Система газотурбинного двигателя с рекуперацией испособ с применением каталитического горения - RU2006106186A

Реферат

1. Система газотурбинного двигателя с рекуперацией, использующая каталитическое сгорание и содержащая компрессор, принимающий и сжимающий воздух; топливную систему, предназначенную для подачи топлива в компрессор так, чтобы смесь сжатого воздуха и топлива выпускалась из компрессора; каталитическую камеру сгорания, предназначенную для сжигания смеси для получения горячих сжигаемых газов; турбину, предназначенную для приема сжигаемых газов и расширения газов для получения механической энергии, приводящей компрессор; рекуператор, предназначенный для приема выхлопных газов из турбины и смеси, выпускаемой из компрессора, и осуществления теплообмена между ними так, что смесь подогревается перед входом в каталитическую камеру сгорания; и систему для направления части выхлопных газов из турбины в компрессор так, что температура смеси, выпускаемой из компрессора, повышается посредством указанных выхлопных газов, в результате чего температура на входе в каталитическую камеру сгорания повышается.

2. Система по п.1, в которой система для направления части выхлопных газов из турбины в компрессор включает в себя регулируемый клапан, который переменным образом регулирует скорость потока выхлопных газов в компрессор, и систему управления, оперативно соединенную с клапаном.

3. Система по п.2, в которой система управления включает в себя датчик, измеряющий параметр, характеризующий температуру на входе в камеру сгорания, причем система управления управляет клапаном таким образом, чтобы вызывать превышение температуры на входе в камеру сгорания над заданной минимальной температурой, необходимой для надлежащей работы каталитической камеры сгорания.

4. Система по п.3, в которой система управления дополнительно содержит датчик измерения скорости потока воздуха, датчик измерения скорости потока топлива, и датчик измерения температуры на входе в рекуператор, причем система управления определяет отношение топливо/воздух в смеси, входящей в камеру сгорания, на основе скоростей потоков воздуха, топлива и выхлопных газов и регулирует скорость потока выхлопных газов в компрессор для оптимизации температуры на входе в камеру сгорания для указанного отношения топливо/воздух таким образом, что не превышается максимальная допустимая температура рекуператора.

5. Система по п.4, в которой система управления дополнительно управляет температурой на входе в камеру сгорания для указанного отношения топливо/воздух таким образом, что кпд двигателя является максимальным.

6. Система по п.5, дополнительно содержащая средство для определения уровня выделений из двигателя, при этом система управления регулирует температуру на входе в камеру сгорания для указанного отношения топливо/воздух таким образом, что не превышается предел максимально допустимых выделений.

7. Система по п.6, в которой средство для определения содержания выделений представляет собой датчик выделений.

8. Система по п.5, дополнительно содержащая средство для определения уровня выделений из двигателя, при этом система управления регулирует температуру на входе в камеру сгорания для указанного отношения топливо/воздух таким образом, что выделения являются минимальными.

9. Система по п.2, в которой клапан расположен ниже по потоку, чем рекуператор, так что выхлопные газы охлаждаются в рекуператоре до их направления в компрессор.

10. Система по п.2, в которой клапан расположен выше по потоку, чем рекуператор, так что часть выхлопных газов обходит рекуператор и затем направляется в компрессор.

11. Система по п.1, дополнительно содержащая электрогенератор, приводимый турбиной.

12. Способ управления газотурбинным двигателем, при котором сжимают воздух в компрессоре; смешивают топливо со сжатым воздухом из компрессора для получения смеси воздух-топливо; сжигают смесь воздух-топливо в каталитической камере сгорания для получения горячих сжигаемых газов; расширяют сжигаемые газы в турбине для получения механической энергии и используют механическую энергию для приведения компрессора; пропускают выхлопные газы из турбины через рекуператор и пропускают смесь воздух-топливо через рекуператор для подогрева смеси посредством теплообмена с выхлопными газами; направляют часть выхлопных газов из турбины в компрессор для повышения температуры на входе в камеру сгорания; и пропускают топливо через компрессор вместе с воздухом и частью выхлопных газов.

13. Способ по п.12, при котором смешение выхлопных газов с топливом осуществляют выше по потоку от компрессора.

14. Способ по п.13, при котором смешанные выхлопные газы и топливо направляют в компрессор отдельно от воздуха.

15. Способ по п.12, при котором, по меньшей мере, часть смешения топлива с воздухом осуществляют выше по потоку от компрессора.

16. Способ по п.15, при котором смешанные топливо и воздух направляют в компрессор отдельно от выхлопных газов.

17. Способ по п.12, при котором воздух, топливо и выхлопные газы направляют в компрессор отдельно друг от друга и смешивают в компрессоре.

18. Способ по п.12, при котором дополнительно регулируют скорость потока выхлопных газов, направляемых в компрессор.

19. Способ по п.18, при котором при регулировании регулируют скорость потока в соответствии с параметром, связанным с двигателем.

20. Способ по п.19, при котором при регулировании регулируют скорость потока в соответствии с измеренной температурой на входе в камеру сгорания.

21. Способ по п.20, при котором скорость потока регулируют таким образом, что температура на входе в камеру сгорания всегда поддерживается более высокой, чем заданная минимальная температура, необходимая для надлежащей работы каталитической камеры сгорания.

22. Способ по п.21, при котором дополнительно вычисляют отношение топливо/воздух в смеси, входящей в камеру сгорания, и регулируют температуру на входе в камеру сгорания для оптимизации температуры на входе в камеру сгорания для указанного отношения топливо/воздух таким образом, что никогда не превышается максимально допустимая температура рекуператора.

23. Способ по п.21, при котором дополнительно вычисляют отношение топливо/воздух в смеси, входящей в камеру сгорания, и регулируют температуру на входе в камеру сгорания для оптимизации температуры на входе в камеру сгорания для указанного отношения топливо/воздух таким образом, что не превышается предел максимально допустимых выделений.

24. Способ по п.23, при котором дополнительно вычисляют отношение топливо/воздух в смеси, входящей в камеру сгорания, и регулируют температуру на входе в камеру сгорания для оптимизации температуры на входе в камеру сгорания для указанного отношения топливо/воздух таким образом, что кпд двигателя является максимальным.

25. Способ по п.21, при котором дополнительно вычисляют отношение топливо/воздух в смеси, входящей в камеру сгорания, и регулируют температуру на входе в камеру сгорания для оптимизации температуры на входе в камеру сгорания для указанного отношения топливо/воздух таким образом, что выделения являются минимальными.

26. Способ по п.25, при котором дополнительно вычисляют отношение топливо/воздух в смеси, входящей в камеру сгорания, и регулируют температуру на входе в камеру сгорания для оптимизации температуры на входе в камеру сгорания для указанного отношения топливо/воздух таким образом, что кпд является максимальным.

27. Способ по п.19, при котором при регулировании регулируют скорость потока для компенсации изменения температуры окружающей среды.

28. Способ по п.27, при котором относительную часть отработавших газов, направляемую в компрессор, повышают при понижение температуры окружающей среды.

29. Способ по п.19, при котором при регулировании регулируют скорость потока для компенсации изменений в относительной нагрузке двигателя.

30. Способ по п.29, при котором относительную долю выхлопных газов, направляемую в компрессор, повышают при понижении относительной нагрузки двигателя.

31. Способ по п.12, при котором часть выхлопных газов, направляемую в компрессор, отделяют от остальной части выхлопных газов в точке ниже по потоку от рекуператора.

32. Способ по п.12, при котором часть выхлопных газов, направляемую в компрессор, отделяют от остальной части выхлопных газов в точке выше по потоку от рекуператора, так что указанная часть обходит рекуператор.

33. Способ по п.12, при котором дополнительно приводят электрогенератор турбиной.