Система, способ и компьютерная программа для эксплуатации многокаскадной газовой турбины наземного или морского базирования - RU2018108409A
Код документа: RU2018108409A
Формула
1. Способ эксплуатации многокаскадной газотурбинной системы наземного или морского базирования для генерирования электрической энергии для подачи на нагрузку, при этом система содержит
по меньшей мере два каскада, каждый из которых содержит вал (11А, 11В, 11С) и турбину (T1, Т2, Т3), установленную на валу, причем турбина выполнена с возможностью приема газа с повышенной температурой, расширяемого для выработки механической энергии, при этом одна из турбин выполнена с возможностью работы при самом высоком давлении из указанных турбин (T1, Т2, Т3), т.е. указанная турбина (Т1) является турбиной самого высокого давления;
по меньшей мере два компрессора (C1, С2, С3), причем каждый из указанных по меньшей мере двух каскадов содержит один из указанных по меньшей мере двух компрессоров (C1, С2, С3), выполненных с возможностью приема газа и сжатия принятого газа;
первое тепловырабатывающее оборудование (HGE1), выполненное с возможностью выработки тепла и передачи тепла сжатому газу так, что сжатый газ преобразуется в газ с повышенной температурой, расширяемый в турбине (Т1) самого высокого давления с выработкой механической энергии для приведения в действие компрессора (С1) и генератора (G1), установленных на том же валу (11А), что и указанная турбина (Т1);
при этом указанные по меньшей мере два каскада сообщаются по текучей среде друг с другом, и
каждая из расположенных ниже по ходу потока турбин (Т2, Т3) выполнена с возможностью приема газа от турбины, выполненной с возможностью работы при более высоком давлении в отличие от указанной турбины, принимающей газ;
по меньшей мере два генератора (G1, G2, G3), каждый из которых механически соединен с одним из валов (11А, 11В, 11С) для приведения им во вращение, при этом каждый из валов (11А, 11В, 11С) таким образом механически соединен с одним генератором, указанные по меньшей мере два генератора (G1, G2, G3) выполнены с возможностью генерирования электрического тока для подачи на нагрузку, и указанные по меньшей мере два генератора (G1, G2, G3) выполнены с возможностью независимого друг от друга управления; и
управляющее оборудование (CTRL), выполненное с возможностью управления работой указанной газотурбинной системы; отличающийся тем, что включает этапы, на которых управляют скоростями вращения указанных по меньшей мере двух генераторов (G1, G2, G3) независимо друг от друга для непосредственного управления скоростями вращения валов (11А, 11В, 11С) каскадов;
регулируют температуру впуска турбины (ТЕ1) самого высокого давления для поддержания температуры впуска турбины (Т1) самого высокого давления по существу на заданном максимально допустимом значении в первом режиме управления;
управляют скоростями вращения указанных по меньшей мере двух генераторов (G1, G2, G3) на заданных по существу постоянных значениях и регулируют количество вырабатываемого тепла в первом тепловырабатывающем оборудовании (HGE1) во втором режиме управления, при этом способ также включает этап, на котором
используют первый или второй режим управления на основании выходной мощности системы.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что включает этап, на котором
используют первый теплообменник (14) для подогрева сжатого газа перед подачей в первое тепловырабатывающее оборудование (HGE1), при этом первый теплообменник (14) выполнен возможностью передачи тепла от расширяющегося газа с повышенной температурой из турбины, выполненной с возможностью работы при самом низком давлении среди указанных турбин, т.е. турбины (Т2; Т3) самого низкого давления, сжатому газу, принимаемому от компрессора (С1), установленного на валу указанного каскада, турбина которого является турбиной (Т1) самого высокого давления.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что включает этап, на котором
управляют скоростями вращения указанных по меньшей мере двух генераторов (G1, G2, G3) и количеством вырабатываемого тепла так, что поддерживают температуру газа с повышенной температурой, вводимого в первый теплообменник (14), по существу на заданном максимальном допустимом значении в третьем режиме управления.
4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что включает этап, на котором
задействуют газотурбинную систему относительно выходной мощности указанной системы по меньшей мере в двух или более из первого, второго или третьего режимов управления.
5. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что включает этапы, на которых
обеспечивают по меньшей мере одно второе тепловырабатывающее оборудование (HGE2), выполненное с возможностью приема газа с повышенной температурой от расположенной выше по ходу потока турбины для подогрева газа с повышенной температурой;
используют указанное по меньшей мере одно второе тепловырабатывающее оборудование (HGE2) для выработки тепла и передачи тепла газу с повышенной температурой до подачи в соответствующую расположенную ниже по ходу потока турбину и
регулируют количество вырабатываемого тепла в указанном по меньшей мере одном втором тепловырабатывающем оборудовании (HGE2) для поддержания температуры впуска соответствующей расположенной ниже по ходу потока турбины по существу на заданном максимальном допустимом значении.
6. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что включает этап, на котором
управляют скоростями вращения указанных по меньшей мере двух генераторов (G1, G2, G3) так, что вращение валов указанных по меньшей мере двух каскадов замедляется/ускоряется посредством заданных или динамически определяемых нежелательных скоростей для каскадов для минимизации времени работы на указанных нежелательных скоростях.
7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что включает этап, на котором
определяют указанные нежелательные скорости посредством использования данных об измерении от активных магнитных подшипников или акселерометра или датчика положения или датчика вихревых токов, соединенных с каскадом.
8. Многокаскадная газотурбинная система наземного или морского базирования для генерирования электрической энергии для подачи на нагрузку, содержащая:
по меньшей мере два каскада, каждый из которых содержит вал (11А, 11В, 11С) и турбину (T1, Т2, Т3), установленную на валу, причем турбина выполнена с возможностью приема газа с повышенной температурой, расширяемого для выработки механической энергии;
по меньшей мере два компрессора (C1, С2, С3), причем каждый из указанных по меньшей мере двух каскадов содержит один из указанных по меньшей мере двух компрессоров (C1, С2, С3), одна из указанных турбин выполнена с возможностью работы при самом высоком давлении среди указанных турбин (T1, Т2, Т3), т.е. указанная турбина (Т1) является турбиной самого высокого давления, указанные по меньшей мере два компрессора (C1, С2, С3) выполнены с возможностью приема газа и сжатия принятого газа;
первое тепловырабатывающее оборудование (HGE1), выполненное с возможностью выработки тепла и передачи тепла сжатому газу так, что сжатый газ преобразуется в газ с повышенной температурой, расширяемый в турбине (Т1) самого высокого давления для выработки механической энергии для приведения в действие компрессора (С1) и генератора (G1), установленных на том же валу (11А) что и указанная турбина (Т1);
при этом указанные по меньшей мере два каскада сообщаются по текучей среде друг с другом, и
каждая из расположенных ниже по ходу потока турбин (Т2, Т3) выполнена с возможностью приема газа от турбины, выполненной с возможностью работы при более высоком давлении в отличие от указанной турбины, принимающей газ;
по меньшей мере два генератора (G1, G2, G3), каждый из которых механически соединен с одним из валов (11А, 11В, 11С) для приведения им во вращение, при этом каждый из валов (11А, 11В, 11С) таким образом механически соединен с одним генератором, указанные по меньшей мере два генератора (G1, G2, G3) выполнены с возможностью генерирования электрического тока для подачи на нагрузку, и указанные по меньшей мере два генератора (G1, G2, G3) выполнены с возможностью независимого друг от друга управления; и
управляющее оборудование (CTRL), выполненное с возможностью управления работой указанной газотурбинной системы,
причем управляющее оборудование (CTRL) выполнено с возможностью управления скоростями вращения указанных по меньшей мере двух генераторов (G1, G2, G3), регулировки температуры впуска турбины (ТЕ1) самого высокого давления для поддержания температуры впуска турбины (Т1) самого высокого давления по существу на заданном максимальном допустимом значении в первом режиме управления;
управления скоростями вращения указанных по меньшей мере двух генераторов (G1, G2, G3) на заданных по существу постоянных значениях и регулировки количества вырабатываемого тепла в первом тепловырабатывающем оборудовании (HGE1) во втором режиме управления, при этом обеспечена возможность использования первого или второго режимов управления на основе выходной мощности системы.
9. Система по п. 8, отличающаяся тем, что содержит
первый теплообменник (14), выполненный с возможностью приема сжатого газа от компрессора (С1) и газа с повышенной температурой от последней расположенной ниже по ходу потока турбины, выполненной с возможностью работы при самом низком давлении среди турбин, т.е. турбины (Т2; Т3) самого низкого давления, обуславливая передачу тепла от газа с повышенной температурой сжатому газу для подогрева сжатого газа перед подачей в указанное первое тепловырабатывающее оборудование (HGE1).
10. Система по п. 9, отличающаяся тем, что
управляющее оборудование (CTRL) выполнено с возможностью управления скоростями вращения указанных по меньшей мере двух генераторов (G1, G2, G3) и количеством вырабатываемого тепла для поддержания температуры газа с повышенной температурой, подаваемого в первый теплообменник (14), по существу на заданном максимальном допустимом значении в третьем режиме управления.
11. Система по любому из пп. 8-10, отличающаяся тем, что содержит
первое тепловырабатывающее оборудование (HGE1), являющееся внешним тепловырабатывающим оборудованием, имеющим блок (HGU) тепловырабатывания, выполненный с возможностью выработки тепла, и связанный теплообменник (120), выполненный с возможностью передачи вырабатываемого тепла в блоке (HGU) тепловырабатывания сжатому газу.
12. Система по любому из пп. 8-11, отличающаяся тем, что содержит
блок силовой электроники, соединенный с указанными по меньшей мере двумя генераторами (G1, G2, G3),
при этом блок силовой электроники выполнен с возможностью обработки переменных токов от указанных по меньшей мере двух генераторов (G1, G2, G3) и преобразования указанных переменных токов в переменные токи, подходящие для подачи на нагрузку.
13. Система по п. 12, отличающаяся тем, что блок силовой электроники содержит
по меньшей мере два выпрямителя (13А, 13В, 13С), каждый из которых выполнен с возможностью преобразования переменного тока от заданного одного из указанных по меньшей мере двух генераторов (G1, G2, G3) для выработки постоянного тока с непеременным напряжением, и инвертор (16), выполненный с возможностью преобразования непеременных постоянных токов от указанных по меньшей мере двух выпрямителей (13А, 13В, 13С) в переменный ток, подходящий для подачи на нагрузку.
14. Система по любому из пп. 8-13, отличающаяся тем, что содержит
по меньшей мере одно второе тепловырабатывающее оборудование (HGE2), выполненное с возможностью приема газа с повышенной температурой от расположенной выше по ходу потока турбины для подогрева газа с повышенной температурой,
причем каждое из указанного по меньшей мере одного второго тепловырабатывающего оборудования (HGE2) выполнено с возможностью передачи подогретого газа в одну расположенную ниже по ходу потока турбину.
15. Система по любому из пп. 8-14, отличающаяся тем, что также содержит
указанные по меньшей мере два генератора (G1, G2, G3), имеющие по существу равные номинальные мощности, и вращающиеся части указанных по меньшей мере двух генераторов (G1, G2, G3) имеют по существу равные номинальные скорости вращения.
16. Запоминающий элемент, содержащий записанные на нем инструкции, выполненный с возможностью, при исполнении на компьютере, выполнять способ по любому из пп. 1-7.
