Микрогазотурбинный энергетический агрегат

Настоящее изобретение относится к устройствам для генерирования электрической энергии, а именно к газотурбинным электростанциям малой мощности. Микрогазотурбинный энергетический агрегат, включает в себя компрессор, выполненный с возможностью подачи сжатого воздуха в камеру сгорания; камеру сгорания, выполненную с возможностью смешивания топлива и воздуха и сжигания полученной смеси; радиальную турбину с керамическим рабочим колесом, вращаемым горячим газом, поступающим из камеры сгорания; высокооборотный генератор, вал которого механически связан с валом турбины с возможностью передачи между ними крутящего момента. При этом передача крутящего момента между турбиной и генератором производится по одновальной безредукторной схеме. Техническим результатом является снижение материалоемкости агрегата, увеличение КПД, а также увеличение максимально возможной скорости вращения вала. 2 зав. п., 1 илл.

Настоящее изобретение относится к устройствам для генерирования электрической энергии, а именно к газотурбинным электростанциям малой мощности.

Уровень техники.

В настоящее время известен микрогазотурбинный энергетический агрегат, выпускаемый компанией Ingersoll Rand (США) с рекуперативным циклом, выполненный с применением жаропрочных керамических материалов, содержащий газотурбинный двигатель с теплообменником-рекуператором, электрический генератор, электронный силовой преобразователь и систему управления, отличающиеся тем, что передача крутящего момента на ротор электрогенератора происходит посредством двухступенчатого планетарного редуктора

[http://www.mt3umf.narod.ru/250kWt_Ingersol-2-ya_versiya-rasshiren..pdf]. Указанный агрегат принят для настоящей полезной модели в качестве прототипа.

Однако устройство, согласно прототипу, имеет ряд недостатков. Наличие редуктора значительно увеличивает материалоемкость и сложность изготовления агрегата, снижает его КПД, а также вносит ограничения по скорости вращения вала ввиду наличия зубчатой передачи.

РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

Задача, стоявшая перед разработчиками настоящей полезной модели, заключалась в создании устройства, не обладающего указанными выше недостатками.

Указанная задача решается за счет того, что микрогазотурбинный энергетический агрегат, согласно настоящей полезной модели, включает в себя компрессор, выполненный с возможностью подачи сжатого воздуха в камеру сгорания; камеру сгорания, выполненную с возможностью смешивания топлива и воздуха и сжигания полученной смеси; радиальную турбину с керамическим рабочим колесом, вращаемым горячим газом, поступающим из камеры сгорания; высокооборотный генератор, вал которого механически связан с валом турбины с возможностью передачи между ними крутящего момента; при этом передача крутящего момента между турбиной и генератором производится по одновальной безредукторной схеме.

Техническим результатом является снижение материалоемкости агрегата, увеличение КПД, а также увеличение максимально возможной скорости вращения вала (увеличение которой также увеличивает КПД).

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - схема микрогазотурбинного энергетического агрегата.

Осуществление полезной модели

В наиболее предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения микрогазотурбинный энергетический агрегат включает в себя компрессор 1, выполненный с возможностью подачи сжатого воздуха в камеру сгорания 2; камеру сгорания 2, выполненную с возможностью смешивания топлива и воздуха и сжигания полученной смеси; радиальную турбину 3 с керамическим рабочим колесом, вращаемым горячим газом, поступающим из камеры сгорания 2; высокооборотный электрогенератор 4, вал которого механически связан с валом турбины 3 с возможностью передачи между ними крутящего момента; при этом передача крутящего момента между турбиной 3 и генератором 4 производится по одновальной безредукторной схеме. Для ее реализации электрогенератор 4, турбина 3 и компрессор 1 приводятся одним валом, ось которого может быть зафиксирована подшипниками 5 радиальными и подшипником 6 радиально-упорным. Агрегат дополнительно содержит теплообменник 7 (рекуператор), в котором в качестве горячего теплоносителя используются продукты сгорания после выхода из турбины 3, а в качестве холодного теплоносителя - воздух, нагнетаемый компрессором 1. При этом теплообменник 7 выполнен с возможностью передачи тепловой энергии потребителю.

Одноступенчатая радиальная (центростремительная) газовая турбина 3 приводит во вращение вал газотурбинного двигателя с расположенным на нем электрогенератором 4 и одноступенчатым радиальным (центробежным) воздушным компрессором.

Воздушный компрессор 1 всасывает воздух и сжимает его. После воздушного компрессора 1 сжатый воздух поступает в «холодный» тракт теплообменника 7, в котором происходит его нагрев за счет теплоты продуктов сгорания, и далее в камеру 2 сгорания. Воздух подается в камеру 2 сгорания с большим избытком по отношению к стехиометрическому соотношению с горючим. Горючее в газообразном или жидком виде также поступает в камеру 2 сгорания, где происходит его смешение с воздухом и сгорание с выделением тепла и образованием горячего газа, состоящего из нагретого воздуха и продуктов сгорания. Из камеры 2 сгорания горячий газ поступает на газовую турбину 3, приводя ее во вращение, используя при этом часть своей тепловой энергии. Из турбины 3 горячий газ поступает в «горячий» тракт теплообменника 7, в котором он передает тепловую энергию воздуху в «холодном» тракте. Остаточная тепловая энергия выхлопного газа перед его выбросом в атмосферу может быть использована для нагрева воды или другого теплоносителя в системе отопления, горячего водоснабжения, снабжения паром или для получения холода. Для использования тепловой энергии выхлопного газа в конструкции микрогазотурбинного энергетического агрегата применяют утилизационный теплообменник, из «горячего» тракта которого выходит нагретый теплоноситель. Электроэнергия, вырабатываемая электрогенератором 4, проходит преобразование в электронном силовом преобразователе для получения стандартных потребительских параметров.

Настоящая полезная модель была подробно описана со ссылкой на предпочтительный вариант ее осуществления, однако очевидно, что она может быть осуществлена в различных вариантах, не выходя за рамки заявленного объема правовой охраны, определяемого формулой полезной модели.

1. Микрогазотурбинный энергетический агрегат, включающий в себя

воздушный компрессор, выполненный с возможностью подачи сжатого воздуха в камеру сгорания;

камеру сгорания, выполненную с возможностью смешивания топлива и воздуха и сжигания полученной смеси;

радиальную турбину с керамическим рабочим колесом, вращаемым горячим газом, поступающим из камеры сгорания;

высокооборотный электрогенератор, вал которого механически связан с валом турбины с возможностью передачи между ними крутящего момента;

при этом передача крутящего момента между турбиной и генератором производится по одновальной безредукторной схеме.

2. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что агрегат дополнительно содержит теплообменник, в котором в качестве горячего теплоносителя используются продукты сгорания после выхода из турбины, а в качестве холодного теплоносителя - воздух, нагнетаемый компрессором.

3. Агрегат по п.1 или 2, отличающийся тем, что агрегат дополнительно содержит теплообменник, в котором в качестве горячего теплоносителя используются продукты сгорания после выхода из турбины, выполненный с возможностью передачи тепловой энергии потребителю.