CN107035529B - 微型燃气轮机系统 - Google Patents

微型燃气轮机系统 Download PDF

Info

Publication number
CN107035529B
CN107035529B CN201611236710.XA CN201611236710A CN107035529B CN 107035529 B CN107035529 B CN 107035529B CN 201611236710 A CN201611236710 A CN 201611236710A CN 107035529 B CN107035529 B CN 107035529B
Authority
CN
China
Prior art keywords
turbine
working fluid
compressor
micro gas
gas turbine
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.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201611236710.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN107035529A (zh
Inventor
田口英俊
小森晃
木户长生
西胁文俊
西山吉继
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.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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 Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Publication of CN107035529A publication Critical patent/CN107035529A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107035529B publication Critical patent/CN107035529B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, 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
    • F02C7/12—Cooling of plants
    • F02C7/14—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel
    • F02C7/141—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid
    • F02C7/143—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid before or between the compressor stages
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, 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
    • F02C7/12—Cooling of plants
    • F02C7/16—Cooling of plants characterised by cooling medium
    • F02C7/18—Cooling of plants characterised by cooling medium the medium being gaseous, e.g. air
    • F02C7/185—Cooling means for reducing the temperature of the cooling air or gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F01D5/186—Film cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/08—Heating, heat-insulating or cooling means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/04—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor
    • F02C3/08—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor the compressor comprising at least one radial stage
    • F02C3/085—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor the compressor comprising at least one radial stage the turbine being of the radial-flow type (radial-radial)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/04—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor
    • F02C3/10—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor with another turbine driving an output shaft but not driving the compressor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/04—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/06—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output providing compressed gas
    • F02C6/08—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output providing compressed gas the gas being bled from the gas-turbine compressor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, 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
    • F02C7/12—Cooling of plants
    • F02C7/16—Cooling of plants characterised by cooling medium
    • F02C7/18—Cooling of plants characterised by cooling medium the medium being gaseous, e.g. air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/70—Application in combination with
    • F05D2220/76—Application in combination with an electrical generator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/80—Size or power range of the machines
    • F05D2250/82—Micromachines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/202—Heat transfer, e.g. cooling by film cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/213—Heat transfer, e.g. cooling by the provision of a heat exchanger within the cooling circuit

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

本公开的微型燃气轮机系统具备微型燃气轮机装置和抽气循环装置。微型燃气轮机装置包括：第一压缩机、燃烧器以及第一涡轮。第一涡轮使在燃烧器中产生的燃烧气体膨胀。抽气循环装置包括第二压缩机和第二涡轮。第二压缩机使通过抽出从第一压缩机排出的工作流体的一部分而产生的抽气流入。第二涡轮使从第二压缩机排出的工作流体膨胀。从第二涡轮排出的工作流体对第一涡轮进行冷却。

Description

微型燃气轮机系统
技术领域
本公开涉及微型燃气轮机系统。
背景技术
以往，已知有能够得到低温热源的小型燃气轮机装置。例如，在专利文献1中，如图7所示记载有小型燃气轮机装置300。小型燃气轮机装置300具备第1旋转机构和第2旋转机构，所述第1旋转机构包括第1压缩器303和第1膨胀涡轮307，所述第2旋转机构包括第2压缩器313和第2膨胀涡轮316。第2压缩器313接受被第1压缩器303压缩输出的空气的一部分并压缩。第2膨胀涡轮316使由第2压缩器313压缩后的空气膨胀。能够利用第2膨胀涡轮316的排气作为低温热源。
另外，在专利文献2中，如图8所示记载有适合搭载于车辆的燃气轮机系统500。燃气轮机系统500具备：燃气轮机装置502、冷却流体生成装置505、空调单元506以及热交换器507。燃气轮机装置502包括：由第1轴522连结的第1压缩机521和第1膨胀涡轮523、燃烧器526以及再生热交换器527。而且，燃气轮机装置502还包括与第1轴522连结的发电机524。冷却流体生成装置505包括：通过第2轴552互相连结的第2压缩机551和第2膨胀涡轮553、冷却器555以及水分离器556。而且，冷却流体生成装置505还包括与第2轴552连结的发电机554。在冷却流体生成装置505中，在比冷却器555靠上游侧设置有汽化器557。空调单元506包括混合器562和鼓风器561。
第1压缩机521将从大气中取入的空气吸入并压缩。从第1压缩机521排出的高压的空气流入再生热交换器527后，流入燃烧器526。在燃烧器526中产生的燃烧气体流入第1膨胀涡轮523，并在此膨胀而压力减少至大气压的程度。从第1膨胀涡轮523排出的燃烧气体流入再生热交换器527。在再生热交换器527中，在燃烧气体与流入燃烧器526之前的高压的空气之间进行热交换。第2压缩机551与用于从燃气轮机装置502抽出被第1压缩机521升压后的空气(抽气)的抽气路504的一端连接。第2压缩机551将抽气吸入并压缩。从第2压缩机551排出的高压的空气经过汽化器557和冷却器555。在汽化器557中，从第2压缩机551排出的高压的空气的温度因燃料的蒸发热而降低。从冷却器555流出的高压的空气流入第2膨胀涡轮553，并在此膨胀而压力减少至大气压的程度。通过在第2膨胀涡轮553中的空气的膨胀，生成冷气(冷却流体)。从第2膨胀涡轮553排出的空气经过水分离器556后，送至空调单元506。水分离器556将水分从自第2膨胀涡轮553排出的空气中分离。
从第2膨胀涡轮553排出的空气在混合器562中与从鼓风器561供给的空气混合，被调整为所期望的温度。该调整空气被送至热交换器507。在热交换器507中，通过在从混合器562流出的调整空气与从上述的再生热交换器527流出的燃烧气体之间进行热交换，由此从混合器562流出的调整空气加热到适合于空调的温度。然后，在热交换器507中被加热的空气向车厢内供给。但在制冷时，也可以使在空调单元506中调整为与空调要求温度相应的温度的调整空气不经由热交换器507而向车厢内直接供给。这样，在燃气轮机系统500中，从第2膨胀涡轮553排出的空气可用于车厢内的空调。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2001-152871号公报
专利文献2：国际公开第2011/152049号
发明内容
专利文献1和专利文献2所述的技术从提高热效率的观点来看具有改良的余地。因此，本公开提供一种对提高热效率有利的微型燃气轮机系统。
本公开提供一种微型燃气轮机系统，具备微型燃气轮机装置和抽气循环装置，
所述微型燃气轮机装置包括：第一压缩机，其使工作流体流入并对该工作流进行压缩；燃烧器，其将燃料喷射到从所述第一压缩机排出的工作流体中来生成燃烧气体；以及第一涡轮，其通过第一轴而与所述第一压缩机连结，并且使在所述燃烧器中生成的燃烧气体膨胀，
所述抽气循环装置包括：第二压缩机，其使作为从所述第一压缩机排出的所述工作流体的一部分的抽气流入，并将流入的所述抽气作为工作流体进行压缩；和第二涡轮，其通过第二轴而与所述第二压缩机连结，并且使从所述第二压缩机排出的所述工作流体膨胀，
所述微型燃气轮机装置使用在所述第二涡轮膨胀后而从所述第二涡轮排出的所述工作流体来对所述第一涡轮的至少一部分进行冷却，或者对要流入所述第一压缩机的工作流体进行冷却。
上述的微型燃气轮机系统在提高热效率这一点上有利。
附图说明
图1是第1实施方式的微型燃气轮机系统的构成图。
图2是表示第1实施方式的第1涡轮的内部的构造的立体剖视图。
图3是图2所示的涡轮喷嘴环的立体图。
图4是表示图3所示的喷嘴叶片的内部的构造的立体剖视图。
图5是第2实施方式的微型燃气轮机系统的构成图。
图6是第3实施方式的微型燃气轮机系统的构成图。
图7是以往的小型燃气轮机装置的构成图。
图8是以往的燃气轮机系统的构成图。
附图标记说明
1a、1b、1c 微型燃气轮机装置
2 抽气循环装置
10a、10b、10c 微型燃气轮机系统
11 第一压缩机
12 第一涡轮
12a 涡轮叶轮
12b 涡轮喷嘴
12c 喷嘴叶片
15 燃烧器
17 第一轴
21 第二压缩机
22 第二涡轮
23 电动机
27 第二轴
30 热交换器
31 混合器
bf 涡轮叶轮的背面
r1 流路
r2 气膜冷却流路
r3 背面流路
具体实施方式
<基于本发明人的研究的见解>
在专利文献1中记载有能够利用第2膨胀涡轮316的排气作为低温热源，但是并没有进行与第2膨胀涡轮316的排气的利用方法相关的具体的研究。另外，在专利文献2中记载了将通过第2膨胀涡轮553中的空气的膨胀而生成的冷气用于车辆的空调的这一用途，但是并没有研究将该冷气用于车辆的空调以外的用途。
燃气轮机入口温度(流入燃气轮机的燃烧气体的温度)越高，燃气轮机发挥越高的热效率。但是，若燃气轮机入口温度过高，则在燃烧气体的流动方向上位于比燃烧器靠游的位置的涡轮有可能烧损。因此，在大型的燃气轮机中，通过使用工作流体对涡轮进行冷却来防止涡轮的烧损。大型的燃气轮机在大多数情况下，具备多段式轴流压缩机和多段式轴流涡轮。在该情况下，从与在作为冷却对象的涡轮中流动的工作流体的压力相适应的压缩机抽出特定的比例的工作流体，抽出的工作流体绕过燃烧器而流入与抽气的压力相适应的涡轮，由此涡轮被冷却。例如，使从多段式轴流压缩机中位于后段侧的高压段抽出的工作流体流入高压的涡轮，由此来对高压的涡轮进行冷却，所述高压的涡轮是多段式轴流涡轮中的配置于紧接着燃烧器之后的高压的涡轮。在该情况下，根据需要对从高压段抽出的工作流体进行冷却。另外，例如，使从位于多段式轴流压缩机的前段侧的低压段抽出的工作流体流入低压的涡轮，由此来对低压的涡轮进行冷却，所述低压的涡轮存在于多段式轴流涡轮的后段侧。这是因为经过低压涡轮的工作流体的状态量比通过高压涡轮的工作流体低压。
另一方面，微型燃气轮机是具有发电输出大概在200kW以下并且转速为每分钟80,000～120,000转的高速发电机的、具备小型并且简易的构造的便宜的超小型燃气轮机，通常用于通过简单的操作来进行发电的用途。微型燃气轮机与大型的燃气轮机不同，其谋求制造成本的低廉化和尺寸的极小化的必要性极高，因此典型的是，由离心压缩机和辐流式涡轮、即由单段式压缩机和单段式涡轮构成。在使用微型燃气轮机专门进行发电的情况下，与大型的燃气轮机同样地，需要提高涡轮入口温度以使热效率提高。但是，微型燃气轮机中的涡轮入口温度与大型的燃气轮机的涡轮入口温度相比抑制得低。这是因为在微型燃气轮机中，不像大型的燃气轮机那样进行涡轮的冷却。作为在微型燃气轮机中不进行涡轮的冷却的理由之一，能够例举离心压缩机的特性。离心压缩机与轴流压缩机进行比较，容易在单个的段实现高的压力比。但是，在对比相同吸入条件并且相同压力比的离心压缩机与轴流压缩机的情况下，离心压缩机的工作流体的质量流量容易变得比轴流压缩机的工作流体的质量流量小。因此，在抽出经过离心压缩机的工作流体的一部分用于涡轮的冷却时，涡轮的输出不足从而在微型燃气轮机中无法维持所期望的循环效率。即使抽出经过离心压缩机的工作流体的一部分用于涡轮的冷却，也不得不使抽出的工作流体的流量小。另外，以往的微型燃气轮机不具备为了对涡轮进行冷却而适当地冷却抽出的工作流体的装置或构造。根据这些理由认为，即使假设抽出经过离心压缩机的工作流体的一部分，抽出的工作流体也不具有对涡轮进行冷却所需要的流量、流速、压力以及温度，从而无法对涡轮适当地进行冷却。但是，本发明人发现，能够使用从抽气循环装置中的涡轮排出的工作流体来对微型燃气轮机的涡轮的零件进行冷却。另外，本发明人发现，通过使用从抽气循环装置中的涡轮排出的工作流体对微型燃气轮机的涡轮的零件冷却，能够飞跃性地提高微型燃气轮机系统的热效率。而且，本发明人发现，使用从抽气循环装置中的涡轮排出的工作流体来对要流入微型燃气轮机的压缩机的工作流体进行冷却，由此也能够提高微型燃气轮机系统的热效率。本公开的微型燃气轮机系统是基于本发明人的这样的见解所提出的。
本公开的第1技术方案提供一种微型燃气轮机系统，具备微型燃气轮机装置和抽气循环装置，
所述微型燃气轮机装置包括：第一压缩机，其使工作流体流入并对该工作流体进行压缩；燃烧器，其将燃料喷射到从所述第一压缩机排出的工作流体中来生成燃烧气体；以及第一涡轮，其通过第一轴而与所述第一压缩机连结，并且使在所述燃烧器中生成的燃烧气体膨胀，
所述抽气循环装置包括：第二压缩机，其使作为从所述第一压缩机排出的所述工作流体的一部分的抽气流入，并将流入的所述抽气作为工作流体进行压缩；和第二涡轮，其通过第二轴而与所述第二压缩机连结，并且使从所述第二压缩机排出的所述工作流体膨胀，
所述微型燃气轮机装置使用在所述第二涡轮中膨胀后而从所述第二涡轮排出的所述工作流体来对所述第一涡轮的至少一部分进行冷却，或者对要流入所述第一压缩机的工作流体进行冷却。
本公开的第1技术方案的另外的表现方式是，
一种微型燃气轮机系统，具备：
第1路径，其供工作流体流动；
第一压缩机，其处于所述第1路径上；
第一涡轮，其处于所述第1路径上，并通过第一轴而与所述第一压缩机连结；
燃烧器，其处于所述第1路径上的所述第一压缩机与所述第一涡轮之间；
第2路径，其供所述工作流体流动，并且从位于所述第1路径上的所述第一压缩机与所述燃烧器之间的分支点分支；
第二压缩机，其处于所述第2路径上；以及
第二涡轮，其处于所述第2路径上，并通过第二轴而与所述第二压缩机连结，
所述第一涡轮具有：
涡轮叶轮，其能够旋转地固定于所述第一轴；和
喷嘴叶片，其位于所述涡轮叶轮的半径方向外侧，并配置于所述涡轮叶轮的周围，
所述喷嘴叶片在内部规定了路径，
所述路径构成所述第2路径，
所述喷嘴叶片被经过了所述第二涡轮的所述工作流体冷却。
本公开的第1技术方案的又一表现方式是，
一种微型燃气轮机系统，具备：
第1路径，其供工作流体流动；
第一压缩机，其处于所述第1路径上；
第一涡轮，其处于所述第1路径上，并通过第一轴而与所述第一压缩机连结；
燃烧器，其处于所述第1路径上的所述第一压缩机与所述第一涡轮之间；
第2路径，其供所述工作流体流动，并且从位于所述第1路径上的所述第一压缩机与所述燃烧器之间的分支点分支；
第二压缩机，其处于所述第2路径上；
第二涡轮，其处于所述第2路径上，并通过第二轴而与所述第二压缩机连结；以及
热交换器，其跨及所述第1路径的第一部分和所述第2路径的第二部分而存在，
所述第1路径的所述第一部分位于所述第1路径中的所述第一压缩机的所述工作流体的流动方向上游侧，
所述第2路径的所述第二部分位于所述第2路径中的所述第二涡轮的所述工作流体的流动方向下游侧。
本公开的第1技术方案的又一表现方式是，
一种微型燃气轮机系统，具备：
第1路径，其供工作流体流动；
第一压缩机，其处于所述第1路径上；
第一涡轮，其处于所述第1路径上，并通过第一轴而与所述第一压缩机连结；
燃烧器，其处于所述第1路径上的所述第一压缩机与所述第一涡轮之间；
第2路径，其供所述工作流体流动，并且从位于所述第1路径上的所述第一压缩机与所述燃烧器之间的分支点分支；
第二压缩机，其处于所述第2路径上；以及
第二涡轮，其处于所述第2路径上，并通过第二轴而与所述第二压缩机连结；
所述第1路径和所述第2路径在合流点合流，
所述合流点在所述第1路径上位于所述第一压缩机的所述工作流体的流动方向上游侧，并且在所述第2路径上位于所述第二涡轮的所述工作流体的流动方向下游侧。
根据第1技术方案，使用在第二涡轮中膨胀后而从第二涡轮排出的工作流体来对第一涡轮的至少一部分进行冷却，或者对要流入第一压缩机的工作流体进行冷却。在使用在第二涡轮中膨胀后而从第二涡轮排出的工作流体来对第一涡轮的至少一部分进行冷却的情况下，容易提高第一涡轮的涡轮入口温度，其结果，能够提高微型燃气轮机系统的热效率。另外，在使用在第二涡轮中膨胀后而从第二涡轮排出的工作流体来对要流入第一压缩机的工作流体进行冷却的情况下，被第一压缩机吸入的工作流体的温度低。由此，第一压缩机的运转所需要的动力变小。其结果，能够提高微型燃气轮机系统的热效率。这样，第1技术方案的微型燃气轮机系统在提高热效率这一点上有利。
本公开的第2技术方案在第1技术方案的基础上提供一种微型燃气轮机系统，所述第二涡轮排出比在所述第一涡轮中流动的所述燃烧气体的至少一部分的压力高的压力的所述工作流体，所述微型燃气轮机装置使用从所述第二涡轮排出的所述高的压力的所述工作流体来对所述第一涡轮的至少一部分进行冷却。根据第2技术方案，使用从第二涡轮排出的高的压力的工作流体来对第一涡轮的至少一部分进行冷却，因此容易提高第一涡轮的涡轮入口温度。另外，第二涡轮排出比在第一涡轮中流动的燃烧气体的至少一部分的压力高的压力的工作流体，因此能够使从第二涡轮排出的工作流体向燃烧气体的气流流出。
本公开的第3技术方案在第2技术方案的基础上提供一种微型燃气轮机系统，所述第一涡轮是包括固定于所述第一轴的涡轮叶轮、和涡轮喷嘴的辐流式涡轮，所述涡轮喷嘴具有在所述涡轮叶轮的半径方向外侧配置于所述涡轮叶轮的周围的喷嘴叶片，所述微型燃气轮机装置使用从所述第二涡轮排出的所述高的压力的所述工作流体来对所述喷嘴叶片进行冷却。根据第3技术方案，辐流式涡轮的涡轮喷嘴的喷嘴叶片被冷却，因此容易提高第一涡轮的涡轮入口温度。
本公开的第4技术方案在第3技术方案的基础上提供一种微型燃气轮机系统，所述喷嘴叶片具有：形成于该喷嘴叶片的内部的、从所述第二涡轮排出的所述高的压力的所述工作流体的流路；和从该喷嘴叶片的内周面仅向朝向所述涡轮叶轮的该喷嘴叶片的外周面延伸而与所述流路和该喷嘴叶片的外部连通的气膜冷却流路。根据第4技术方案，能够由在形成于喷嘴叶片的内部的流路流动的工作流体来对喷嘴叶片的内周面进行碰撞冷却。气膜冷却流路从喷嘴叶片的内周面仅向朝向涡轮叶轮的喷嘴叶片的外周面延伸。在朝向涡轮叶轮的喷嘴叶片的外周面的附近，燃烧气体的压力容易变低。因此，在流路流动的工作流体容易通过气膜冷却流路而向喷嘴叶片的外部流出。由此，容易对喷嘴叶片的外周面进行气膜冷却。
本公开的第5技术方案在第4技术方案的基础上提供一种微型燃气轮机系统，所述第一涡轮还具有背面流路，该背面流路与所述流路连通，并且朝向比所述涡轮叶轮的背面的半径方向的端部靠半径方向内侧的所述背面的部分延伸。根据第5技术方案，能够由经过了背面流路的工作流体来对涡轮叶轮的背面进行冷却。因此，辐流式涡轮中的涡轮叶轮也被冷却，因此容易提高第一涡轮的涡轮入口温度。
本公开的第6技术方案在第1技术方案的基础上提供一种微型燃气轮机系统，所述微型燃气轮机装置还包括热交换器，该热交换器在该微型燃气轮机装置中的工作流体的流动方向上配置于比所述第一压缩机的入口靠上游侧，并且使要流入所述第一压缩机的所述工作流体与从所述第二涡轮排出的所述工作流体进行热交换，所述第二涡轮排出具有比要流入所述第一压缩机的所述工作流体的温度低的温度并且具有比要流入所述第一压缩机的所述工作流体的压力高的压力的所述工作流体。根据第6技术方案，在热交换器中，要流入第一压缩机的工作流体被从第二涡轮排出的工作流体冷却，因此要流入第一压缩机的工作流体的温度低。因此，第一压缩机的运转所需要的动力小。其结果，能够提高微型燃气轮机系统的热效率。
本公开的第7技术方案在第1技术方案的基础上提供一种微型燃气轮机系统，所述微型燃气轮机装置还包括混合器，该混合器在该微型燃气轮机装置中的工作流体的流动方向上配置于比所述第一压缩机的入口靠上游侧，并且使从所述微型燃气轮机系统的外部供给的工作流体与从所述第二涡轮排出的所述工作流体混合后通过，所述第二涡轮排出具有比从所述微型燃气轮机系统的外部向所述混合器供给的所述工作流体的温度低的温度并且具有比从所述微型燃气轮机系统的外部向所述混合器供给的所述工作流体的压力高的压力的所述工作流体。根据第7技术方案，在混合器中，从微型燃气轮机系统的外部向混合器供给的工作流体与从第二涡轮排出的工作流体混合而被冷却，因此要流入第一压缩机的工作流体的温度低。因此，第一压缩机的运转所需要的动力小。其结果，能够提高微型燃气轮机系统的热效率。
本公开的第8技术方案在第1技术方案～第7技术方案中的任一个技术方案的基础上提供一种微型燃气轮机系统，所述抽气循环装置包括通过所述第二轴而与所述第二涡轮连结的电动机，所述电动机通过负荷的调整来对第二涡轮的转速进行调整，由此对从所述第二涡轮排出的所述工作流体的压力进行调整。根据第8技术方案，能够通过抽气循环装置的电动机的负荷的调整，来对从第二涡轮排出的工作流体的压力适当地进行调整。
本公开的第9技术方案在第1技术方案～第8技术方案中的任一个技术方案的基础上提供一种微型燃气轮机系统，使大气压的空气流入作为所述工作流体。根据第9技术方案，能够容易地得到用于运转微型燃气轮机的工作流体。
本公开的第10技术方案在第1技术方案～第9技术方案中的任一个技术方案的基础上提供一种微型燃气轮机系统，所述第一压缩机是离心压缩机。根据第10技术方案，既能够使微型燃气轮机系统小型化，又能够起到在第1技术方案～第9技术方案中所述的效果。
以下，参照附图对本公开的实施方式进行说明。此外，以下的说明与本公开的微型燃气轮机系统的一例相关，本发明并不限定于此。
<第1实施方式>
首先，对第1实施方式的微型燃气轮机系统10a进行说明。如图1所示，微型燃气轮机系统10a具备微型燃气轮机装置1a和抽气循环装置2。微型燃气轮机装置1a包括第一压缩机11、燃烧器15以及第一涡轮12。第一压缩机11使工作流体流入并对其进行压缩。燃烧器15将燃料喷射到从第一压缩机11排出的工作流体中来生成燃烧气体。第一涡轮12通过第一轴17而与第一压缩机11连结，并使在燃烧器15中生成的燃烧气体膨胀。抽气循环装置2包括第二压缩机21和第二涡轮22。第二压缩机21使作为从第一压缩机11排出的工作流体的一部分的抽气流入，并将流入的抽气作为工作流体进行压缩。第二涡轮22通过第二轴27而与第二压缩机21连结，并使从第二压缩机21排出的工作流体膨胀。微型燃气轮机装置1a使用在第二涡轮22中膨胀而从第二涡轮22排出的工作流体来对第一涡轮12的至少一部分进行冷却。由此，能够提高第一涡轮12的涡轮入口温度(流入第一涡轮12的燃烧气体的温度)。例如，能够将第一涡轮12的入口温度提高到1300K以上。因此，微型燃气轮机系统10a在提高热效率这一点上有利。
第一压缩机11例如使大气压的空气流入作为工作流体。第一压缩机11例如是离心压缩机。
如图1所示，微型燃气轮机装置1a例如还具备电动发电机13。电动发电机13与第一轴17连结。电动发电机13在微型燃气轮机装置1a的起动时作为电动机而发挥作用，通过使第一轴17旋转而使第一压缩机11工作。微型燃气轮机装置1a例如还具备再生热交换器14。在该情况下，从第一压缩机11排出的高压的工作流体向再生热交换器14流入。流入再生热交换器14的工作流体在再生热交换器14中，通过与经过了第一涡轮12的燃烧气体进行热交换而被加热。经过了再生热交换器14的工作流体向燃烧器15流入。
如图1所示，燃料通过燃料供给路51而向燃烧器15供给，并在燃烧器15中喷射到工作流体中。在燃烧器15的内部例如配置有电火花电极(图示省略)，通过电火花电极的电火花在燃烧器15中产生燃烧，从而产生高温的燃烧气体。燃料例如是液体燃料或气体燃料。作为液体燃料，例如可以使用汽油、煤油、轻油以及重油等石油系燃料、甲醇和乙醇等醇系燃料、以及含有醇燃料的醇系混合燃料。另外，作为气体燃料，例如可以使用CNG(CompressedNatural Gas，压缩天然气)、LPG(Liquefied Petroleum Gas，液化石油气)、MTBE(MethylTertiary Butyl Ether，甲基叔丁基醚)以及氢气等。
在燃料器15中产生的燃烧气体向第一涡轮12流入，并在第一涡轮12中膨胀。由在第一涡轮12中膨胀的燃烧气体产生作为旋转转矩的动力。由该动力使第一压缩机11工作，并且由剩余的动力而在电动发电机13进行发电。从第一涡轮12排出的燃烧气体向再生热交换器14流入。如上所述，在再生热交换器14中，在流入燃烧器15之前的高压的工作流体与燃烧气体之间进行热交换，燃烧气体的温度降低。从再生热交换器14流出的燃烧气体向微型燃气轮机装置1a的外部排出。
通过抽出从第一压缩机11排出的工作流体的一部分而产生抽气。如图1所示，抽气通过抽气路52而向第二压缩机21供给。抽气路52的入口在将第一压缩机11的出口与燃烧器15的工作流体的入口连接的工作流体的流路的中途形成。在微型燃气轮机装置1a具备再生热交换器14的情况下，典型的是，抽气路52的入口在将第一压缩机11的出口与再生热交换器14的工作流体的入口连接的工作流体的流路的中途形成。没有特别地限定在抽气路52流动的抽气的流量，例如，抽出从第一压缩机11排出的工作流体的20质量％～50质量％作为抽气。
如图1所示，微型燃气轮机系统10a例如还具备中间冷却器16。中间冷却器16配置于抽气路52的中途，在中间冷却器16中抽气被冷却水等热介质冷却。因此，在中间冷却器16中冷却后的低温的抽气作为工作流体而向第二压缩机21供给。由此，能够减小运转第二压缩机21所需要的动力。
流入第二压缩机21的工作流体在第二压缩机21中被压缩后从第二压缩机21排出。如图1所示，抽气循环装置2例如还具备热交换器24。在热交换器24中，进行从第二压缩机21排出的工作流体与流入燃烧器15之前的燃料之间的热交换。由此，工作流体因经过热交换器24而温度降低，从第二压缩机21排出的工作流体变为低温高压的状态。变为低温高压的工作流体向第二涡轮22流入。在第二涡轮22中工作流体膨胀，由此流入到第二涡轮22的工作流体的压力降低。使用从第二涡轮22排出的工作流体来对第一涡轮12的至少一部分进行冷却。例如，如图1所示，工作流体的流路53从第二涡轮22的出口延伸直到第一涡轮12的至少一部分。
虽然在第二涡轮22中工作流体的压力降低，但是第二涡轮22例如排出比在第一涡轮12流动的燃烧气体的至少一部分的压力高的压力的工作流体。在该情况下，微型燃气轮机装置1a使用从第二涡轮22排出的高压的工作流体来对第一涡轮12的至少一部分进行冷却。第二涡轮22排出比在第一涡轮12流动的燃烧气体的至少一部分的压力高的压力的工作流体，因此能够使从第二涡轮22排出的工作流体向燃烧气体的气流流出。
如图1所示，抽气循环装置2包括电动机23。电动机23通过第二轴27而与第二涡轮22连结。典型的是，电动机23构成为发电电动机的一部分。电动机23通过负荷的调整来对第二涡轮22的转速进行调整，由此对从第二涡轮22排出的工作流体的压力进行调整。例如，通过这样的电动机23的工作，第二涡轮22能够排出比在第一涡轮12流动的燃烧气体的至少一部分的压力高的压力的工作流体。电动机23的负荷的调整能够应用涉及由变换器进行控制等电动机的负荷的调整方法的公知的技术。
如图2所示，第一涡轮12例如是包括涡轮叶轮(turbine wheel)12a和涡轮喷嘴12b的辐流式涡轮。涡轮叶轮12a固定于第一轴17。涡轮喷嘴12b具有在涡轮叶轮12a的半径方向外侧配置于涡轮叶轮12a的周围的喷嘴叶片12c。第一涡轮12例如还包括壳体12j和壳体12k。在壳体12j的内部收纳有涡轮叶轮12a和涡轮喷嘴12b，壳体12j形成有用于使燃烧气体朝向涡轮叶轮12a并向半径方向内侧流动的流路。流入第一涡轮12的燃烧气体朝向涡轮叶轮12a经过涡轮喷嘴12b而流动。另外，壳体12K形成了供经过了涡轮叶轮12a的燃烧气体流动的流路。燃烧气体在涡轮叶轮12a流动由此使涡轮叶轮12a旋转而产生动力。微型燃气轮机装置1a例如使用从第二涡轮22排出的高压的工作流体来对涡轮喷嘴12b的喷嘴叶片12c进行冷却。由此，能够提高第一涡轮12的入口温度。图2中的箭头示意性地示出了从第二涡轮22排出的工作流体的流动方向。
如图3所示，涡轮喷嘴12b例如由涡轮喷嘴环19形成。涡轮喷嘴环19包括：第一环状板19a、第二环状板19b以及在周向上配置的预定的数量的喷嘴叶片12c。喷嘴叶片12c配置于第一环状板19a与第二环状板19b之间。涡轮喷嘴环19例如固定于壳体12j。由此，预定的数量的喷嘴叶片12c在涡轮叶轮12a的半径方向外侧以包围涡轮叶轮12a的方式在周向上配置。
如图4所示，喷嘴叶片12c具有流路r1和气膜冷却流路r2。流路r1是形成于喷嘴叶片12c的内部的流路，是从第二涡轮22排出的高压的工作流体的流路。另外，气膜冷却流路r2是从喷嘴叶片12c的内周面仅向朝向涡轮叶轮12a的喷嘴叶片12c的外周面延伸而与流路r1和喷嘴叶片12c的外部连通的流路。喷嘴叶片12c例如具有沿着涡轮喷嘴环19的轴线方向延伸的筒状的构造。另外，如图2所示，在壳体12j的内部形成有连通路18。通过连通路18，喷嘴叶片12c的内部空间与流路53连通。第一环状板19a在涡轮喷嘴环19的周向和半径方向上与各喷嘴叶片12c的内部空间重叠的位置具有贯通孔。由此，从第二涡轮22排出的高压的工作流体经过流路53、连通路18以及第一环状板19a的贯通孔，而向喷嘴叶片12c的内部的流路r1供给。由于供给到流路r1的工作流体，喷嘴叶片12c的内周面被碰撞冷却。另外，供给流路r1到的工作流体经过气膜冷却流路r2而在喷嘴叶片12c的朝向涡轮叶轮12a的喷嘴叶片12c的外周面排出。由此，朝向涡轮叶轮12a的喷嘴叶片12c的外周面被气膜冷却。在朝向涡轮叶轮12a的喷嘴叶片的外周面的附近，燃烧气体的压力容易变低，因此在流路r1流动的工作流体容易经过气膜冷却流路r2而向喷嘴叶片12c的外部流出。由此，喷嘴叶片12c的外周面容易被气膜冷却。
例如，如图3和图4所示，在各喷嘴叶片12c中，在涡轮喷嘴环19的轴线方向上排列的多个气膜冷却流路r2的多个组在涡轮喷嘴环19的周向上排列。相邻的两个气膜冷却流路r2的组配置为，一组气膜冷却流路r2在涡轮喷嘴环19的轴线方向上与另一组气膜冷却流路r2错开。由此，喷嘴叶片12c的外周面容易均匀地被气膜冷却。
如图4所示，在喷嘴叶片12c的内部例如配置有内筒12d。流路r1被内筒12d在喷嘴叶片12c的内部分隔成两个空间。内筒12d具有多个贯通孔，通过这些贯通孔，在喷嘴叶片12c的内周面与内筒12d的外周面之间形成的空间与内筒12d的内部空间连通。第一环状板19a例如在涡轮喷嘴环19的周向和半径方向上与配置于各喷嘴叶片12c的内部的内筒12d的内部空间重叠的位置具有贯通孔。因此，经过流路53的工作流体的一部分流入内筒12d的内部空间后，经过内筒12d的贯通孔而向在喷嘴叶片12c的内周面与内筒12d的外周面之间形成的空间供给。例如，经过流路53后的工作流体的大致50％向在喷嘴叶片12c的内周面与内筒12d的外周面之间形成的空间供给。内筒12d的贯通孔例如形成在内筒12d的外周面中的面向没有形成气膜冷却流路r2的喷嘴叶片12c的内周面的部分。在该情况下，能够由供给到流路r1的工作流体对与不容易被气膜冷却的喷嘴叶片12c的外周面相对应的喷嘴叶片12c的内周面进行碰撞冷却。因此，通过碰撞冷却与气膜冷却的组合能够适当地对喷嘴叶片12c进行冷却。没有形成气膜冷却流路r2的喷嘴叶片12c的外周面的温度因燃烧气体而容易变高。因此，优选的是，在没有形成气膜冷却流路r2的喷嘴叶片12c的外周面形成有由氮化硅等构成的热障涂层(thermal barrier coating(TBC))。
如图2所示，第一涡轮12例如还具有背面流路r3。背面流路r3与流路r1连通，并且，朝向比涡轮叶轮12a的背面bf的半径方向的端部靠半径方向内侧的背面bf的部分延伸。因此，能够由经过了背面流路r3的工作流体来对涡轮叶轮12a的背面bf进行冷却。由此，辐流式涡轮中的涡轮叶轮12a也被冷却，因此容易提高第一涡轮12的涡轮入口温度。
第一涡轮12例如还包括背面板12m和隔热板12n。由背面板12m将第一压缩机11与第一涡轮12分隔。隔热板12n配置为面向涡轮叶轮12a的背面bf。背面流路r3的至少一部分由背面板12m和隔热板12n形成。第二环状板19b在涡轮喷嘴环19的周向和半径方向上与各喷嘴叶片12c的内部空间重叠的位置具有贯通孔。例如，第二环状板19b在涡轮喷嘴环19的周向和半径方向上与配置于各喷嘴叶片12c的内部的内筒12d的内部空间重叠的位置具有贯通孔。例如，背面流路r3通过在第二环状板19b形成的贯通孔而与流路r1连通。经过了流路53的工作流体的大致50％经过流路r1而向背面流路r3供给。在隔热板12n的半径方向内侧的端部形成有多个贯通孔。在背面流路r3流动的工作流体经过隔热板12n的多个贯通孔而喷到涡轮叶轮12a的背面bf。由此，涡轮叶轮12a被碰撞冷却。喷到涡轮叶轮12a的背面bf的工作流体与在涡轮叶轮12a流动的燃烧气体混合并向涡轮12的外部排出。优选的是，在涡轮叶轮12a的背面bf形成有用于减小应力的弧形缺口(scallop)。
<第2实施方式>
对第2实施方式的微型燃气轮机系统10b进行说明。微型燃气轮机系统10b除了特别说明的情况之外，构成为与微型燃气轮机系统10a同样。对与微型燃气轮机系统10a的构成要素相同或相对应的微型燃气轮机系统10b的构成要素标记相同的标号，并省略详细的说明。与第1实施方式相关的说明只要在技术上不矛盾，就也适应于第2实施方式。
微型燃气轮机系统10b使用在第二涡轮22中膨胀后从第二涡轮22排出的工作流体来对要流入第一压缩机11的工作流体进行冷却。因此，吸入到第一压缩机11的工作流体的温度低。由此，第一压缩机11的运转所需要的动力变小。这样，微型燃气轮机系统10b在提高热效率这一点上有利。
如图5所示，微型燃气轮机系统10b具备微型燃气轮机装置1b来代替微型燃气轮机装置1a。微型燃气轮机装置1b除了还包括热交换器30，并且具有流路55来代替流路53这一点，构成为与微型燃气轮机装置1a同样。热交换器30在微型燃气轮机装置1b中的工作流体的流动方向上配置于比第一压缩机11的入口靠上游侧，并且使要流入第一压缩机11的工作流体与从第二涡轮22排出的工作流体进行热交换。第二涡轮22排出具有比要流入第一压缩机11的工作流体的温度低的温度并且具有比要流入第一压缩机11的工作流体的压力高的压力的工作流体。由此，通过从第二涡轮22排出的工作流体来对要流入第一压缩机11的工作流体进行冷却。
流路55将第二涡轮22的出口与热交换器30连接，是用于将从第二涡轮22排出的工作流体向热交换器30供给的流路。热交换器30没有特别地限制，例如是板片型热交换器。
经过流路55而向热交换器30供给了的工作流体向微型燃气轮机装置1b的外部排出。要被吸入第一压缩机11的工作流体的压力例如与微型燃气轮机装置1b所处的环境的压力相同。例如，微型燃气轮机装置1b置于大气压下，则要被吸入第一压缩机11的工作流体的压力为大气压。在这样的情况下，第二涡轮22排出比要被吸入第一压缩机11的工作流体的压力高的压力的工作流体。例如，抽气循环装置2的电动机23通过负荷的调整来对第二涡轮22的转速进行调整。由此，从第二涡轮22排出的工作流体的压力被调整为在大气压上加上在流路55和热交换器30中的压力损失而得的压力以上。这样一来，从第二涡轮22排出的工作流体向热交换器30连续地供给。
<第3实施方式>
对第3实施方式的微型燃气轮机系统10c进行说明。微型燃气轮机系统10c除了特别说明的情况之外，构成为与微型燃气轮机系统10a同样。对与微型燃气轮机系统10a的构成要素相同或相对应的微型燃气轮机系统10c的构成要素标记相同的标号，并省略详细的说明。与第1实施方式相关的说明只要在技术上不矛盾，就也适应于第3实施方式。
微型燃气轮机系统10c使用在第二涡轮22中膨胀后而从第二涡轮22排出的工作流体来对要流入第一压缩机11的工作流体进行冷却。因此，吸入到第一压缩机11的工作流体的温度低。由此，第一压缩机11的运转所需要的动力变低。这样，微型燃气轮机系统10b在提高热效率这一点上有利。
微型燃气轮机系统10c具备微型燃气轮机装置1c来代替微型燃气轮机装置1a。微型燃气轮机装置1c除了还包括混合器31，并且具有流路59来代替流路53这一点之外，构成为与微型燃气轮机装置1a同样。混合器31在微型燃气轮机装置1c中的工作流体的流动方向上配置于比第一压缩机11的入口靠上游侧。另外，混合器31使从微型燃气轮机系统10c的外部供给的工作流体与从第二涡轮22排出的工作流体混合后经过。第二涡轮22排出具有比从微型燃气轮机系统10c的外部供给到混合器31的工作流体的温度低的温度的工作流体。另外，第二涡轮22排出具有比从微型燃气轮机系统10c的外部供给到混合器31的工作流体的压力高的压力的工作流体。由此，要流入第一压缩机11的工作流体的温度变低。因此，使第一压缩机11工作所需要的动力下降，微型燃气轮机系统10c的热效率提高。
例如，抽气循环装置2的电动机23通过负荷的调整来对第二涡轮22的转速进行调整。由此，从第二涡轮22排出的工作流体的压力变得比从微型燃气轮机系统10c的外部供给到混合器31的工作流体的压力高。由此，从第二涡轮22排出的工作流体向混合器31连续地供给。从第二涡轮22排出的工作流体的压力例如是从微型燃气轮机系统10c的外部供给到混合器31的工作流体的压力的120％～150％。
本公开的微型燃气轮机系统能够应用于小规模企业单位的固定设置应急发电系统、移动物体用的主发电系统以及辅助发电系统等。

Claims (5)

1.一种微型燃气轮机系统，具备微型燃气轮机装置和抽气循环装置，
所述微型燃气轮机装置包括：
第一压缩机，其使工作流体流入并对该工作流体进行压缩；
燃烧器，其将燃料喷射到从所述第一压缩机排出的工作流体中来生成燃烧气体；以及
第一涡轮，其通过第一轴而与所述第一压缩机连结，并且使在所述燃烧器中生成的燃烧气体膨胀，
所述抽气循环装置包括：
第二压缩机，其使作为从所述第一压缩机排出的所述工作流体的一部分的抽气流入，并将流入的所述抽气作为工作流体进行压缩；和
第二涡轮，其通过第二轴而与所述第二压缩机连结，并且使从所述第二压缩机排出的所述工作流体膨胀，
所述微型燃气轮机装置使用在所述第二涡轮中膨胀后而从所述第二涡轮排出的所述工作流体来对所述第一涡轮的至少一部分进行冷却，
所述第二涡轮排出比在所述第一涡轮中流动的所述燃烧气体的至少一部分的压力高的压力的所述工作流体，
所述微型燃气轮机装置使用从所述第二涡轮排出的高压力的的所述工作流体来对所述第一涡轮的至少一部分进行冷却，
所述第一涡轮是包括涡轮喷嘴和固定于所述第一轴的涡轮叶轮的辐流式涡轮，所述涡轮喷嘴具有在所述涡轮叶轮的半径方向外侧配置于所述涡轮叶轮的周围的喷嘴叶片，
所述微型燃气轮机装置使用从所述第二涡轮排出的高压力的的所述工作流体来对所述喷嘴叶片进行冷却，
所述喷嘴叶片具有：形成于该喷嘴叶片的内部的、从所述第二涡轮排出的高压力的所述工作流体的流路；和从该喷嘴叶片的内周面仅向朝向所述涡轮叶轮的该喷嘴叶片的外周面延伸、与所述流路和该喷嘴叶片的外部连通的气膜冷却流路，
所述第一涡轮还具有背面流路，所述背面流路与所述流路连通，并且朝向比所述涡轮叶轮的背面的半径方向的端部靠半径方向内侧的所述背面的部分延伸，
所述第二涡轮的出口流体接合于形成在所述喷嘴叶片的内部的所述流路，
形成在所述喷嘴叶片的内部的所述流路、所述气膜冷却流路和所述背面流路配置成：来自所述第二涡轮的所述工作流体的一部分依次流过形成在所述喷嘴叶片的内部的所述流路和所述气膜冷却流路，并且来自所述第二涡轮的所述工作流体的其余的至少一部分依次流过形成在所述喷嘴叶片的内部的所述流路和所述背面流路，由此所述微型燃气轮机系统用来自所述第二涡轮的所述工作流体冷却所述喷嘴叶片和所述涡轮叶轮。
2.根据权利要求1所述的微型燃气轮机系统，
所述抽气循环装置包括通过所述第二轴而与所述第二涡轮连结的电动机，
所述电动机通过负荷的调整来对第二涡轮的转速进行调整，由此对从所述第二涡轮排出的所述工作流体的压力进行调整。
3.根据权利要求1所述的微型燃气轮机系统，
所述第一压缩机使大气压的空气流入作为所述工作流体。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的微型燃气轮机系统，
所述第一压缩机是离心压缩机。
5.根据权利要求1所述的微型燃气轮机系统，
在所述喷嘴叶片的内部配置有内筒，
所述内筒具有贯通孔，该贯通孔形成在所述内筒的外周面中的面向没有形成所述气膜冷却流路的所述喷嘴叶片的内周面的部分。
CN201611236710.XA 2016-02-04 2016-12-28 微型燃气轮机系统 Expired - Fee Related CN107035529B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016-019804 2016-02-04
JP2016019804 2016-02-04

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107035529A CN107035529A (zh) 2017-08-11
CN107035529B true CN107035529B (zh) 2021-04-06

Family

ID=57838266

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611236710.XA Expired - Fee Related CN107035529B (zh) 2016-02-04 2016-12-28 微型燃气轮机系统

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10774747B2 (zh)
EP (1) EP3203052B1 (zh)
JP (1) JP6777555B2 (zh)
CN (1) CN107035529B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190153961A1 (en) * 2017-11-21 2019-05-23 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Gas turbine system
DE102019001876B3 (de) * 2019-03-15 2020-06-10 Tivadar Menyhart Verfahren, Vorrichtung und System zum Betreiben von Verbrennungskraftmaschinen mit erheblich gesteigertem Druckverhältnis und Fahrzeug mit diesem System
EP3929407A1 (de) * 2020-06-23 2021-12-29 ABB Schweiz AG Modularer düsenring für eine turbinenstufe einer strömungsmaschine
US11459945B1 (en) 2021-09-10 2022-10-04 Hamilton Sundstrand Corporation Micro-turbine generator multi-stage turbine with integrated reheat cycle
US11824424B2 (en) 2021-09-10 2023-11-21 Hamilton Sundstrand Corporation Combined integrated waste heat recovery and inlet pressure boost system
CN115254476B (zh) * 2022-09-27 2022-12-13 成都中科翼能科技有限公司 一种燃气轮机用喷嘴结构

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4005572A (en) * 1975-04-18 1977-02-01 Giffhorn William A Gas turbine engine control system
US4991394A (en) 1989-04-03 1991-02-12 Allied-Signal Inc. High performance turbine engine
JP4324716B2 (ja) 1999-11-26 2009-09-02 株式会社島津製作所 ガスタービン装置
US6719443B2 (en) * 2002-02-27 2004-04-13 Robert A. Gutstein Electrically illuminated flame simulator
JP2008063945A (ja) 2006-09-04 2008-03-21 Earthship:Kk バイオマス等を利用した空気冷却システム
KR101366586B1 (ko) 2008-10-08 2014-02-24 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 가스 터빈 및 그 운전 방법
JP5496486B2 (ja) 2008-10-08 2014-05-21 三菱重工業株式会社 ガスタービン及びその定格時運転方法
JP5416603B2 (ja) 2010-01-25 2014-02-12 パナソニック株式会社 食品保管庫
US8001792B1 (en) 2010-04-08 2011-08-23 Opra Technologies B.V. Turbine inlet nozzle guide vane mounting structure for radial gas turbine engine
CN102597459B (zh) * 2010-06-03 2015-06-17 松下电器产业株式会社 燃气轮机系统
KR20140063474A (ko) * 2012-11-16 2014-05-27 에이비비 터보 시스템즈 아게 노즐 링
US9605548B2 (en) * 2014-01-02 2017-03-28 Sofar Turbines Incorporated Nozzle endwall film cooling with airfoil cooling holes

Also Published As

Publication number Publication date
JP6777555B2 (ja) 2020-10-28
EP3203052A1 (en) 2017-08-09
CN107035529A (zh) 2017-08-11
US10774747B2 (en) 2020-09-15
US20170226928A1 (en) 2017-08-10
EP3203052B1 (en) 2019-04-24
JP2017137858A (ja) 2017-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107035529B (zh) 微型燃气轮机系统
US11047307B2 (en) Hybrid expander cycle with intercooling and turbo-generator
US11041439B2 (en) Hybrid expander cycle with turbo-generator and cooled power electronics
US10989117B2 (en) Hybrid expander cycle with pre-compression cooling and turbo-generator
US8220268B2 (en) Turbine engine having fuel-cooled air intercooling
US6250061B1 (en) Compressor system and methods for reducing cooling airflow
JP2017101671A (ja) ガスタービンエンジンの中間冷却システムおよび方法
JP2002322915A (ja) ガスタービン
US12000588B2 (en) Fuel nozzle, fuel nozzle module having the same, and combustor
AU2003266435B2 (en) Turbo recuperator device
US10920673B2 (en) Gas turbine with extraction-air conditioner
RU2376483C1 (ru) Атомный газотурбинный двигатель с форсажем
JP2021110332A (ja) ターボチャージャ付きガスタービンエンジンを動作させるためのシステムおよび方法
US11306634B2 (en) Arrangement with internal combustion engine and heat exchanger
KR102175198B1 (ko) 터빈 스테이터, 터빈 및 이를 포함하는 가스터빈
US11203972B2 (en) Gas turbine and method of operating the same
EP3159497B1 (en) System and method for wheel space temperature management
US20140216045A1 (en) Gas turbine with improved power output
RU29752U1 (ru) Турбоэжекторный двигатель на криогенном топливе
GB2404226A (en) Accelerating a turbine from rest
JP2002372238A (ja) ガスタービン

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
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20210406