170124. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és szerkezet gázturbinák hatásfokának növelésére

3 170124 4 rülvevő gyürüs gázelosztó csatornához csatlakozik ill. csatlakoznak, továbbá a turbina gyűrűs csatornáinak az álló lapátoktól elválasztó falában keramikus vagy acélbetétekben kiképzett nyilasai pl. fúvókái vannak. A találmány leirása a következő ábrák kapcsán történik: A Fig.l. az ismert gázturbina /B bázisturbina/ körfolyamatának pv diagramját tünteti fel. A Pig.2. a találmány szerinti eljárással üzemeltetett /I izotermikus/ turbina pv diagramját ábrázolja. A Pig.3. a találmány szerinti eljárást megvalósító gázturbina elvi kapcsolási vázlata. A Pig.4. a "meleg gáz" bevezetését tünteti fel 2 db combustorból a gázturbinába, annak egyik keresztmetszete mentén. A Pig.5. az álló és forgó lapátkoszoruk lapátjait tünteti fel metszetben. A Fig.6. az előbbi ábra'A metszete. A Pig.l. szerinti báziskörfolyamat hatásfokát ismert termodinamikai számításokkal összehasonlítva a Fit.2. szerinti, a találmánynak megfelelő, megközelítőleg izotermikus körfolyamat hatásfokával azt kapjuk, hogy - a bázisturbina hatásfoka 75o °C kezdeti hőfok és 5,46 ata belépő, valamint l,o8 ata kilépő nyomások mellett 26,3 %; - a találmány szerinti szerkezettel pedig 37,2 *. A Fig.3. mutatja be a találmány szerinti szerkezettel kiegészített turbina berendezéseinek elvi kapcsolását a Fig.2.-ön látható körfolyamatnak megfelelően. Ennek a leirása a következő: Az 1 tengelyen helyezkedik el a 2 levegő kompresszor, a 3 füstgáz kompresszor és a 4 gázturbina. A 2 kompresszorba beszivott levegő az 5 vezetéken jut a 6 hőcserélőbe, majd a 7 vezetéken át a 8 égéskamrába, amelybe a 12 porlasztó illetőleg gázfuvó és a 13 gyújtószerkezet mellett adagoljuk folyamatosan az égési levegőt, majd ennél a szokásos nagyobb nyomással a Oi /kcal/kg/ tüzelőanyagot /olajat vagy gázt/. A 9 vezetéken át jut az előirt pl. t =75o °C hőmérsékletű levegőfüstgáz keverl£x

a 4 gázturbinába. Innen a lo vezetéken át jut a távozó füstgáz a 6 hőcserélőbe, ahonnan pl. 173 °C-kal távozik a 11 csövön át az atmoszférába. A 6o vezetéken át jut a 4 gázturbinába a recirkuláltatott füstgáz, a 3 füstgáz kompresszorból az 59 szabályozó szerven át, ahol az első expanzió fokozat megy végbe. A gazturbina ezen nyomású helyének megfelelő álló leoszoruba vezetjük a 24 vezetéken át pl. 75o °C hőmérsékletű "meleg gázt" - olajgázt, vagy bontott gázt - amelynek előállítási hőmérsékletét éppen az előirt max. belépő füstgázhőmérséklettel kb. egyenlőre szabályozzuk be, amit a 19 combustorban állítunk elő. Ide a 29 porlasztón illetőleg gázfuvókán át bevezetett O2 /kcal/kg/ tüzelőanyag és a 3 levegő-kompresszorból a 14 vezetéken át ide vezetett gázositó, illetőleg gázbontó levegő + a 39 vezetéken át és a 44 valamint a 49 szabályozó szerveken át adagolt higitó, recirkuláltatott füstgáz kerül bevezetésre. Mint már az előzőekben szerepelt, a primer levegő mennyisége az elméleti égési levegőnek kb. 25 %-a, az ezen felül hozzávezetett higitó, recirkuláltatott füstgáz mennyisége pedig max. ugyanannyi, mint a primer levegőé. E-gyüttes mennyiségük pedig célszerűen az eddig szokásos égési + higitó levegőnek kb. l/lonyi hányada, ami kb. azonos belépési hőmérsékletnél volt szükséges. A további hőbevezetéseket a további 2o, 21, 22, 23 eombustorokban előállított "meleg gáznak" a turbinába való vezetésével és a "légfelesleges füstgázzal" az egyes álló koszorúkban történő elégetésével végezzük. A tüzelőanyagot a combustorokba a további 3o, 31, 32, 33 olajporlasztókon, illetőleg gázfuvókon át nyomjuk, a gyújtást a további 34, 35, 36, 37, 38 gyújtó szerkezetek biztositják. A további combustorokhoz a 15, 16, 17, 18 légvezetékeken át juttatjuk el a gázositó illetőleg a gázbontó primer levegőt, a higitó füstgázt pedig a további 4o, 41, 42, 43 vezetékekben. A "meleg gázt" a 24, 25,' 26, 27, 28 vezetékeken át vezetjük a gázturbina különböző nyomású kijelölt álló koszorúihoz, egyenletesen elosztva a kerület mentén a már leirtak szerint. A Fig.5.-ön látható két szimmetrikusan elrendezett combustor csatlakozása a 4 gázturbina egyik álló koszorújához. A 19/a és 19/b combustorokhoz a primer levegőt a 12/a és 14/b vezetékek biztositják. A tüzelőanyagot a 29/b, 29/a porlasztók adagolják ill. gázfuvókák vezetik a combustorba a 34/a, 34/b gyujtószerkezetek mellett. A "meleg gázt" a 24a, 24b csatornákon át jut a 4 turbina külső gyürü alakú 66, 67, 68 gázelosztó terébe. Egy állórésznél azonban - a teljesítménytől függően - ettől eltérő más számú combustort is lehet alkalmazni. A leirtak alapján érthetővé, válik a találmány szerinti eljárás és berendezés utolsóként ismertetett változata. Ha a gázturbina legelső fokozatába az előirt pl. 75o °C hőmérsékletű "meleg gázt" vezetünk, ennek előállításához kevesebb, mint lo #-nyi levegő szükséges, mint az esetben, amikor légfelesleggel higitunk. A pontos hőmérséklet beszabályozás történhet kevés komprimált füstgázzal, amely a hőcserélőből távozik. Ezután a gázturbina néhány kijelölt nyomásfokozatnál pontosan annyi égési levegő hányadot adagolunk a turbina megfelelő álló koszorújába, hogy annak 66, 67, 68 terében, az 5. és 6. ábrákon látható fúvókákon át való befuvatása folytán rövid kis lángokkal emeljük a "meleg gáz" hőmérsékletét, amely a részexpanzió során kissé lehűlt /pl. 1,5-es nyomáslépcsőzeteknél minden esetben pl. 75o °C-ról 637 °C-ra lehűlt/ s ezzel ismételten 75o °C-ra melegszik fel. Ezáltal az expanzió közel izotermikussá változik. Az egyes nyomásfokozatokon csak annyi égési szekunder levegőmennyiséget kell biztosítani, hogy a kijelölt pl. 75o °C minden esetben ismét előálljon. A fent leirt berendezés ebben az esetben csak annyit változik, hogy a Fig.5. és Fig.6» on a "meleg gáz" helyett égési szekunder levegő érkezik az álló koszorúk külső 66, 67, . 68 gyűrűs csatornájába, a turbinában pedig "légfelesleges füstgáz" helyett "meleg gáz" áramlik a 78 irányában. A fenti leirás megadta egyben a működést is. A termodinamikai számitások érthetővé teszik a találmány által elérhető meglepően kedvező mutatószámokat: - a jelenlegi tüzeléssel biró bázisturbinákhoz képest az eddigieknél sokkal kevesebb kompressziós munkával vihetünk be a második fokozattól kezdődően további hőmennyiségeket a turbinába, aminek folytán oly mértékben javul meg a gázturbina hatásfoka, hogy az eddigieknél sokkal szélesebb felhasználási területeken lehet azt alkalmazni /pl. állandó erőmüvi üzemben, stb./. SZABADALMI IGÉNYPONTOK 1. Eljárás gázturbinák hatásfokának növelésére azzal j ellemezve, hogy a második és a további hőbeviteleket ugy végezzük, hogy az olajból vagy gázból 600-I000 0 közti hőmérsékleten "légfelesleges füstgázt" állítunk elő és ahhoz a bevitel után égy vagy több lépcsőben "meleg gázt" keverünk, továbbá hogy az emiitett "meleg gázt" magában a turbinában, annak egy vagy több álló lapátkoszorujában ugy égetjük el, hogy az álló lapátkoszoru kerülete mentén egyenletesen elosztott nyilasokon, pl. fúvókákon át keverjük a "meleg gázt" az álló lapátok közt áramló "légfelesleges füstgázhoz". 2. Szerkezet az 1. igénypont szerinti eljárás foganatosítására azzal jellemezv e, hogy olyan combustorokból /19-23/ van összetéve, amelyeknek kivezető gázcsonkja 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2