CN1025924C - 一种多项能量输出燃气轮机动力站 - Google Patents
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Abstract
一种多项能量输出燃气轮机动力站，它用于做石油及天然气的开发、输送以及处理的动力装置。它有核心发动机(9)，动力涡轮组(13)和余热锅炉(14)，其特征在于：核心发动机后部有封闭外涵气流进入排气口并把它引出发动机外的涡壳(15)。该动力站除提供普通形式的机械能和低压饱和蒸汽的热能外，还提供压缩空气源，用于驱动风动机械或用于制冷，达到多项能量输出的目的。
Description
一种多项能量输出燃气轮机动力站，它属于机械动力设备，可用做石油及天然气开发、输送以及处理的动力装置，特别适合于远离电网的边远油气田开发区使用。
在天然气及石油的开发、输送以及处理过程中，都需要大量的多种形式的动力能源。如在石油、天然气的开采和传输中需要对石油、天然气进行加压的机械动力;需要对石油进行加热以防止结蜡和增加流动性的热源;提供各种风动机械或制冷使用的压缩空气源。而现在采用的方法多是二次能量转换的形式，即使用电力来驱动各种电动机械。如驱动电动输送泵来给石油及天然气增压，使用电动空气压缩机来提供压缩空气或者使用其它电动制冷压缩机，而使用普通锅炉来提供热源。由于石油天然气开发、处理所需能量很大，而多数的油气田开发地、输送站等都远离大电网覆盖地区，这使得这些地区的电力相当紧张，一般只能使用各自备电站自己提供电力。为适应油气田开发的流动性，减少投资，多使用轻便、易安装的燃气轮机电站做动力源，输出电力为所有设备提供能量。由于在石油及天然气处理中需要多种形式的能量，这就要经过多种形式的能量转换。如用于石油、天然气输送中进行增压的机械能就必然经过机械能-电能-机械能的两项转换。而风动或制所需的压缩空气源则需要经过外涵气流内能-涡轮机械能-电能-压缩机机械能-空气内能这样四项变换，能量利用率大大降低。
现在的燃气轮机电站所用的燃气轮机，多的是由航空发动机改型而来的。由于航空喷气发动机是以喷气推力为动力输出，而地面用燃气轮机电站则要求高的轴输出功率，以带动发电机。这就使得这两者的运行状态和参数都很不相同，因此不能直接利用现有的先进航空喷气发动机，而必须对其进行重大的改型设计才能得到。进行改型设计一方面是生产研制周期长，一般的改型周期需5至10年，等到改型完成后，作为改型基础的原发动机已失去技术先进性;另一方面，改型的投资也很大，使得改型产品成本增高，同时也不能利用现在已有的，还有剩余使用寿命的很役航空发动机。
本发明的目的是发明一种可同时提供压缩空气，机械扭矩和低压饱和蒸气的多种能量输出的燃气轮机动力站。它可以使用现有退役航空涡扇发动机进行改造，而不用改变原发动机的运行状态和参数。
本发明的剖视结构示意图如附图1所示。它有由风扇及低压压气机（1）、高压压气机（2）、燃烧室（3）、高压涡轮（4）、低压涡轮（5）、高压涡轮轴（7）、低压涡轮轴（6）和机匣（8）组成的核心发动机（9），由动力涡轮（10）、动力涡轮输出轴（11）和动力涡轮机匣（12）组成的动力涡轮组（13）以及余热锅炉（14），其特征在于：在核心发动机（9）的风扇外涵道出口与排气口之间有封闭外涵气流进入排气口并把外涵气流引出发动机外的涡壳（15），涡壳可以是一个密封外涵道与排气口之间开口的环形密封堵和在外涵道尾部开的一个带有连接法兰的开口。
附图1为本发明的剖视结构示意图。
附图2为本发明改装前原航空涡扇发动机各部位流程参数图。
附图3为本发明改装后的多种能量输出燃气轮机动力站核心发动机各部位流程参数图。
本发明的工作原理如下：
本发明的动力产生部分是核心发动机（9），它由风扇及低压压气机（1）、高压压气机（2）、燃烧室（3）、高压涡轮（4）、低压涡轮（5）、高压涡轮轴（7）、低压涡轮轴（6）和机匣（8）组成。与现在的航空涡扇发动机一样，由风扇及低压压气机（1）压缩空气后，气流分为外涵气流和内
涵汽流两部分，分别进入外涵道和高压压气机（2），经高压压气机压缩后的空气在燃烧室（3）中燃烧产生高温高压燃气。高温高压燃气分别在高压涡轮（4）和低压涡轮（5）处膨胀做功，通过低压涡轮轴（6）和高压涡轮轴（7）分别带动风扇及低压压气机（1）和高压压气机（2）转动，以维持正常运转。在核心发动机（9）之后接有由动力涡轮（10）、动力涡轮输出轴（11）和动力涡轮机匣12）组成的动力涡轮组（13）以及余热锅炉（14）。通过低压涡轮（5）后的燃气还含有大量的内能，用于通过动力涡轮（10）膨胀做功，能量由动力涡轮（10）吸收，转变为机械能后由动力涡轮输出轴（11）作为一种能量形式输出。通过动力涡轮（10）后的燃气，还含有一定的余热，通过余热锅炉（14）回收余热，用以提供石油天然气处理所需的低压蒸汽。在核心发动机（9）的风扇外涵道出口与排气口之间有封闭外涵气流进入排气口并把外涵气流引出发动机外的涡壳（15），涡壳可以是一个密封外涵道与排气口之间开口的环形密封堵和在外涵道尾部开的一个带有连接法兰的开口。由外涵道引出的压缩空气，可用于油田等使用压缩空气驱动的机械（如风泵、各种气动阀等），也可以使用压缩空气制冷，用于轻烃回收以及天然气的液化。输出的压缩空气经绝热膨胀后，可以得到大约70℃的温差。
本发明中，发动机部分直接采用现有先进航空涡扇发动机的设计，甚至直接利用现成的航空涡扇发动机（包括退役的或存储备件）实体，只需在外涵道尾端与排气口之间加一个涡壳，使外涵气流不是进入排气口与燃气混合，而是被引出发动机外做为一种动力输出，提供压缩空气能量。在排气口接有一个已标准化了的动力涡轮组和余热锅炉，使输出燃气内能转换成机械能和热能输出，提供机械扭矩和低压饱和蒸气两种能量。这样做到了在一台原动机上的多种能量输出，满足石油天然气开发、输送以及处理中所需要的各种动力形式。由于是采用了现有的航空涡扇发动机做核心发动机，可以利用原涡扇发动机的设计参数，不用对发动的运行状态和参数进行任何改动。附图2给出了一种原航空涡扇发动机各部位流程参数图。附图3给出了由该发动机改装的多种能量输出燃气轮机动力站核心发动机各部位流程参数图。从两图中可看出，核心发动机仍是运行在原发动机的最佳工作状态，因而可得到最高的运行效率，也免除改型设计制造的周期。这不仅可以节约费用，而且也可利用最新技术，得到最佳动力机组。
本发明中的动力涡轮组（13）和余热锅炉（14）是一种标准化设计构件。市场上已有专门的配套商品提供，供各种燃气轮机改装用。在本发明中只需选用即可，一般可不用自行设计制造。而对于使用航空涡扇发动机做核心发动机（9）的改装是很简单的，只须去除原发动机外涵与排气口处的连接圈，换为一个堵住外涵气流进入排气口并把外涵气流引出发动机的涡壳（15）即可。原发动机的运行控制机构。运行控制软件，包括运动控制参数都不用变动。
本发明改装用的核心发动机可以是采用英国罗·罗（ROLLS-ROYCE）公司的斯贝512（SOEY512）型涡扇发动机。改装后，有压力为0.26MPa，流量为39kg/sec的压缩空气能量输出。同时，动力涡轮输出5500KW的轴功率，而余热锅炉还可提供每小时27吨的压力为0.8MPa的低压饱和水蒸汽。
Claims (1)
1、一种多项能量输出燃气轮机动力站，它有由风扇及低压压气机(1)、高压压气机(2)、燃烧室(3)、高压涡轮(4)、低压涡轮(5)、高压涡轮轴(7)、低压涡轮油(6)和机匣(8)组成的核心发动机(9)，由动力涡轮(10)、动力涡轮输出轴(11)和动力涡轮机匣(12)组成的动力涡轮组(13)以及余热锅炉(14)，其特征在于：在核心发动机(9)的风扇外涵道出口与排气口之间有封闭外涵气流进入排气口并把外涵气流引出发动机外的涡壳(15)，涡壳可以是一个密封外涵道与排气口之间开口的环形密封堵和在外涵道尾部开的一个带有连接法兰的开口。
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| CN 90109906 CN1025924C (zh) | 1990-12-14 | 1990-12-14 | 一种多项能量输出燃气轮机动力站 |
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