CN1128058A - 包括燃气轮机和多模块汽轮机的联合循环发电机组 - Google Patents

Abstract

一种联合循环发电机组，其组成为，沿同一轴线相继安装的经刚性联轴节(28、29、31)联接的一台燃气轮机(6)、一台有多个模块(1，2)的汽轮机和一台发电机(11)，燃气轮机(6)被安装得可轴向平移运动，并固定到一个可移动支座(27)上，所述发电机组的特征是燃气轮机(6)的定子部分及汽轮机的第一模块(1)的定子部分经过至少两个联接装置(32)连接到一起，所述联接装置(32)及燃气轮机(6)的转子的端、及汽轮机第一模块(1)的转子的端被封在一个充以导热流体的封闭箱(33)，汽轮机的最后两个模块(1，2)的定子部分的每个相对的端连接到一相应固定点(34，35)上。

Description

包括燃气轮机和多模块汽 轮机的联合循环发电机组

本发明涉及联合循环的发电机组。它由通过刚性联接的，相继沿同一轴线安装的燃气轮机的转子、多模块汽轮机的多个转子，及发电机转子组成。燃气轮机安装得可以作轴向平移运动。轴线上有一支座，它受限随燃气轮机或汽轮机的第一个模块的非转动部分作轴向平移运动。

在同一轴线上装两个轴流式汽轮机，并只需要一台发电机，与每一台汽轮机驱动各自的发电机的机组相比，可以减小机房的尺寸。

但是，这种结构使得轴线很长，各转子累加的轴向延伸明显加大，并且必须在汽轮机的汽流段提供大的轴向距离。

这样大的轴向距离明显地影响发电机组的性能水平。

专利EP—A—0407132涉及一台联合循环发电机组。它由通过刚性联接的，相继安装在同一轴线上的燃气轮机转子、多模块汽轮机的多个转子，及一台发电机的转子组成。轴线上装有一支座，固定到燃气轮机的固定后轴承上。燃气轮机的非转动部分安装得可平移运动。汽轮机的第一模块的非转动部分的前端固定到基础上，使燃气轮机和汽轮机第一模块之间的轴向长度小。燃气轮机的非转动部分向支座前端延伸，如同轴线的组合部分，汽轮机的第一模块的非转动部分向支座的尾部延伸，也像轴线的组合部分。

这种结构的一个缺点是轮机的转动部分和非转动部分之间的相对轴向延伸不好控制，使汽轮机的转动部分和非转动部分之间出现相对轴向偏差，这一偏差影响发电机组的性能水平。

专利US—A—5271217涉及一台联合循环发电机组，它由通过刚性联接的，在同一轴线上相继安装的燃气轮机转子、汽轮机的多个转子及一台发电机的转子组成，燃气轮机的非转动部分安装得可轴向平移运动，汽轮机的非转动部分，在其两端处固定到基础上。燃气轮机和汽轮机的非转动部分通过联接部件连接在一起。这样的结构可以限制转动部分和非转动部分之间的相对位移。但是，也带来一些其它缺点。特别是在联接部件和轴线之间的相对轴向延伸，或和汽轮机非转动部分的固定点的位置之间的相对轴向延伸。

本发明提供一台联合循环的发电机组，包括从其前端到其尾部，安装在基础上的一台燃气轮机，接下来是具有至少有一个热模块和一个冷模块的汽轮机，接下来是一台发电机。燃气轮机转子、汽轮机转子及发电机转子通过刚性联轴节形成一个共同的轴线。燃气轮机的定子安装得可轴向平移运动，轴线上装有一支座，它受限随燃气轮机的定子的尾部定子部分或随汽轮机的热模块的定子的前部定子部分一道作轴向平移。燃气轮机尾部定子部分和汽轮机的热模块的前部定子部分通过至少两个联接部件相连接。

根据本发明，联接部件、燃气轮机转子的后端和汽轮机热模块转子的前端封在一个充以导热流体的封闭箱内。在冷模块前面的汽轮机模块的定子的尾部定子部分经一个固定点连接到基础上，冷模块的定子通过另一固定点连接到基础上。

用这种布置方法，燃气轮机及汽轮机的热模块的气(汽)流部分的距离大体上与有两个轴线的发电机的距离相同。并且汽轮机的冷模块的汽流部分的轴向距离稍有增加。

在另一个实施例，发电机组包括一台在冷模块和热模块之间有一个温模块的汽轮机。汽轮机温模块的定子的前部定子部分与热模块的定子的尾部定子部分通过至少两个联接部件连接在一起。并且，所述联接部件、汽轮机热模块转子的尾端、温模块转子的前端封在一个充有导热流体的封闭箱中。

这样，在燃气轮机的气流部分和汽轮机的热模块的气流部分仍与只有一个轴线的发电机的距离一样。并且，汽轮机冷模块的轴向距离和温模块轴向距离稍有增加。

上述封闭的箱子可以是金属板的箱子，其中充有轴线相邻轴承用的润滑油。

本发明的其它特性和优点可以通过以下两个实例的叙述并参考对应的附图得出，其中：

图1至图5示出现有类型发电机组；

图6所示为本发明的由一台燃气轮机和一台有两个模块的汽轮机组成的发电机组；

图7所示为本发明发电机组，由一台燃气轮机和一台有三个模块的汽轮机组成；

图8所示为图7中一部分的放大视图；

在下面的叙述中，汽轮机的热模块对应高压(HP)或高压/中压(HP/MP)型、或一种等值型式；汽轮机的温模块对应分区供热型或一种等值型的模块；汽轮机的冷模块对应低压(LP)型模块。

图1示出带有一台燃气轮机和一台汽轮机的发电机组的图，这种组合构成一个可以用不同方法实现的联合循环发电站。

在图1所示机组中，用了两个分开的轴线，每个轮机驱动各自的发电机，例如一台交流发电机。汽轮机通常由多个模块组成，例如一个热模块1和一个冷模块2，它们的转动部分或转子用一固定支座4，通过一刚性联轴节3装配在一起。这些模块驱动一个第1交流发电机5。燃气轮机6驱动一台，用固定支座9，经刚性联轴节8与之连接的第二交流电机7。图中符号“t”标明在一台电机的非转动部分和安装这些机器的水泥基础之间的(固定点)联接。字母t也表示固定支座和水泥基础之间的联接。

如图1所示的机组需要一个大的机房及两台单独的发电机。因此，机组设计成只有一个轴线。这种只有一个轴线的机组示于图2。不同的机器，如燃气轮机6、热模块1、冷模块2、及交流发电机11沿着同一个轴线从头(位于图的左边)到尾(在图的右边)相继安装；转子通过刚性联轴节12、13和14装配在一起，支座15受限随燃气轮机6的定子部分作轴向平移。燃气轮机的定子固定到水泥基础上；联接t位于模块的尾部。

采用单轴线的布置方法意味着，该轴线非常长；转子过度延伸，因此必须在两个轮机的气(汽)流部分提供大的轴向距离。由于在喷嘴和叶片之间的偏移，而使效率降低。

图3示出另外一种机组；交流发电机11布置在燃气轮机6和汽轮机热模块1之间；交流发电机11的转子通过刚性联轴节16固定到燃气轮机6的转子，并通过柔性联轴节18固定到汽轮机热模块1的转子；交流发电机及燃气轮机的转子由燃气轮机的内部支座17轴向定位。燃气轮机的定子经过装于燃气轮机尾部的连接装置t固定到水泥基础上。汽轮机的两个模块1和2的转子经过刚性轴节19装到一起，带有一个用固定在热模块1的转子上的，相对水泥基础固定的支座21。

这种布置可以使两个轮机的气(汽)流部分的轴向距离减小，但是它也造成发电机检修方面的问题，特别是当抽出交流发电机的转子时。

图4所示的机组采用两个支座，并且在燃气轮机6和热模块1之间有一个柔性联轴节22；其它机组通过各自的刚性联轴节23、24装配在一起。第一支座25连到燃气轮机6的定子，第二支座26相对于水泥基础固定，它位于汽轮机的两个模块1和2之间；第二支座对应图3中的支座21。

在该机组中，当燃气轮机的功率高时(例如大于200mW)柔性联轴节22必须能承受高的暂态和不变的力矩，因此，该机组的功率受到限制。

另一种可能示于图5：燃气轮机6安装在铰链b1和b2上，使得非转动部分轴向位移；此外，通过固定到定子上的燃气轮机内部的支座27，所述燃气轮机的转子沿模块的轴向位移；所有机器的转子，如燃气轮机6、汽转机的两个模块1和2，以及交流发电机11，用刚性联轴节28、29和31，从头到尾相继安装。有一个固定支座30用类似于图3中所示固定支座21的固定方法，固定到热模块的轴上。

该机组有缺点，在支座上的受力是不定的。它们可能达到不能接受的程度。可移动支座27轴向定位质量可达到400公吨的燃气轮机(转子和定子)；固定支座30轴向定位燃气轮机和整个轴线。这些大的质量可能使两个支座受到破坏性的力，例如在发生地震时。

本发明的一个目的是提供一个联合循环发电机组，它有单一轴线，还装有简单耐用的装置，可以限制在两个轮机的气(汽)流部分的轴向距离，因而得到高的效率。

第一个实施例示于图6；机器的排列顺序与图5完全一致；转子也由刚性联轴节28、29和31装配到一起。燃气轮机6的定子安装得可轴向平移运动。轴线上装有一个支座27，它受限随燃气轮机的定子尾部定子部分作轴向平移。燃气轮机6的尾部定子部分和汽轮机热模块1的前部定子部分通过均匀围绕两个机器的轴分布的联接部件32连接到一起；至少有两个这种联接部件32，如图所示相对轴线彼此相对。受限的支座27因此可以固定到燃气轮机和汽轮机的热模块。

根据本发明，联接装置32、燃气轮机6的转子的尾端、及汽轮机热模块1的转子前端被封在一个充有导热流体的封闭箱33中。

这样做便可以限制各种元件的温度到一个数值，该值是低的，并且在转子的端及联接装置之间是均匀的，例如60℃。因此，使得它们自身的延伸及不均匀延伸受到限制。对于长度为3米到4米的联接装置来说，这一点非常重要。

此外，位于汽轮机冷模块2前面的汽轮机热模块1的定子尾部定子部分通过固定点34与基础连接，冷模块2的定子经过另一个固定点35连到基础上。

图7示出本发明的第二实施例，其中的汽轮机由三个模块组成，例如一个热模块41，一个温模块42，及一个冷模块43，沿轴线从头至尾相继装配到一起。机组的所有转子用刚性联轴节44到47装配到一起；轴线装有一个支座48，其受限随燃气轮机定子的尾部定子部分作轴向平移。燃气轮机6的尾部定子部分及汽轮机热模块41的前部定子部分经绕两台机器的轴等距离分布的联接装置51连接到一起。至少有两个这样的联接装置51相对于轴线相对放置。受到限制的支座48因此固定到燃气轮机，并固定到汽轮机热模块41。

根据本发明，联接装置51，燃气轮机6的转子的尾端，及汽轮机热模块41转子的前端被封在一个充有导热流体的封闭箱52中。在汽轮机冷模块43前面的汽轮机温模块42的定子尾部定子部分经一固定点49连接到基础上，冷模块43的定子经另一固定点50连接到基础上。

在此不同的第二实施例中，温模块42的定子的前部定子部分及汽轮机热模块41定子的尾部定子部分经联接装置53连接在一起。汽轮机热模块41转子的尾端及温模块42的转子的前端封在一个充有导热流体的封闭箱54中。

不管是哪种实施例，选择冷模块2的固定点35、50的位置对所用冷模块起作用，并且对它与冷凝器之间连结起作用。如果冷模块为单流型，固定点选在冷模块定子的前部是有利的。如果冷模块为双流型，固定点选在冷模块的定子的中间更为有利。

此外，可以将可移动支座27、48固定到热模块1定子的前部定子部分，而不固定到燃气轮机定子的尾部定子部分。

图8更详细的示出燃气轮机6和热模块41之间的连接。图8示出在机器的两个轴之间的刚性联轴节44，还示出两个联接装置51，它们的每个端铰接到与径线方向垂直延伸的对应点上。这两个联接装置固定到燃气轮机定子上以及汽轮机热模块的定子上。组成封闭箱52的箱子也固定到定子上。

可移动支座48经与联接装置51相似的联接装置56固定到模块6的定子上。封闭箱52为一金属板箱，在它内部润滑油喷射到整个装置，如联接装置51和56，两个模块的轴、可移动支座48及刚性联轴节44。这样，不同部件的温度可以被限制在一个低值，并且，在联接装置和转子的端部之间的温度是相同的。例如60℃。从而可以限制它们自身的延伸及不均匀延伸。这对于长为3米到4米的联接装置来说特别重要。

用联接装置将燃气轮机及汽轮机热模块，或者也可选汽轮机热模块和温模块装配在一起，便有可能显著降低两台机器的气(汽)流部分的轴向距离。参考图6，将作为绝对参考点的水泥基础选做相对于水泥基础的延伸的参考，并且首先假设热模块1延伸20mm，其次热模块1的转子延伸22mm，对应被参照的元件27和29之间的距离加长了22mm，则：

燃气轮机6的定子由联接装置32被热模块向左推20mm，这是由于热模块1的定子的固定点在定子的尾部，因此，热模块定子的所有延伸的影响朝向前端。

这个位移使所有的转子左移20mm，因为支座27是固定到燃气轮机上的。

由于燃气轮机的转子被防止相对燃气轮机的定子发生位移，燃气轮机转子和定子之间的轴向距离与示于图1的布置是相同的。即它们是最佳的；

类似地，由于热模块1的转子是由可移动支座27定位，可以防止它相对热模块1的前部定子部分发生位移，因此，在热模块1中的轴向距离为最佳；

联轴节29相对于水泥基础的移动为-20mm＋22mm＝2mm；并且

冷模块2的转子在联轴节29处移动2mm；冷模块2的汽流部分的距离与在理想安装下联轴节29相对于水泥基础不发生位移相比，只须增加2mm。

作为总结，可以说在图6所示的布置中，热模块1转子的部分热胀伸长被所述热模块的定子的延伸补偿掉。例如在示于图2的布置中则不是这样，在此布置中联轴节13相对水泥基础向右移动22mm。

Claims (3)

1.一种联合循环发电机组，其组成从头至尾安装在基础上的有：一台燃气轮机(6)，接着一台至少有一个热模块(1；41)和一个冷模块(2；43)，接下来是一台发电机(11)、燃气轮机(6)的转子、汽轮机转子及发电机(11)转子，经过刚性联轴节(28、29、31、44—47)形成一共同的轴线，燃气轮机(6)的定予安装得可轴向平移运动，轴线上装有一个支座(27；48)，它受限随燃气轮机的定子的尾部定子部分轴向平移，或受限随汽轮机热模块(1；41)定子的前部定子部分轴向平移，燃气轮机(6)的尾部定子部分和汽轮机热模块(1；41)的前部定子部分经过至少两个联接装置(32；51)，联接到一起，所述发电机组的特征在于，所述的联接装置(32；51)，燃气轮机(6)的转子的尾端及汽轮机热模块(1；41)的转子的前端被封在一个充有导热流体的封闭箱(32；52)中，在冷模块前面的汽轮机的模块(1，42)的定子的尾部定子部分经过一个固定点联接到基础上，冷模块的定子经另一个固定点联接到基础上。

2.根据权利要求1的发电机，包括有一个温模块(42)、置于冷模块(43)和热模块(41)之间的汽轮机，所述发电机组的特征在于；汽轮机温模块(42)定子的前部定子部分和热模块(41)的定子的尾部定子部分经过至少两个联接装置(53)联接到一起，并且，所述联接装置(53)，热模块(41)转子的尾端及汽轮机温模块(42)转子的前端被封在充以导热流体的封闭箱中。

3.根据权利要求1或2的发电机组，其特征在于；该封闭箱(33，52，54)是一个金属板制的箱子，充以润滑油供邻近轴线的轴承润滑用。

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