RU2811729C2 - Парогазовая энергетическая установка - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области машиностроения и может использоваться в парогазовых транспортных и энергетических установках, в парогазовых компрессорах. Парогазовая энергетическая установка содержит парогазовый каскадный обменник давлением, интегрированный с газотурбинным двигателем таким образом, что рабочее тело низкого давления - воздух из компрессора газотурбинного двигателя, подведено к порту подвода рабочего тела низкого давления, а с противоположной стороны в корпусе выполнен порт отвода рабочего тела низкого давления - водяного пара, в паровую турбину. Далее, по ходу вращения ротора, выполнен порт подвода рабочего тела высокого давления - водяного пара, подключенный к выходу из паровой турбины высокого давления. С противоположной стороны в стенке корпуса выполнен порт отвода рабочего тела высокого давления - воздуха, подключенный к камере сгорания, выход из которой соединен с газовой турбиной. При этом в роторе обменника давлением выполнены несколько рядов каналов со смещением каналов в одних рядах относительно каналов в других рядах. В стенке корпуса выполнен ряд портов, соединенных между собой перепускными каналами, а выход из турбины низкого давления подключен к парогенератору, например в виде котла-утилизатора. При реализации заявленного изобретения достигается расширение сферы применения каскадного обменника давлением, повышение его производительности и КПД, улучшение параметров парогазовых энергетических установок при минимальных массогабаритных характеристиках. 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может использоваться в парогазовых транспортных и энергетических установках, в парогазовых компрессорах.

Известна парогазовая энергетическая установка, включающая газотурбинный двигатель и котел - утилизатор, в котором остаточная теплота продуктов сгорания ГТУ передается воде, а затем пару. Энергия горячего пара высокого давления преобразуется в механическую энергию на валу паровой турбины. Стр. 210-211 «Теплотехника» Москва «Машиностроение» 1986 г.

Недостатком подобной конструкции является низкий КПД турбокомпрессора высокого давления ГТД и паровой турбины.

Известен также каскадный обменник давлением, содержащий корпус с выполненными портами подвода и отвода рабочего тела, а также с перепускными массообменными каналами, в корпусе с возможностью вращения установлен ротор с каналами открытыми с торцов. «Новые направления совершенствования рабочего процесса газотурбинных двигателей с каскадным обменником давления Крайнюка». А.И. Крайнюк. «Авиационно-космическая техника и технология». 2010 №7

Недостатком подобной конструкции является узкая сфера применения, необходимость установки дополнительных вентиляторов, что в ряде случаев усложняет конструкцию, низкие производительность и КПД однорядной конструкции каналов ротора.

Техническим результатом, достигаемым в данном изобретении, является расширение сферы применения каскадного обменника давлением, повышение его производительности и КПД, улучшение параметров парогазовых энергетических установок при минимальных массогабаритных характеристиках.

Технический результат достигается тем, что парогазовая энергетическая установка, содержащая, по крайней мере, один компрессор и одну турбину. по крайней мере одно устройство подвода тепла, систему утилизации тепла, включающую по крайней мере один парогенератор, системы подачи топлива, пуска, контроля, управления охлаждения, отличается тем, что содержит парогазовый каскадный обменник давлением, включающий корпус, в котором установлен с возможностью вращения ротор, с выполненными по окружности ротора параллельно валу, или диагонально каналами, со стороны впускных и выпускных отверстий каналов к торцам ротора, с зазором, выполненном с возможностью регулирования его величины и установки в него уплотнения, примыкают стенки корпуса, в которых образованы порты с возможностью подвода в каналы ротора и отвода из них сжимающего и сжимаемого рабочих тел. парогазовый обменник давлением интегрирован с газотурбинным двигателем таким образом, что рабочее тело низкого давления, являющееся сжимаемым рабочим телом, из компрессора наддува, или после компрессора газотурбинного двигателя, подведено к порту подвода рабочего тела низкого давления, выполненного с одной стороны ротора парогазового каскадного обменника давлением, со стороны впускных отверстий каналов ротора, а с противоположной стороны ротора, со стороны выпускных отверстий каналов ротора, в корпусе выполнен порт отвода рабочего тела низкого давления в паровую, или в газовую турбину низкого или среднего давления, далее, по ходу вращения ротора, со стороны порта подвода рабочего тела низкого давления, выполнен порт подвода рабочего тела высокого давления, являющегося сжимающим рабочим телом, который подключен к выходу из парогенератора, или подключен к выходу из паровой турбины высокого давления, причем данное подключение выполнено с возможностью размещения пароперегревателя после выхода из паровой турбины высокого давления, а с противоположной стороны ротора в стенке корпуса выполнен порт отвода рабочего тела высокого давления, подключенный к системе охлаждения газовой турбины высокого давления, и к устройству подвода тепла в виде камеры сгорания, выход из которого соединен с газовой турбиной, или с каскадом газовых турбин, при этом в роторе парогазового каскадного обменника давлением выполнены, вдоль радиуса ротора, несколько рядов каналов, стенки корпуса, расположенные между портами, выполнены с возможностью перекрытия при вращении ротора впускных и выпускных отверстий, по крайней мере, одного канала в каждом ряду каналов ротора, также в стенке корпуса парогазового обменника давлением, между портом подвода рабочего тела низкого давления и портом подвода рабочего тела высокого давления выполнен ряд портов, соединенных между собой перепускными массообменными каналами, выполненными с возможностью организации последовательного ступенчатого подвода в каналы ротора и отвода из каналов ротора сжимающего рабочего тела таким образом, что порты. выполненные после порта подвода рабочего тела низкого давления, по ходу вращения ротора, соединены перепускными массообменными каналами с портами, выполненными перед портом подвода рабочего тела низкого давления, по ходу вращения ротора, с возможностью последовательного повышения давления в каналах ротора, по мере приближения каналов к порту подвода рабочего тела высокого давления, при вращении ротора, а порты, выполненные, по ходу вращения ротора, перед, портом подвода рабочего тела низкого давления, выполнены с возможностью последовательного снижения давления рабочего тела в каналах ротора, при его вращении, по мере приближения каналов к порту подвода рабочего тела низкого давления. при этом, равноудаленные, с одной и с другой стороны от порта подвода рабочего тела низкого давления порты соединены между собой перепускными массообменными каналами, а выход рабочего тела из турбины подключен к парогенератору в виде котла-утилизатора и, или парового котла со сжиганием дополнительного топлива, с возможностью отвода тепла от рабочего тела, а в части подвода тепла к рабочему телу вход парогенератора присоединен к системе подачи жидкого рабочего тела.

Кроме того, энергетическая установка отличается тем, что по ходу вращения ротора парогазового каскадного обменника давлением. например перед портом от вода рабочего тела высокого давления выполнен дополнительный порт подвода рабочего тела, соединенный с выходом из камеры сгорания, например с отдельной высокотемпературной камерой сгорания, вход которой подключен к порту отвода рабочего тела высокого давления парогазового каскадного обменника давлением, при этом порт отвода рабочего тела высокого давления выполнен с возможностью содержать секцию отвода воздуха на охлаждение, выполненную в конце порта, по ходу вращения ротора.

Кроме того, энергетическая установка отличается тем. что котел-утилизатор выполнен с возможностью раздельного нагрева в нем рабочего тела, например воды и водяного пара нескольких, например двух или трех давлений, например при этом выход воды из конденсатора пара, выполненного после паровой турбины низкою давления, посредством водяного насоса подключен к газо-водяному подогревателю, например экономайзеру низкого давления котла-утилизатора, после которого водопровод подключен к деаэратору, из которого выполнены отводы конденсата, например таким образом, что один отвод посредством насоса низкого давления, соединен с испарителем низкого давления котла-утилизатора, пар из которого частично, посредством паропровода с регулирующим клапаном подведен к деаэратору, а частично пар через пароперегреватель низкого давления подключен к турбине низкого давления, другой отвод посредством насоса двух давлений соединен с магистралями высокого и среднего давлений, при этом магистраль высокого давления через ряд подогревателей с последовательно увеличивающейся температурой греющего газа подключена к испарителю высокого давления, пар из которого через ряд пароперегревателей с последовательно увеличивающейся температурой греющего газа, подключен к турбине высокого давления, а магистраль среднего давления через, по крайней мере один подогреватель, подключена к испарителю среднего давления, пар из которого, по крайней мере после одного пароперегревателя соединен в смесителе с паром из паропровода после турбины высокого давления, и далее, через ряд пароперегревателей с последовательно увеличивающейся температурой греющего газа подключен к порту подвода рабочего тела высокого давления, являющегося сжимающей средой, парогазового каскадного обменника давлением, порт отвода рабочего тела низкого давления которого разделен, например на три секции, первая и последняя. по ходу вращения ротора, секции могут быть соединены, например через вспомогательную паровую турбину среднего давления, на валу которой может быть выполнен электрогенератор, с деаэратором, а средняя секция порта отвода рабочего тела низкого давления подключена к паровой турбине низкого давления, например через ряд ступеней паровой турбины среднего давления.

Кроме того, энергетическая установка отличается тем, что содержит, по крайней мере, одну промежуточную камеру сгорания, при этом по крайней мере одна промежуточная камера сгорания может содержать дополнительный подвод воздуха, например из компрессора газотурбинного двигателя.

Кроме того, энергетическая установка отличается тем, что между устройствами сжатия рабочего тела, например воздуха, например между компрессорами, и, или в газоходе, соединенном с портом подвода рабочего тела низкого давления, например воздуха парогазового каскадного обменника давлением, выполнено, по крайней мере, одно устройство отвода тепла, являющееся промежуточным охладителем, например интегрированное в систему генерации пара в парогенераторе, например в систему генерации пара нескольких давлений в котле-утилизаторе.

Кроме того, энергетическая установка отличается тем, что содержит устройство наддува газотурбинного двигателя, например в виде, по крайней мере одного компрессора. например с приводом от электромотора.

Кроме того, энергетическая установка отличается тем, что, по крайней мере. одна камера сгорания и, по крайней мере, турбина высокого давления выделены в отдельный блок, на валу которого может быть выполнен электрогенератор.

Кроме того, энергетическая установка отличается тем, что вал ротора парогазового каскадного обменника давлением подключен к приводу, например от газотурбинного или электрического двигателя, с возможностью регулирования оборотов ротора и. или ротор выполнен с возможностью самовращения, например посредством специальных сопел, выполненных в отдельных портах подвода рабочего тела в каналы ротора, например также с возможностью регулирования оборотов ротора. при этом корпус парогазового каскадного обменника давлением может быть выполнен герметичным.

Кроме того, энергетическая установка отличается тем, что газотурбинный двигатель выполнен по безотходному циклу, например таким образом, что содержит установку по выработке кислорода, например воздухоразделительную установку и систему утилизации продуктов сгорания, по крайней мере углекислого газа и воды, при этом выход рабочего тела, например углекислого газа, по крайней мере его части, после котла-утилизатора и системы сепарации конденсата, например после дополнительного охладителя, подключен ко входу компрессора, например газотурбинного двигателя, соединенного с портом подвода рабочего тела низкого давления парогазового каскадного обменника давлением, а камера сгорания, в том числе, при ее наличии и промежуточная камера сгорания, а возможно и высокотемпературная камера сгорания подключены через регулирующие клапаны к подводам топлива и сжатого окислителя, например кислорода.

Кроме того, энергетическая установка отличается тем. что по крайней мере часть паропроводов содержит регулирующие клапаны с возможностью регулирования расхода через них рабочего тела в парогазовый каскадный обменник давлением и из него. в паровые турбины, например в деаэратор, в атмосферу и.т.п.

Кроме того, энергетическая установка отличается тем, что устройство подвода тепла к рабочему телу после порта отвода рабочего тела высокого давления парогазового каскадного обменника давлением выполнено в виде теплообменного аппарата, например с керамической теплообменной поверхностью, установленного в котле, например с возможностью сжигания твердого топлива, которое может быть предварительно газифицировано, а подвод воздуха в топку котла подключен к выпуску из турбины газотурбинного двигателя, при этом на выходе из котла установлен парогенератор в виде котла-утилизатора, например с возможностью дожигания дополнительного топлива, подключенный к паровой турбине и к системе подачи питательной воды.

Кроме того, энергетическая установка отличается тем, что по крайней мере один теплообменный аппарат - парогенератор, например в виде котла-утилизатора, возможно котел с теплообменным аппаратом, подключенным к порту отвода рабочего тела высокого давления парогазового каскадного обменника давлением, выполнены напорными, то есть расположены, по ходу движения рабочего тела. перед турбиной низкого давления, выполненной на валу газотурбинного двигателя, или на отдельном вату, например с электрогенератором, при этом за турбиной низкого давления может быть установлен газовый подогреватель питательной воды перед подачей ее в парогенератор, например в виде котла -утилизатора.

Кроме того, энергетическая установка отличается тем, что газотурбинный двигатель выполнен по полузамкнутому циклу, при этом выход рабочего тела, по крайней мере, после котла-утилизатора и сепаратора конденсата, подключен, с возможностью регулирования расхода рабочего тела, частично к атмосфере, либо к турбине низкого давления, а частично ко входу компрессора, например низкого давления, вход которого также частично подключен к атмосфере, или к компрессору устройства наддува.

На схемах изображено.

Фиг. 1. Парогазовый каскадный обменник давлением. Вид спереди.

Фиг. 2. Парогазовый каскадный обменник давлением с дополнительным портом подвода рабочего тела. Вид спереди.

Фиг. 3. Парогазовый каскадный обменник давлением с дополнительным портом подвода рабочего тела. Вид сзади.

Фиг. 4. Парогазовая энергетическая установка с надстройкой высокого давления ГТД и котлом -утилизатором трех давлений.

Фиг. 5. Парогазовая энергетическая установка с дополнительной высокотемпературной камерой сгорания, с надстройкой высокого давления ГТД и котлом -утилизатором трех давлений. Показана развертка парогазового каскадного обменника давлением

Фиг. 6. Парогазовая энергетическая установка с устройством подвода тепла в виде теплообменного аппарата.

Парогазовая энергетическая установка содержит газотурбинный двигатель 1. с компрессором 2 и устройством подвода тепла в виде теплообменного аппарата 3, или камеры сгорания 4, подключенных к порту отвода рабочего тела высокого давления 5 парогазового каскадного обменника давлением 6, содержащего корпус 7, в котором установлен с возможностью вращения ротор 8, с рядами 9 каналов 10, с впускными 11 и выпускными 12 отверстиями, с возможностью их периодического совмещения с портами в корпусе 7, в котором выполнены порт подвода рабочего тела низкого давления 13, порт подвода рабочего тела высокого давления 14, порт отвода рабочего тела низкого давления 15, порты, подключенные к массообменным (перепускным) каналам 16, может содержать дополнительный порт подвода рабочего тела 17, подключенный к выходу, например из высокотемпературной камеры сгорания 18, турбину высокого давления 19, например надстройки высокого давления 20 газотурбинного двигателя 1 с турбиной, по крайней мере низкого давления 21, парогенератор в виде котла-утилизатора 22, например трех давлений с магистралями низкого 23, среднего 24 и высокого 25 давлений, подключенный к паровой турбине с цилиндрами высокого 26, например среднего 27 и низкого 28 давлений, конденсатор пара 29, питательный (конденсатный) насос 30, деаэратор 31, вспомогательную паровую турбину 32, может содержать котел 33 с топкой 34, может содержать промежуточный охладитель 35, например интегрированный с котлом-утилизатором 22 нескольких давлений, регулирующие клапаны 36, электрогенератор 37, устройство регулирования оборотов 38 парогазового каскадного обменника давлением 6, промежуточную камеру сгорания 39.

Парогазовая энергетическая установка работает следующим образом.

При пуске газотурбинного двигателя от какого-либо стартерного устройства (на схемах не показано) в компрессоре 2 газотурбинного двигателя 1, (Фиг. 4) сжимается воздух, который затем поступает в порт подвода рабочего тела низкого давления 13 парогазового каскадного обменника давлением 6 (Фиг.-1), ротор 8 которого вращается от устройства регулирования оборотов 38, например в виде электромотора-генератора. При этом порт подвода рабочего тела высокого давления 14 и порт отвода рабочего тела низкого давления 15 перекрыты регулирующими клапанами 36. Воздух низкого давления заполняет каналы 10 в рядах 9 ротора 8, которые при вращении ротора 8 совмещаются с портом отвода рабочего тела высокого давления 5, при этом, сжатый воздух, поступает в камеру сгорания 4 надстройки высокого давления 20, куда также подводится топливо. Образованная в камере сгорания 18 смесь воздуха и продуктов сгорания расширяется в турбине высокого давления 19, вращая электрогенератор, затем поступает в промежуточную камеру сгорания 39, куда также подводится топливо. Образованные в камере сгорания 39 продукты сгорания расширяется в турбине 21 газотурбинного двигателя 1, вращая вал отбора мощности с компрессором 2 и электрогенератором 37. Затем рабочее тело - продукты сгорания поступают в котел-утилизатор 22 трех давлений, подогревая и испаряя воду в магистралях (контурах) низкого 23, среднего 24 и высокого 25 давлений. После того, как в котле-утилизаторе 22 выработается пар достаточного объема и давления, закрытые до этого регулирующие клапаны 36 открываются, а воздух, находящийся в трубопроводах сбрасывается в атмосферу, при этом в порт подвода рабочего тела высокого давления 14 подается пар, который увеличивает давление воздуха перед камерой сгорания 4. Полученный в котле-утилизаторе 22 пар, из магистрали низкого давления 23 поступает в турбину (цилиндр турбины) низкого давления 28 и расширяется в ней, вращая электрогенератор, а также через регулирующий клапан 36 может поступать в деаэратор 31, нагревая, поступающий в него конденсат. Пар из магистрали высокого давления 25 поступает в турбину (цилиндр турбины) высокого давления 26, расширяется в ней, вращая электрогенератор, затем смешивается с паром из магистрали среднего давления 24, вновь подогревается в пароперегревателе котла-утилизатора 22 и поступает в порт подвода рабочего тела высокого давления 14 парогазового каскадного обменника давлением 6, сжимает находящийся в каналах 10 ротора 8 воздух и выталкивает его в порт отвода рабочего тела высокого давления 5, из которого воздух высокого давления поступает в камеру сгорания 4 надстройки высокого давления 20. При вращении ротора 8, заполняющий каналы 10 ротора 8 пар ступенчато расширяется через перепускные каналы 16, после чего, через порт отвода рабочего тела низкого давления 15 покидает парогазовый каскадный обменник давлением 6. При этом из первой, по ходу вращения ротора, и из последней секций порта отвода рабочего тела низкого давления 15 паровоздушная смесь, образованная при контакте пара и воздуха в каналах 10 ротора 8, поступает во вспомогательную турбину 32, расширяется в ней, вращая электрогенератор, и поступает в деаэратор 31, где нагревает, поступающий в него конденсат. Пар из средней секции порта отвода рабочего тела низкого давления 15 поступает в ступени турбины среднего давления, а затем расширяется в турбине (цилиндре турбины) низкого давления 28, вращая электрогенератор. Отработав в турбине низкого давления 28 пар поступает в конденсатор 29, куда подается охладитель, конденсируется в нем и далее конденсат посредством конденсатного насоса 30 подается в газовый подогреватель конденсата в котле -утилизаторе 22, а затем поступает в деаэратор 31, где он подогревается и из него удаляются растворенные газы, после этого конденсат питательными насосами разных давлений распределяется по контурам низкого 23, среднего 24 и высокого давлений 25, котла-утилизатора 22. Выполненный перед портом подвода рабочего тела низкого давления 13 промежуточный охладитель 35 отводит тепло от сжатого воздуха, воздух уменьшается в объеме и объем пара, необходимого для его сжатия в парогазовом каскадном обменнике давлением также уменьшается. Отведенное от воздуха тепло может нагревать конденсат и генерировать пар в магистралях высокого 25 среднего 24 и низкого давлений 23, а также в газовом подогревателе конденсата котла -утилизатора 22, которые могут быть частично подключены к промежуточному охладителю 35 в качестве охладителя.

Парогазовый каскадный обменник давлением 6 может содержать дополнительный порт подвода рабочего тела 17 (Фиг. 2, Фиг. 3, Фиг. 5), при этом продукты сгорания из высокотемпературной камеры сгорания 18, с температурой газа, которая может быть выше, чем после камеры сгорания 4, поступают в дополнительный порт подвода рабочего тела 17, сжимают находящиеся в каналах 10 ротора 8 пар и воздух и частично заполняют каналы 10 ротора 8, после чего, при вращении ротора 8, каналы 10 совмещаются с портом подвода рабочего тела высокого давления 5 и во впускные отверстия 11 каналов 10 ротора 8 поступает пар высокого давления, который сжимает уже находящиеся в них пар, воздух и продукты сгорания и выталкивает, через выпускные отверстия 12 каналов 10 ротора 8, продукты сгорания и воздух в порт отвода рабочего тела высокого давления 5, подключенный ко входам камеры сгорания 4 и высокотемпературной камеры сгорания 18.

Устройство нескольких рядов 9 каналов 10 (Фиг.-1, Фиг.-2, Фиг.-3) повышает расход рабочего тела через парогазовый каскадный обменник давлением 6 и увеличивает его эффективность за счет снижения негативного влияния ударных волн.

Устройство подвода тепла к рабочему телу может быть выполнено в виде теплообменного аппарата 3 (Фиг. 6) при этом в топке 34 котла 33 возможно сжигать твердое топливо, например уголь, который может быть предварительно газифицирован. При работе компрессора 2 газотурбинного двигателя 1 в нем сжимается воздух, который затем поступает в парогазовый каскадный обменник давлением 6, дополнительно сжимается в нем, после чего подается в теплообменный аппарат 3 где к воздуху подводится тепло, после чего воздух расширяется в турбине 21 газотурбинного двигателя 1, вращая электрогенератор 37. Затем воздух с остаточным давлением подается в котел 33 и участвует в горении топлива. Продукты сгорания из котла 33 могут подаваться в дополнительную топку 34, где их температура повышается, а могут напрямую поступать в котел-утилизатор 22, а затем в атмосферу. Пар из котла-утилизатора 22 распределяется таким образом, что часть его расширяется в турбине цилиндрах высокого 26, среднего 27 и низкого давлений, вращая электрогенератор, а часть пара расширяется с парогазовом каскадном обменнике давлением 6, сжимая воздух, после чего также расширяется в паровой турбине, например в цилиндре низкого давления 28.

Парогазовая энергетическая установка может быть выполнена по безотходному циклу. (На схемах не показано) При этом рабочее тело, например углекислый газ циркулирует в газотурбинном двигателе по замкнутому контуру. Окислитель -кислород в камеру сгорания 4 и, например, в промежуточную камеру сгорания 39, а возможно и в высокотемпературную камеру сгорания 18 подается из воздухоразделительной установки (на схемах не показано), а полученный в котле-утилизаторе 22 водяной пар расширяется в цилиндрах высокого 26, например среднего 27 и низкого давления 28 паровой турбины, а также расширяется, сжимая воздух, в парогазовом каскадном обменнике давлением 6, после чего поступает, например в ступени среднего давления и в цилиндр низкого давления 28 паровой турбины, совершая работу. Полученный в результате горения топлива дополнительный углекислый газ и водяной пар вместе с циркулирующим в газотурбинном двигателе 1 углекислым газом, расширяется в турбине 21 газотурбинного двигателя 1, затем поступают в котел-утилизатор 22 после чего в сепараторе конденсата от газообразного рабочего тела отделяется вода (конденсат) и частично используется в паровом контуре установки, а излишний углекислый газ утилизируется, каким -либо из известных способов.

Парогазовая энергетическая установка может быть выполнена по полузамкнутому циклу (На схемах не показано). При этом установка может содержать устройство наддува, что уменьшает габариты котла -утилизатора 22 и улучшает регулирование газотурбинного двигателя 1. Воздух их атмосферы, например через компрессор устройства наддува, а затем через промежуточный охладитель 35, в количестве немного превышающим количество воздуха необходимое для горения топлива, поступает в компрессор 2 газотурбинного двигателя 1 и сжимается в нем. Одновременно на вход компрессора 2 подается балластный газ (продукты сгорания) из котла-утилизатора 22, после дополнительного охладителя и сепаратора конденсата и также сжимается в нем. В камере сгорания 4 воздух участвует в горении топлива, а балластный газ (продукты сгорания) выступает в качестве охладителя, затем продукты сгорания и балластный газ расширяются в турбине 21 газотурбинного двигателя 1, затем поступают в котел-утилизатор 22, где отдают тепло, после чего могут расширяться в турбине устройства наддува.

Использование данного изобретения позволит повысить КПД и экологические характеристики парогазовых энергетических установок, при минимальном увеличении массогабаритных параметров.

Claims (13)

1. Парогазовая энергетическая установка, содержащая, по крайней мере, один компрессор и одну турбину, по крайней мере одно устройство подвода тепла, систему утилизации тепла, включающую по крайней мере один парогенератор, системы подачи топлива, пуска, контроля, управления, охлаждения, отличающаяся тем, что содержит парогазовый каскадный обменник давлением, включающий корпус, в котором установлен с возможностью вращения ротор, с выполненными по окружности ротора параллельно валу, или диагонально каналами, со стороны впускных и выпускных отверстий каналов к торцам ротора, с зазором, выполненным с возможностью регулирования его величины и установки в него уплотнения, примыкают стенки корпуса, в которых образованы порты с возможностью подвода в каналы ротора и отвода из них сжимающего и сжимаемого рабочих тел, парогазовый обменник давлением интегрирован с газотурбинным двигателем таким образом, что рабочее тело низкого давления, являющееся сжимаемым рабочим телом, из компрессора наддува, или после компрессора газотурбинного двигателя, подведено к порту подвода рабочего тела низкого давления, выполненного с одной стороны ротора парогазового каскадного обменника давлением, со стороны впускных отверстий каналов ротора, а с противоположной стороны ротора, со стороны выпускных отверстий каналов ротора, в корпусе выполнен порт отвода рабочего тела низкого давления в паровую, или в газовую турбину низкого или среднего давления, далее, по ходу вращения ротора, со стороны порта подвода рабочего тела низкого давления, выполнен порт подвода рабочего тела высокого давления, являющегося сжимающим рабочим телом, который подключен к выходу из парогенератора, или подключен к выходу из паровой турбины высокого давления, причем данное подключение выполнено с возможностью размещения пароперегревателя после выхода из паровой турбины высокого давления, а с противоположной стороны ротора в стенке корпуса выполнен порт отвода рабочего тела высокого давления, подключенный к системе охлаждения газовой турбины высокого давления, и к устройству подвода тепла в виде камеры сгорания, выход из которого соединен с газовой турбиной, или с каскадом газовых турбин, при этом в роторе парогазового каскадного обменника давлением выполнены, вдоль радиуса ротора, несколько рядов каналов, стенки корпуса, расположенные между портами, выполнены с возможностью перекрытия при вращении ротора впускных и выпускных отверстий, по крайней мере, одного канала в каждом ряду каналов ротора, также в стенке корпуса парогазового обменника давлением, между портом подвода рабочего тела низкого давления и портом подвода рабочего тела высокого давления выполнен ряд портов, соединенных между собой перепускными массообменными каналами, выполненными с возможностью организации последовательного ступенчатого подвода в каналы ротора и отвода из каналов ротора сжимающего рабочего тела таким образом, что порты, выполненные после порта подвода рабочего тела низкого давления, по ходу вращения ротора, соединены перепускными массообменными каналами с портами, выполненными перед портом подвода рабочего тела низкого давления, по ходу вращения ротора, с возможностью последовательного повышения давления в каналах ротора, по мере приближения каналов к порту подвода рабочего тела высокого давления, при вращении ротора, а порты, выполненные, по ходу вращения ротора, перед портом подвода рабочего тела низкого давления, выполнены с возможностью последовательного снижения давления рабочего тела в каналах ротора, при его вращении, по мере приближения каналов к порту подвода рабочего тела низкого давления, при этом, равноудаленные, с одной и с другой стороны от порта подвода рабочего тела низкого давления порты соединены между собой перепускными массообменными каналами, а выход рабочего тела из турбины подключен к парогенератору в виде котла-утилизатора и, или парового котла со сжиганием дополнительного топлива, с возможностью отвода тепла от рабочего тела, а в части подвода тепла к рабочему телу вход парогенератора присоединен к системе подачи жидкого рабочего тела.

2. Энергетическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что по ходу вращения ротора парогазового каскадного обменника давлением, например перед портом отвода рабочего тела высокого давления выполнен дополнительный порт подвода рабочего тела, соединенный с выходом из камеры сгорания, например с отдельной высокотемпературной камерой сгорания, вход которой подключен к порту отвода рабочего тела высокого давления парогазового каскадного обменника давлением, при этом порт отвода рабочего тела высокого давления выполнен с возможностью содержать секцию отвода воздуха на охлаждение, выполненную в конце порта, по ходу вращения ротора.

3. Энергетическая установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что котел-утилизатор выполнен с возможностью раздельного нагрева в нем рабочего тела, например воды и водяного пара нескольких, например двух или трех давлений, например при этом выход воды из конденсатора пара, выполненного после паровой турбины низкого давления, посредством водяного насоса подключен к газо-водяному подогревателю, например экономайзеру низкого давления котла-утилизатора, после которого водопровод подключен к деаэратору, из которого выполнены отводы конденсата, например таким образом, что один отвод посредством насоса низкого давления, соединен с испарителем низкого давления котла-утилизатора, пар из которого частично, посредством паропровода с регулирующим клапаном подведен к деаэратору, а частично пар через пароперегреватель низкого давления подключен к турбине низкого давления, другой отвод посредством насоса двух давлений соединен с магистралями высокого и среднего давлений, при этом магистраль высокого давления через ряд подогревателей с последовательно увеличивающейся температурой греющего газа подключена к испарителю высокого давления, пар из которого через ряд пароперегревателей с последовательно увеличивающейся температурой греющего газа, подключен к турбине высокого давления, а магистраль среднего давления через, по крайней мере один подогреватель, подключена к испарителю среднего давления, пар из которого, по крайней мере после одного пароперегревателя соединен в смесителе с паром из паропровода после турбины высокого давления, и далее, через ряд пароперегревателей с последовательно увеличивающейся температурой греющего газа подключен к порту подвода рабочего тела высокого давления, являющегося сжимающей средой, парогазового каскадного обменника давлением, порт отвода рабочего тела низкого давления которого разделен, например на три секции, первая и последняя, по ходу вращения ротора, секции могут быть соединены, например через вспомогательную паровую турбину среднего давления, на валу которой может быть выполнен электрогенератор, с деаэратором, а средняя секция порта отвода рабочего тела низкого давления подключена к паровой турбине низкого давления, например через ряд ступеней паровой турбины среднего давления.

4. Энергетическая установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что содержит, по крайней мере, одну промежуточную камеру сгорания, при этом по крайней мере одна промежуточная камера сгорания может содержать дополнительный подвод воздуха, например из компрессора газотурбинного двигателя.

5. Энергетическая установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что между устройствами сжатия рабочего тела, например воздуха, например между компрессорами, и, или в газоходе, соединенном с портом подвода рабочего тела низкого давления, например воздуха парогазового каскадного обменника давлением, выполнено, по крайней мере, одно устройство отвода тепла, являющееся промежуточным охладителем, например интегрированное в систему генерации пара в парогенераторе, например в систему генерации пара нескольких давлений в котле-утилизаторе.

6. Энергетическая установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем., что содержит устройство наддува газотурбинного двигателя, например в виде, по крайней мере одного компрессора, например с приводом от электромотора.

7. Энергетическая установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что, по крайней мере, одна камера сгорания и, по крайней мере, турбина высокого давления выделены в отдельный блок, на валу которого может быть выполнен электрогенератор.

8. Энергетическая установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что вал ротора парогазового каскадного обменника давлением подключен к приводу, например от газотурбинного или электрического двигателя, с возможностью регулирования оборотов ротора и, или ротор выполнен с возможностью самовращения, например посредством специальных сопел, выполненных в отдельных портах подвода рабочего тела в каналы ротора, например также с возможностью регулирования оборотов ротора, при этом корпус парогазового каскадного обменника давлением может быть выполнен герметичным.

9. Энергетическая установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что газотурбинный двигатель выполнен по безотходному циклу, например таким образом, что содержит установку по выработке кислорода, например воздухоразделительную установку и систему утилизации продуктов сгорания, по крайней мере углекислого газа и воды, при этом выход рабочего тела, например углекислого газа, по крайней мере его части, после котла-утилизатора и системы сепарации конденсата, например после дополнительного охладителя, подключен ко входу компрессора, например газотурбинного двигателя, соединенного с портом подвода рабочего тела низкого давления парогазового каскадного обменника давлением, а камера сгорания, в том числе, при ее наличии и промежуточная камера сгорания, а возможно и высокотемпературная камера сгорания подключены через регулирующие клапаны к подводам топлива и сжатого окислителя, например кислорода.

10. Энергетическая установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что по крайней мере часть паропроводов содержит регулирующие клапаны с возможностью регулирования расхода через них рабочего тела в парогазовый каскадный обменник давлением и из него, в паровые турбины, например в деаэратор, в атмосферу и.т.п.

11. Энергетическая установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что устройство подвода тепла к рабочему телу после порта отвода рабочего тела высокого давления парогазового каскадного обменника давлением выполнено в виде теплообменного аппарата, например с керамической теплообменной поверхностью, установленного в котле, например с возможностью сжигания твердого топлива, которое может быть предварительно газифицировано, а подвод воздуха в топку котла подключен к выпуску из турбины газотурбинного двигателя, при этом на выходе из котла установлен парогенератор в виде котла-утилизатора, например с возможностью дожигания дополнительного топлива, подключенный к паровой турбине и к системе подачи питательной воды.

12. Энергетическая установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что по крайней мере один теплообменный аппарат-парогенератор, например в виде котла-утилизатора, возможно котел с теплообменным аппаратом, подключенным к порту отвода рабочего тела высокого давления парогазового каскадного обменника давлением, выполнены напорными, то есть расположены по ходу движения рабочего тела, перед турбиной низкого давления, выполненной на валу газотурбинного двигателя, или на отдельном валу, например с электрогенератором, при этом за турбиной низкого давления может быть установлен газовый подогреватель питательной воды перед подачей ее в парогенератор, например в виде котла-утилизатора.

13. Энергетическая установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что газотурбинный двигатель выполнен по полузамкнутому циклу, при этом выход рабочего тела, по крайней мере, после котла-утилизатора и сепаратора конденсата, подключен, с возможностью регулирования расхода рабочего тела, частично к атмосфере, либо к турбине низкого давления, а частично ко входу компрессора, например низкого давления, вход которого также частично подключен к атмосфере, или к компрессору устройства наддува.

Images