ДВУХКАМЕРНАЯ ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА

Изобретение относится к двухкамерным газотурбинным установкам авиационного и наземного применения.

Известны двухкамерные газотурбинные установки, в которых вторая камера сгорания расположена после первой турбины, а воздух на охлаждение второй камеры сгорания отбирают из середины компрессора (Г.Г. Ольховский «Разработка перспективных энергетических ГТУ», Теплоэнергетика №4, 1996 г., стр. 66-75).

Недостатком известных двухкамерных газотурбинных установок является их сравнительно низкий КПД, так как непосредственно в этих установках использование тепла отработавшего в турбинах газа для подогрева циклового воздуха за компрессором принципиально невозможно из-за незначительной разности температур газа за турбиной и воздуха за компрессором при высокой степени повышения давления воздуха в компрессоре, которая также необходима для повышения КПД газотурбинной установки.

Наиболее близкой к заявляемой конструкции является двухкамерная газотурбинная установка, в которой вторая камера сгорания расположена также после первой турбины, а охлаждение первой и второй камер сгорания производится паром, генерируемым в теплообменнике и паровом котле-утилизаторе, использующем для парообразования тепло отработавшего в турбине газа (патент ЕР №0731255 А1).

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является усложнение конструкции за счет включения в ее состав помимо теплообменника парового котла-утилизатора, пароперегревающего устройства, водяного насоса, резервуара питательной воды и другого водяного оборудования, что делает невозможным использование такого способа эксплуатации в мобильных блочно-модульных наземных и авиационных двухкамерных газотурбинных установках.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении КПД газотурбинной установки путем использования тепла отработавшего в турбине газа в газовоздушном теплообменнике для подогрева воздуха, отбираемого из середины компрессора на охлаждение второй камеры сгорания, а также упрощение конструкции.

Сущность технического решения заключается в том, что в двухкамерной газотурбинной установке, содержащей последовательно расположенные компрессор, первую камеру сгорания, турбину высокого давления, вторую камеру сгорания, турбину низкого давления и газовоздушный теплообменник, вход в газовую часть которого подключен к выходу из турбины низкого давления, согласно изобретению, вход в воздушную часть теплообменника подключен к середине компрессора, а выход из нее - ко второй камере сгорания.

Подключение входа в воздушной части теплообменника к середине компрессора, а выхода из нее - ко второй камере сгорания дает возможность использования тепла отработавшего в турбине газа для подогрева воздуха, отбираемого из середины компрессора на охлаждение второй камеры сгорания, имеющего более низкую температуру по сравнению с температурой газа за турбиной, за счет чего происходит повышение КПД двухкамерной газотурбинной установки при высокой степени повышения давления воздуха в компрессоре.

На фигуре изображена схема предлагаемой двухкамерной газотурбинной установки.

Двухкамерная газотурбинная установка состоит из компрессора 1, первой камеры сгорания 2, турбины высокого давления 3, второй камеры сгорания 4, турбины низкого давления 5, приводящей компрессор 1 и электрогенератор 6. Установка включает также рекуперативный газовоздушный теплообменник 7, связанный с серединой компрессора 1 каналом 8, с турбиной низкого давления 5 каналом 9 и со второй камерой сгорания 4 каналом 10.

Работает установка следующим образом.

В компрессоре 1 воздух сжимается и поступает в первую камеру сгорания 2, из которой газ высокой температуры поступает в первую турбину 3, где расширяется с понижением температуры и поступает во вторую камеру сгорания 4. После подогрева во второй камере сгорания 4 газ высокой температуры поступает во вторую турбину 5, где расширяется с понижением температуры и по каналу 9 поступает в газовоздушный теплообменник 7. Одна часть воздуха из середины компрессора 1 по каналу 11 подается на охлаждение турбины 5, а другая часть – по каналу 8 в теплообменник 7, где подогревается за счет использования тепла отработавшего в турбине газа, который подается в теплообменник по каналу 9. Подогретый в теплообменнике 7 воздух по каналу 10 подается на охлаждение второй камеры сгорания 4, а затем смешивается с газообразными продуктами сгорания, выходящими из второй камеры сгорания и поступающими в турбину низкого давления 5. В результате чего температура газа на входе в турбину низкого давления 5 повышается по сравнению с ее величиной без подогрева воздуха, охлаждающего вторую камеру сгорания.

Таким образом, для понижения температуры газа на входе в турбину низкого давления до заданной величины уменьшается расход топлива во вторую камеру сгорания, а эффективный КПД установки (отношение свободной мощности второй турбины, идущей на вращение электрогенератора, к теплу, подведенному с расходом топлива в первую по каналу 12 и во вторую по каналу 13 камеры сгорания) увеличивается.