CN1977090A - 联合发电设备及其冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种设计为单轴设备的联合发电设备(2)，其基本上由燃气轮机(3)、蒸汽轮机(6)和连接在它们之间的发电机(4)组成，其中，在发电机(4)和蒸汽轮机(6)之间设有离合器(5)，另外，设有至少一个用于驱动该单轴联合发电设备的驱动装置(8)，其中，在盘动运行时断开所述离合器(5)，另外还设有用于调节所述蒸汽轮机(6)的转速的调节单元(9)。

Description

联合发电设备及其冷却方法

本发明涉及一种设计为单轴设备的联合发电设备，其基本上由燃气轮机、蒸汽轮机和连接在它们之间的发电机组成，其中，在该发电机和蒸汽轮机之间设有离合器，另外，设有至少一个用于驱动该单轴联合发电设备的驱动装置。此外，本发明涉及一种用于冷却加热到运行温度并设计为单轴设备的联合发电设备的方法。

在1992年于香港召开的第9届电力工业大会的报告“单轴联合循环发电系统”中，记载并公开了设计为单轴设备的联合发电设备。在此，发电机通过燃气轮机和蒸汽轮机来驱动。设置在所述蒸汽轮机和燃气轮机之间的离合器被设计成同步和自动接通的离合器。所述燃气轮机因此可单独运行。必须经过使燃气轮机和蒸汽轮机的主要旋转部件冷却的时间之后才能在关停所述联合发电设备后开始对其进行检查或维修。在冷却时间内必须借助盘车装置使燃气轮机转子和蒸汽轮机转子转动起来，以避免它们因热应力发生变形。通常，燃气轮机在一天之后可冷却到开始进行检查的温度，而蒸汽轮机则需要近一周的冷却时间。

在德国的专利文献DE 44 26 354 C2中记载了一种设计为单轴设备的联合发电设备。设置在燃气轮机和蒸汽轮机之间的离合器设计成在静止状态被断开，只是在高于一定的极限转速时才自动接通。这种在DE 44 26 354 C2中记载的联合发电设备被设计成具有两个用作驱动装置的盘车装置。其中的一个盘车装置被设置成用于转动蒸汽轮机转子，另一个盘车装置则被设置成用于转动燃气轮机转子。

当蒸汽轮机转速低于燃气轮机转速时，可以通过采用所述两个盘车装置使蒸汽轮机转子和燃气轮机转子在冷却过程中相互独立地转动。

仅仅具有一个共同的驱动装置的联合发电设备同样已公知。在这种设计类型中，通过蒸汽轮机的驱动装置使燃气轮机轴系一同转动。此时，燃气轮机和蒸汽轮机的盘动转速相同。在燃气轮机轴和蒸汽轮机轴之间的离合器因此接合。

这样一种离合器的轴向间隙只有少许的几毫米。在冷却过程期间需要所谓的盘动运行(Turnbetrieb)，使蒸汽轮机转子转动起来，以阻止它因热应力引起的翘曲。当蒸汽轮机处于盘动运行期间时，为安全起见，禁止在燃气轮机的转子上或在该转子附近的部件上进行检查工作。但是当发生故障时，所述离合器则可能被不期望地操作。由于在盘动运行期间蒸汽轮机转子有大的质量惯性和较高的转速，也就是说存储有很大的旋转动能，因此，如果离合器在故障情况下被不期望地操作，则存在很大的潜在危险。

本发明的目的在于，给上述类型的联合发电设备提供一种修正方案和一种方法，以便在关停所述联合发电设备后，能更早地进入包括燃气透平、发电机、滑环轴和激励装置的燃气轮机轴系中。

所述有关修正方案的目的可通过权利要求1所述的设计为单轴设备的联合发电设备实现。

所述有关方法的目的可通过权利要求6所述的用于冷却加热到运行温度并设计为单轴设备的联合发电设备的方法来实现。

本发明的优点主要在于，可将蒸汽轮机转子的转速调节到这样的低数值上，即，使得所述离合器在故障情况下的接通不会对所述由燃气轮机、发电机和蒸汽轮机组成的轴系产生影响。

由此几乎可消除工作人员在对燃气轮机进行检修时的危险。

另一优点在于，不再需要采用迄今作为有效防护措施的闭锁装置。

又一优点在于，没有必要对现有的联合发电设备的离合器进行重新设计。

本发明主要基于如下考虑：即，对所述调节单元这样设计，使得盘动运行在极低的转速值时进行。在这种情况下，蒸汽轮机轴以每小时很少的转动圈数转动。这样选择低转速，即，使得即便在离合器被不期望地接通而将蒸汽轮机的转矩传递到所述轴系中的其余部分上时，所产生的加速力不足以使得在燃气轮机上形成潜在危险。由此几乎阻止了燃气轮机的起动。

优选将所述调节单元设计为具有用于输入额定转速的额定值输入口。

由此可以从外面预先给定额定值。视蒸汽轮机和燃气轮机的具体实施形式可选择不同的转速。

可适当地将所述驱动装置设计为电动机或燃油驱动的发动机。由此，可以按照具体要求和现有的配备情况现场采用一种符合目的的驱动装置。

按照本发明的联合发电设备的另一有利设计，可将所述调节单元设计成在盘动运行期间沿两个旋转方向调节所述蒸汽轮机的转速。

通过这些措施整体上可进一步缩短所述冷却过程。

下面借助附图所示实施例对本发明予以详细说明，在所有附图中相同或近似功能的部件都用同样的附图标记表示。附图中：

图1是联合发电设备的示意图；

图2示出了调节单元的一实施形式；

图3是联合发电设备的另一实施形式的示意图。

如图1所示，所述单轴设备的整个轴系1用附图标记1来表示。设计为单轴设备的联合发电设备2具有燃气轮机3、发电机4、离合器5和蒸汽轮机6。所述轴系1通过未详细示出的轴承7支承。将驱动装置8与所述轴系1连接成使得转矩从所述驱动装置8传递到整个轴系1上。

所述驱动装置8可被设计成盘车马达。

所述驱动装置8可被设计成燃油驱动的或电力驱动的马达。

在按规定运行时，所述离合器5自动接通。由此，蒸汽轮机转子的转矩通过所述离合器5传递到所述发电机4和所述燃气轮机3上。

为了避免蒸汽轮机6和燃气轮机3因热应力发生翘曲，在冷却期间，必须借助驱动装置8使蒸汽轮机转子和燃气轮机转子转动。在冷却过程开始时，可保持离合器5接通，也就是说通过所述离合器5传递转矩。此时，轴系1的转速可在每分钟3至200转之间。该转速也可在每分钟3至50转之间。如果对于燃气轮机3达到了为检查目的或维修目的所进行工作的条件，就断开所述离合器5，也就是说不再通过离合器5传递转矩。所述驱动装置8从这时开始仅仅驱动蒸汽轮机转子。

所述驱动装置8的转速通过调节单元9来调节。由此可使蒸汽轮机转子在这样低的速度下转动，即，使得离合器5即便被不期望地接通也不会导致燃气轮机转子转动。此时，蒸汽轮机转子的转速可在每小时1至240转之间。

蒸汽轮机转子的转速也可在每小时1至50转之间。

这个转速比按规定运行时的转速低。所述离合器可设计成公知的齿形离合器。该离合器5的任务是将蒸汽轮机轴系19和燃气轮机轴系20相互耦连在一起或在需要时脱耦断开。

为了阻止蒸汽轮机转子或燃气轮机转子因热应力而发生翘曲，这种盘车运行是必需的。

在图3中简略示出了联合发电设备的另一种实施形式。与图1所示的区别在于，本实施形式采用第二驱动装置19来驱动燃气轮机3。

由此，在盘动运行期间可以独立于所述蒸汽轮机轴系19地驱动运行所述燃气轮机轴系20，使之具有不同的转速。例如，燃气轮机3可按每分钟120至200转之间的转速运行，蒸汽轮机可按每分钟50至60转之间的转速运行。当然，此时所述离合器5保持断开。

所述驱动装置19另外还可与另一调节单元20连接。

在图2中示出了调节单元9。该调节单元9具有与驱动装置8的输入口相连的调节输出口10。所述调节单元9还具有调节输入口11，可调节的输入额定值信号可加载在该输入口11上。作为所述额定值要么采用所述轴系1的转速要么采用其转矩。可将调节单元核心部件12设计成比例积分调节器(所谓的PI调节器)或比例积分微分调节器(所谓的PID调节器)。在另一实施形式中，也可将调节单元核心部件12设计成比例调节器(所谓的P调节器)。

在该调节单元核心部件12的调节输出口14上有一个调节输出值作为调节输出信号输出，将该信号输入变换器部件15的输入口18。

所述调节单元9在此可被设计成通过所述调节输入口11预先给定额定值，后者可在输出口16形成关于转速的调节输出参数。利用该调节输出参数可使盘转运行期间的转速保持恒定的低值。

在此，这样选择所述转速，即，使得在盘动运行期间不期望地接通所述离合器也不会对轴系产生什么不良影响。

按照一种可选择的实施形式，所述调节单元9可完全组装结合在涡轮机控制系统中。通过完全自动化的控制几乎可完全防止第三人在外面进行误操作。

Claims (7)

1.一种设计为单轴设备的联合发电设备(2)，其基本上由一个燃气轮机(3)、一个蒸汽轮机(6)和一个连接在它们之间的发电机(4)组成，其中，在该发电机(4)和蒸汽轮机(6)之间设有一个离合器(5)，另外，设有至少一个用于驱动该单轴联合发电设备的驱动装置(8)，

其特征在于，

设有一个用于调节所述蒸汽轮机(6)转速的调节单元(9)。

2.按照权利要求1所述的联合发电设备(2)，

其特征在于，

所述调节单元(9)具有一个用于输入一额定转速的额定值输入口(11)。

3.按照权利要求1或2所述的联合发电设备(2)，

其特征在于，

所述驱动装置(8)设计为电动机。

4.按照权利要求1或2所述的联合发电设备(2)，

其特征在于，

所述驱动装置(8)设计为燃油驱动的发动机。

5.按照权利要求1至4中任一项所述的联合发电设备(2)，

其特征在于，

所述调节单元(9)设计成可调节两个旋转方向的转速。

6.一种用于冷却一个加热到运行温度并设计为单轴设备的联合发电设备(2)的方法，该联合发电设备包括一个燃气轮机(3)、一个蒸汽轮机(6)和一个连接在它们之间的发电机(4)，其中，在该发电机(4)和蒸汽轮机(6)之间设有一个离合器(5)，另外，采用至少一个用于驱动所述单轴联合发电设备的驱动装置(8)，并在盘动运行期间，既使燃气轮机又使蒸汽轮机以每分钟1至200转之间的转速运行，其特征在于，在对于燃气轮机(3)的冷却过程结束后，在断开所述离合器(5)的情况下所述蒸汽轮机(6)以每小时1至240转之间的转速运行，并用一个调节单元(9)调节该蒸汽轮机(6)的转速。

7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，所述蒸汽轮机以每小时1至50转之间的转速运行。