[發明專利]控制渦輪機的部分負荷性能的方法和裝置

有效

• 申請號: 201310047414.5
• 申請日: 2013-02-06
• 公開（公告）號: CN103244273A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發明（設計）人: R.J.里德
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F02C7/00
• 分類號: F02C7/00;F02C7/18;F02C9/18;F02C9/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 肖日松;譚祐祥

技術領域

本說明書中所公開的主題涉及渦輪機，例如燃氣渦輪機。

背景技術

燃氣渦輪機被設計成在峰值負荷或基本負荷下操作。渦輪機具有吸入流體并且壓縮流體的壓縮機、燃燒燃料以加熱流體的燃燒部段以及用經加熱的流體發電的渦輪部段。當渦輪機在峰值負荷下操作時，渦輪機在預定燃燒水平下操作以驅動渦輪部段。然而，當渦輪機在非峰值負荷或部分負荷下操作時，渦輪機的效率減小。

發明內容

根據本發明的一個方面，一種渦輪機包括吸入流體并且壓縮流體的壓縮機、燃燒燃料以通過加熱來自所述壓縮機的流體生成經加熱的流體的燃燒部段、將經加熱的流體轉換為功的渦輪部段、從所述渦輪部段輸出經加熱的流體的排出部段、以及旁通回路，旁通回路通過接收來自壓縮機的經壓縮的流體生成旁通流，用來自排出部段的經加熱的流體加熱旁通流，并且將經加熱的旁通流輸出到渦輪部段。

根據本發明的另一個方面，一種發電系統包括：渦輪機和渦輪機控制單元，渦輪機具有吸入并且壓縮流體的壓縮機、加熱來自壓縮機的流體的燃燒部段、用來自燃燒部段的經加熱的流體驅動軸的渦輪部段，從渦輪部段噴射經加熱的流體的排出部段、以及旁通回路，旁通回路通過接收來自壓縮機的經壓縮的流體的一部分生成旁通流并且將旁通流選擇性地引導到渦輪部段和排出部段，渦輪機控制單元在峰值模式和部分負荷模式中確定渦輪機的操作模式、并且根據所確定的操作模式控制旁通回路將旁通流輸送到渦輪部段和排出部段中的一個。

根據本發明的又一個方面，一種控制渦輪機的部分負荷性能的方法包括：通過去除來自渦輪機的壓縮機的經壓縮的流體的一部分生成渦輪機中的旁通流；確定渦輪機的操作負荷；將旁通流輸送到渦輪機的渦輪部段；以及根據所確定的渦輪機的操作負荷選擇性地加熱旁通流。

這些和其它優點和特征將從結合附圖進行的以下描述變得更明顯。

附圖說明

在權利要求中特別地指出并且清楚地要求保護被認為是本發明的主題。本發明的前述部分和其它特征及優點從結合附圖進行的以下詳細描述變得明顯，其中：

圖1示出了根據本發明的一個方面的渦輪機。

圖2示出了渦輪機和渦輪機控制單元。

圖3示出了根據本發明的實施例的渦輪部段。

圖4是示出渦輪機的控制操作的流程圖。

圖5示出了根據本發明的實施例的渦輪機。

通過例子并參考附圖，具體實施方式解釋了本發明的實施例以及優點和特征。

具體實施方式

圖1示出了根據本發明的實施例的渦輪機1。渦輪機1包括進氣部段或壓縮機10、燃燒部段20、渦輪部段30和排出部段40。壓縮機10吸入流體并且在將流體輸送到燃燒部段20之前壓縮流體。根據本實施例，流體是空氣，并且壓縮機10包括多個級，每個級包括圍繞軸旋轉的環形葉片環和后續的環形輪葉環。

燃燒部段20接收經壓縮的空氣并且通過在燃燒室21中燃燒燃料F加熱經壓縮的空氣。經加熱的壓縮空氣輸送到渦輪部段30，在所述渦輪部段它驅動包括圍繞軸旋轉的葉片的轉子，并且旋轉軸發電。

排出部段40接收來自渦輪部段30的經加熱的空氣并且輸出該經加熱的空氣。

在本發明的本實施例中，渦輪機1也包括旁通回路50。旁通回路50包括將來自壓縮機10的空氣輸送到閥51的管路52、將空氣從閥51輸送到渦輪的管路53、以及將空氣從閥51輸送到排出部段40的管路54。另外，管路55將來自排出部段40的空氣輸送到渦輪部段30。

排出部段40包括加熱來自管路54的空氣的熱交換器41。經加熱的空氣然后經由管路55輸送到渦輪部段30。

在峰值操作或基本負荷操作期間，閥51關閉到管路54的空氣流，并且允許從管路52到管路53的空氣流。因此，較冷空氣提供給渦輪部段30以冷卻渦輪部段的部件，例如軸、葉片和噴嘴。然而，當冷空氣在部分負荷操作期間提供給渦輪部段30時，渦輪機1的效率減小。

因此，在部分負荷操作期間，閥51關閉到管路53的空氣流，并且允許通過管路54到排出部段40的空氣流。空氣流動通過排出部段40的熱交換器41并且通過管路55從排出部段40到渦輪部段30。因此，從熱交換器41通過管路55流動到渦輪部段30的空氣被加熱，由此通過減小從燃燒部段20到渦輪部段30的空氣的熱損失而增加渦輪部段的效率。