CN1991142A - 涡轮机叶轮空间温度控制 - Google Patents

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Abstract

一种在燃气轮机(10)中控制叶轮空间温度的方法，包括：(a)从主要为了燃烧而供应压缩空气到燃气轮机的压缩机(12)中抽取空气；(b)将步骤(a)中抽取的空气供应到燃气轮机的叶轮空间中；以及(c)控制步骤(b)中供应的气流以便获得预期的叶轮空间温度。

Description

涡轮机叶轮空间温度控制
技术领域
本发明涉及固定式发电涡轮机的操作，更具体地说，涉及对涡轮机叶轮空间(wheelspace)温度的控制。
背景技术
涡轮机叶轮空间是指那些支承着相应的成排涡轮叶片的转子毂或叶轮之间的区域。因此，叶轮空间位于穿过相邻级的主气流的径向内部。通常情况下，径向内侧的转子毂被加热，其热量来自转子叶片的传导、主气流侵入叶轮空间空穴以及叶轮空间内的风力扰动发热。
实际的涡轮机叶轮空间温度是和涡轮机输出功率、环境温度以及机组条件或机组老化情况相关的函数。叶轮空间温度被实时监测，在发现高于可接受温度读数的信号时进行报警。当前，为了避免出现这种过高叶轮空间温度的警报，操作人员会降低发电功率。这种操作在气温较高的日子里造成了收入损失并潜在地限制了总发电功率。使叶轮空间温度下降的另一个选择包括关闭机组，改变冷却供应回路的孔板，然后重启机组。然而，这样会造成停止/启动的延迟并且作为外部环境温度的函数需要进行经常性的调节。
另一个选择包括减少冷却气流，以此对叶轮空间温度产生相反的效果。将叶轮空间温度设定得较高会使性能提高，但是也会减少机组的寿命周期。
发明内容
本发明允许操作人员通过调制阀基于机组条件、环境温度及指示温度而增加(或减少)冷却气流。通过减少冷却气流能扩展运行范围和/或在相反条件下增加冷却气流来延长转子寿命。在这一点上，对系统的连续监测可保持机组在热天运行在较高输出功率上而叶轮空间温度低于上限，同时可对支持其它工作优先级和扩展范围提供灵活性。
沿用现有技术中从涡轮机的压缩机中抽取空气然后通过固定孔将净化/冷却空气供给叶轮空间空穴的操作方式，但是应用了更大的孔，以便允许新添加的调节控制阀来增加或减少从压缩机中被抽取而进入叶轮空间空穴的冷却空气流。此外，只需要在一般用于将抽取空气供给叶轮空间的多个管道中安装一个控制阀。换句话说，一个控制阀就具备足够的预先调节能力来增加或减少进入叶轮空间的压缩机抽取空气。
在示番性实施例中，本发明控制压缩机抽气流返回以冷却和净化涡轮机叶轮空间。冷却流通过一调制阀在充分连续的基础上进行控制，通过致动该阀允许从压缩机抽取所需量的气流到涡轮机叶轮空间。气流量通过为了获得所需叶轮空间温度而选择的控制参数来确定。
在一实施例中，提供了一种开环控制方案，其中调制阀可设定在一给定位置，如果监测到的叶轮空间温度不可接受，操作人员可将该阀移动到另一个位置。
在另一实施例中，提供了一种闭环方案，其中调制阀位置自动改变以使叶轮空间温度保持在一设定点。
因此，一方面本发明涉及一种在燃气轮机中控制叶轮空间温度的方法，包括：(a)从主要为了燃烧而供应压缩空气到燃气轮机的压缩机中抽取空气；(b)将步骤(a)中抽取的空气供应到燃气轮机的叶轮空间中；(c)控制步骤(b)中供应的气流以便获得所需的叶轮空间温度。
另一方面，本发明涉及一种在燃气轮机中控制叶轮空间温度的方法，包括：(a)从主要为了燃烧而供应压缩空气到燃气轮机的压缩机中抽取空气；(b)将步骤(a)中抽取的空气供应到燃气轮机的叶轮空间中；以及(c)控制步骤(b)中供应的气流以便获得所需的叶轮空间温度；其中步骤(c)通过在将抽取的冷却空气供应到叶轮空间的管道中安装一排放控制阀来执行，并且排放控制阀的控制设定值由所需的叶轮空间温度和增加燃气轮机使用寿命这两个目标来共同来确定。
又一方面，本发明涉及一种在燃气轮机中将从压缩机抽取的空气供应给叶轮空间的装置，该装置包括：在压缩机和涡轮机叶轮空间之间延伸的一个或多个空气供应管道；位于一个或多个管道中的至少一个控制阀；以及将该控制阀控制为至少环境温度和叶轮空间温度的函数的手段。
接着本发明将结合唯一的如下所示的附图进行更详细的说明。
附图说明
唯一的附图以示意形式表示了一个依照本发明示意性实施例的将压缩机抽取空气用于冷却和净化涡轮机叶轮空间的控制系统。
具体实施方式
参见附图，压缩机12与纵向中心线14所代表的单轴对准，并向一燃气轮机组件10提供压缩空气。大部分压缩空气供应给涡轮机燃烧室(未示出)，但是一些空气被抽取以作它用。例如，在一条回路中，冷却空气从压缩机的抽取口16、18中抽出，并通过管线20、22经过入口24、26、28和30供应到涡轮机的叶轮空间区域或空穴(或者就简单地认为是叶轮空间)。在另一条回路中，冷却空气从压缩机口32、34中抽出并通过管线36、38经过入口40、42、44和46供应到叶轮空间中。
该回路也可以暂时性地另作他用，例如在启动时，此时过量的压缩机空气在各自的开关阀56、58、60和62的控制下通过管线48、50、52和54排入涡轮机排气中。在常规系统中，气流在各个回路管道或管线中通过固定孔64的方式进行控制。应当理解的是，抽取口、入口等的数量可根据具体应用和适应管道结构进行变化。
依照本发明，进入涡轮机叶轮空间的冷却气流可通过一个排放阀或调制阀控制其流经至少一个冷却回路来加以增强，应当明白如果需要还可以采用额外的控制阀。根据示范性实施例，在闭环方案中将调制控制阀66安装在管线22上，以便允许(通过口18)从压缩机抽取的((通过入口24、26)供应到涡轮机叶轮空间的冷却空气按需要进行调节。在这一点上，阀66可由微处理器68控制并编程从而自动地改变冷却气流的量，该冷却气流量是，例如，机组条件(由，例如，压缩机排放压力确定)、环境温度及叶轮空间瞬间指示温度的函数。由于控制是基于当前温度读数进行的，可进行自动调节，从而允许扩展范围操作和/或在不利条件下改进转子寿命。换句话说，采用对系统进行连续监测的方式以便使机组在热天保持在较高的输出功率，而且也为支持其它工作优先级和扩展范围提供了灵活性。在这一点上，阀66可向宽广的打开位置进行调节，从而增加冷却气流并因此增加使用寿命，或者该阀可向关闭位置进行调节，从而以牺牲使用寿命为代价获得性能增强。为了使阀66可与现有的净化空气装置兼容，管线22中的孔64可扩大以便于提供所需的流量范围同时提供最大流量限值。或者，孔64可去掉，但是最好保留该孔，以便在阀产生故障时进行一定程度的控制。
在上述方案的变形中，当阀66调节到一个位置而未达到所需叶轮空间温度时，可采用一开环方案，操作人员可选地将该阀移至另一位置，该步骤按需要反复进行，以便获得所需温度或在所需范围内的温度。
虽然本发明是针对目前认为最实用和最优选的实施例来描述的，但是应当理解，本发明不局限于公开的实施例，相反地，应该是要覆盖包括了本发明的精神和后附权利要求书的范围内的各种修改和等同方案。
部件列表
燃气轮机组件10
压缩机12
中心线14
抽取口16、18
管线20、22、36、38、48、50、52和54
入口24、26、28、30、40、42、44和46
压缩机口32、34
开关阀56、58、60、62
孔64
控制阀66
微处理器68

Claims (9)

1、一种在燃气轮机(10)中控制叶轮空间温度的方法，包括：
(a)从主要为了燃烧而供应压缩空气到燃气轮机的压缩机(12)中抽取空气；
(b)将步骤(a)中抽取的空气供应到燃气轮机的叶轮空间中；以及
(c)控制步骤(b)中供应的气流以便获得预期的叶轮空间温度。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(c)通过在将抽取的冷却空气供应到叶轮空间的管道(22)中安装排放控制阀(66)来执行，并且其中排放控制阀的控制设定值自动选定以取得所述预期的叶轮空间温度。
3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，排放控制阀(66)的控制设定值通过手动输入。
4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(b)包括将抽取空气通过多个入口(24、26、28、30)供应到叶轮空间。
5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，执行步骤(c)以减少叶轮空间温度。
6、如权利要求1所述的方法，其特征在于，执行步骤(c)以增加叶轮空间温度。
7、如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(c)作为由压缩机排放压力测定的涡轮机组条件的函数来执行。
8、如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(c)作为环境温度和叶轮空间温度的函数来执行。
9、如权利要求2所述的方法，其特征在于，至少一个固定孔(64)位于控制阀的下游。
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