CN109751271A - 一种简单结构低成本的小型地面燃气轮机压缩系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种简单结构低成本的小型地面燃气轮机压缩系统，包括：单级高负荷轴流压气机，具有一级转子和一级静子；单级大流量离心压气机，具有离心叶轮、径向扩压器和轴向扩压器；轴流‑离心压气机中间过渡段，无需导叶或其他导流手段，采用最简单的通道直接连接轴流压气机和离心压气机。本发明涉及的组合简易压缩系统，其布置结构与传统两级离心压气机的燃机相似，但在相近造价下，功率可提升两倍左右，使得燃气轮机的单位千瓦成本大幅降低；与小型燃气轮机的多级轴流压气机结构相比，本发明涉及的压缩系统压气机级数少，结构则大为简化，显著降低了小型地面燃气轮机造价，提升产品的市场竞争力。
Description
技术领域
本发明属于能源发电领域，具体涉及一种简单结构低成本的小型燃气轮机压缩系统及采用该压缩系统的小型地面燃气轮机。
背景技术
在当前我国煤改气的大方向下，燃气轮机即将迎来难得的爆发期。2MW以下燃气轮机流量受离心压气机结构型式的限制，功率难以继续提升，单位千瓦价格为6000元。随着功率的提升，10MW-40MW以及40MW以上的燃气轮机尽管采用了相当复杂的多级轴流压气机结构，其单位千瓦价格仍然能够大幅下降。唯有3MW-10MW功率档次燃机比较尴尬，如果没有技术突破，则必须采用与大功率燃机一样的复杂结构，面临着结构复杂造价高昂、单位千瓦价格依然是5600-6200元的困境。
如果能够简化3-10MW小型燃气轮机的压缩系统，开发总造价与2MW以下燃机相当、功率翻倍的燃气轮机，这样一来可显著降低此功率档次燃机的单位千瓦价格。目前市场上3MW-10MW区间燃机主要采用多级轴流压气机，如果能够突破用较少级数压气机来满足燃机性能要求的技术瓶颈，可大幅降低该功率档次燃气轮机单位千瓦价格。
本发明提出的一种简单结构低成本的压缩系统，只采用单级轴流压气机和单级离心压气机，中间过渡段使用简单的通道连接，大大减少了压缩系统的级数、简化结构，从而降低小型燃气轮机的成本。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种简单结构低成本的小型地面燃气轮机压缩系统，主要针对3-10MW功率等级的小型地面燃气轮机。
本发明提出的压缩系统，包括：单级高负荷轴流压气机、轴流-离心压气机过渡段、单级大流量离心压气机。
所述的单级高负荷轴流压气机，其特征在于：总压比大于1.2，转速大于15000转/每分钟；主要包含：一排转子和一排静子，静子位于转子后部，通过小型燃气轮机的气体首先通过单级轴流压气机进行初步增压。
所述的轴流-离心压气机中间过渡段位于轴流压气机后部，过渡段进口外径高于出口外径，采用无任何导叶或导流方式的通道连接。
所述的单级大流量离心压气机，其特征在于：叶轮进口轮毂比大于0.4，转速大于15000转/每分钟；主要包含：离心叶轮、径向有叶扩压器和轴向扩压器，气流从所述的中间过渡段流出后先后经过离心叶轮、径向扩压器和轴向扩压器再次增压，达到小型燃气轮机对压缩系统的性能指标。
可选地，离心叶轮可为带分流叶片或不带分流叶片型式。
可选地，径向扩压器可为无叶型、叶片型、通道型等等。
可选地，轴向扩压器可为无叶型、叶片型、通道型等等。
可选地，轴流扩压器可采用一排或两排串联的结构布置形式。
本发明还涉及一种小型地面燃气轮机，功率档次在3-10MW，采用以上所述的简易压缩系统。
基于本发明的技术方案的压缩系统，具有压气机级数少、加工成本低等特点，可显著降低小型地面燃机的造价，提升燃机产品的市场竞争力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施的压缩系统子午面示意图。
附图标记说明：
1、轴流转子；2、轴流静子；3、轴流-离心压气机中间过渡段；4、离心叶轮；5、径向扩压器；6、轴向扩压器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
如图1所示，本发明提出了一种简单结构低成本的小型地面燃气轮机压缩系统，包括：轴流转子1、轴流静子2、轴流-离心压气机中间过渡段3、离心叶轮4、径向扩压器5和轴向扩压器6。空气从大气环境中进入压缩系统中，经过旋转部件轴流转子1进行初步增压，通过轴流静子2将从轴流静子1流出的初步压缩气体进行导流，导向轴向。
通过轴流-离心压气机中间过渡段3将气流导向离心叶轮4，经过离心叶轮4的进一步增压后，气流利用径向扩压器5将其动能尽可能转化为压能，提高气流的静压，而后经过90度弯管流向轴向扩压器6，气流以几乎接近轴向的方向流出压缩系统，进入燃气轮机燃烧室内与燃料混合助其充分燃烧。
轴流转子1采用整体轮盘五轴铣制的加工方式，相比于以往的叶片榫头结构，加工成本低，安装更加方便。
轴流静子2采用悬挂在轮盖上的方式，这样轴流转子1、轴流静子2、轴流-离心压气机过渡段3、离心叶轮4所对应的轮毂部分均随轴旋转。
轴流-离心压气机过渡段3主要是将从轴流压气机流出的气体均匀的导向离心压气机，采用简单的通道连接方式，进口外径大于出口外径。为避免产生气流分离，过渡段的设计存在一定的难度，需兼顾轴流压气高负荷所产生的高轮毂直径与离心压气机的低进口轮毂比的问题。同时，为缩短燃气轮机中间旋转轴的长度，轴流-离心压气机过渡段3在满足性能要求的前提下，轴向长度要尽量最小化。
离心叶轮4为达到大流量高压比的压气机性能要求，进口轮毂比高于常规的离心压气机，这在一定程度上更有利于轴流-离心压气机之间气流的均匀过渡。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改。
Claims (5)
1.一种简单结构低成本的小型地面燃气轮机压缩系统，所述系统包括：单级高负荷轴流压气机、轴流-离心压气机中间过渡段、单级大流量离心压气机。
2.根据权利要求1所述的单级高负荷轴流压气机，其特征在于：总压比大于1.2，转速大于15000转/每分钟；主要包含：一排转子和一排静子，静子位于转子后部，通过小型燃气轮机的气体首先通过单级轴流压气机进行初步增压。
3.根据权利要求1所述的轴流-离心压气机中间过渡段位于轴流压气机后部，过渡段进口外径高于出口外径，采用无任何导叶或导流方式的简单通道连接。
4.根据权利要求1所述的单级大流量离心压气机，其特征在于：叶轮进口轮毂比大于0.4，转速大于15000转/每分钟；主要包含：离心叶轮、径向有叶扩压器和轴向扩压器，气流从所述的中间过渡段流出后先后经过离心叶轮、径向扩压器和轴向扩压器再次增压，达到小型燃气轮机对压缩系统的性能指标。
5.一种小型地面燃气轮机，包括：采用根据权利要求1所述的压缩系统，燃气轮机功率等级在3-10MW之间。
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