CN1138364A - 进气阀 - Google Patents

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    • F02C9/18—Control of working fluid flow by bleeding, bypassing or acting on variable working fluid interconnections between turbines or compressors or their stages

Abstract

一种用于由一燃气轮机(6)、一用于燃烧的空气的压缩机(5)和一燃烧室组成的装置的进气阀，该进气阀通常具有带有一共同壁(1)的压缩机排气管(9)和涡轮机进气管(13)。按本发明，在共同的壁(1)的至少一侧设置一横隔板(4)，横隔板(4)和在其压缩机一侧区域内的共同的壁(1)被一滑阀遮盖，通过滑阀上的切口(18、19)，与之相应地设在共同的壁(1)和横隔板(4)上的切口(16、17)可交替关闭。本发明的进气阀特别适用于燃烧室不是直接地法兰连接在燃气轮机上，而是与之相隔一定距离地设置的装置中。最好是应用在这样一种情况下，即固态燃料在燃烧室中被燃烧成氧化氮和二氧化硫含量较少的热废气，该热废气在一串接在涡轮机(6)前的除尘装置中被除尘。

Description

进气阀
本发明涉及一种进气阀，它用于一种由一燃气轮机、一用于燃烧的空气的压缩机和一燃烧室所组成的装置中，其中压缩机排气管与涡轮机进气管具有一共同的壁。
在发电厂利用燃气轮机产生电力时，必须防止燃气轮机受机械过载。这类机械过载例如在大大低于额定负载或在因故障造成燃气轮机的负荷下降时，如不能对涡轮机转速进行限制，就会产生。在由燃气轮机负载引起的制动作用消除时，为限制燃气轮机转速，存在着这样的可行技术方案，即对由压缩机所输运的用于燃烧的空气进行偏转，使之从燃烧室旁经过而直接进入涡轮机进气管。
在EP 0285 825 B1号专利中表示了一种与此相适应的阀门，在这种公开的装置中，一个供被压缩的，用于燃烧的空气所使用的空气通道具有圆环形横截面并包绕了一个流向涡轮机的热燃气通道。在空气通道中有一阀室位于空压机附近，该阀室具有许多均匀分布在圆周上，成对设置的阀门孔，其中每对阀门孔中的一个用于使空气通道延续，另一个直接与燃气通道相连通。每对阀门，即一用于空气通道的阀和一用于燃气通道的阀均由同一个驱动装置操纵，因而这两个阀门可交替打开和关闭。而这类装置的缺点主要是因为采用大量所需的阀门而带来的机械制造费用。
由DE 32 09 135 A1号专利公开了一种用于燃气轮机上的燃烧室，其中为燃烧所需的空气被分成多条支流，其中的一条支流不经调节地直接流到燃烧器处，另外两种支流，即一次空气流和二次空气流的流量比例随负载可加以控制调节。在此，通过一调节环和由其所支承的一次空气流控制面和二次空气流开口实现调节控制，通过对用于燃烧的空气支流的调节控制可保证有针对性地燃烧燃料，从而减小氧化氮的生成。为了将一次和二次空气流开口间的间距轴向搭接起来，还需要设置一个一次和/或二次空气流通道，这些通道除了增加设备费用外，还使在其内部流通的空气支流产生压力降。
此外由DE 26 20 424 A1专利还公开了一种在燃烧室的空气支流进气管道中设置一滑阀的技术方案，采用该滑阀可按照其流量对空气支流实现调节，为此两个相互叠加的、带切口的盘可相对偏转，使得切口可相对或多或少地重叠，更确切地说可或多或少地打开受调节控制的空气支流的流通截面。
本发明的目的在于提供一种用于燃气轮机装置的进气阀，该进气阀可简便地制成相同尺寸且工作可靠，它具有非常短的对一个燃气流同时关闭一个通道并打开另一个通道的转换时间。
对本文前言所述类型的进气阀，本发明的目的是这样实现的，即至少在共同的壁的一侧设置一横隔板作为横隔壁，该横隔板以及在压缩机一侧区域内的共同的壁通过一滑阀可被遮盖，通过滑阀上的切口，与之相应地设在共同的壁和横隔板上的切口可交替关闭。
根据本发明有利的设计方案，在横隔板和空压机排气管出口之间设置共同的壁，其中空压机排气管通过该出口可被关闭。而滑阀横截面被设计成L型。
按本发明一个非常适用的改进措施，涡轮机进气管与空压机排气管相互位于同心，其中涡轮机进气管和空压机出气管的截面呈圆形或圆环形，结构为环形的滑阀可平行于切口面移动。
本发明另一有利的改进措施是，滑阀在终端位置时关闭横隔板上的切口并同时打开共同的壁上的切口，在共同壁上打开的切口构成一旁通通道，被压缩的空气通过该旁通通道从燃烧室一旁流过而直接从压缩机排气管流到涡轮机进气管。
本发明的进气阀十分有利，因为它工作时具有很少的相对运动部件和由此所致的很少的密封件，同时具有很短的转换行程和由此所致的很短暂的转换时间并进而可实现快速反应。
下面借助附图对本发明实施例作进一步说明，附图中：
图1为由一个压缩机，一涡轮机和两个本发明的进气阀组成的装置的剖面图；
图2为沿线II-II对一个进气阀的剖面图；
图3为沿线III-III对另一进气阀的剖面图。
在各图中相对应的零部件用同样的标记符号表示。
压缩机5和涡轮机6的共同轴7带有未进一步表示的叶片。此外该共同轴7还带有一加长段，以便同一个待驱动的机械，例如一发电机耦合连接。
由压缩机5输送出来的被压缩空气沿箭头8所示方向经一压缩机排气管9流到一进气阀10，并在正常运行时，又从此处进一步沿箭头11所示方向流到一未示出的燃烧室。多个进气阀和与之相配的燃烧室最好设置成均匀分布在涡轮机的圆周上。
作为燃烧室，此处尤其可考虑采用带有涡流层的燃烧室，该涡流层用于燃烧固态燃料，例如褐煤，烟煤或废料等。在燃烧室中通过实行已知的燃烧控制和加入反应剂可产生氧化氮和二氧化硫含量很少的热废气。燃烧室最好离开涡轮机一些距离，例如可设置在一个专门与涡轮机壳相分离的结构中。热废气以未进一步示出的方式和方法除尘并紧接着沿箭头12的方向流回进气阀10中，之后该热废气又沿箭头24的方向经一涡轮机进气管13离开。
在每个阀门10的区域内，一引导被压缩的空气的通道14和一引导热废气的通道15相互同心设置，其中截面呈圆环形的通道14将截面呈圆环形的通道15包绕在内。一带切口16的横隔板4在通道14的整个横截面上延伸。通道14和15通过一共同的壁1相互分离。两通道14和15所共同具有的壁1在横隔板4所处区域前、压缩机一侧具有切口17。切口16和17以同样的分度均匀分布在横隔板4或共同的壁1的圆周上。
横隔板4和具有切口17的共同壁1的壁段被一个横截面呈L型的滑阀所遮盖。该滑阀以其法兰盘状的部分3靠在横隔板4上，以其杆状部分2靠在共同的壁1上。滑阀法兰盘状的部分3上的切口18和滑阀杆状部分2上的切口19分别同横隔板4上的切口16或壁1上的切口17全等地叠合。但是滑阀上的切口18和19在圆周方向上相互错置，这样在切口18与切口16处于正好相重叠的位置时，各切口17分别位于两相邻切口19的正中间。由于每个切口组都以相同的分度均匀设置在圆周上，相应地当切口17与19相连通时，各切口18分别处在位于两相邻切口16中间的其它位置，即其它阻断位置。
如图3虚线所示，滑阀可实现电动调节。其中一电动机20通过变速传动机构21和22带动一推杆23，该推杆使滑阀在其终端位置间移动。除了通过变速传动机构21和22的传动外，还设置了用于滑阀的未进一步示出的液压或气动操纵装置。该附加的操纵装置相对于第一个提到的驱动机构起重叠作用，即用于快速地，似乎是冲击式地将阀门转换到图中所示的切口17与19相互导通并构成一压缩空气的旁通通道的位置，压缩空气可由此从燃烧室一旁经过而直接流到涡轮机6中。切口16在该滑阀位置上由切口18之间的隔板所封闭阻断。
正常运行时，切口16和18相互导通，壁1上的切口17被切口19之间的隔板封闭阻断，正常运行时，压缩空气如上面详细所述那样沿箭头8和11的方向从压缩机排气管9经进气阀10流到燃烧固态燃料的燃烧室中，从此处产生的经除尘的热废气沿箭头12和24的方向经涡轮机进气管13流入涡轮机6中。
在部分负荷运行时，滑阀被缓慢地带到与负载情况相适配的中间位置上，其中压缩空气仅有一部分流到燃烧室，压缩空气剩余的那部分通过相互部分打开的切口17和19直接流到涡轮机中。由此流入涡轮机中的质量流量保持在一个可代表的数量级。
在负荷下降时，在涡轮机本身实际上不受制动地受加速之后，滑阀通过液压或气动操纵装置近似于冲击式地移动到终端位置，在该位置时，切口17和19相互导通，横隔板4上的切口16通过切口18之间的隔板被完全遮挡住。由此一方面用于燃烧的空气向燃烧室的输入被冲击式地中断，另一方面也部分保持了流入涡轮机中的流量。同时涡轮机6通过相对于热废气明显更凉的压缩空气而得到冷却。此外比热废气具有更高压力的压缩空气阻碍热废气流入涡轮机6中直到热废气通过其它措施被排出。
本发明的进气阀不但适合于应用在带有直接安装于压缩机5和燃气轮机6上的燃烧室的燃气轮机装置上，也适用于带有与其分离设置的燃烧室的燃气轮机装置。

Claims (7)

1、一种进气阀，它用于一种由一燃气轮机(6)，一用于燃烧的空气的压缩机(5)和一燃烧室所组成的装置中，其中压缩机排气管(9)和涡轮机进气管(3)具有一共同的壁(1)，其特征在于，至少在共同的壁(1)的一侧设置一横隔板(4)作为横隔壁，横隔板和在其压缩机一侧区域内共同的壁(1)通过一滑阀被遮盖，以及通过滑阀上的切口(18、19)，与之相应地设在共同的壁(1)和横隔板(4)上的切口(17、16)可交替关闭。
2、按权利要求1所述的进气阀，其特征在于，该共同的壁(1)位于横隔板(4)和被关闭的压缩机排气口(9)的出口之间，该压缩机排气口由压缩机(5)引出。
3、按权利要求1和2所述的进气阀，其特征在于，滑阀截面呈L型。
4、按权利要求1至3中任一项所述的进气阀，其特征在于，涡轮机进气管(13)和压缩机排气管(9)相互处于同轴心位置。
5、按权利要求1至4中任一项所述的进气阀，其特征在于，涡轮机进气管(13)和压缩机排气管(9)的截面呈圆形或圆环形。
6、按权利要求1至5中任一项所述的进气阀，其特征在于，滑阀为环状并可平行于切口面移动。
7、按权利要求1至6中任一项所述的进气阀，其特征在于，滑阀在终端位置时关闭横隔板(4)上的切口(16)并同时打开共同壁(1)上的切口(17)，共同的壁(1)上被打开的切口(18)构成一旁通通道，压缩空气从燃烧室一旁经过，通过该旁通通道可直接从压缩机排气管(9)流到涡轮机进气管(13)内。
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