[發(fā)明專利]燃?xì)廨啓C(jī)及其運(yùn)轉(zhuǎn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310355200.4
• 申請(qǐng)日: 2009-09-24
• 公開（公告）號(hào): CN103557079A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 水上聰;石黑達(dá)男;正田淳一郎;高田和正;福永祐也;高橋宏樹;佐藤真樹;西村由明;大貝宣雄;長(zhǎng)谷川宗司;林將人
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 三菱重工業(yè)株式會(huì)社;東北電力株式會(huì)社
• 主分類號(hào): F02C7/18
• 分類號(hào): F02C7/18;F02C9/00
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 雒運(yùn)樸

本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?00980130681.0、申請(qǐng)日為2009年9月24日、發(fā)明名稱為“燃?xì)廨啓C(jī)及其運(yùn)轉(zhuǎn)方法”的申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃?xì)廨啓C(jī)及其運(yùn)轉(zhuǎn)方法，尤其涉及燃?xì)廨啓C(jī)起動(dòng)時(shí)的主動(dòng)間隙控制(Active?Clearance?Control；ACC)系統(tǒng)及燃?xì)廨啓C(jī)停止時(shí)的貓背(cat?back)防止。

背景技術(shù)

通常的燃?xì)廨啓C(jī)由壓縮機(jī)、燃燒器和渦輪構(gòu)成，通過(guò)壓縮機(jī)將從空氣取入口取入的空氣壓縮而成為高溫·高壓的壓縮空氣。該壓縮空氣向燃燒器供給，在燃燒器內(nèi)，對(duì)壓縮空氣供給燃料而使該燃料燃燒，從而生成高溫·高壓的燃燒廢氣。該燃燒廢氣驅(qū)動(dòng)與壓縮機(jī)連接的渦輪，因此若在例如燃?xì)廨啓C(jī)的輸出軸側(cè)連結(jié)發(fā)電機(jī)，則能夠通過(guò)燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)而使其發(fā)電。

在這樣的燃?xì)廨啓C(jī)中，通過(guò)主動(dòng)間隙控制(以下，稱為ACC)系統(tǒng)，將受到根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)變化的溫度、離心力的影響而變動(dòng)的頂隙控制為最小，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)部/靜止部間的干涉防止及運(yùn)轉(zhuǎn)的高效化。

通常，在未控制頂隙的燃?xì)廨啓C(jī)中，頂隙為最小的位置不是額定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)而是起動(dòng)時(shí)。因此，在ACC系統(tǒng)中，通過(guò)在起動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)前的階段使對(duì)頂隙波及影響的靜止系部件升溫，將頂隙為最小的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)設(shè)定成額定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)。即，如圖12A至圖12D所示，ACC系統(tǒng)是在起動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)前使渦輪靜止部升溫而預(yù)先擴(kuò)大間隙，在額定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)調(diào)整渦輪靜止部的溫度，從而在額定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)實(shí)現(xiàn)最小的間隙而確保運(yùn)轉(zhuǎn)效率的方法。

此外，基于上述的ACC系統(tǒng)的燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)可以大致劃分為下述的五個(gè)狀態(tài)。

(1)即將即將起動(dòng)之前

為了運(yùn)行ACC系統(tǒng)，在渦輪靜葉片側(cè)的靜止系部件中使溫度調(diào)整介質(zhì)(加熱介質(zhì))流動(dòng)而使該靜止系部件升溫，擴(kuò)大伸長(zhǎng)率而使葉片環(huán)等的靜止部與作為旋轉(zhuǎn)部的動(dòng)葉片之間的間隙擴(kuò)大。

(2)起動(dòng)狀態(tài)(增加負(fù)載的中途)

與即將即將起動(dòng)之前同樣地使靜止系部件繼續(xù)升溫，以消除起動(dòng)狀態(tài)下沒有間隙(靜止部與旋轉(zhuǎn)部不接觸)。

(3)額定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)

通過(guò)改變?cè)陟o止系部件中流動(dòng)的溫度調(diào)整介質(zhì)(加熱介質(zhì))的狀態(tài)(溫度等)，使靜止部與旋轉(zhuǎn)部之間的間隙最小。

(4)停止?fàn)顟B(tài)(減小負(fù)載的中途)

與即將即將起動(dòng)之前同樣地使靜止系部件繼續(xù)升溫，以消除停止時(shí)沒有間隙(靜止部與旋轉(zhuǎn)部不接觸)。

(5)停止時(shí)

為了防止貓背，將殘留在燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)部的高溫的氣體向燃?xì)廨啓C(jī)外部排出。此外，為了防止貓背，在靜止系部件中使溫度調(diào)整介質(zhì)(加熱介質(zhì))流動(dòng)而消除殘留在燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)部的氣體的分布。

在上述的ACC系統(tǒng)中，燃?xì)廨啓C(jī)的間隙控制方法分成下述的三類。

(1)使在渦輪葉片內(nèi)部流動(dòng)的冷卻介質(zhì)的狀態(tài)變化而控制的方法

是通過(guò)變更冷卻介質(zhì)的冷卻方法(例如從無(wú)冷卻變更為空氣冷卻或蒸氣冷卻)等而使在渦輪內(nèi)部流動(dòng)的冷卻介質(zhì)的溫度變化，使渦輪葉片自身的伸長(zhǎng)量變化而調(diào)整間隙的控制方法，其需要改變冷卻介質(zhì)的冷卻方法的機(jī)構(gòu)。

(2)通過(guò)空氣或蒸氣對(duì)靜止系部件進(jìn)行溫度調(diào)整而進(jìn)行控制的方法

在通過(guò)閥等調(diào)整由排氣鍋爐產(chǎn)生的蒸氣等后，使其在靜止系部件中流動(dòng)而控制間隙的方式，通常在使用空氣的情況下，不進(jìn)行回收而向氣體排出側(cè)放掉，因此循環(huán)效率降低。

此外，在使用蒸氣的情況下，通過(guò)單循環(huán)無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)，需要進(jìn)行鍋爐暖機(jī)因此起動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)。另外，在使用蒸氣的情況下，需要用于起動(dòng)的輔助鍋爐、來(lái)自排氣鍋爐的蒸氣配管等附帶設(shè)備。

(3)通過(guò)機(jī)械的機(jī)構(gòu)使葉片或箱體動(dòng)作而進(jìn)行控制的方法

是通過(guò)設(shè)置致動(dòng)器這樣的機(jī)械的機(jī)構(gòu)而使葉片或箱體移動(dòng)而調(diào)整間隙的控制方法。

作為與上述的ACC系統(tǒng)相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)，存在抽取壓縮空氣，使其經(jīng)過(guò)流量調(diào)整閥后將靜止系部件的分割環(huán)冷卻的技術(shù)。(例如，參照專利文獻(xiàn)1)

此外，存在取出在蒸氣渦輪中使用的蒸氣的一部分，使其通過(guò)閥調(diào)整后冷卻分割環(huán)并返回蒸氣渦輪系統(tǒng)的技術(shù)。(例如，專利文獻(xiàn)2參照)

如此，在通過(guò)ACC系統(tǒng)將燃?xì)廨啓C(jī)停止時(shí)，發(fā)現(xiàn)存在貓背的間題。該貓背是在燃?xì)廨啓C(jī)停止時(shí)因溫度差引起燃?xì)廨啓C(jī)彎曲的現(xiàn)象。即，由于在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)部為高溫，因此停止后在燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)部也產(chǎn)生溫度分層，在燃?xì)廨啓C(jī)上部(高溫)與燃?xì)廨啓C(jī)下部(低溫)之間形成溫度差。其結(jié)果是，由于在燃?xì)廨啓C(jī)的上部與下部之間產(chǎn)生伸長(zhǎng)量的差，因此燃?xì)廨啓C(jī)整體如貓背那樣彎曲。