[發明專利]用于保護燃氣渦輪機的進氣道的系統

無效

• 申請號: 200910009323.6
• 申請日: 2007-09-11
• 公開（公告）號: CN101487422A
• 公開（公告）日: 2009-07-22
• 發明（設計）人: 托馬斯·瓦格內;卡洛斯·塞薩爾
• 申請（專利權）人: 燃氣渦輪機效率公司
• 主分類號: F02C9/00
• 分類號: F02C9/00;B08B3/02
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司
• 代理人: 魏金霞;田軍鋒

本申請是2007年9月11日提出的名稱為“用于增加渦輪機動力輸出的系統和方法”的中國專利申請200710145345.6的分案申請。

技術領域

本發明總體上涉及燃氣渦輪機的領域。具體地，本發明涉及用以保護燃氣渦輪機的進氣道的系統，另外，本發明還涉及用于結合水輸送設備的高壓壓縮機清洗的系統和方法，用于提高燃氣渦輪機的質量流，從而提高其動力輸出，由此使用預定的計算流體動力學轉化模型控制該系統。

背景技術

產生動力需要燃氣渦輪機消耗大量的空氣。燃氣渦輪機極大程度上依賴于用于其性能的周圍空氣狀況。例如溫度、氣壓和含水量等周圍空氣狀況影響燃氣渦輪機的壓縮機壓縮空氣的能力，因此影響其性能。換句話說，燃氣渦輪機動力是壓縮所能達到的總質量流的函數，結合燃料和膨脹以驅動渦輪部。質量流量直接與發動機動力輸出成比例。燃氣渦輪機是固定體積機器(即，它們按照固定的幾何形狀運行)，從而，空氣密度是燃氣渦輪機產生動力的能力中起重要作用的一個參數。空氣溫度和空氣密度直接相互關聯。隨著空氣溫度升高，空氣密度減小，從而使得質量流的勢能降低。隨著質量流減小，燃氣渦輪機的輸出也降低。其它對燃氣渦輪機的性能具有重要影響的關鍵參數包括壓力比和壓縮效率。

通過控制燃氣渦輪機的進氣口處的水汽含量能夠控制質量流。因此，空氣能夠飽含水汽，以將總質量流回復到渦輪機設計的最高水平。飽和可通過僅僅使渦輪機周圍的空氣飽和產生。替代地，一種增大總質量流更積極的方法是向渦輪機的壓縮機或燃燒室內噴水，以使空氣過飽和。過飽和允許熔化熱進一步向工作流體加壓并且將渦輪機輸出增大到高于飽和空氣輸出水平的水平。

然而，因為燃氣渦輪機在給定的時間周期內遇到的溫度的范圍(即，溫度以24小時或一年的時間周期變化)，難以實現適當的空氣飽和。由于這些溫度變化，飽和所需的水也相應地變化。對于給定的天氣和發動機負載條件，要達到飽和或過飽和需要對應的水量。因而，使用了濕度檢測和抽吸裝備以提供適當的、用于實現適當的飽和或過飽和水平的水量。使用過多的水會導致“噴灑過多”，在此情況下，空氣不能吸收/保持多余的水。通過腐蝕和/或浸沒燃氣渦輪機的氣道，多余的水能夠損害運行。相反，水太少將不會使空氣飽和，并且不會實現充分的質量流增加效果。

另一個問題是渦輪機內、尤其是壓縮機內污物或雜質粒子的積聚，其能夠影響燃氣渦輪機的效率，因此影響其動力輸出。例如燃氣渦輪機等機器消耗大量的空氣?？諝夂谐矢m和小顆粒狀的雜質粒子，通常，它們進入到壓縮機并且粘附在壓縮機的氣體通道內的部件上。因為堆積的污物增加了部件表面的粗糙度，壓縮機污物改變氣體通道部件的邊界層氣流的特性。隨著空氣流過所述部件，表面粗糙度的增加導致邊界層氣流增厚。邊界層氣流的增厚對壓縮機的空氣動力學特性產生不利影響。在葉片的后緣，氣流形成尾流。此尾流是旋渦狀的湍流，對氣流有不利的影響。邊界層越厚，尾流湍流越強。尾流湍流和較厚的邊界層一起降低了通過發動機的質量流。厚邊界層和強尾流湍流使壓縮壓力增益減小，這轉而使發動機以降低的壓力比運行。壓力比降低使得發動機的效率降低。另外，壓縮機的污物降低了壓縮機的等熵效率和多變效率。壓縮機效率降低意味著壓縮等量的空氣時壓縮機需要更多的動力。結果，驅動壓縮機所需的動力增加，從而，驅動負載所能用的余量動力變少。

清洗燃氣渦輪機消除污物，這可以在發動機關閉后進行，也可以在發動機運行時進行。在前面的示例中，當將清洗水噴射進壓縮機內時，可以使用其起動馬達曲柄起動發動機軸。曲柄起動時，通過化學作用和機械運動去除污物。水和去除的污物材料通過氣流輸送到發動機的排出端。此過程稱為“曲柄”清洗或者“離線”清洗。離線清洗的替代方案是“在線”清洗，其中在運行中清洗發動機。當發動機燃燒燃料時，“在線”或者“燃燒”清洗發生。當轉子高速旋轉時，清洗水被噴射進壓縮機。由于轉子轉速高，水的保留時間短，此沖洗不像曲柄清洗那樣有效，但是卻允許在運行時清洗。

典型地，為了增加燃氣渦輪機動力，在整個渦輪機上使用了大量的測量儀表以測量機器的溫度、位移、壓力和填充量。然而，因為其昂貴、使用上的復雜、以及發生由于測量儀表不一致或故障所產生的操作失誤的趨勢和可能增加，依賴于這種大量的測量儀表的動力增加是有問題的。需要在增加燃氣渦輪機動力時避免對這種復雜、大量的測量儀表的依賴性。

因此，工業上需要用于在使用計算流體動力學轉化模型控制系統的操作條件的廣泛范圍上增加燃氣渦輪機的動力輸出的方法和設備，所述燃氣渦輪機包括但不限于固定式燃氣渦輪機。

發明內容