CN106164417B - 用于由主动液压间隙调节操作燃气轮机的方法 - Google Patents

用于由主动液压间隙调节操作燃气轮机的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于以部分负荷操作静态燃气轮机(1)的方法，该静态燃气轮机(1)包括至少一个压缩机(11)、至少一个膨胀涡轮(14)以及燃烧室(12)，该燃烧室(12)提供有至少一个燃烧器(13)，该燃气轮机(1)还包括用于液压间隙调节的装置(20)，其中，方法包括以下步骤：以部分负荷操作燃气轮机(1)；操作用于液压间隙调节的装置(20)；在操作用于液压间隙调节的装置(20)期间，增大向燃烧器(13)的燃料供给，同时提高被引导到膨胀涡轮(14)的燃气(15)的温度。

Description

用于由主动液压间隙调节操作燃气轮机的方法
技术领域
本发明涉及一种用于以部分负荷并利用主动液压间隙调节操作静态燃气轮机的方法，并且涉及被设计为采用这种方法的这种燃气轮机。
背景技术
为了能够提高效率地操作燃气轮机或者为了特别是在启动期间而且在启动之后增加功率，有利的是将燃气轮机转子移位为与燃气轮机中的主流动方向相反。为此，燃气轮机优选地提供用于液压间隙调节的装置，液压间隙调节允许燃气轮机转子被移位为设置涡轮叶片尖端与膨胀涡轮的外壳内壁之间的更小间隙间隔，以及压缩机叶片尖端与压缩机的外壳内壁之间的对应更大间隙间隔。通常，这种燃气轮机的几何结构意味着压缩机中该场景中出现的损耗小于膨胀涡轮中由于间隙间隔减小而引起的功率增加。
以这种方式改变燃气轮机转子的位置通常仅可以在已被充分彻底加温的燃气轮机中进行。否则，存在叶片尖端与外壳内壁之间的间隔的不期望时变的风险，这甚至可能导致对燃气轮机的损坏。在该场景中，间隙调节装置通常采取轴向挡块的区域中的液压移位装置的形式，并且它们凭借止推轴承中的主次轨道的区域中的液压活塞允许精确路径的位移。用于液压间隙调节的装置除了这些液压移位装置之外还包括合适的闭环或开环控制装置，经由该控制装置，可以进行间隙间隔的期望调节。
由于经由用于液压间隙调节的装置进行的调节，膨胀涡轮可以更高效地工作，因此可以实现提高的热能到机械能的转换。因此，这在涡轮入口温度保持恒定时降低排气的涡轮出口温度。如果燃气轮机现在要被设置为恒定的涡轮出口温度，则暗示将需要将涡轮入口温度提高到要进行间隙调节的涡轮入口温度的程度。
在额定负荷操作的情况下，结果将是燃气轮机的过度燃烧，可能的结果是对膨胀涡轮的第一叶片排的损坏。为了防止这种损坏，在操作用于液压间隙调节的装置之前，通常凭借排气温度控制(ATK控制)来调节燃气轮机的操作，以便降低涡轮出口温度。这种调节通常通过控制供给至燃烧器的燃料量来执行，从而可以确保不超出可允许的涡轮入口温度。
在该方面中，ATK控制确保尽可能低的设置涡轮入口温度，由此以便保持材料加载特别是在第一涡轮级的区域中尽可能的低。另外，ATK控制还用来使用最大可能涡轮入口温度，由此以便实现尽可能高的燃气轮机效率。
然而，从现有技术中已知的这些方法的缺点是首先在部分负荷的情况下，ATK控制的涡轮出口温度的降低还同时导致燃气轮机的效率的不期望降低。特别是在燃气轮机的启动期间，在启动期间，涡轮处于部分负荷操作，由此例如不可能充分利用燃气轮机潜力和全效率。
在这点上，技术上需要提出一种能够避免或减少由现有技术引起的缺点的进行方法。因此，目的是提供一种在操作用于液压间隙调节的装置期间可以同时使得可能提高效率的操作方法。
发明内容
本发明基于的该目的由根据权利要求1所述的方法且由根据权利要求7所述的燃气轮机来实现。
具体地，本发明基于的该目的由一种用于以部分负荷操作静态燃气轮机的方法来实现，该静态燃气轮机具有至少一个压缩机、至少一个膨胀涡轮以及燃烧室，该燃烧室提供有至少一个燃烧器，该燃气轮机还包括用于液压间隙调节的装置，其中，所述方法具有以下步骤：
以部分负荷操作所述燃气轮机；
操作所述用于液压间隙调节的装置；
当操作所述用于液压间隙调节的装置时，增大向所述燃烧器的燃料供给，提高供给至所述膨胀涡轮的燃气的温度，其中，具体地，所述温度在针对额定负荷操作的预定温度上限以下。
本发明基于的该目的还由一种静态燃气轮机来实现，该静态燃气轮机具有至少一个压缩机、至少一个膨胀涡轮以及燃烧室，该燃烧室提供有至少一个燃烧器，该燃气轮机还包括用于液压间隙调节的装置，其中，静态燃气轮机还包括燃气轮机闭环控制单元，该燃气轮机闭环控制单元被设计为根据上述和/或下述方法中的一个操作所述燃气轮机。
此时要注意，部分负荷操作范围在本情况下要被理解为低于额定负荷操作范围的操作范围。具体的，部分负荷范围与燃气轮机从达到额定速度之前的相对较冷操作状态启动期间的负荷范围有关。
还要注意，用于液压间隙调节的装置的操作可以被理解为通常作为间隙控制发生的主动位移程序。同样地，如果已经进行用激活的装置进行的间隙调节但未停止这些装置，则装置的操作已存在。因此，在这种类型的控制的情况下，调节的操作状态与维持操作的操作状态交替不时地发生，维持操作期间没有调节发生。由此，如果未技术上停止间隙控制，则用于液压间隙调节的装置的操作可以包含全部主动操作状态。换言之，装置的操作因此不需要间隙间隔的调节发生，但调节在启动相关装置时已存在，并且由此可以随时进行间隙调节。
还要注意，术语“燃气”与在进入膨胀涡轮之前流出燃烧室的气体有关。因此，燃气的温度主要与确定涡轮入口温度的那些气体的温度有关。
涡轮入口温度就其本身而言可以进而基于与流过膨胀涡轮期间的温度降低有关的技术假设从涡轮出口温度来近似计算。由此，可测量涡轮出口温度充当用于该涡轮入口温度的指示器。
由此，本发明提供了一种部分负荷操作期间的方法，在该方法中，在操作用于液压间隙调节的装置期间增大到燃烧器的燃料供给。燃料供给的该增大产生更富有的燃烧，由此提高供给至膨胀涡轮的燃气的温度。因此，在该方面中，因为提高燃气的温度还引起涡轮出口温度的提高，所以可以在操作用于液压间隙调节的装置期间同时提高燃气轮机的效率。在该场景中，对本发明必不可少的是，该操作仅在部分负荷下发生，因为这使得过度燃烧可能发生并由此可能超过最大可允许涡轮入口温度。然而，因为用于液压间隙调节的装置在燃气轮机的启动期间通常活跃，即处于部分负荷操作，所以两个方法步骤的组合可以确保特别高效的燃气轮机操作。
根据根据本发明的方法的第一特别优选实施方式，提供了在增大所述燃料供给的同时或之后调节所述燃气轮机的导叶调节设备，以便另外提高所述燃气的所述温度。在该场景中，因为有利地调节由导叶调节设备覆盖的导叶的轴向位置，所以导叶调节设备使得可以调节由燃气轮机吸入的空气的质量流的设置。由此，根据实施方式，例如可以使导叶调节设备设置相对小的质量流，这使得燃烧室中的燃烧变得越来越富有。然而，这还提高供给至膨胀涡轮的燃气的温度。因此，导叶调节设备的调节是用于在操作用于液压间隙调节的装置期间提高燃气轮机功率的高效支持措施。
根据根据本发明的方法的另一个特别有利的方面，提供了包括另外的步骤。该方法步骤为：
由测量记录与所述燃气的温度相关的物理操作参数，以便确定所述温度，以及在所述物理操作参数的所述所记录值超过预定限值时开始增大到所述燃烧器的所述燃料供给。这种合适的物理操作参数例如可以为燃气轮机功率或还有导叶调节设备的设置。还可以将排气温度用作物理操作参数，根据排气温度，可以得出与涡轮入口处的燃气的温度有关的结论。由此，例如如果涡轮出口温度或排气温度的值达到预定限值(下限值)，则可以进行增大到燃烧器的燃料供给的刺激。因此，根据本发明的方法可以凭借容易确定的变量来启动。
根据根据本发明的方法的另外优选实施方式，提供了到所述燃烧器的所述燃料供给和/或所述导叶调节设备的所述设置发生，使得部分负荷下的所述涡轮出口温度在额定负荷下的所述涡轮出口温度以下。因此，可以防止超过涡轮入口温度的最大可允许温度。具体地，当方法在实施中时，物理操作参数的开始点、变化期间的梯度和/或最大值可以被选择为避免燃气轮机的过度燃烧。
还提供了增大到所述燃烧器的所述燃料供给根据所述导叶调节设备的设置而发生。由此，导叶设置可以被提供为用于燃料供给的控制参数。
可以替代地或另外地提供：增大到所述燃烧器的所述燃料供给根据环境温度和/或根据环境压力而发生。
附图说明
在下面，参照独立附图更详细地描述本发明。在上下文中，要注意，附图要被理解为仅是示意性的，并且这允许关于实现的非限制性效果。
还要注意，具有相同附图标记的那些技术特征具有相同的技术效果。
另外，要求保护下面表示的本发明的技术特征的彼此的任意组合，只要该组合可以实现本发明的目的。附图中：
图1以流程图的形式示出了根据本发明的方法的第一示例性实施方式的表示；以及
图2示出了根据本发明的静态燃气轮机的一个实施方式的示意性电路图。
具体实施方式
图1以流程图的形式示出了根据本发明的、用于以部分负荷操作静态燃气轮机1的方法的实施方式的表示，其中，燃气轮机1例如如图2中所描绘的来设计。在该场景中，燃气轮机1具有压缩机11、至少一个膨胀涡轮14以及燃烧室12，该燃烧室12提供有至少一个燃烧器13，并且还包括用于液压间隙调节的装置20。在该场景中，根据实施方式的方法包括以下三个步骤：
以部分负荷操作燃气轮机1(第一方法步骤101)；
操作用于液压间隙调节的装置20(第二方法步骤102)；
当操作用于液压间隙调节的装置20时，增大向燃烧器13的燃料供给，提高供给至膨胀涡轮14的燃气15的温度(第三方法步骤103)。
图2示出了根据本发明的静态燃气轮机1的实施方式，该燃气轮机1具有压缩机11、膨胀涡轮14以及至少一个燃烧器13，该燃烧器13与燃烧室12协作以便燃烧。燃气轮机1还包括用于液压间隙调节的装置20，该装置20被设计为沿轴向移位燃气轮机转子10，该燃气轮机转子10连接压缩机11和膨胀涡轮14。
如上所述，燃气轮机转子10被移位为使得在所期望的调节过程中，涡轮叶片尖端(这里未示出)具有相对于膨胀涡轮14的内外壳壁更小的间隙间隔。间隙间隔的减小产生降低的流体动态损耗(沿着内表面流动的气体否则将不能有助于膨胀涡轮14中的膨胀做功)，使得提高燃气轮机1的功率输出。
因此，如果以部分负荷操作燃气轮机1，在同时操作用于液压间隙调节的装置20的情况下，可以经由燃料管线16增大到燃烧器13的燃料供给。根据实施方式，该增大由与连接到燃料管线16的燃料阀17协作的燃气轮机闭环控制单元40负责。同时，燃气轮机闭环控制单元40与用于液压间隙调节的装置20通信，与压缩机11的入口区域中的导叶调节设备30通信，并且与温度传感器19通信，该温度传感器19与燃气轮机1的排气流相互作用，使得可以由测量记录排气温度或涡轮出口温度。
根据实施方式，温度传感器19连接到传导从膨胀涡轮流出的排气的排气管线18中。
如果燃气轮机闭环控制单元40现在检测用于液压间隙调节的装置的激活或操作，或者如果燃气轮机闭环控制单元40启动用于液压间隙调节的装置20的操作，则到燃烧器13的燃料供给由燃料管线16中的燃料阀的适当调节来进行。具体地，增大燃料供给。
供给至燃烧器13的燃料的增加的启动根据实施方式特别是在记录与用于确定燃气15的温度的与燃气15的温度相关的物理操作参数时发生。具体地，这可以是导叶调节设备30的设置或凭借排气管线18中的温度传感器19记录的排气温度。
根据本发明的替代实施方式，还可以提供在用于液压间隙调节的装置20的操作期间另外设置燃气轮机1的导叶调节设备。
该变化例如还可以由燃气轮机闭环控制单元40鉴于闭环或开环控制来启动。
根据实施方式，燃气轮机闭环控制单元40还可以被设计为燃气轮机开环控制单元40。
两种形式的调节都要由燃气轮机闭环控制单元40来包含。
另外的实施方式将在子权利要求中找到。

Claims (7)

1.一种用于以部分负荷操作静态燃气轮机(1)的方法，所述静态燃气轮机(1)具有至少一个压缩机(11)、至少一个膨胀涡轮(14)以及燃烧室(12)，所述燃烧室(12)提供有至少一个燃烧器(13)，所述燃气轮机(1)还包括用于液压间隙调节的装置(20)，其中，所述方法具有以下步骤：
以部分负荷操作所述燃气轮机(1)；
操作所述用于液压间隙调节的装置(20)使得在所期望的调节过程中，所述膨胀涡轮(14)的涡轮叶片尖端具有相对于所述膨胀涡轮(14)的内外壳壁的更小的间隙间隔；
当操作所述用于液压间隙调节的装置(20)时，增大向所述燃烧器(13)的燃料供给，提高供给至所述膨胀涡轮(14)的燃气(15)的温度，其中，具体地，所述温度在针对额定负荷操作的预定温度上限以下。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
在增大所述燃料供给的同时或之后调节所述燃气轮机(1)的导叶调节设备(30)，以便另外提高所述燃气(15)的温度。
3.根据权利要求1和2中的任一项所述的方法，其特征在于：
另外包括以下步骤：
通过测量而记录与所述燃气(15)的温度相关的物理操作参数，以便确定所述燃气(15)的温度，以及在所述物理操作参数的所记录值超过预定限值时启动到所述燃烧器(13)的所述燃料供给的增大。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：
发生到所述燃烧器(13)的所述燃料供给和/或所述导叶调节设备(30)的设置，使得处于部分负荷的所述涡轮出口温度在处于额定负荷的所述涡轮出口温度以下。
5.根据权利要求2和4中的任一项所述的方法，其特征在于：
根据所述导叶调节设备(30)的设置而发生到所述燃烧器(13)的所述燃料供给的增大。
6.根据权利要求1-2和4中的任一项所述的方法，其特征在于：
根据环境温度和/或根据环境压力而发生到所述燃烧器(13)的所述燃料供给的增大。
7.一种静态燃气轮机(1)，所述静态燃气轮机(1)具有至少一个压缩机(11)、至少一个膨胀涡轮(14)以及燃烧室(12)，所述燃烧室(12)提供有至少一个燃烧器(13)，所述燃气轮机(1)还包括用于液压间隙调节的装置(20)，
其特征在于：它还包括燃气轮机闭环控制单元(40)，所述燃气轮机闭环控制单元(40)被设计为根据前述方法中的一个方法而操作所述燃气轮机(1)。
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