RU2755238C1 - Steam turbine power plant with supercritical expansion of working steam - Google Patents
Steam turbine power plant with supercritical expansion of working steam Download PDFInfo
- Publication number
- RU2755238C1 RU2755238C1 RU2021103133A RU2021103133A RU2755238C1 RU 2755238 C1 RU2755238 C1 RU 2755238C1 RU 2021103133 A RU2021103133 A RU 2021103133A RU 2021103133 A RU2021103133 A RU 2021103133A RU 2755238 C1 RU2755238 C1 RU 2755238C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steam
- turbine
- condenser
- boiler
- steam turbine
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K11/00—Plants characterised by the engines being structurally combined with boilers or condensers
- F01K11/02—Plants characterised by the engines being structurally combined with boilers or condensers the engines being turbines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K7/00—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
- F01K7/32—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines using steam of critical or overcritical pressure
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области судового энергетического машиностроения и касается конструирования энергетической установки судна с электродвижением и паротурбинной силовой установкой (ПТУ).The invention relates to the field of marine power engineering and relates to the design of a ship's power plant with electric propulsion and a steam turbine power plant (PTU).
Известна ПТУ транспортного судна [1] Рис. 5.5, содержащая паровой котел, турбозубчатый агрегат (ТЗА), конденсатор, конденсатный насос, охладитель эжектора, подогреватель низкого давления, деаэратор, питательный насос, подогреватель высокого давления.Known PTU transport vessel [1] Fig. 5.5, containing a steam boiler, a turbo-gear unit (TZA), a condenser, a condensate pump, an ejector cooler, a low pressure heater, a deaerator, a feed pump, a high pressure heater.
Давление пара в последних ступенях ТНД и в конденсаторе, как правило, ниже атмосферного (давление в конденсаторе Рк=0,005 МПа).The steam pressure in the last stages of the high pressure fuel pump and in the condenser, as a rule, is below atmospheric (pressure in the condenser P k = 0.005 MPa).
Известна «Активная паровая турбина сверхкритических параметров» [2], содержащая три ступени давления, разделенные неподвижными диафрагмами с вмонтированными в них соплами Лаваля равномерно расположенными по окружности напротив лопаток активных рабочих решеток (рабочих колес турбины).Known "Active steam turbine of supercritical parameters" [2], containing three stages of pressure, separated by fixed diaphragms with mounted in them Laval nozzles evenly spaced around the circumference opposite the blades of active working grids (turbine impellers).
Недостатки аналогов [1], [2].Disadvantages of analogs [1], [2].
1. Сложность конструкции:1. The complexity of the design:
[1] необходимость применять ТЗА с многоступенчатыми турбинами, конденсатный насос, охладитель эжектора, эжектор для отсоса воздуха из конденсатора, подогреватель низкого и высокого давления, деаэратор;[1] the need to use TZA with multistage turbines, a condensate pump, an ejector cooler, an ejector for suction of air from a condenser, a low and high pressure heater, a deaerator;
[2] необходимость в трехступенчатой турбине, многочисленных составных (состоящих из нескольких частей) соплах Лаваля, сверхкритических параметрах рабочего пара (Р0=23,5 МПа, t0=540°С - по прототипу).[2] the need for a three-stage turbine, numerous composite (consisting of several parts) Laval nozzles, supercritical parameters of the working steam (P 0 = 23.5 MPa, t 0 = 540 ° C - according to the prototype).
2. Низкая экономичность:2. Low efficiency:
[1] современные ПТУ транспортных судов при соответствующих параметрах рабочего пара имеют КПД ηe=0,24-0,34, [1] стр. 157, [3] стр. 493; [2] многочисленные составные сопла Лаваля обусловят и многочисленные потери пара через неплотности, в самом сопле, состоящем из нескольких частей, и на сопряженных торцевых поверхностях диафрагм и рабочих колес, -и на внешних диаметрах рабочих колес.[1] modern PTU transport vessels with the corresponding parameters of the working steam have an efficiency η e = 0.24-0.34, [1] p. 157, [3] p. 493; [2] Numerous composite Laval nozzles will also cause numerous steam losses through leaks, in the nozzle itself, which consists of several parts, and on the mating end surfaces of the diaphragms and impellers, and on the outer diameters of the impellers.
3. Сложность управления и регулирования ПТУ:3. The complexity of the control and regulation of the STU:
[1] необходимость иметь несколько сопловых клапанов для подвода пара к соответствующей группе направляющих сопл турбины;[1] the need to have multiple nozzle valves for supplying steam to the corresponding turbine nozzle group;
[2] конструкция не предусматривает управление и регулирование турбины. В этом случае остается для [2] только дроссельное регулирование через ввод пара в турбину, при этом падает давление и расход пара, что приведет к снижению экономичности турбины из-за падения давления и скоростей истечения из сопел Лаваля. Прототипом заявляемому устройству является [1].[2] the design does not provide for the control and regulation of the turbine. In this case, it remains for [2] only throttle regulation through the steam inlet into the turbine, while the pressure and steam flow rate decrease, which will lead to a decrease in the turbine efficiency due to a drop in pressure and outflow rates from the Laval nozzles. The prototype of the claimed device is [1].
Недостатки прототипа [1].Disadvantages of the prototype [1].
1. Сложность конструкции.1. The complexity of the design.
2. Низкая экономичность.2. Low efficiency.
3. Сложность управления и регулирования ПТУ.3. The complexity of the management and regulation of vocational schools.
Цель изобретения.The purpose of the invention.
Упрощение конструкции, управления и регулирования, повышение экономичности ПТУ.Simplification of the design, control and regulation, increasing the efficiency of PTU.
Цель достигается следующим:The goal is achieved as follows:
паротурбинная установка, содержащая паровой котел с экономайзером, паровую турбину, конденсатор, питательный насос, паровой регенеративный подогреватель воздуха, электрогенератор, при этом паровая турбина выполнена в виде одновенечной ступени скорости без направляющего аппарата с осевой подачей пара в каналы рабочих лопаток из регулировочного клапана в виде сопла Лаваля с изменяемым сечением горла, а расширяющаяся часть сопла образована кольцевым сечением двух одинаковых круговых конусов с осевым смещением друг относительно друга, так, что внешний конус сопрягается с внешним диаметром лопаток турбины и с гнездом клапана, а внутренний конус опирается на диаметр в основании лопаток турбины, при этом проточная часть турбины пристыкована к проточной части канального воздухоподогревателя, пар из которого подается в конденсатор, а конденсат из конденсатора подается питательным насосом в экономайзер котла, причем воздух в воздухоподогреватель подается тангенциально в межтрубное пространство и тангенциально удаляется из него в топочный объем котла.a steam turbine plant containing a steam boiler with an economizer, a steam turbine, a condenser, a feed pump, a steam regenerative air heater, an electric generator, while the steam turbine is made in the form of a single-row speed stage without a guide vane with axial steam supply to the channels of the rotor blades from a control valve in the form Laval nozzles with a variable throat section, and the expanding part of the nozzle is formed by the annular section of two identical circular cones with axial displacement relative to each other, so that the outer cone mates with the outer diameter of the turbine blades and with the valve seat, and the inner cone rests on the diameter at the base of the blades turbine, while the flow path of the turbine is docked to the flow path of the duct air heater, the steam from which is fed to the condenser, and the condensate from the condenser is fed by the feed pump to the boiler economizer, and the air into the air heater is fed tangentially into the shell space and is tangentially removed from it into the boiler furnace volume.
Упрощение конструкции по сравнению с [1] и [2] достигается за счет исключения ТЗА с многоступенчатыми турбинами, конденсатного насоса, охладителя эжектора, эжектора для отсоса воздуха из конденсатора, подогревателя низкого и высокого давления, деаэратора благодаря тому, что давление расширения в турбине выше атмосферного (0,14 МПа при температуре конденсации ts=109°C).Simplification of the design in comparison with [1] and [2] is achieved by eliminating TZA with multistage turbines, a condensate pump, an ejector cooler, an ejector for suction of air from a condenser, a low and high pressure heater, a deaerator due to the fact that the expansion pressure in the turbine is higher atmospheric (0.14 MPa at a condensation temperature t s = 109 ° C).
Вместе с этим упрощается система управления и регулирования благодаря применению регулировочного клапана в виде сопла Лаваля с изменяемым сечением горла во всем диапазоне рабочих нагрузок (расходов пара) турбины.At the same time, the control and regulation system is simplified due to the use of a control valve in the form of a Laval nozzle with a variable throat section in the entire range of operating loads (steam consumption) of the turbine.
Повышение экономичности ПТУ достигается при умеренных параметрах рабочего пара (Р0=3 МПа и t0=430°С) за счет того, что проточная часть турбины пристыкована (является продолжением) проточной части канального воздухоподогревателя и когда нагрузка турбины падает при неизменной расширяющейся части сопла Лаваля на выходе за турбиной будет автоматически возрастать давление и повышается температура конденсации (без всякой регенерации) это особенность работы сопел Лаваля при различных противодавлениях за соплом [1], [4], [5]. Каждому режиму нагрузки будет соответствовать определенное давление и температура конденсации.An increase in the efficiency of the STU is achieved at moderate parameters of the working steam (P 0 = 3 MPa and t 0 = 430 ° C) due to the fact that the flow path of the turbine is docked (is a continuation) of the flow path of the duct air heater and when the turbine load drops with a constant expanding part of the nozzle Laval at the outlet of the turbine will automatically increase the pressure and the condensation temperature rises (without any regeneration) this is a feature of the operation of Laval nozzles at different backpressures behind the nozzle [1], [4], [5]. Each load mode will have a specific condensing pressure and temperature.
Предлагаемое устройство поясняется чертежом. Графическое изображение состоит из одной фигуры - Фигура 1 «Паротурбинная установка со сверхкритическим расширением рабочего пара». Фигура 1 изображает фрагмент паротурбинной установки, включающий регулировочный клапан с турбиной и канальным воздухоподогревателем, а также треугольники скоростей одновенечной ступени скорости. Паротурбинная установка содержит паровой котел с экономайзером (на чертеже не показаны), паровую турбину 1, конденсатор, питательный насос (на чертеже не показаны), паровой регенеративный подогреватель воздуха 2, электрогенератор 3, регулировочный клапан 4 состоящий из гнезда клапана 5 и тарелки клапана 6, имеющей возможность осевого перемещения при помощи штифтов 7 с уменьшением зазора между тарелкой клапана 6 и гнездом клапана 5 образующих изменяемое сечение горла сопла Лаваля. Гнездо клапана 5 помещено в паровой короб 8, в который подается рабочий пар от быстрозапорного клапана (БЗК). Турбина 1 связана с электрогенератором 3 валом 9. Расширяющаяся часть сопла Лаваля 10.The proposed device is illustrated by a drawing. The graphic image consists of one figure - Figure 1 "Steam turbine plant with supercritical expansion of working steam". Figure 1 depicts a fragment of a steam turbine plant, including a control valve with a turbine and a ducted air heater, as well as speed triangles of a single-row speed stage. The steam turbine plant contains a steam boiler with an economizer (not shown in the drawing), a
Устройство работает следующим образом.The device works as follows.
Перегретый пар из котла с параметрами Р0=3 МПа и t0=430°С через БЗК попадает в паровой короб 8, а из него в регулировочный клапан 4 где приобретает критическую скорость Wкр=558 м/с при Ркр=1,64 МПа υкр=0,166 м3/кг. Двигаясь по расширяющейся части сопла 10 образованной кольцевым сечением двух одинаковых круговых конусов пар разгоняется до осевой скорости С1=950 м/с и с такой скоростью входит в рабочие лопатки турбины 1 срабатывая осевую скорость в турбине 1 до С2=200 м/с имея при этом параметры P1=0,14 МПа и t1=180°С.Superheated steam from the boiler with parameters P 0 = 3 MPa and t 0 = 430 ° C through the BZK enters the
Расширение в сопле Лаваля от Р0 до P1 адиабатное. После турбины 1 пар попадает в канальный воздухоподогреватель 2, где охлаждается до температуры конденсации при Р1=0,14 МПа, ts=109°С и конденсируется в конденсаторе. Конденсат из конденсатора питательным насосом перекачивается в экономайзер котла, а воздух из канального воздухоподогревателя 2 подается при температуре 160°С в топочный объем котла. Парциальность турбины 1 е=1, направляющий аппарат у турбины 1 отсутствует, чтобы устранить образование скачков давления на входе в турбину 1 при этом средний диаметр турбины 1 dcp=1,0 м, а число оборотов n=100 об/сек. Тангенциальная подача воздуха и выпуск его из воздухоподогревателя 2 обусловлен стремлением получить поперечное омывание пучка труб, чтобы увеличить коэффициент теплоотдачи. Предварительные расчеты показывают следующее: мощность ПТУ 60 МВт; термический КПД ПТУ ηт=0,74; расход пара G=30 kr/c.The expansion in the Laval nozzle from P 0 to P 1 is adiabatic. After
Литература.Literature.
1. Л.И. Слободянюк, В.И. Поляков «Судовые паровые и газовые турбины и их эксплуатация», Л.: «Судостроение», 1983 г. Стр. 95, 96.1.L.I. Slobodyanyuk, V.I. Polyakov "Ship steam and gas turbines and their operation", L .: "Shipbuilding", 1983 Pp. 95, 96.
2. RU 2676904 от 14.12.2017 г.2. RU 2676904 dated December 14, 2017
3. Г.Н. Алексеев, «Общая теплотехника» М. «Высшая школа», 1980 г. Стр. 493.3. G.N. Alekseev, "General heat engineering" M. "Higher school", 1980 Pp. 493.
4. А.Н. Смоленский, «Паровые и газовые турбины», М.: «Машиностроение», 1977 г. Стр. 42-44.4. A. N. Smolenskiy, "Steam and Gas Turbines", M .: "Mechanical Engineering", 1977 Pp. 42-44.
5. Г.Е. Ожигов, «Гидро-газодинамика» в науке и технике», «Судостроение», 1970 г. Стр. 113, 158.5. G.E. Ozhigov, "Hydro-gas dynamics" in science and technology "," Shipbuilding ", 1970 Pp. 113, 158.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021103133A RU2755238C1 (en) | 2021-02-09 | 2021-02-09 | Steam turbine power plant with supercritical expansion of working steam |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021103133A RU2755238C1 (en) | 2021-02-09 | 2021-02-09 | Steam turbine power plant with supercritical expansion of working steam |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2755238C1 true RU2755238C1 (en) | 2021-09-14 |
Family
ID=77745638
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021103133A RU2755238C1 (en) | 2021-02-09 | 2021-02-09 | Steam turbine power plant with supercritical expansion of working steam |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2755238C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2778188C1 (en) * | 2022-03-28 | 2022-08-15 | Юрий Павлович Кондрашов | Gas turbine plant with supercritical expansion of working gas |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2157902C2 (en) * | 1998-09-01 | 2000-10-20 | Артамонов Александр Сергеевич | Windmill-and-gas-turbine power plant |
RU2279907C2 (en) * | 2003-04-28 | 2006-07-20 | Лобашинская Алла Владимировна | Method and the device for dispersion of the gas-liquid mixture |
RU2561776C2 (en) * | 2013-08-08 | 2015-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Combined-cycle plant |
-
2021
- 2021-02-09 RU RU2021103133A patent/RU2755238C1/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2157902C2 (en) * | 1998-09-01 | 2000-10-20 | Артамонов Александр Сергеевич | Windmill-and-gas-turbine power plant |
RU2279907C2 (en) * | 2003-04-28 | 2006-07-20 | Лобашинская Алла Владимировна | Method and the device for dispersion of the gas-liquid mixture |
RU2561776C2 (en) * | 2013-08-08 | 2015-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Combined-cycle plant |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2778188C1 (en) * | 2022-03-28 | 2022-08-15 | Юрий Павлович Кондрашов | Gas turbine plant with supercritical expansion of working gas |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7665304B2 (en) | Rankine cycle device having multiple turbo-generators | |
EP1828550B1 (en) | Method and apparatus for power generation using waste heat | |
US7985278B2 (en) | Method of separating CO2 from a gas flow, CO2 separating device for carrying out the method, swirl nozzle for a CO2 separating device | |
US7121906B2 (en) | Method and apparatus for decreasing marine vessel power plant exhaust temperature | |
US20110173991A1 (en) | Turbine Engine | |
RU2719413C2 (en) | Systems with closed regenerative thermodynamic cycle of electric power generation and methods of their operation | |
US9429044B2 (en) | Supercritical heat recovery steam generator reheater and supercritical evaporator arrangement | |
US20030012658A1 (en) | Thermo-kinetic compressor | |
US7640724B2 (en) | System and method for improving the heat rate of a turbine | |
JP2011185165A (en) | Power plant | |
SE438709B (en) | GASTURBINANLEGGNING | |
US10301965B2 (en) | Steam turbine | |
EA015075B1 (en) | Rotating device for producing pressure | |
CN110043323A (en) | A kind of supersonic speed radial-inward-flow turbine | |
RU2755238C1 (en) | Steam turbine power plant with supercritical expansion of working steam | |
US20170198583A1 (en) | Turbine Engine | |
KR102456169B1 (en) | Combined power plant and operating method of the same | |
CZ2008444A3 (en) | Expansion two-stage turbine | |
CN111295498A (en) | Rankine cycle apparatus and process for regasification of liquefied gas | |
Zaryankin et al. | Control valves and cascades for the first stages of turbines with ultrasupercritical steam parameters | |
US11898469B2 (en) | Reaction turbine operating on condensing vapors | |
RU2779348C1 (en) | Steam turbine unit of a double-circuit nuclear power plant | |
US20240209755A1 (en) | Reaction turbine operating on condensing vapors | |
KR20240093200A (en) | Vertical type heat recovery steam generator and combined cycle system comprising it | |
RU2210043C2 (en) | Kinetic pump-heat exchanger |