CN106321247A - 燃气涡轮冷却阶段运行方法 - Google Patents

燃气涡轮冷却阶段运行方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106321247A
CN106321247A CN201610505190.1A CN201610505190A CN106321247A CN 106321247 A CN106321247 A CN 106321247A CN 201610505190 A CN201610505190 A CN 201610505190A CN 106321247 A CN106321247 A CN 106321247A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cooling air
temperature
turbine
air stream
guide vane
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201610505190.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106321247B (zh
Inventor
C.M.罗布森
G.帕塔克
G.菲科恩
A.鲁伊特
G.卡塔迪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Energy Resources Switzerland AG
Ansaldo Energia Switzerland AG
Original Assignee
Energy Resources Switzerland AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Energy Resources Switzerland AG filed Critical Energy Resources Switzerland AG
Publication of CN106321247A publication Critical patent/CN106321247A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106321247B publication Critical patent/CN106321247B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F01D11/14Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing
    • F01D11/20Actively adjusting tip-clearance
    • F01D11/24Actively adjusting tip-clearance by selectively cooling-heating stator or rotor components
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12Cooling of plants
    • F02C7/16Cooling of plants characterised by cooling medium
    • F02C7/18Cooling of plants characterised by cooling medium the medium being gaseous, e.g. air
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D21/00Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/04Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D21/00Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for
    • F01D21/04Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for responsive to undesired position of rotor relative to stator or to breaking-off of a part of the rotor, e.g. indicating such position
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D21/00Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for
    • F01D21/12Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for responsive to temperature

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

本申请描述一种在冷却阶段期间运行燃气涡轮(1)的方法。燃气涡轮(1)提供压缩机(2)、在压缩机(2)下游的燃烧器(4),以及在燃烧器(4)下游的涡轮(6),其中涡轮(6)提供涡轮导叶架(50)。方法包括以下步骤:将冷却空气流(10,20,30)从压缩机(2)馈送到涡轮导叶架(50),测量冷却空气流(10,20,30)的温度,以及测量涡轮导叶架(50)的温度。在该方法中,当涡轮导叶架(50)的温度低于冷却空气(10,20,30)的温度时,冷却空气流(10,20,30)以第一流率馈送,并且当涡轮导叶架(50)的温度高于冷却空气(10,20,30)的温度时,冷却空气流(10,20,30)以第二流率馈送,其中,第一流率大于第二流率。还描述了方法和燃气涡轮的各种实施例。

Description

燃气涡轮冷却阶段运行方法
技术领域
本公开涉及运行燃气涡轮的方法,并且特别是涉及在冷却阶段期间运行燃气涡轮的方法。
背景技术
转子和定子的系统(诸如燃气涡轮)一般需要在旋转部件和固定部件之间留下空隙,以提供间隙和避免刮擦。但是,提供空隙会引起通过空隙的泄漏。由于通过这样的空隙的泄漏会降低燃气涡轮中的效率,所以普遍想要最大程度地减小燃气涡轮中的这些间隙空隙的大小。
各种因素可在建立间隙要求中起一定作用,包括在燃气涡轮中经历的较大的温度变化。这些温度变化可导致大量热膨胀,而且这可由于使用热膨胀系数不同的材料,以及由于不同部件的冷却速率差异而变得更复杂。
间隙在其中起重要作用的一个示例是在燃气涡轮的涡轮中的转子和包围转子的定子之间;即,一方面在转子和叶片之间,另一方面在涡轮导叶架和叶片之间。已经理解的是,可作出使得能够在这方面减小间隙的改进。
发明内容
在独立权利要求中限定本发明,现在应当参照独立权利要求。在从属权利要求中阐述本发明的有利特征。
根据第一方面,提供一种在冷却阶段期间运行燃气涡轮的方法,燃气涡轮提供压缩机、在压缩机下游的燃烧器,以及在燃烧器下游的涡轮,涡轮提供涡轮导叶架,该方法包括以下步骤:将冷却空气流从压缩机馈送到涡轮导叶架,测量冷却空气流的温度,以及测量涡轮导叶架的温度,其中,当涡轮导叶架的温度低于冷却空气的温度时,冷却空气流以第一流率馈送,以及其中,当涡轮导叶架的温度高于冷却空气的温度时,冷却空气流以第二流率馈送,其中,第一流率大于第二流率。
此方法可在冷却阶段期间用较冷的空气流来减少或最大程度地减少涡轮导叶架的冷却,并且可因此在冷却阶段期间(特别是在燃气涡轮的转子盘车的第一小时期间)慢慢冷却涡轮导叶架,这可允许减小涡轮中的叶片和导叶两者的工作间隙(例如叶片1间隙减小高达0.5mm),并且提高燃气涡轮性能。更特别地,冷却速率减小可允许增加窄点(pinchpoint)间隙,这意味着工作间隙可减小,以使窄点间隙回到其之前的水平(即,保持相同的刮擦风险,但稳态工作间隙减小)。由于泄漏减少,此方法可提高燃气涡轮性能。此方法还可提供控制涡轮导叶架温度的简单且廉价的方法,而且可以低成本显著地提高性能。例如,可提供比使用外部媒价进行主动间隙控制措施更简单且更廉价的控制方法。
优选地,冷却空气流通过冷却单元从压缩机馈送到涡轮导叶架。优选地,冷却空气流通过直通冷却器从压缩机馈送到涡轮导叶架。此方法可使用冷却单元(诸如直通冷却器(OTC))中的余热来降低涡轮导叶架冷却的速率。
优选地,使用风扇将冷却空气流引导通过冷却单元。此方法可增加从冷却单元到涡轮导叶架的冷却空气流,并且可因此提高从冷却单元到涡轮导叶架的热传递。
优选地,冷却空气流是第一冷却空气流,并且第二冷却空气流也从压缩机馈送到涡轮导叶架,以及其中,第一冷却空气流从压缩机中的第一点馈送,并且第二冷却空气流从压缩机中的第二点馈送,第一点在流体流方向上在第二点的下游。优选地,测量包括测量第二冷却空气流的温度,并且当涡轮导叶架的温度低于第二冷却空气流的温度时,第二冷却空气流以第一速率馈送,其中,当涡轮导叶架的温度高于第二冷却空气流的温度时,第二流以第二速率馈送,以及其中,第一速率大于第二速率。以此方式馈送第二流可进一步减慢涡轮导叶架的冷却。
优选地,第二冷却空气流还馈送通过冷却单元。此方法可通过进一步减慢涡轮导叶架的冷却来进一步加强上面略述的优点。
优选地,监测涡轮内的间隙,以及其中,冷却空气流的流率仅在间隙低于设定最小间隙时才从第一速率变成第二速率。此方法可允许仅在必要时控制流率。
优选地,通过直接测量冷却空气流的温度来测量冷却空气流的温度,或者通过测量燃气涡轮参数和估计冷却空气流的温度来间接测量冷却空气流的温度。优选地,燃气涡轮参数是不同的燃气涡轮构件的温度或者自从燃气涡轮的冷却阶段开始以来的时间。这些方法允许监测或估计有关温度。
第二方面,提供在压缩机下游的燃烧器、在燃烧器下游的涡轮,以及构造和布置成执行上面描述的方法的控制器,涡轮提供涡轮导叶架。
附图说明
现在将仅以示例的方式且参照附图来描述本发明的实施例,其中:
图1显示其中可执行本发明的方法的燃气涡轮的横截面;以及
图2显示图1的涡轮的更多细节的横截面。
部件列表
1燃气涡轮
2压缩机
4燃烧器
6涡轮
8流体流方向
10低压冷却空气
12低压阀
20中压冷却空气
22中压阀
30高压冷却空气
32高压阀
34冷却单元
36冷却单元控制阀
40控制器
50涡轮导叶架
52导叶
54叶片
56转子
60隔板
62支承件。
具体实施方式
参照图1描述燃气涡轮1。燃气涡轮1包括压缩机2、在压缩机2下游的燃烧器4和在燃烧器4下游的涡轮6。
空气流到压缩机2中,空气在其中被压缩,发送到燃烧器4且在燃烧器4中与燃料混合。由于燃烧器4中的空气-燃料混合物燃烧而产生的热气发送到涡轮6且在涡轮6中膨胀。虚箭头8显示通过压缩机2的空气和通过涡轮6的热气的大体流向。这个流体流方向8还对应于燃气涡轮1的轴线方向。
为了冷却,压缩机中的空气的一部分在三个位置处放出,从而使得管引导第一、第二和第三冷却空气流,即,分别为高压冷却空气30、中压冷却空气20和低压冷却空气10。各个管具有控制阀,即,第一或高压控制阀32、第二或中压控制阀22和第三或低压控制阀12。这些控制阀12、22、32可手动控制,或者通过使用可选的控制器40控制。
可选地,可使用冷却单元34(诸如直通冷却器)来冷却高压冷却空气30的一部分或全部。可另外提供相关联的冷却单元控制阀36来控制通过冷却单元的流;控制阀36可手动地操作或者用控制器40操作。
三个冷却空气流10、20、30馈送到涡轮6,在图2中更详细地显示涡轮6。涡轮包括涡轮导叶架50,导叶52附连到涡轮导叶架50上。叶片54布置在导叶之间,其中叶片附连到转子56上。
不同的冷却空气流处于不同的压力,并且被隔板60和支承件62保持分开。然后冷却空气10、20、30进入涡轮导叶架。高压冷却空气30馈送到涡轮的高压端,中压冷却空气20馈送到涡轮的中间,并且低压冷却空气10馈送到涡轮的低压端。
当在使用中时,燃气涡轮典型地进行其中它们关闭,打开,然后再关闭的循环。它们可以不同的负载工作,诸如全负载(100%的负载)、80%的负载,或者其它负载水平,而且可在使用期间在不同的负载之间切换。取决于功率需求,一些燃气涡轮可频繁地打开和关闭,或者在负载水平之间切换,而其它燃气涡轮则以全负载工作达延长的时段。本文描述的发明不局限于特定工作模式。
为了示出本申请中描述的发明,将描述简单循环,其中可清楚地看到本发明的作用。在这个循环中,燃气涡轮从冷态(即,其中所有部件都处于大约环境温度(例如大约25摄氏度)的状态)打开为全负载。然后燃气涡轮以全负载工作达延长的时段(足以达到稳态,这取决于涡轮的大小,但典型地介于6小时和72小时之间),然后关闭。
在相同负载水平下恒定(或几乎恒定)地使用延长时段(典型地至少几小时的时期)之后,燃气涡轮中的各种部件达到稳态温度。这些温度在不同的构件之中有很大不同,甚至在同一构件中也是不同的,但只要燃气涡轮继续在相同状态下工作,温度就保持基本恒定。这个状态称为稳态,而在稳态工作期间,涡轮导叶架和叶片之间的间隙(最小距离)就是稳态工作间隙。
当燃气涡轮停机时,燃气涡轮开始从工作速度减速,并且燃气涡轮的各种部件的温度开始降低。在这个冷却阶段中,冷却在所有构件中不是以相同速率发生的。大体上,构件的表面积-质量比较小会使得冷却较慢。诸如材料的热容量的其它因素也可能有关。
在涡轮中,导叶和叶片将较快速地变冷,涡轮导叶架将慢地变冷,并且转子将甚至更慢地变冷。因此,导叶、叶片和涡轮导叶架的大小将比转子的大小缩小得更快。相对于转子,涡轮导叶架大体进一步比导叶和叶片收缩得更厉害,这表示在叶片和导叶和转子和涡轮导叶架之间没有额外间隙的情况下,叶片和导叶在冷却期间可影响涡轮导叶架和转子(即,定子和转子可碰撞)。这可引起损伤且应当避免。由于不同的燃气涡轮构件的冷却速度不同,间隙因此在冷却阶段的至少一部分期间减小。因此间隙在冷却阶段期间是最小的。如果燃气涡轮在最小冷却阶段间隙时重新开始,则出现间隙在燃气涡轮循环期间处于其最小可行值的点(窄点)。在启动前不久,仅热效应帮助减小间隙。在启动后不久,一旦转子以高速或全速工作,离心力引起的弹性膨胀就延长转子和叶片的径向长度,从而进一步减小相对于涡轮导叶架和导叶的间隙。因此,窄点间隙在冷却阶段间隙为最小时启动后不久就出现。
在冷却阶段期间运行燃气涡轮的方法提供压缩机、在压缩机下游的燃烧器,以及涡轮,涡轮提供燃烧器下游的涡轮导叶架,方法包括以下步骤:将冷却空气流从压缩机馈送到涡轮导叶架。它还包括以下步骤:测量冷却空气流的温度和涡轮导叶架的温度。当涡轮导叶架的温度低于冷却空气的温度时,冷却空气流以第一流率馈送,并且当涡轮导叶架的温度高于冷却空气的温度时,冷却空气流以第二流率馈送。第一流率大于第二流率。
现在参照图1和2中的燃气涡轮来描述方法的示例。在这个示例中,三个冷却空气流10、20、30从压缩机2馈送到涡轮6。冷却空气流可由控制阀12、22、32控制。一部分或全部高压冷却空气流30可引导通过冷却单元34,诸如直通冷却器。在涡轮6中,冷却空气流引导到涡轮导叶架50。
如上面论述的那样,在使用期间,燃气涡轮可不断地工作一段时期,而且在足够长的时间之后,燃气涡轮达到稳态。在燃气涡轮停机之后,各种部件和冷却空气流在冷却阶段期间以不同的速率变冷。特别地,随着燃气涡轮开始从工作速度减速,冷却空气温度可快速降低,并且在火焰熄灭之后马上比涡轮导叶架温度更冷。这个冷却空气仍然馈送到涡轮导叶架50。在正常运行期间,合乎需要的是冷却涡轮导叶架,但如上面论述的那样,在冷却阶段期间不再是这种情况。在这时,优选的是试图降低涡轮导叶架的冷却速率,至少降低到保持涡轮中(转子和定子之间)需要的最小间隙的冷却速率。这可减小稳态工作间隙和窄点间隙之间的差异。
可通过例如监测中压冷却空气20的温度和主涡轮导叶架50的温度,然后当涡轮导叶架的温度低于中压冷却空气的温度时,以第一速率(第一流率)将中压冷却空气20馈送到涡轮导叶架50,以及当涡轮导叶架的温度高于冷却空气的温度时,以第二速率(第二流率)馈送中压冷却空气,来实现冷却流率减小。第一速率应当大于第二速率;然后这与其中简单地保持第一速率,而不管冷却空气和涡轮导叶架的相对温度如何的方法相比,将降低涡轮导叶架冷却的速率。
与监测温度和调节中压冷却空气的流率一起或替代监测温度和调节中压冷却空气的流率,可监测温度和调节高压冷却空气的流率。特别地,然后包括冷却单元会提供降低涡轮导叶架的冷却速率的另一种可能性。诸如直通冷却器的冷却单元可具有相当大的热惯量,并且可因此比例如叶片和导叶冷却得更慢。因此,诸如直通冷却器的冷却单元在停机之后可在相当长的时期(例如几个小时)里保持比涡轮导叶架更热。
因此实施例包括馈送冷却流(诸如高压冷却流)通过冷却单元,诸如直通冷却器。这可对涡轮导叶架提供比在没有冷却单元提供额外热的情况下可行的更热的冷却空气,并且从而可使涡轮导叶架的冷却减慢。
虽然仅显示了高压冷却流被引导通过冷却单元,但诸如中压冷却空气的其它流也可以相同方式引导通过冷却单元。在这种情况下,中压冷却空气大体将仅引导通过冷却单元,以在冷却阶段期间加热冷却空气,并且不以别的方式引导通过冷却单元。
在另一个实施例中,可使用风扇来引导冷却空气流(诸如高压冷却流)通过冷却单元。这可提高流率。风扇可在冷却单元34的上游和控制阀36的下游,但更一般地,它可在压缩机2和涡轮6之间的冷却单元34的上游或下游的任何地方。在一些实施例中,风扇仅在冷却空气流的温度高于涡轮导叶架的温度时才打开,或者在冷却空气流的温度比涡轮导叶架的温度高至少某个值(例如20或50摄氏度)时才打开。另外或备选地,风扇仅在测量到冷却单元的热惯量足够大时基于一个或多个燃气涡轮参数才打开。
在另一个实施例中,监测涡轮内的间隙,并且冷却空气流的流率仅在间隙低于设定最小间隙时才从第一速率变成第二速率。例如,监测定子的一部分和转子的一部分之间的间隙,诸如在涡轮导叶架和相邻叶片之间或者在导叶和转子之间。可监测超过一个间隙;例如,可监测叶片1和2的间隙。叶片1在流体流方向8上是第一叶片(最上游叶片),并且叶片2在流体流方向8上是第二叶片。
在一个示例中,在使用期间,低压冷却空气处于大约2巴,中压冷却空气处于大约10巴,并且高压冷却空气处于大约20巴。
在一个示例中,在火焰熄灭之后一小时,温度涡轮导叶架为大约200至400摄氏度,叶片和导叶处于0和200摄氏度之间,并且转子处于300和600摄氏度之间。这些构件的不同部件处于不同的温度;例如,转子中心附近的温度比转子的邻近叶片的外表面热得多。
当流减少时,通过使用流管中的控制阀,诸如控制阀12、22、32、36,来简单地减少流。这将使得来自压缩机的冷却流减少。作为减少来自压缩机的冷却流的备选方案或者补充方案,冷却流可通过其中排出的溢流阀可设置在控制阀12、22、32、36上游的冷却流管中。另一个选择将是提供控制阀12、22、32,它们可将一些流或所有流引导到涡轮6,而且如果需要的话也可直接排出一些或全部冷却空气,直接排出或者通过专用排气孔排出。
在提供多个不同的冷却空气流的情况下,诸如在图1中的示例中,可按不同的方式设立不同的冷却空气流。例如,不同的冷却空气流可具有不同的排气系统或不同类型的控制阀。不同设计的一个可行动力是冷却空气压力和温度有差异。
流率可能会有相当大的变化。流减少可引起部分减少或完全减少到最小允许流(例如由于其它燃气涡轮要求或约束的原因),或者减少到完全没有流。控制可为动态的,其中流率提高,或者流率降低,然后再次提高。
流率可部分地由其它燃气涡轮要求规定;例如,最小流对于对其它构件提供冷却可为必要的。因此,流差异可能相当大,或者可能较小。在一个极端情况下,当冷却空气比涡轮导叶架更热时,冷却空气流以标称或最大流率(100%,所以是可在给定的放气点或多个放气点处从压缩机取出的所有可用冷却空气)馈送到涡轮导叶架,而当冷却空气比涡轮导叶架更冷时,无冷却空气流(0%)。较小的变化可允许例如从最大值的80%或更大减小到最大值的30%或者更小,或者从最大值的100%减小到90%或更小。甚至仅百分之几的变化都可帮助降低涡轮导叶架冷却速率。
当测量温度时,可连续测量温度,或者可间歇地测量。在冷却阶段期间的一段时间里测量温度,例如在整个冷却阶段中测量或者在冷却阶段的第一部分里测量,例如如果已经知道将仅在冷却阶段的第一部分期间使用本文描述的方法的话。
可直接或间接地测量温度。直接测量将典型地包括直接测量温度的探测器或传感器,例如在冷却空气流馈送通过其中的管内部的传感器,或者附连到涡轮导叶架上的传感器。在直接测量中,可采取各种形式,在下面给出示例。也可使用直接测量组合,间接测量或直接和间接测量两者。
在间接温度测量的一个示例中,可测量不同的燃气涡轮参数,诸如另一个燃气涡轮构件(诸如压缩机的一部分)的温度,并且将它用来估计冷却空气流的温度。类似地,可测量接近或靠近涡轮导叶架温度的构件的温度,并且将它用来估计涡轮导叶架温度。备选地,可基于自从火焰熄灭以来的时长来估计冷却空气流的温度和涡轮导叶架的温度中的至少一个,例如基于对在测试期间获得的温度行为的了解。
在间接温度测量的另一个示例中,可知道在冷却阶段的第一部分(例如三个小时)之后,冷却空气将始终比涡轮导叶架更冷,其中不再需要主动监测冷却空气和涡轮导叶架温度。这可认为是基于不同的燃气涡轮参数(在这种情况下,自从火焰熄灭以来的时长)的间接温度测量。在这种示例中,冷却空气流可只是留在降低的流水平(相对于当冷却空气比涡轮导叶架更热时),而不直接监测温度。
类似地,可知道在火焰熄灭之后的第一时期期间,冷却空气始终比涡轮导叶架更热,并且因此在这个初始时期期间,基于时间而非直接温度测量,冷却空气流可只是留在最大流水平。
在间接温度测量的另一个示例中,监测第一冷却空气流和第二冷却空气流的温度。当第一冷却空气流和第二冷却空气流的温度相同时,第一冷却空气流和第二冷却空气流中的至少一个流减少。更大体而言,这在这样的实施例中可为合适的,即,其中,已知例如由于前面的测量的原因,当两个不同的流达到相同温度时的时间点将在冷却流已经达到低于涡轮导叶架温度的温度所处的时间点的后面。这对于上面描述的高压冷却流和中压冷却流可为合适的。
也可使用各种其它测量和测量组合作为间接测量,诸如功率输出、压缩机或涡轮的旋转速度或冷却流的压力的测量。
冷却空气流(例如高压冷却空气流30)可从压缩机2中的一个或多个点中抽出。通常,当提供了不止一个抽出点时,所有抽出点都在压缩上的同一轴向点处,并且抽出点围绕压缩机的周边均匀地散布,但也可使用其它布置。
燃气涡轮的关闭以燃气涡轮的停转开始(也称为停机或火焰熄灭)。燃气涡轮停转会使冷却阶段开始。冷却阶段是从火焰熄灭直到燃气涡轮完全冷却(所有构件都要处于大约环境温度,例如大约25摄氏度)的阶段。冷却阶段的时长取决于各种因素,包括燃气涡轮的大小,而且对于大型燃气涡轮来说可能是一周。
窄点是燃气涡轮循环中的间隙为最小的点。大体在燃气涡轮设计期间设定窄点间隙。燃气涡轮叶片的最小容许工作间隙由窄点间隙和稳态工作间隙之间的差设定。
图中显示的燃气涡轮仅意于作为示例,而且意于提供各种相关构件的有关位置的一般想法,以帮助使本发明直观化。因而,图未必显示所显示的各种部件的确切形状或位置。
本申请中的发明主要设想在用于产生功率的重型燃气涡轮中使用,但也可在其它类型的燃气涡轮中使用。可对现有燃气涡轮进行改造,以提供上面描述的设备和执行上面描述的方法。本发明也可在其它类型和变型的燃气涡轮上执行,例如,在图1中显示单轴燃气涡轮,但上面描述的本发明也可在多轴燃气涡轮上实现。
显示了冷却单元34仅冷却高压冷却空气30,但在一些设备和方法中,其它冷却空气流也可部分地或全部发送通过冷却单元。也可提供多个冷却单元,例如用于高压冷却空气的两个或更多个冷却单元,或者用于另一个冷却空气流(诸如中压冷却空气)的另一个单独的冷却单元。
控制阀32可看作是对冷却单元34提供旁路。在一些实施例中没有旁路,而且冷却空气流将始终被引导通过冷却单元。
控制器40可为独立控制器或控制系统,或者可为较大的系统的一部分,较大的系统包括用于其它装备(诸如燃气涡轮的其它部件或相关联的动力装置的一部分)的控制元件。
描述了冷却空气,但该方法也可用于其它流体。
在图1中显示用于冷却空气的三个放气点,但可提供一个、两个、四个或更多个放气点。类似地,在图2中显示四个导叶和四个叶片,但也可提供其它数量的导叶和叶片,并且不同构造的隔板60和支承件62是可行的。
对所描述的实施例的各种修改是可行的,并且本领域技术人员将想到这些修改,而不偏离由所附权利要求限定的本发明。

Claims (10)

1.一种在冷却阶段期间运行燃气涡轮(1)的方法,所述燃气涡轮(1)提供压缩机(2)、在所述压缩机(2)下游的燃烧器(4),以及在所述燃烧器(4)下游的涡轮(6),所述涡轮(6)提供涡轮导叶架(50),所述方法包括以下步骤:
将冷却空气流(10,20,30)从所述压缩机(2)馈送到所述涡轮导叶架(50),
测量所述冷却空气流(10,20,30)的温度,以及
测量所述涡轮导叶架(50)的温度,
其中,当所述涡轮导叶架(50)的温度低于所述冷却空气(10,20,30)的温度时,所述冷却空气流(10,20,30)以第一流率馈送,以及
其中,当所述涡轮导叶架(50)的温度高于所述冷却空气(10,20,30)的温度时,所述冷却空气流(10,20,30)以第二流率馈送,
其中所述第一流率大于所述第二流率。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述冷却空气流(10,20,30)通过冷却单元(34)从所述压缩机馈送到所述涡轮导叶架。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述冷却空气流(10,20,30)通过直通冷却器从所述压缩机馈送到所述涡轮导叶架(50)。
4. 根据权利要求2所述的方法,其特征在于,使用风扇来引导所述冷却空气流(10,20,30)通过所述冷却单元(34)。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法,其特征在于,所述冷却空气流是第一冷却空气流(30),并且第二冷却空气流(10,20)也从所述压缩机(2)馈送到所述涡轮导叶架(50),以及
其中,所述第一冷却空气流(30)从所述压缩机(2)中的第一点馈送,并且所述第二冷却空气流(10,20)从所述压缩机(2)中的第二点馈送,所述第一点在流体流方向上在所述第二点的下游。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,测量包括测量所述第二冷却空气流(10,20)的温度,以及
当所述涡轮导叶架(50)的温度低于所述第二流冷却空气(10,20)的温度时,所述第二冷却空气流(10,20)以第一速率馈送,
其中,当所述涡轮导叶架(50)的温度高于所述第二流冷却空气(10,20)的温度时,所述第二流以第二速率馈送,以及
其中,所述第一速率大于所述第二速率。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,监测所述涡轮(6)内的间隙,以及其中,所述冷却空气流(10,20,30)的流率仅在所述间隙低于设定最小间隙时才从所述第一速率变成所述第二速率。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,通过直接测量所述冷却空气流(10,20,30)的温度来测量所述冷却空气流(10,20,30)的温度,或者通过测量燃气涡轮参数和估计所述冷却空气流(10,20,30)的温度来间接测量所述冷却空气流(10,20,30)的温度。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述燃气涡轮参数是不同的燃气涡轮构件的温度或自所述燃气涡轮(1)的冷却阶段开始以来的时间。
10.一种燃气涡轮(1),包括压缩机(2)、在所述压缩机(2)下游的燃烧器(4)、在所述燃烧器(4)下游的涡轮(6),以及构造和布置成执行权利要求1所述的方法的控制器(40),所述涡轮(6)提供涡轮导叶架(50)。
CN201610505190.1A 2015-07-02 2016-06-30 燃气涡轮冷却阶段运行方法 Active CN106321247B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP15175098.1 2015-07-02
EP15175098.1A EP3112607B1 (en) 2015-07-02 2015-07-02 Gas turbine cool-down phase operation methods

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106321247A true CN106321247A (zh) 2017-01-11
CN106321247B CN106321247B (zh) 2020-12-22

Family

ID=53510736

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610505190.1A Active CN106321247B (zh) 2015-07-02 2016-06-30 燃气涡轮冷却阶段运行方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10316752B2 (zh)
EP (1) EP3112607B1 (zh)
CN (1) CN106321247B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108625991A (zh) * 2017-03-22 2018-10-09 安萨尔多能源瑞士股份公司 燃气涡轮发动机及用于冷却所述燃气涡轮发动机的方法
CN111140374A (zh) * 2018-11-05 2020-05-12 劳斯莱斯有限公司 用于气体涡轮引擎的控制系统

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180334962A1 (en) * 2017-05-22 2018-11-22 United Technologies Corporation Active bleed flow modulation
US11459906B2 (en) * 2017-05-22 2022-10-04 Raytheon Technologies Corporation Actively-driven bleed source switching
US10641121B2 (en) * 2017-07-24 2020-05-05 Rolls-Royce North American Technologies Inc. Gas turbine engine with rotor tip clearance control system
DE102017216119A1 (de) 2017-09-13 2019-03-14 MTU Aero Engines AG Gasturbinenverdichtergehäuse
DE102018214752A1 (de) * 2018-08-30 2020-03-05 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Betrieb einer Gasturbine

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6487863B1 (en) * 2001-03-30 2002-12-03 Siemens Westinghouse Power Corporation Method and apparatus for cooling high temperature components in a gas turbine
WO2004097181A1 (en) * 2003-04-30 2004-11-11 Pratt & Whitney Canada Corp. Hybrid turbine blade tip clearance control system
US20080069683A1 (en) * 2006-09-15 2008-03-20 Tagir Nigmatulin Methods and systems for controlling gas turbine clearance
CN102094713A (zh) * 2009-01-29 2011-06-15 通用电气公司 减少关机期间来自燃气涡轮机的热损失的系统和方法
CN103089339A (zh) * 2011-10-31 2013-05-08 通用电气公司 用于燃气涡轮机的主动间隙控制系统和方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62182444A (ja) * 1986-02-07 1987-08-10 Hitachi Ltd ガスタ−ビン冷却空気制御方法及び装置
US6626635B1 (en) * 1998-09-30 2003-09-30 General Electric Company System for controlling clearance between blade tips and a surrounding casing in rotating machinery
US6401460B1 (en) * 2000-08-18 2002-06-11 Siemens Westinghouse Power Corporation Active control system for gas turbine blade tip clearance
EP1293655A1 (en) * 2001-09-13 2003-03-19 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Gas turbine, driving method thereof and gas turbine combined electric power generation plant
JP3684208B2 (ja) * 2002-05-20 2005-08-17 株式会社東芝 ガスタービン制御装置
US8015826B2 (en) * 2007-04-05 2011-09-13 Siemens Energy, Inc. Engine brake for part load CO reduction
JP5297114B2 (ja) * 2008-08-06 2013-09-25 三菱重工業株式会社 ガスタービン
US9003807B2 (en) * 2011-11-08 2015-04-14 Siemens Aktiengesellschaft Gas turbine engine with structure for directing compressed air on a blade ring
US9169782B2 (en) * 2012-01-04 2015-10-27 General Electric Company Turbine to operate at part-load
JP2016125355A (ja) * 2014-12-26 2016-07-11 株式会社東芝 タービン冷却装置
DE112016000551B4 (de) * 2015-01-30 2023-10-26 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Kühlsystem für eine gasturbine, damit versehene gasturbinenausstattung und teile-kühlverfahren für eine gasturbine
US20160326915A1 (en) * 2015-05-08 2016-11-10 General Electric Company System and method for waste heat powered active clearance control
US10119471B2 (en) * 2015-10-09 2018-11-06 General Electric Company Turbine engine assembly and method of operating thereof

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6487863B1 (en) * 2001-03-30 2002-12-03 Siemens Westinghouse Power Corporation Method and apparatus for cooling high temperature components in a gas turbine
WO2004097181A1 (en) * 2003-04-30 2004-11-11 Pratt & Whitney Canada Corp. Hybrid turbine blade tip clearance control system
US20080069683A1 (en) * 2006-09-15 2008-03-20 Tagir Nigmatulin Methods and systems for controlling gas turbine clearance
CN102094713A (zh) * 2009-01-29 2011-06-15 通用电气公司 减少关机期间来自燃气涡轮机的热损失的系统和方法
CN103089339A (zh) * 2011-10-31 2013-05-08 通用电气公司 用于燃气涡轮机的主动间隙控制系统和方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108625991A (zh) * 2017-03-22 2018-10-09 安萨尔多能源瑞士股份公司 燃气涡轮发动机及用于冷却所述燃气涡轮发动机的方法
CN111140374A (zh) * 2018-11-05 2020-05-12 劳斯莱斯有限公司 用于气体涡轮引擎的控制系统

Also Published As

Publication number Publication date
US20170002740A1 (en) 2017-01-05
EP3112607B1 (en) 2018-10-24
US10316752B2 (en) 2019-06-11
EP3112607A1 (en) 2017-01-04
CN106321247B (zh) 2020-12-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106321247A (zh) 燃气涡轮冷却阶段运行方法
KR101798806B1 (ko) 가스 터빈, 가스 터빈의 제어 장치, 가스 터빈의 냉각 방법
RU2552885C2 (ru) Способ работы энергетической установки с комбинированным циклом и установка для осуществления такого способа
RU2549003C2 (ru) Способ эксплуатации газотурбинной установки и газотурбинная установка для реализации данного способа
US9151182B2 (en) System and method for removing heat from a turbomachine
KR100592143B1 (ko) 가스 터빈 제어 방법
EP2708720B1 (en) Gas turbine and operating method thereof
RU2565469C2 (ru) Способ определения температуры на выходе камеры сгорания и способ управления газовой турбиной
JP2014139429A (ja) ガス・タービン・エンジンに対する能動的構成部品寿命管理のためのシステムおよび方法
US11530650B2 (en) Gas turbine engine with active variable turbine cooling
US8015824B2 (en) Method and system for regulating a cooling fluid within a turbomachine in real time
US10731666B2 (en) Impeller shroud with closed form refrigeration system for clearance control in a centrifugal compressor
EP3306043B1 (en) Combined cycle plant, device for controlling said plant and method for starting up said plant
JP2013057278A (ja) ガスタービン
US9617917B2 (en) Flow control assembly and methods of assembling the same
US10215059B2 (en) Active draft control for combined cycle power plant shutdown
JP5897180B2 (ja) ガスタービン
US11333070B2 (en) Gas turbine engine and methods of operating same
US11333073B2 (en) Gas turbine and the method of controlling bleed air volume for gas turbine
EP3369941A1 (en) Centrifugal compressor
US20170184033A1 (en) Method for the operation of a gas turbine by active hydraulic gap adjustment

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant