[發(fā)明專利]渦輪機的加熱系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110005390.8
• 申請日: 2011-01-12
• 公開（公告）號: CN102128061A
• 公開（公告）日: 2011-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: M·弗里德里克森;T·約翰遜;T·拉爾森;O·馬朱爾
• 申請（專利權(quán)）人: 西門子公司
• 主分類號: F01D25/10
• 分類號: F01D25/10;F03G6/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 崔幼平;譚祐祥

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于將熱能轉(zhuǎn)化為機械功的渦輪機、包括至少一個渦輪機的太陽能電站以及操作用于將熱能轉(zhuǎn)化為機械功的渦輪機的方法。

背景技術(shù)

大體而言，用于將熱能轉(zhuǎn)化為機械功的渦輪機，具體而言是蒸汽渦輪機，通常用在熱力電站中。熱力電站例如通過燃燒礦物材料、通過使用核反應(yīng)堆或者通過太陽能來產(chǎn)生熱能。在常規(guī)熱力電站中，可以每天24小時產(chǎn)生熱能，使得在日常情況下產(chǎn)生動力的渦輪機不需要停機。

被冷卻且處于停機狀態(tài)的渦輪機需要長的啟動階段直到到達渦輪機的日常操作情況。例如，渦輪機中的轉(zhuǎn)子葉片的旋轉(zhuǎn)速度必須被緩慢加速，使得產(chǎn)生不利的操作情況，例如渦輪機喘振。喘振被定義為渦輪機的排放和流動速率壓力的自振蕩，包括回流。

當前，目標在于從生態(tài)上友好的能源產(chǎn)生越來越多的可再生能量。從生態(tài)上友好的能源產(chǎn)生能量的一種示例性電站是太陽能電站。在太陽能電站中，借助于太陽光產(chǎn)生電。典型太陽能-熱力電站包括太陽能收集器（例如拋物面反射器）以便將太陽光會聚到小表面來產(chǎn)生熱。使用由太陽光產(chǎn)生的熱能，會加熱渦輪機的工作介質(zhì)。工作介質(zhì)可以是蒸汽（vapour或steam）狀態(tài)的流體（例如適當?shù)氖筒牧匣蛩１患訜岬恼羝灰龑?dǎo)通過渦輪機，該渦輪機將熱能轉(zhuǎn)化為機械功，其中后續(xù)發(fā)電機將機械功轉(zhuǎn)化為電。

太陽能-熱力電站僅在白天當太陽照射時運轉(zhuǎn)。在夜間，太陽能-熱力電站停機并且因而渦輪機也停機。在夜間，渦輪機降溫到環(huán)境空氣溫度。在下一天，當渦輪機被再次起動時，必須有長的啟動階段直到渦輪機到達操作溫度并且因而具有適度效率。

用于太陽能電站的常規(guī)渦輪機的啟動階段可以持續(xù)達1-1.5小時直到渦輪機到達其操作狀態(tài)。因此，渦輪機在白天的整體工作時間會被減小1-1.5小時，這會導(dǎo)致整個太陽能電站的生產(chǎn)力和效率的缺乏。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目標可以是減少渦輪機啟動階段的持續(xù)時間。

這個目標可以通過根據(jù)獨立權(quán)利要求所述的用于將熱能轉(zhuǎn)化為機械功的渦輪機、包括至少一個渦輪機的太陽能電站以及操作用于將熱能轉(zhuǎn)化為機械功的渦輪機的方法來實現(xiàn)。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供用于將熱能轉(zhuǎn)化為機械功的渦輪機。該渦輪機包括加熱系統(tǒng)。該加熱系統(tǒng)適于在渦輪機的停機狀態(tài)和/或啟動階段時加熱渦輪機。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供包括至少一個上述渦輪機的太陽能電站。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供操作用于將熱能轉(zhuǎn)化為機械功的渦輪機的方法。根據(jù)該方法，在渦輪機的停機狀態(tài)和/或啟動階段時使用加熱系統(tǒng)加熱渦輪機。

渦輪機可以被限定為將熱能轉(zhuǎn)化為機械功的渦輪機。具體而言，渦輪機可以包括燃氣渦輪機或蒸汽渦輪機。

借助于將熱能轉(zhuǎn)化為機械功的上述渦輪機，如果渦輪機處于停機狀態(tài)和/或啟動階段，則渦輪機的加熱系統(tǒng)加熱渦輪機。因此，渦輪機部件的特定最小溫度可以保持恒定，特別是在夜間。加熱系統(tǒng)適于將渦輪機部件（具體而言是渦輪機的轉(zhuǎn)子）保持在最小溫度水平，該最小溫度水平可以被限定為近似在100攝氏度至600攝氏度之間，具體而言近似在250攝氏度至400攝氏度之間。

因此，甚至當夜間環(huán)境溫度非常低時，渦輪機部件仍被加熱且保持在最小溫度水平。因此，當在下一天啟動渦輪機時，處于優(yōu)化操作狀態(tài)的渦輪機部件的溫度與處于被加熱系統(tǒng)保持恒定的最小溫度水平的溫度之間的差值小于沒有加熱系統(tǒng)時的差值。因此，啟動階段的持續(xù)時間可以被減小且因而可以更早地達到渦輪機的操作狀態(tài)。因此，可以提高太陽能電站的整體效率。

此外，將渦輪機部件保持在最小溫度水平的另一方面在于，相比于沒有加熱系統(tǒng)的渦輪機而言，減小了由于處于操作狀態(tài)時的溫度與最小溫度水平之間的溫度差所導(dǎo)致的渦輪機部件的熱變形。可以減少應(yīng)力和材料失效。因此，可以提高渦輪機的使用壽命。

根據(jù)另一示例性實施例，加熱系統(tǒng)包括電加熱裝置。電加熱裝置可以包括電加熱元件，例如加熱線圈或類似物。電加熱裝置可以被直接附連到一些預(yù)定渦輪機部件以用于將熱能傳遞到渦輪機。

根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實施例，加熱系統(tǒng)包括蒸汽加熱裝置。該加熱裝置可以將蒸汽引導(dǎo)到軸的內(nèi)表面，以便熱量相對于渦輪機軸沿徑向向外的方向行進。被加熱的蒸汽可以將熱能傳遞到渦輪機部件的相鄰內(nèi)表面。

加熱系統(tǒng)還可以包括熱空氣鼓風(fēng)機，其中被加熱的空氣可以為了加熱目的而圍繞渦輪機部件吹送。加熱系統(tǒng)還可以包括用于例如向軸的內(nèi)部孔中（即向軸的內(nèi)表面）提供熱油的加熱裝置。