Propulsor de turbina de gas, y método para aumentar la producción de turbina de gas motor principal
Descripción general
 Un motor principal de turbina de gas con una potencia de salida mejorada y un método para aumentar la potencia de un motor de turbina de gas. ] 1a motor de acuerdo con la presente invención, a su vez, el compresor de baja presión 2, un compresor de alta presión 3, una cámara de combustión 4, una turbina de alta presión 5, y una turbina 6 de baja presión. La turbina de alta presión está conectada de forma activa a ambos compresores, y la caja de engranajes de reducción 19 está interpuesta entre los dos compresores. Un intercooler 22 entre los dos compresores reduce la potencia requerida del compresor de alta presión. Se libera un flujo suficientemente calentado del combustor para permitir la conducción de ambos compresores por la turbina de alta presión y la potencia de salida de la turbina de baja presión se entrega a la carga del motor.
Campo técnico
Campo técnico La presente invención se refiere a un motor de turbina de gas con potencia de salida mejorada y a un método para lograr una potencia de salida mejorada, y más particularmente, a un motor de turbina de gas que tiene potencia de salida mejorada, Para un primer motor y un método del mismo.
Antecedentes de la técnica
La presente invención incluye un compresor de baja presión, aguas abajo de un compresor de alta presión del compresor de baja presión, y aguas abajo de la cámara de combustión del compresor de alta presión, una turbina de alta presión aguas abajo de la cámara de combustión, y una turbina de baja presión aguas abajo de la turbina de alta presión Aplicado a motores de turbina de gas del tipo. La estructura estándar de este tipo de motor es una estructura de doble eje concéntrico en la cual la turbina de alta presión impulsa el compresor de alta presión por el primer eje y la turbina de baja presión impulsa el compresor de baja presión por el segundo eje. Los dispositivos comerciales de este tipo generalmente están altamente optimizados de modo que el flujo de aire y el flujo de potencia a través del compresor y la turbina están estrechamente alineados. Por ejemplo, una turbina de alta presión generalmente solo suministra la potencia requerida para impulsar un compresor de alta presión. Del mismo modo, las turbinas de baja presión generalmente proporcionan la potencia requerida para accionar un compresor de baja presión, mientras que la potencia restante en la turbina de baja presión se dirige a un trabajo útil, es decir, a la conducción de carga.
En una realización de dicho motor de turbina de gas, la turbina de baja presión está conectada directamente al compresor de baja presión y está directamente conectada a la carga. Un ejemplo de tal motor es fabricado por General Electric de Evendale, Ohio y se llama LM 6000. En otra realización del motor de turbina de gas del tipo al que se aplica la presente invención, la turbina de baja presión está conectada solamente al compresor de baja presión, y las otras turbinas de potencia dispuestas aguas abajo de la turbina de baja presión están conectadas a la carga Lo ha hecho. Un ejemplo de tal motor es fabricado por General Electric de Eveningale, Ohio y se llama LM 5000.
Una forma de aumentar la potencia de salida de dicho motor es simplemente quemar más combustible. Sin embargo, con este método solo, el motor funciona a una velocidad y temperatura superiores a la velocidad de diseño y la temperatura de diseño, y como resultado, la vida del motor primario se acorta. Adoptar una turbina de gas optimizada optimizada existente de cualquiera de los tipos anteriores y agregar un intercooler entre los compresores de baja presión y alta presión por sí solo no resuelve el problema. Este enfriamiento intermedio causa una reducción en la potencia requerida del compresor de alta presión, pero la turbina de alta presión ya no funciona a su relación de presión diseñada y su rendimiento disminuye. Además, dado que la temperatura y la presión del gas que entra en la turbina de baja presión son demasiado altas, es necesario cambiar la función de flujo y, como resultado, la vida útil de la turbina de baja presión se acorta y su rendimiento se degrada.
La invención se basa en el descubrimiento de que la potencia de salida de un motor del tipo descrito anteriormente puede mejorarse considerablemente mediante una combinación de enfriamiento intermedio de compresión y carga aumentada de la turbina de alta presión. En otras palabras, si el requisito de potencia del compresor de alta presión, el intercooler, disminuyendo en una cantidad aproximación de los requisitos de potencia del compresor de baja presión, una turbina de alta presión (el flujo a través de él de nuevo a aproximadamente temperatura de diseño por el combustible adicional en la cámara de combustión ) Se puede usar para controlar ambos compresores. El compresor de baja presión está desconectado de la turbina de baja presión y está conectado al compresor de alta presión. Los compresores de baja presión generalmente están diseñados para funcionar a velocidades más bajas que los compresores de alta presión. En ese caso, el compresor de baja presión puede funcionar a velocidades de aproximadamente una quinta parte a aproximadamente cinco cuartas partes del compresor de alta presión. A menudo, el compresor de baja presión opera a una velocidad de aproximadamente un tercio a aproximadamente la mitad de la velocidad del compresor de alta presión. Por lo tanto, cuando el compresor de baja presión está diseñado para operar más lento que el compresor de alta presión, se requiere una caja de engranajes de reducción en el tren de transmisión entre el compresor de alta presión y el compresor de baja presión. Como resultado, la turbina de baja presión ya no es necesaria para accionar el compresor de baja presión y puede desconectarse del compresor de baja presión. Por lo tanto, utilizando la salida completa de la turbina de baja presión, la carga acoplada puede accionarse directamente o, si está presente, a través de la turbina de potencia. Además, dado que el aire de refrigeración a la turbina de alta presión está a una temperatura relativamente baja, la temperatura del flujo desde la cámara de combustión hasta la turbina de alta presión puede aumentarse para mejorar la eficiencia y la producción del motor.
De esta manera, un motor de turbina de gas multieje comercialmente disponible se puede enfriar entre sí de una manera simple y económica, aumentando así la potencia y la eficiencia del motor intercoolado. Además, es posible alcanzar una potencia de salida de aproximadamente 20% a aproximadamente 40% o más, sin cambios significativos en el diseño aerodinámico del motor, lo que requiere un costoso desarrollo y pruebas que requieren mucho tiempo. Mejora se puede lograr. Al implementar la presente invención, es posible no solo fabricar nuevos motores con una potencia de salida relativamente alta utilizando partes de producción en su mayor parte, sino también mejorar la potencia de salida mediante la remodelación del motor in situ.
Medios para resolver el problema
Efecto de la invención
Breve descripción de los dibujos
Breve descripción de los dibujos La figura 1 es una vista esquemática de una realización de un motor de turbina de gas del tipo al que se puede aplicar la presente invención.
La figura 2 es una ilustración esquemática del motor de la figura 1 después de la modificación de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención.
La figura 3 es un diagrama de ciclo de motor relacionado con el motor de las figuras 1 y 2.
La figura 4 es una vista esquemática de otra realización de un motor de turbina de gas de un tipo al que se puede aplicar la presente invención.
La figura 5 es una ilustración esquemática del motor de la figura 4, modificado de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención.
La figura 6 es una vista esquemática del motor de turbina de gas de la figura 5;
1a, 23a motor de turbina de gas
Compresor de baja presión 2,24
Compresor de alta presión 3,25
4,28 combustor
Turbina de alta presión 5,26
Turbina de baja presión 6,27
7 Turbina de potencia
9, 29a eje
18, 39 eje de entrada de la caja reductora de reducción
Caja de cambios de reducción 19, 40
20, 41 eje de salida de la caja de engranajes de reducción
21, 42 eje del compresor de baja presión
22, 38 intercooler
47 conducto
48 Intercambiador de calor
Reclamo
Un compresor de baja presión (3, 25) corriente abajo del compresor de baja presión (2, 24); un compresor de alta presión (3, 25) corriente abajo del compresor de baja presión Una turbina de alta presión (5, 26) aguas abajo de la cámara de combustión (4, 28); una turbina de alta presión aguas abajo de la turbina de alta presión (5, 26) Una turbina de baja presión (6, 27) conectada operativamente al compresor de baja presión (2, 24) y al compresor de alta presión (3, 25), en donde el compresor de baja presión (3, 25) y dicho compresor de baja presión (2, 24), dichos medios de enfriamiento intermedio (22, 38) para enfriar de manera intermedia dicho flujo generado por dicho compresor de alta presión Y un tren de mecanismo de accionamiento (9, 18 21, 29 a, 39 42) conectado al tren - Bin principal (1a, 23a).
2. Compresor de alta presión según la reivindicación 1, en el que el compresor de alta presión (3, 25), el compresor de baja presión (2, 24) y el compresor de alta presión (1a, 23a) según la reivindicación 1, que comprende además medios de engranaje de reducción (19, 40) en dicho tren de mecanismo de accionamiento (9, 18 21, 29a, 39 42).
3. El motor de turbina de gas (23a) según la reivindicación 1, en el que la turbina de baja presión (27) está conectada directamente a la carga.
4. Una turbina de baja presión de acuerdo con la reivindicación 1, que incluye una turbina de potencia (7) corriente abajo de dicha turbina de baja presión (6) y conectada a dicha carga, dicha turbina de baja presión (6) El motor primario de turbina de gas (1a) según la reivindicación 1, que está conectado.
5. El compresor de acuerdo con la reivindicación 4, en el que el medio de enfriamiento intermedio comprende un conducto entre el compresor de baja presión y el compresor de alta presión, Y un intercambiador de calor (48) del motor de turbina de gas (1, 23) según la reivindicación 2.
Caracterizado porque los medios de engranajes de reducción (19, 40) están dispuestos de manera que el compresor de baja presión (2, 24) gira a una velocidad de aproximadamente un quinto a aproximadamente un cuarto de velocidad del compresor de alta presión (3, 25) 3. La máquina motriz de turbina de gas (1a, 23a) según la reivindicación 2,
Velocidad de la reivindicación 7 caracterizado porque los medios de reducción de marchas (19 y 40) hasta el 1 a aproximadamente 3 minutos en aproximadamente la mitad de la velocidad del compresor de baja presión (2, 24) a dicho compresor de alta presión (3, 25) Y el segundo eje giratorio es girado por el segundo eje giratorio.
8. Compresor de alta presión según la reivindicación 7, en el que el tren de mecanismo de accionamiento (25) está dispuesto entre el compresor de alta presión (25) y el compresor de baja presión (24) para girar el motor de baja presión. (23a) según la reivindicación 3, en el que el motor (23a) incluye medios de engranaje de reducción (40) en la carcasa (29a, 39 42).
La reivindicación 9, en el que el compresor de baja presión (2) con el fin de girar a una velocidad inferior a dicho compresor de alta presión (3), dichas filas mecanismo de accionamiento entre dicho compresor de alta presión (3) y dicho compresor de baja presión (2) ( (1 a) según la reivindicación 4, en el que los medios de engranaje de reducción (19) están incluidos en el tren de engranajes (9, 18 21).
Un compresor de alta presión (3, 25) corriente abajo del compresor de baja presión (2, 24) y un compresor (3, 25) corriente abajo del compresor de alta presión Una turbina de alta presión (5, 26) aguas abajo de la cámara de combustión (4, 28); una turbina de alta presión aguas abajo de la turbina de alta presión (5, 26) y conectada operativamente a una carga Compresor de presión (3, 25) del compresor de baja presión (2, 24), un método para aumentar la producción de un motor primario de turbina de gas (1a, 23a) Desechar medios de refrigeración intermedios (22, 38) entre el compresor de baja presión (2, 24) y el compresor de alta presión (3, 25) para enfriar un flujo a la turbina de alta presión (5 , 26) al compresor de alta presión (3, 25) y al compresor de baja presión (2, 24) (9,18 21,29a, 39 42) y una etapa de accionamiento conectado mediante un método de aumentar la salida del motor de turbina de gas.
La Reivindicación 11, en el que las columnas mecanismo de accionamiento (9,18 21,29a, 39 42) entre dicho compresor de alta presión (3, 25) y dicho compresor de baja presión (2, 24) medios de engranaje de reducción en el (19 y 40 11. El método según la reivindicación 10, que comprende la etapa de hacer girar el compresor de baja presión (2, 24) a una velocidad inferior que el compresor de alta presión (3, 25).
12. Un método según la reivindicación 11, que incluye la etapa de acoplar directamente dicha turbina de baja presión (27) a dicha carga.
13. El método según la reivindicación 11, que incluye la etapa de proporcionar una turbina de potencia (7) corriente abajo de la turbina de baja presión (6) y conectar directamente la turbina de baja presión (6) a la turbina de potencia (7).
15. El método según la reivindicación 14, que comprende además los pasos de: proporcionar un compresor de baja presión (2, 24), un compresor de alta presión (3, 25) corriente abajo del compresor de baja presión (2, 24) Una turbina de alta presión (5, 26) aguas abajo de la cámara de combustión (4, 28) y una turbina de baja presión (6, 27) corriente abajo de la turbina de alta presión (5, 26) Donde la turbina de alta presión (5, 26) se conecta de manera motriz al compresor de alta presión (3, 25), y la turbina de baja presión (6, 27) se conecta al compresor de baja presión (2, 24) Un método para aumentar la producción de un motor primario de turbina de gas (1a, 23a) de un tipo que está acoplado de manera motriz y conectado operativamente a una carga, comprendiendo el método los pasos de: operar la turbina de baja presión (6, 27) Separación de la turbina de alta presión (5, 26) de una máquina de accionamiento Acoplamiento de manera impulsiva dicho compresor de baja presión (2, 24) a dicho compresor de alta presión (3, 25) y dicho compresor de baja presión (2, 24) por medio de filas (9, 18 21, 29a, 39 42) (2, 38) entre el compresor de alta presión (3, 25) y el compresor de alta presión (3, 25); ajuste de la potencia requerida del compresor de alta presión (3, Enfriando el flujo generado por el compresor de baja presión (2, 24) y entrando al compresor de alta presión (3, 25) para disminuir en una cantidad que se aproxima a la potencia requerida de la turbina de alta presión (5, 26 ) A la cámara de combustión (4, 28) para que la potencia de salida del compresor de baja presión (2, 24) y el compresor de alta presión (3, 25) sea sustancialmente igual a la potencia requerida del compresor de baja presión Y un paso para aumentar la producción de la máquina motriz de la turbina de gas.
15. Los medios de engranaje de desaceleración (19, 40) están dispuestos en el tren de mecanismo de accionamiento (9, 1821, 29a, 3942) entre el compresor de alta presión (3, 25) y el compresor de baja presión (2, 15. El método según la reivindicación 14, que comprende además la etapa de hacer girar el compresor de baja presión (2, 24) a una velocidad inferior que el compresor de alta presión (3, 25).
16. El método de la reivindicación 14 que incluye acoplar directamente la turbina de baja presión (27) a la carga.
17. Motor de turbina de gas según la reivindicación 1, en el que el motor de turbina de gas (1a) es del tipo que tiene una turbina de potencia (7) dispuesta aguas abajo de la turbina de baja presión (6) y conectada directamente a la carga. 15. El método según la reivindicación 14, que incluye la etapa de acoplar directamente la turbina de baja presión (6) a la turbina de potencia (7).
18. El compresor de baja presión de acuerdo con la reivindicación 18, en el que se proporcionan medios de engranaje de reducción en dicho tren de mecanismo de accionamiento entre dicho compresor de alta presión y dicho compresor de baja presión, Girar el rotor a una velocidad menor que el compresor de alta presión (25).
19. El compresor de baja presión de acuerdo con la reivindicación 19, en el que se proporciona un medio de engranaje de reducción en el tren de mecanismo de accionamiento entre el compresor de alta presión y el compresor de baja presión, Comprende el paso de girar a una velocidad menor que el compresor de alta presión (3).
Dibujo :
Application number :1994-010703
Inventors :ゼネラル?エレクトリック?カンパニイ
Original Assignee :ウイリアム?ミラー?ファーレル、ゲイリー?リー?レオナルド