80 бар.

17. Система по п.15, в которой капельки аэрозоля имеют размер от около 10 мкм до около 50 мкм.

18. Система по п.1, в которой блок мониторинга погоды содержит, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы, состоящей из измерительного устройства с сухим термометром, устройства измерения влажности воздуха и измерительного устройства с увлажненным термометром.

19. Система по п.1, в которой, по меньшей мере, один блок впрыска воды содержит, по меньшей мере, одну форсунку, расположенную вблизи компрессора.

20. Система по п.19, в которой, по меньшей мере, одна форсунка расположена перед входом компрессора.

21. Система по п.19, в которой, по меньшей мере, одна форсунка выполнена с возможностью распыления воды в капельки при давлении от около 10 бар до около 80 бар.

22. Система по п.19, в которой, по меньшей мере, одна форсунка распыляет воду в капельки размером от около 10 мкм до около 50 мкм.

23. Система по п.1, в которой, по меньшей мере, один блок впрыска воды содержит, по меньшей мере, одну форсунку, расположенную вблизи камеры сгорания.

24. Система по п.23, в которой, по меньшей мере, одна форсунка выполнена с возможностью распыления воды в капельки при давлении от около 10 бар до около 80 бар.

25. Система по п.23, в которой, по меньшей мере, одна форсунка распыляет воду в капельки размером от около 10 мкм до около 50 мкм.

26. Система по п.1, в которой, по меньшей мере, одна форсунка промывочного блока имеет общий объемный расход от около 3,5 л/мин до около 225 л/мин.

27. Система по п.1, в которой, по меньшей мере, одна форсунка блока впрыска воды имеет общий объемный расход от около 4 л/мин до около 80 л/мин.

28. Система по п.1, в которой промывочный блок дополнительно содержит блок обратного осмоса.

29. Система по п.28, в которой блок обратного осмоса обеспечивает количество воды, имеющей общее содержание растворенных твердых веществ от около 1 до около 5 частей на миллион.

30. Система по п.1, в которой промывочный блок работает с давлением от около 10 бар до около 80 бар.

31. Способ повышения выходной мощности газотурбинного двигателя, содержащего входной канал и газовую турбину, которая содержит камеру сгорания и компрессор, имеющий, по меньшей мере, одну компрессорную лопатку, при этом способ содержит этапы, на которых:

(1) увеличивают давление воды с использованием насосного блока, содержащего, по меньшей мере, один насос с изменяемой скоростью;

(2) управляют скоростью насоса с использованием блока управления, соединенного с насосным блоком линией передачи сигналов, при этом блок управления регулирует насосный блок в соответствии с заданным компьютерным анализом динамической текучей среды на основе ввода, по меньшей мере, одного определяемого параметра для образования модели управления;

(3) подают воду в:

промывочный блок, соединенный с насосным блоком с помощью питающего трубопровода, или

в, по меньшей мере, один блок впрыска, соединенный с насосным блоком с помощью питающего трубопровода,

при этом подачей воды управляет контроллер с программируемой логикой;

(4) управляют расходом воды, подаваемой в, по меньшей мере, одну форсунку промывочного блока или, по меньшей мере, одного блока впрыска с использованием клапана;

(5) выбрасывают аэрозоль распыленных капелек воды из, по меньшей мере, одной форсунки промывочного блока для соударения и смачивания, по меньшей мере, одной компрессорной лопатки с обеспечением таким образом удаления загрязняющего материала с, по меньшей мере, одной компрессорной лопатки;

(6) впрыскивают аэрозоль распыленной воды из, по меньшей мере, одной форсунки, по меньшей мере, одного блока впрыска воды в воздушный поток воздушного входа турбины или в газовую турбину с увеличением таким образом потока массы воздушного потока с повышением выходной мощности газотурбинного двигателя; и

(7) осуществляют мониторинг окружающих условий с использованием блока мониторинга погоды, при этом наблюдаемые погодные условия передают в блок управления с помощью второй линии передачи сигналов.

32. Способ по п.31, дополнительно содержащий этап (8), на котором собирают воду из газотурбинного двигателя с использованием блока собирания воды, соединенного трубопроводом с насосным блоком и очищающего воду с использованием блока обработки воды.

33. Способ по п.31, при котором этап (7) включает, по меньшей мере, одно из:

измерения температуры с помощью сухого термометра,

измерения давления воздуха,

измерения влажности воздуха, и

измерения температуры с помощью увлажненного термометра.

34. Способ по п.31, при котором на этапе (6) осуществляют впрыск аэрозоля распыленной воды в воздушный поток входного канала турбины таким образом, что, по существу, все капельки аэрозоля испаряются перед вхождением в компрессор.

35. Способ по п.31, при котором на этапе (5) осуществляют впрыск аэрозоля распыленной воды с достаточно высокой скоростью для пронизывания воздушного потока, создаваемого при работе двигателя.

36. Способ по п.31, при котором промывочный блок приводят в действие при выключенном двигателе, при этом, по меньшей мере, одна форсунка промывочного блока расположена перед компрессором и направлена во вход компрессора.

37. Способ по п.31, при котором на этапе (6) осуществляют впрыск воды в путь прохождения газа компрессора.

38. Способ по п.37, при котором, по меньшей мере, одна форсунка расположена перед входом компрессора.

39. Способ по п.31, при котором, по меньшей мере, один блок впрыска воды содержит, по меньшей мере, одну форсунку, расположенную вблизи камеры сгорания, и клапан, соединенный с форсункой с помощью трубопровода и выполненный с возможностью управления расходом воды, подаваемой в форсунку.

40. Система для повышения выходной мощности газовой турбины, содержащая:

насосный блок;

блок управления, соединенный с насосным блоком и выполненный с возможностью регулирования работы насосного блока в соответствии с заданной циклической моделью и функцией компьютерного анализа динамического переноса текучей среды на основе, по меньшей мере, одного определяемого параметра для образования модели управления;

систему матрицы впрыска, соединенную с блоком управления и предварительно заполняемую перед повышением мощности газовой турбины;

промывочный блок, соединенный с насосным блоком и содержащий, по меньшей мере, одну форсунку и, по меньшей мере, один клапан для управления расходом воды, подаваемой в, по меньшей мере, одну форсунку;

по меньшей мере, один блок впрыска воды, соединенный с насосным блоком и содержащий, по меньшей мере, одну форсунку и, по меньшей мере, один клапан для управления расходом воды, подаваемой в, по меньшей мере, одну форсунку;

блок мониторинга погоды, соединенный с блоком управления и указывающий, по меньшей мере, один из определяемых параметров; и

вычислительную систему, соединенную с блоком управления и выполненную с возможностью слежения за данными рабочих параметров и сообщения их.

41. Система по п.40, дополнительно содержащая блок сбора воды, соединенный с насосным блоком с помощью трубопровода и выполненный с возможностью сбора воды, выделяемой в газотурбинном двигателе, и блок обработки воды, соединенный с блоком сбора воды и выполненный с возможностью очистки собираемой воды.

42. Система по п.40, в которой блок управления выполнен с возможностью управления элементом, выбранным из группы, состоящей из, по меньшей мере, одного клапана промывочного блока, по меньшей мере, одного клапана блока впрыска воды и как, по меньшей мере, одного клапана промывочного блока, так и, по меньшей мере, одного клапана блока впрыска воды.

43. Система по п.40, в которой, по меньшей мере, один параметр выбран из группы, состоящей из окружающих погодных условий, характеристик газовой турбины, требуемой мощности газовой турбины и ограничивающих нагрузку аспектов конструкции газовой турбины.

44. Система по п.43, в которой, по меньшей мере, один параметр выбран из группы, состоящей из температуры, влажности, давления, геометрических размеров турбины и поля скоростей движения воздуха.

45. Система по п.40, в которой блок управления содержит управляющее устройство, запоминающее устройство и контроллер с программируемой логикой, каждое из которых соединено с блоком управления с помощью линии передачи сигналов, при этом контроллер с программируемой логикой выполнен с возможностью регулирования насосного блока для программирования количества воды для промывки или повышения мощности.

46. Система по п.45, в которой блок управления выполнен с возможностью вычисления расхода воды для полного насыщения на основе вычисления расхода воздуха и целевой относительной влажности на основе открытого контура для схождения со специфичным расходом воздуха, определяемым с помощью циклической модели.

47. Система по п.45, в которой система матрицы впрыска содержит матрицу форсунок, предварительно заполненную перед повышением мощности.

48. Система по п.40, в которой блок управления соединен с блоком оператора с помощью линии передачи сигналов.

49. Система по п.40, в которой расход воды для промывочного блока составляет от около 3,5 л/мин до около 225 л/мин.

50. Система по п.40, в которой, по меньшей мере, одна форсунка промывочного блока выполнена с возможностью выбрасывания аэрозоли распыленной воды для соударения с, по меньшей мере, одной компрессорной лопаткой, при этом аэрозоль содержит капельки в среднем от около 80 мкм до около 250 мкм, что обеспечивает отделение загрязняющего материала от, по меньшей мере, одной лопатки компрессора.

51. Система по п.40, в которой расход воды для, по меньшей мере, одного блока впрыска составляет от около 4 л/мин до около 80 л/мин.

52. Система по п.40, в которой промывочный блок выполнен с возможностью работы во время работы газотурбинного двигателя, при этом, по меньшей мере, одна форсунка промывочного блока расположена перед компрессором и выполнена с возможностью выбрасывания аэрозоли распыленной воды для проникновения в поток воздуха входа газовой турбины, создаваемого при работе газовой турбины.

53. Система по п.50, в которой аэрозоль содержит капельки с размером от около 80 мкм до около 250 мкм.

54. Система по п.40, в которой промывочный блок выполнен с возможностью работы при выключенной газовой турбине, при этом, по меньшей мере, одна форсунка промывочного блока расположена перед компрессором и направлена во вход газовой турбины.

55. Система по п.40, в которой, по меньшей мере, одна форсунка, по меньшей мере, одного блока впрыска воды выполнена с возможностью впрыскивания распыленной воды в воздушный поток входного канала турбины, при этом аэрозоль содержит капельки в диапазоне от около менее 10 мкм до около 25 мкм, за счет чего увеличивается поток массы воздушного потока и при этом повышается выходная мощность газотурбинного двигателя.

56. Система по п.40, в которой, по меньшей мере, одна форсунка, по меньшей мере, одного блока впрыска воды соединена с держателем форсунки, при этом держатель форсунки расположен перед входной поверхностью компрессора, и клапаном, соединенным с держателем форсунки с помощью трубопровода, при этом, по меньшей мере, одна форсунка выполнена с возможностью впрыскивания аэрозоли распыленной воды в воздушный поток входного канала турбины таким образом, что, по существу, все капельки аэрозоля испаряются перед вхождением в компрессор.

57. Система по п.56, в которой держатель форсунки является зажимным устройством, при этом зажимное устройство полностью находится в системе закрепленных стержней, закрепленных снаружи корпуса фильтра для предотвращения отделения постороннего материала.

58. Система по п.56, в которой капельки аэрозоля впрыскиваются при давлении от около 60 бар до около 145 бар.

59. Система по п.56, в которой капельки аэрозоля имеют размер от около 10 мкм до около 20 мкм.

60. Система по п.40, в которой блок мониторинга погоды содержит, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы, состоящей из измерительного устройства с сухим термометром, устройства измерения влажности воздуха, измерительного устройства с увлажненным термометром и устройства измерения барометрического давления.

61. Система по п.40, в которой, по меньшей мере, один блок впрыска воды содержит, по меньшей мере, одну форсунку, расположенную вблизи компрессора.

62. Система по п.61, в которой, по меньшей мере, одна форсунка расположена перед входом компрессора.

63. Система по п.61, в которой, по меньшей мере, одна форсунка распыляет воду в капельки при давлении от около 60 бар до около 140 бар.

64. Система по п.61, в которой, по меньшей мере, одна форсунка распыляет воду в капельки размером от около 10 мкм до около 20 мкм.

65. Система по п.40, в которой, по меньшей мере, один блок впрыска воды содержит, по меньшей мере, одну форсунку, расположенную вблизи камеры сгорания.

66. Система по п.65, в которой, по меньшей мере, одна форсунка распыляет воду в капельки при давлении от около 60 бар до около 140 бар.

67. Система по п.66, в которой, по меньшей мере, одна форсунка распыляет воду в капельки размером от около 10 мкм до около 20 мкм.

68. Система по п.40, в которой, по меньшей мере, одна форсунка промывочного блока имеет общий объемный расход от около 3,5 л/мин до около 240 л/мин.

69. Система по п.40, в которой, по меньшей мере, одна форсунка блока впрыска воды имеет общий объемный расход от около 4 л/мин до около 80 л/мин.

70. Система по п.40, в которой промывочный блок дополнительно содержит блок обратного осмоса.

71. Система по п.70, в которой блок обратного осмоса обеспечивает количество воды, имеющей общее содержание растворенных твердых веществ от около 1 до около 5 частей на миллион.

72. Система по п.40, в которой промывочный блок работает с давлением от около 10 бар до около 80 бар.

73. Система по п.40, в которой, по меньшей мере, одна форсунка расположена между распорками секции входного газосборника газовой турбины.

74. Система по п.40, в которой система матрицы впрыска опирается на шпоночную опорную систему.

75. Способ повышения выходной мощности газотурбинного двигателя, содержащего входной канал и газовую турбину, которая содержит камеру сгорания и компрессор, имеющий, по меньшей мере, одну компрессорную лопатку, при этом способ содержит этапы, на которых:

(1) увеличивают давление воды с использованием насосного блока, содержащего, по меньшей мере, один насос с изменяемой скоростью;

(2) управляют скоростью насоса с использованием блока управления, соединенного с насосным блоком линией передачи сигналов и выполненного с возможностью регулирования насосного блока в соответствии с заданным компьютерным анализом динамической текучей среды на основе ввода, по меньшей мере, одного определяемого параметра для образования модели управления;

(3) подают воду:

в промывочный блок, соединенный с насосным блоком с помощью питающего трубопровода, или

в, по меньшей мере, один блок впрыска, соединенный с насосным блоком с помощью питающего трубопровода,

при этом подачей воды управляет контроллер с программируемой логикой;

(4) управляют расходом воды, подаваемой в, по меньшей мере, одну форсунку промывочного блока или, по меньшей мере, одного блока впрыска с использованием клапана;

(5) выбрасывают аэрозоль распыленных капелек воды из, по меньшей мере, одной форсунки промывочного блока для соударения и смачивания, по меньшей мере, одной компрессорной лопатки с обеспечением таким образом удаления загрязняющего материала с, по меньшей мере, одной компрессорной лопатки;

(6) предварительно заполняют матричную систему, соединенную с блоком управления, для обеспечения инициирования впрыска для повышения мощности, при этом впрыск для повышения мощности не сопровождается скачком мощности;

(7) впрыскивают аэрозоль распыленной воды из, по меньшей мере, одной форсунки, по меньшей мере, одного блока впрыска воды в воздушный поток воздушного входа турбины или в газовую турбину, увеличивая таким образом поток массы воздушного потока с повышением выходной мощности газотурбинного двигателя; и

(8) осуществляют мониторинг окружающих условий с использованием блока мониторинга погоды, при этом наблюдаемые условия передают в блок управления с помощью второй линии передачи сигналов.

76. Способ по п.75, дополнительно содержащий этап (9), на котором осуществляют сбор воды, вытекающей из газотурбинного двигателя, с использованием блока собирания воды, соединенного трубопроводом с насосным блоком и очищающего воду с использованием блока обработки воды.

77. Способ по п.75, при котором этап (8) включает, по меньшей мере, одно из:

измерения температуры с помощью сухого термометра,

измерения давления воздуха,

измерения влажности воздуха, и

измерения температуры с помощью увлажненного термометра.

78. Способ по п.75, при котором на этапе (7) осуществляют впрыск аэрозоля распыленной воды в воздушный поток входного канала турбины таким образом, что, по существу, все капельки аэрозоля испаряются перед вхождением в компрессор.

79. Способ по п.75, при котором условия загрязнения обнаруживают с использованием соотношения между прогнозируемым потоком и действительным потоком для обнаружения блокированной форсунки и/или утечек системы.

80. Способ по п.75, в котором на этапе (5) осуществляют впрыск аэрозоля распыленной воды с достаточно высокой скоростью для пронизывания воздушного потока, создаваемого при работе двигателя.

81. Способ по п.75, при котором промывочный блок приводят в действие при выключенном двигателе, при этом, по меньшей мере, одна форсунка промывочного блока расположена перед компрессором и направлена во вход компрессора.

82. Способ по п.75, при котором на этапе (7) осуществляют впрыск воды в путь прохождения газа компрессора.

83. Способ по п.75, в котором, по меньшей мере, одна форсунка расположена перед входом компрессора.

84. Способ по п.75, в котором, по меньшей мере, один блок впрыска воды содержит, по меньшей мере, одну форсунку, расположенную вблизи камеры сгорания, и клапан, соединенный с форсункой с помощью трубопровода и выполненный с возможностью управления расходом воды, подаваемой в форсунку.

85. Система защиты входного канала газовой турбины от коррозии за счет смачивания входного канала аэрозолем для повышения мощности, содержащая:

сливной желоб, выполненный с возможностью улавливания конденсированной воды, текущей по внутренней входной стенке входного канала;

входной дренаж, принимающий улавливаемую конденсатную воду из сливного желоба;

аккумулятор, расположенный внутри входного дренажа, который собирает улавливаемую конденсатную воду;

датчик уровня, расположенный в аккумуляторе, который приводится в действие, когда его достигает улавливаемая конденсатная вода; и

дренажный клапан, который сливает улавливаемую конденсатную воду при приведении в действие с помощью датчика уровня.

86. Система по п.85, содержащая стойкое к коррозии покрытие и/или комбинацию из покрытия и стойких к коррозии плиток.

87. Система по п.85, в которой дренажный клапан является электромагнитным клапаном.

88. Система по п.85, в которой сливной желоб является J-образной структурой, образующей круг вокруг раскрыва входного канала.