CN106460562A - 燃气轮机排气系统 - Google Patents

Abstract

一种发电系统（10）。固定的和可旋转的叶片（34、37）绕转子（8）定位，以从燃烧室（6）接收排放气体（46）并且赋予轴向速度分量。管道系统（48）的部段被定位成接收排放气体，并且具有中心过渡部分（80t），转子延伸到所述中心过渡部分（80t）中。所述管道系统的螺旋部分（80s）包括从中心部分向外延伸的螺旋形流动部段（80），以提供流动路径的螺旋部段，以远离中心部分运送排放气体。所述流动路径的沿所述螺旋形流动部段的部分可具有随着沿所述流动路径的位置变化而增加的剖面面积。所述螺旋部分被定位成将排气重定向为沿正交于转子的方向。

Description

燃气轮机排气系统

技术领域

本发明涉及发电系统，并且更具体而言，涉及采用燃气涡轮发动机的系统。虽然并不限于此，但本发明与联合循环系统（combined cycle system）特别相关。

背景技术

现代发电系统无论是单循环还是联合循环通常都采用燃气涡轮发动机。常规的是，提供相对较长的直的扩压器，来恢复离开涡轮叶片部段并且朝向HRSG或排气管（exhaust stack）流动的热的排放气体的压力。这需要使用所谓的热支杆（hot strut）（即，位于热排放气体的流动路径中的结构构件），以支撑扩压器，并且将转子负荷传递到地面。支杆在扩压器内和在排放气体的主流动路径中的这种放置导致压力损失并且在气流中引入扰动。当解决热问题时会导致附加的性能问题和设计复杂性。即，设计通常需要在支杆周围提供冷却空气以及防护以限制这些部件的温度或使用昂贵得多的材料。操作温度还使后部转子轴承（即，位于涡轮叶片部段的下游）经受高水平的热，所述高水平的热利用通过所述支杆或位于下游的一组附加的支杆中的端口注入的冷却空气抵消（offset）。冷却空气的量通过能够放置在流动路径中而不产生不可接受的气流阻塞的支杆的数量来限制。无法充分冷却部件还能产生转子偏心、裂缝或结构失效。

常规的设计还造成流体动力学中的其他问题。例如，当热的气体从叶片部段移动到HRSG中时从环状流到循环流（circular flow）的过渡需要短突型（dump-type）的扩压器部段。除了引起低效率之外，这还必须随之带来非常长的扩压器，以去除不期望的流部分（flow component）并且确保到HRSG中的均匀流。一些扩压器的设计采用非常长的中心体，所以在到达短突型扩压器之前流速变得非常慢。这减少了损耗，但产生其他问题，包括振动、因添加的材料引起的成本增加以及需要在热气流动路径中放置附加的支撑支杆。

现有设计构型的又一特征是需要减轻或基本上消除以基本负荷离开叶片部段的排放气体中的涡流。值得注意的是，设计成减少基本负荷下的涡流的系统呈现处于部分负荷下的涡流，从而引起低效率、流中的不稳定性以及可使零部件在HRSG中失效的问题。一般而言，减少涡流和强加其他要求不利地影响燃气涡轮发动机的性能，并且引入影响维护和成本的复杂性。例如，在后部转子轴承位于流动路径中的情况下，它更容易受到热的影响并且需要更多的维护。此外，对长扩压器的需要使得更难以接近后部转子轴承以进行维护。

需要找到消除这些缺点的替代性设计。否则，改善这些发动机的排气系统的性能的努力在最好的情况下也将是困难的。

附图说明

根据附图在下面的描述中解释本发明，这些附图示出了：

图1为图示了结合本发明的发电系统中的燃气涡轮发动机和其他部件的示意图；

图2为沿转子轴线所取的视图，其图示了图1的燃气涡轮发动机和相关联的排放扩散管道系统的特征；

图3提供了通过转子轴线所取的剖视图，其图示了形式为具有中心过渡部分和螺旋部分的涡壳（volute）的排放扩散管道系统的部段；

图4为与图1中所示的HRSG相关的排放扩散管道系统的垂直投影视图；

图5示意性地图示了主动叶片间隙控制系统的一部分；

图6示意性地图示了叶片间隙控制系统的转子调整子系统；

图7为绕图2中所示的发动机的涡轮部段中的一列示例性叶片定位的一系列间隙传感器的轴向视图；以及

图8A和图8B为根据本发明的设备布局的平面图。

贯穿附图，相同的附图标记被用于表示相同的部件。许多部件被示意性地图示，要理解的是，未示出显而易见的性质的各种细节、连接和部件，以便突出本发明的特征。附图中所示的各种特征未按比例示出，以便突出本发明的特征。

具体实施方式

在详细描述根据本发明的实施例的示例性方法、系统和部件之前，要注意的是，本发明主要属于部件和过程步骤的新颖的和非显而易见的结合。为了不以对于本领域技术人员而言将是显而易见的细节来掩盖本公开，特定的常规部件和步骤已被省略或以较少的细节呈现，而附图和说明书更详细地描述与理解本发明相关的元件和步骤。此外，下面的实施例不限定关于根据本发明的结构或方法的限制，而是提供示例，这些示例包括容许的而非强制性的以及说明性的而非穷尽性的特征。

参照图1，其示出了结合本发明的原理的示例性整体煤气化联合循环（IGCC）发电系统10。虽然本发明参照IGCC设备来描述，但概念适用于许多动力系统应用，一般包括联合循环系统以及包括利用燃气涡轮发动机的单循环系统。系统10包括许多公知的部件，包括燃气涡轮发动机1、热回收蒸汽发生器2（“HRSG”）、蒸汽轮机3以及冷凝器4。燃气涡轮发动机1包括压缩机6、耦接到转子8的涡轮叶片部段7以及燃烧室9。转子8连接叶片部段，以将动力传递至压缩机6和发电机24。燃烧室从源接收燃料，在此实施例中，所述源为气化系统12。

HRSG 2包括过热器13、蒸发器14、汽包18以及节约装置（economizer）16。蒸汽轮机3包括转子38，所述转子38安装用于在壳33内旋转，以便形成流动路径，其中，蒸汽行进穿过多个旋转叶片34和静叶片37以传递动力。

在操作中，压缩机6导入环境空气40，以提供加热的压缩空气的源，所述空气被送至燃烧室9，在那里，它与气体燃料42（例如，从气化系统12接收的合成气）反应。在反应中产生的热的压缩气体44沿排气流动路径45被导引至涡轮叶片部段7，在那里，它膨胀以在驱动压缩机和发电机24的转子8中产生机械功率。然后，膨胀气体46通过管道系统48沿循流动路径45从涡轮叶片部段7排出。管道系统48起扩散部段的作用，同时还将膨胀的排放气体46导引至HRSG 2。在HRSG中，气体46接连流过过热器13、蒸发器14和节约装置16。膨胀气体的一部分47也可被导引至其他部件，例如气化系统中的高温热交换器。在流动通过HRSG 2之后，冷却的膨胀气体46随后经由竖直排气管19排放到大气。在HRSG 2中，膨胀气体46将其热量的相当一部分传递给供给水，从而冷却气体并且使供给水转变成蒸汽。

除了燃气轮机1所排放的膨胀气体46之外，HRSG 2还从冷凝器4接收已通过泵20加压的供给水50的流。供给水首先流动通过节约装置16的传热管，在那里，它的温度升高至接近饱和温度。然后，来自节约装置16的加热的供给水被导引至汽包18。从汽包18，水循环通过蒸发器14的传热管，所述蒸发器14使供给水转变成饱和蒸汽52，所述饱和蒸汽52随后被导引至过热器13，在那里，蒸汽温度被升高至过热区域中，并且随后，所述饱和蒸汽52被提供给蒸汽室22，所述蒸汽室22将蒸汽分布至蒸汽轮机3的入口。

在蒸汽轮机3中，蒸汽54流动通过壳33并且流过多列旋转叶片34和静叶片37，图1中仅示出了所述多列旋转叶片34和静叶片37中的少数。在这种运动中，蒸汽54膨胀并且产生驱动转子38的轴功率，所述转子38又驱动第二发电机26。替代性地，蒸汽轮机的转子38能够沿燃气轮机的转子8一体地形成，以驱动单一的发电机。从蒸汽轮机3排出的膨胀的蒸汽58被导引至冷凝器4并且最终返回到HRSG 2。膨胀的蒸汽58中的一部分59可以被转移至气化系统12中的低温热交换器。

图2为位于水平地平面G之上的燃气涡轮发动机1的局部剖视图，其图示了示例性涡轮部段和排放管道系统的细节。涡轮叶片部段7包括四列7₁、7₂、7₃、7₄的固定和可旋转的叶片，其中，列7₄是最后的、最下游的列。除了沿流动路径45的轴向运动之外，排放气体46通过叶片列的运动还产生涡流（即，气体绕转子的旋转运动）。按照常规，在气体流动到扩压器部段中以恢复静压力之前，涡轮部段去除旋转部分（rotating component）。例如，叶片部段的最后一列中的翼型形状通常被设计成在排放气体46离开叶片部段之前或当排放气体46离开叶片部段时减少或消除涡流。这种涡流的去除给常规排气装置的扩压器部段提供了基本上轴向的流。本发明的实施例区别于这种布置结构，这部分是因为涡轮部段7不包括设计成减轻涡流的特征。具体而言，例如叶片列7₄的最后一个叶片列和其他叶片列中的任何叶片列都未设计成去除涡流，所述涡流否则由排放气体通过所述叶片列的运动引起。

叶片部段7和排放管道系统48被设计成恢复静压力，而不经历由去除或最小化涡流角引起的损失，所述涡流角即气流的周向速度矢量和轴向速度矢量之间的角度。如本文所用的，术语“周向”意指沿例如对应于外边界或其他周缘的所选周界。所述周缘可以是通过旋转叶片的末端或通过例如叶片围带（shroud）的沿涡轮机壳体的表面的内径所限定的路径。最小周向速度为可相对于排放气体的轴向流速来表示的速度，称为涡流角（swirlangle）。对系统10而言，示例性的最小涡流角为30°。

参照图2和图3，限定了叶片部段7和HRSG 2之间的流动路径的一部分的管道系统48接收到相对较短的扩压器部段74中的排放气体46的旋转部分，所述扩压器部段74将叶片部段7连接到形式为涡壳的管道系统48的部段80，所述涡壳具有：（i）中心过渡部分80t，转子8延伸到所述中心过渡部分80t中，并且所述中心过渡部分80t接收热排放气体；以及（ii）螺旋部分80s。参见通过转子8绕其转动的轴线A所取的图3的剖视图。

扩压器部段74具有径向内壁74i，其绕转子8轴向延伸并且延伸到管道系统48的部段80的中心过渡部分80t中。内壁74i使热排放气体46与转子和例如转子轴承之类的相关联的部件隔离。扩压器部段74的径向外壁74o沿发动机壳76的内侧并且远离转子延伸，从而给予扩压器部段74正则锥的截头锥体的形状。有利的特征在于流动路径45的螺旋段在正交于离开叶片部段7的流的方向的平面中沿螺旋部分80s延伸。参见图4。在叶片部段7产生例如30度的最小涡流速度的情况下，部段80被匹配成接收涡流的周向速度，以最佳地恢复静压力。在离开涡轮部段7之后，膨胀的排放气体46的涡流角以最小的干扰（disruption）继续进入到部段80的螺旋部分80s中。

形式为涡壳的部段80的一个实施例是图3中所示的涡旋形管道部段。螺旋形流动路径45在该部段80的螺旋部分80s内的部分远离与轴线A重合的部段80的中心轴线延伸。路径45通过螺旋部段80s界定的部分的剖面的面积随着路径从该轴线向外螺旋而增加。例如，螺旋部分80s绕靠近开口82的第一位置P1的剖面面积小于路径45绕第二位置P2的剖面面积，所述第二位置P2靠近螺旋部分80s过渡到图4中所示的锥形扩压器81中的位置。

部段80具有绕轴线A的中心开口82，所述中心开口82在两个同心的内部环形容积84i和外部环形容积84o中形成。转子8和相关联的机械部件延伸到内部容积84i中，而外部容积84o被定位在流动路径45中，以提供热排放气体46从扩压器部段74到螺旋部分80s中的过渡，流动路径45沿所述螺旋部分80s在部段80内延伸。扩压器部段74的内壁74i延伸到螺旋部分80中，从而使位于内部容积84i内的机械部件与流动通过外部容积84o的热排放气体46隔离。图3的轴向视图图示了内部容积84i和外部容积84o与流动路径沿部段80的螺旋部分80s的部分的关系。环形外部容积84o在附图中被示出为具有利用实线段和虚线的组合形成的圆形的形状，所述虚线指示了外部容积84o对部段80的螺旋部分80s开放。

再次参照图2，转子8的后部、即下游的端部86a被示出为轴颈位于冷轴承（coldbearing）88中。转子端部86a和轴承88二者都位于流动路径45外，并且作为示例，被定位在内部容积84i内，其中，扩压器部段的内壁74i使轴承和转子端部与流动路径隔离。尽管未示出，但转子端部86a和轴承88可通过隔热材料（insulation material）进一步与热流路径隔离，或可以接收经由支杆或下游的第二组支杆进入的冷却空气。

发动机1的相关联的负荷通过从地平面竖直向上延伸的柱90来支撑。可与柱90一体形成的轴承壳体92沿水平方向从柱延伸，以提供包含轴承88和转子端部86a的贮藏室。与常规的设计对比，柱90、轴承壳体92、轴承88和转子后端86a全部位于流动路径45外，而不是将所有的这些部件和支杆定位在发动机壳76内和热排放气流的路径中。通过将这种结构定位在流动路径外，减少或消除了维持热支杆和轴承的设计特征。

在发动机1的操作期间，环形外部容积84o用作通向螺旋部分80s的流动路径中的过渡段。这有利于排放气体46低阻抗地运动到螺旋部分80s中，流动路径45在部段80内沿所述螺旋部分80s延伸。当气体朝向排气管19流动通过螺旋部分80s时，存在排放气体46的周向速度分量的不间断的延续。

根据本发明的另一实施例，图5和图6图示了闭环的主动叶片间隙控制系统100，所述主动叶片间隙控制系统100有利地基于如图2中大致图示的轴承88、后部转子端部86a、轴承壳体92和发动机支撑柱90在流动路径外并且远离流动路径的定位，使得轴承不被热空气围绕并且不经受高温环境，否则这将作为热从排放气体46传递至轴承的结果而产生。在图示的实施例中，轴承88的至少后部对周围大气和相对冷的空气开放，而不是流动路径周围的管道系统。该构型简化了相对凉的油到轴承88的输送以及环境空气到壳体92中的供应。作为示例，图2图示了多对端口87、89。输油管线（未示出）能够通过端口87中的一个将油运送至轴承88，并且通过端口87中的另一个使油退出。另外的端口89能够允许环境空气被动或主动地流动到轴承壳体92中并且从中流出，以促进冷却。

图6提供了转子端部86a和轴承88的端视图，以图示叶片间隙控制系统100的转子调整子系统100a到轴承壳体92中的结合。具有至少两个自由度的U形的可移动板104被置于轴承壳体92和轴承88之间。如图中所示，具有与轴承的曲率半径匹配的曲率半径的板104可以靠着转子轴承88固定，使得所述板相对于轴承壳体92的移位导致轴承88和转子8二者相对于壳体92的运动。所述板被刚性地耦接到转子轴承88，并且可移动地耦接到轴承壳体以便在其中改变定位。在板104具有两个自由度的情况下，能够对板施加力，以使转子8在平面内沿任何方向移位，例如，在正交于转子轴线的平面中。可以利用电动或液压促动器来实现沿每个方向的运动。例如，沿平行于地平面G的水平轴线，两个水平液压促动器106、108可以被定位在板104的相反侧上，所以各自可以使板在沿水平轴线的两个相反方向中的一个上移位。位于板104之下的第三液压促动器110能够提升板（例如，相对于地平面沿竖直方向），或允许板朝向地平面的受控降低。尽管图示为具有U形形状，所述U形形状具有符合轴承88的外表面的曲率半径，但板104也可以是平坦的或具有另一形状并且固定至轴承88。

也参照图5，第四促动器112靠着后部转子端部86a定位，以使转子8沿上游轴向方向移位。类似地，第五促动器114靠着转子8的前部、即上游端部86f定位，以使转子沿下游轴向方向移位。为了说明的简单起见，图5中未示出前部转子端部86f所在的轴承壳体和轴承。

系统100包括多个间隙传感器118。在一个实施例中，一组传感器沿多个叶片列（例如，列7₁和列7₂）中的每一列放置，以测量叶片末端和围带之间的间隙。如图7中针对一个这样的列7_i示意性地图示的，四个间隙传感器118被安装成沿围带122九十度分开，以测量在该列中叶片末端128和围带122之间的间隙126。附加的传感器也可以沿压缩机级定位。传感器118可采用已知的技术，例如基于电容器的叶片末端间隙测量或光学叶片末端间隙测量。

系统100还包括控制器130，其从多个传感器118中的每一个经由数据线路132或射频传输接收来自传感器118的间隙信息。所述控制器周期性地处理来自所有传感器的数据，包括那些监测压缩机级的传感器，以确定间隙并且应用标准来确定是否调整任何间隙。调整通过控制器提供反馈回路来实现，所述反馈回路将调整信号发送给促动器中的一个或多个，直到间隙的确定确认满足标准。

通过采用如下管道系统，即：所述管道系统具有重定向流的中心过渡部分，继之以作为扩压器的扩展螺旋形的管道（例如，呈涡壳的形式），热气流能够转向九十度，即，相对于离开叶片部段的轴向流重定向。利用这种布置结构，支撑结构无需处于热排放气体的流动路径中。这去除了流干涉和冷却需求。它延长了许多部件的寿命并且改善了操作效率。

在轴承定位在螺旋形管道的中心区域中或管道以外的情况下（例如，在螺旋形管道位于轴承和叶片部段之间的情况下），轴承变得能够完全地和更容易地接近，从而降低了维护成本。此外，在某种程度上冷却空气对于维持后部轴承也是有益的，这能够被直接提供给部件，而不会不利地影响燃气轮机的性能。在从流动路径45除去了支杆的情况下，改善了部分负荷下的发动机的性能，这是因为消除了由支杆引起的高损耗。

由采用通过其热气流能够转向九十度的螺旋形管道而产生的另一特征与简单循环和联合循环发电系统二者相关。在简单循环系统中，螺旋形管道的出口能够高效地与排气管整合（或集成），从而降低了设备占用空间的整体尺寸和材料成本。在联合循环发电系统中，螺旋形管道能够与将流连接到例如图4中所示的HRSG的扩压器整合（或集成）。即，使用形式为涡壳的螺旋形管道提供了将离开叶片部段的环形流转变成均匀管道流的高效方式，从而降低了系统损耗，并且最小化了源于如设有短突型扩压器的突然转变的瞬时不稳定性。根据本发明的设计保留了在涡轮部段中产生的高水平的离开涡流，从而允许产生改善的操作效率的改善的涡轮机设计。

由采用通过其热气流能够在进入HRSG之前转向九十度的螺旋形管道而产生的又一特征在于能够使联合循环发电系统的布局区域更紧凑。在针对联合循环发电系统的常规布局中，燃烧室、叶片部段、扩压器级和HRSG全部与转子轴线共同对准。如图4的垂直投影视图中所示，本发明使得例如扩压器81的排放扩散管道系统能够沿垂直于轴线A的方向延伸，转子8绕所述轴线A转动。在这种布置结构的情况下，HRSG 2能够被定位成接收沿垂直于轴线A的方向行进的热排放气体46，并且HRSG不再需要与转子轴线A同轴对准。

在图8的视图中所示的实施例中，螺旋部段80s在垂直于轴线A并且远离轴线A的方向上沿平面延伸，其中，扩压器81完成供排放气体46到达HRSG 2的路径。此外，也如图3中所示，在例如借助于螺旋部段来插入螺旋形流动路径的情况下，具有涡流的排放气体无需在沿垂直于轴线A的单一平面的路径中行进。相反，螺旋部段80s和扩压器81二者能够被修改成沿循不限于垂直于轴线A的平面的弯曲的路径。这允许HRSG 2相对于轴线A以除九十度外的其他角度放置。作为示例，螺旋部段80s可从垂直于轴线A的平面中向外弯出，并且扩压器也可包括弯曲部，使得排放气体可沿弯曲的路径行进，所述弯曲的路径允许将HRSG放置在任意位置处，而不是相对于轴线A沿九十度方向。

图8A图示了扩压器沿垂直于轴线A的方向运送排放气体46的实施例。该"L"形布局构型使得能够以减小专用于工厂设备的地面面积的方式来实现多个联合循环系统140的聚集，所述多个联合循环系统140各自包括燃气涡轮发动机1、HRSG 2和蒸汽轮机3。例如，参见图8B中所示的简化的示意性布置结构，其中，两个联合循环系统140a、140b以矩形样式144定位，其中，所述两个联合循环系统140a、140b各自具有平行于另一轴线A的转子轴线A。此外，每个系统还包括沿垂直于每个轴线A的方向延伸的扩压器81，使得两个HRSG彼此对角相对，而两个燃气涡轮发动机1（各自包括涡轮叶片部段7）也彼此对角相对。被一对联合循环系统140a、140b围绕的矩形样式144的中心部段148被用于结合操作支持设备，包括例如靠近涡轮发动机1和HRSG 2的锅炉、泵和冷却油的储存器以及空气供应。

根据一系列实施例，已描述了一种发电系统，在所述发电系统中，燃气涡轮发动机包括燃烧室、叶片部段和转子，所述转子具有轴颈位于轴承中的第一端。叶片部段包括多列固定的和可旋转的叶片，以接收从燃烧室沿流动路径行进的热排放气体，以使转子转动。所述叶片部段赋予排放气体轴向速度分量和沿第一周向方向的旋转速度分量，所述第一周向方向绕界定流动路径在叶片部段下游的部分的周界。所述叶片部段被设计成提供至少三十度的沿所述周界在周向速度和轴向速度之间的最小涡流角。所述涡流角可以具有三十五度的最小值或四十度的最小值。排气管被定位成接收从叶片部段沿流动路径行进的排放气体。排气管被定向成在地平面之上沿竖直方向排放排气。管道系统的部段包括：（i）中心过渡部分，转子延伸到所述中心过渡部分中，所述部分接收热排放气体；以及（ii）螺旋部分，其包括从中心部分向外延伸的螺旋形流动部段，以提供流动路径的螺旋部段，以远离中心部分运送热排放气体。流动路径沿螺旋形流动部段的部分具有随着沿流动部段的位置变化而增加的剖面面积。

还已描述了发电系统的一个实施例，具有具有燃烧室、转子、多个固定的和可旋转的叶片以及排放管道系统的部段。所述固定的和可旋转的叶片绕转子定位，以从燃烧室接收排放气体，并且相对于远离叶片的第一流动方向赋予气体轴向速度分量。所述管道系统的部段包括中心过渡部分和螺旋部分。所述转子延伸到所述中心过渡部分中。所述中心过渡部分被定位成接收从叶片部段流动的热排放气体。所述螺旋部分包括从中心部分向外延伸的螺旋形流动部段，以提供流动路径的螺旋部段。这远离中心部分运送热排放气体。流动路径沿螺旋形流动部段的部分具有随着沿流动部段的位置变化而增加的剖面面积。所述螺旋部分被定位成将排气重定向为沿正交于第一流动方向的方向。扩压器可以被定位在所述多个叶片和管道系统的中心过渡部分之间。扩压器还可以被定位在管道系统的螺旋部分和HRSG之间。

根据用于改善具有燃气涡轮发动机的发电系统的性能的相关方法的实施例，三十度的最小涡流角被赋予沿流动路径离开发动机的叶片部段的排放气体。管道系统的部段被设置成具有中心过渡部分和螺旋部分。转子延伸到所述中心过渡部分中。中心过渡部分还接收热排放气体。螺旋部分包括从转子轴线向外延伸的螺旋形流动部段。管道系统的所述部段被定位成将螺旋部段设置在流动路径中，以沿正交于转子轴线的方向远离中心过渡部分运送热排放气体。

根据另一系列实施例，一种燃气涡轮发动机包括调整旋转和固定部件之间的间隙的控制系统。所述发动机包括定位成用于绕轴线旋转的转子、涡轮叶片部段和轴承壳体。所述涡轮叶片部段具有绕转子定位的多列固定的和可旋转的叶片，以接收沿流动路径行进的排放气体，以使转子转动。所述转子具有在流动路径以外延伸的后端。所述轴承壳体被定位在流动路径外。轴承被定位在壳体中和流动路径外，其中，转子的后端轴颈位于轴承中。柱被定位在流动路径外，以支撑轴承壳体、后部转子端部和发动机的其他部件。调整系统被定位在流动路径外，其提供至少两个自由度，以改变后部转子端部的定位，并且由此，改变可旋转的叶片末端和固定部件之间的间隙。

根据再一系列实施例，描述了一种用于发电系统中的间隙调整系统，所述发电系统包括具有沿中心轴线延伸的燃烧室、叶片部段、轴承和转子的燃气涡轮发动机。转子具有轴颈位于轴承中的第一端，并且叶片部段包括绕转子定位的多列固定的和可旋转的叶片，以接收从涡轮机燃烧室沿流动路径行进的排放气体。所述流动路径将排放气体的流约束在预定界限内。所述间隙调整系统包括定位在流动路径的界限外的结构，以支撑轴承和转子的第一端。可调整的板被定位在流动路径的界限外、转子的第一端和支撑结构之间。所述板被机械地耦接到转子，使得板的移位改变可旋转叶片的末端和叶片部段中的一个或多个固定部件之间的间隙。

本发明已参照示例性实施例来说明，但可以按照多种其他方式来应用。许多等同、替代和修改方案将是显而易见的，而不脱离本发明。虽然本文已示出和描述了本发明的各种实施例，但这些仅作为示例来提供。可以作出许多变型、改变和替换，而不脱离本文中的发明。因此，本发明意在仅通过所附权利要求的精神和范围来限制。

Claims (24)

1.一种沿水平地平面定位的发电系统，包括：

燃烧室；

转子；

叶片部段，其包括绕所述转子定位的多列固定的和可旋转的叶片，以从所述燃烧室接收排放气体，并且相对于远离所述叶片的第一流动方向赋予所述气体轴向速度分量；

管道系统的部段，所述管道系统具有：（i）中心过渡部分，所述转子延伸到所述中心过渡部分中，并且所述中心过渡部分定位成接收热排放气体；以及（ii）螺旋部分，所述螺旋部分包括从中心部分向外延伸的螺旋形流动部段，来提供流动路径的螺旋部段，以远离所述中心部分运送所述热排放气体，其中，所述流动路径的沿所述螺旋形流动部段的部分具有随着沿所述流动部段的位置变化而增加的剖面面积，其中，所述螺旋部分被定位成将排气重定向为沿正交于所述第一流动方向的方向。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述管道系统的螺旋部分被定位成在多个叶片和HRSG之间提供流动路径。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，扩压器被定位在所述多个叶片和所述管道系统的中心过渡部分之间。

4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，扩压器被定位在所述管道系统的螺旋部分和所述HRSG之间。

5.如权利要求1所述的发电系统，其特征在于：

所述转子具有第一端，所述第一端轴颈位于所述地平面之上的轴承中，并且所述叶片部段：

（i）绕所述转子定位，以接收从所述燃烧室沿流动路径行进的热排放气体，以使所述转子转动，

（ii）构造成赋予排放气体的流轴向速度分量和沿第一周向方向的旋转速度分量，所述第一周向方向绕界定所述流动路径在所述叶片部段下游的部分的周界，以及

（iii）设计成提供至少三十度的在沿所述周界的周向速度和轴向速度之间的最小涡流角，所述系统还包括：

排气管，其耦接成接收从所述叶片部段沿所述流动路径行进的排气，所述排气管定向成在所述地平面之上沿竖直方向排放接收的排气。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述流动部段的具有增加的剖面面积的部分提供流动的排放气体的扩散，从而降低所述气体沿所述路径流动的速度。

7.如权利要求5所述的系统，其特征在于，没有任何一列叶片包括减小所述涡流角的特征。

8.如权利要求5所述的系统，其特征在于，当所述排放气体离开所述叶片部段时，螺旋形的流动路径沿与所述旋转速度分量的方向一致的第一周向方向螺旋。

9.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述转子延伸到涡壳中或延伸通过所述涡壳。

10.如权利要求5所述的系统，还包括支撑件，其中，所述转子的第一端轴颈所在的所述轴承安装在所述支撑件上，其中，所述轴承和所述支撑件二者都位于所述流动路径外。

11.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述螺旋形流动部段为位于所述轴承和所述叶片部段之间的涡壳。

12.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述转子的第一端延伸到所述涡壳中。

13.如权利要求12所述的系统，还包括支撑件，所述支撑件用于所述轴承和所述转子的第一端轴颈所在的所述转子的第一端，其中，所述轴承和所述支撑件二者都位于所述流动路径外。

14.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述涡壳被定位在所述轴承和所述叶片部段之间。

15.如权利要求5所述的系统，还包括定位在所述叶片部段和所述涡壳之间的扩压器。

16.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述发电系统为联合循环发电系统，所述联合循环发电系统包括蒸汽轮机和耦接成从所述涡壳接收排放气体的流的热回收蒸汽发生器（HRSG），所述系统还包括定位在所述涡壳和所述HRSG之间的锥形扩压器。

17.如权利要求5所述的发电系统，其特征在于，所述叶片部段被设计成提供至少三十五度的在沿所述周界的周向速度和轴向速度之间的最小涡流角。

18.如权利要求5所述的发电系统，其特征在于，所述叶片部段被设计成提供至少四十度的在沿所述周界的周向速度和轴向速度之间的最小涡流角。

19.如权利要求5所述的系统，还包括HRSG和定位在所述管道系统的螺旋部分和所述HRSG之间的扩压器。

20.一种用于改善发电系统的性能的方法，所述发电系统包括燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机具有与水平轴线对准的转子，所述方法包括：

将三十度的最小涡流角赋予沿流动路径离开所述发动机的叶片部段的排放气体；

提供管道系统的部段，所述管道系统（i）具有中心过渡部分，所述转子延伸到所述中心过渡部分中，并且所述中心过渡部分接收热排放气体，以及所述管道系统（ii）具有螺旋部分，所述螺旋部分包括从转子轴线向外延伸的螺旋形流动部段；以及

将所述管道系统的部段定位成提供所述流动路径中的螺旋部段，以沿正交于所述转子轴线的方向远离中心部分运送热排放气体。

21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述流动路径的沿所述螺旋形流动部段的部分形成为具有随着沿所述流动部段的位置变化而增加的剖面面积。

22.一种发电系统，包括第一联合循环发电子系统和第二联合循环发电子系统，所述第一联合循环发电子系统和所述第二联合循环发电子系统各自包括沿转子轴线延伸的燃气涡轮发动机、热回收蒸汽发生器（HRSG）、蒸汽轮机以及定位成将排放气体运送至所述HRSG的管道系统，所述管道系统包括沿垂直于所述转子轴线并且远离所述转子轴线的方向延伸的螺旋部段80s，其中，扩压器沿垂直于所述转子轴线的方向延伸，以朝向所述HRSG运送排放气体，这种垂直关系导致每个联合循环发电子系统布置成“L”形布局构型，使得所述发电系统包括聚集成形成矩形样式的两个“L”形布局构型，在所述矩形样式中，两个联合循环系统被定位成每个转子轴线平行于另一个转子轴线，并且每个扩压器沿垂直于各自轴线的方向延伸，所述燃气涡轮发动机在所述矩形样式中占据彼此对角相对的位置，其中，所述HRSG在所述矩形样式中也占据彼此对角相对的位置。

23.如权利要求22所述的系统，还包括操作支持设备，所述操作支持设备定位在所述矩形样式的中心部段中，并且被一对联合循环子系统围绕。

24.如权利要求23所述的系统，其特征在于，位于所述中心部段中的所述操作支持设备包括取自如下组的一种或多种类型的设备，所述组包括锅炉、泵、冷却油的储存器以及空气供应。