CN205206884U - 燃气轮机及燃气轮机间隙控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种燃气轮机和一种燃气轮机的间隙控制系统，所述燃气轮机包括一压缩机和一涡轮部，所述燃气轮机还包括：一管路，所述管路的一端与所述压缩机连通，所述管路的另一端与所述涡轮部连通，所述压缩机内的气体可通过所述管路流向所述涡轮部的叶片；一冷却器，所述冷却器配置于所述管路上，用于在所述燃气轮机启动阶段或重启阶段时冷却流经所述管路的气体。本实用新型的燃气轮机设有间隙控制系统，所述间隙控制系统可在燃气轮机启动阶段或重启阶段时有效增大顶部间隙的最小值。
Description
技术领域
本实用新型涉及能源技术领域，特别涉及一种燃气轮机和一种燃气轮机的间隙控制系统。
背景技术
燃气轮机(GasTurbine)是一种以连续流动的气体作为工质、把热能转换为机械功的旋转式动力机械。燃气轮机一般由压缩机(Compressor)、燃烧室(Combustor)和涡轮部(Turbine)三大部件构成。工作时，压缩机从外界大气环境吸入空气，并经过轴流式压缩机逐级压缩使之增压，同时空气温度也相应提高；压缩空气被压送到燃烧室与喷入的燃料混合燃烧生成高温高压的燃气；然后高温高压的燃气再进入到涡轮部中膨胀做功，推动涡轮部带动压缩机和外负荷转子一起高速旋转，实现了气体或液体燃料的化学能部分转化为机械功，并输出电功。
燃气轮机的性能受多种参数的影响，顶部间隙是影响燃气轮机性能的重要参数的其中之一，顶部间隙指的是燃气轮机的涡轮部的叶片与壳体间的间隔距离。在涡轮部正常运行过程中，顶部间隙过大将导致燃气轮机效率下降，甚至会引起喘振；顶部间隙过小，将导致叶片与壳体间的摩擦，产生故障，影响燃气轮机的安全运行。
燃气轮机在启动阶段或重启阶段时，燃气轮机的涡轮部的叶片因温度急剧升高而膨胀，顶部间隙迅速减小，并形成一最小间隙。在后续的稳定运行过程中，随着壳体温度的升高及顶部间隙的调整，稳定运行过程中的顶部间隙均大于所述最小间隙。在燃气轮机启动阶段若能增大所述最小间隙，在燃气轮机效率不变的情况下，可防止叶片与壳体间的摩擦，提升燃气轮机的安全性能；在燃气轮机安全性能不变的情况下，可减小燃气轮机发电阶段的顶部间隙，提高燃气轮机的工作效率。然而，在现有技术中，目前尚未发现增大燃气轮机启动阶段或重启阶段最小间隙的有效方法。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的是提出一种燃气轮机，其在启动阶段或重启阶段时，顶部间隙的最小值可得到有效提升。
本实用新型的另一目的是提出一种燃气轮机间隙控制系统，可在待冷却装置启动或重启阶段时对待冷却装置进行有效冷却。
本实用新型提供了一种燃气轮机，其包括一压缩机和一涡轮部，所述燃气轮机还包括：一管路，所述管路的一端与所述压缩机连通，所述管路的另一端与所述涡轮部连通，所述压缩机内的气体可通过所述管路流向所述涡轮部的叶片；一冷却器，所述冷却器配置于所述管路上，用于在所述燃气轮机启动阶段或重启阶段时冷却流经所述管路的气体。
在燃气轮机的一种示意性实施例中，所述燃气轮机还包括一控制阀，所述控制阀设置于所述管路上，用于控制所述管路内气体流量的大小。
在燃气轮机的一种示意性实施例中，所述燃气轮机处于启动阶段或重启阶段时，所述管路内的气体流量为第一流量值，所述燃气轮机处于正常发电状态时，所述管路内的气体流量为第二流量值，所述第一流量值大于所述第二流量值。
在燃气轮机的一种示意性实施例中，所述冷却器为水冷却式冷却器、风冷却式冷却器或机械制冷式冷却器。
在燃气轮机的一种示意性实施例中，所述管路及所述冷却器设置在所述压缩机和所述涡轮部的外部。
本实用新型还提供了一种燃气轮机间隙控制系统，连接于一气源装置和一待冷却装置之间，所述燃气轮机间隙控制系统包括：一管路，所述管路的一端与所述气源装置连通，所述管路的另一端与所述待冷却装置连通，所述气源装置内的气体可通过所述管路流向所述待冷却装置；一冷却器，所述冷却器配置于所述管路上，用于在所述待冷却装置启动阶段或重启阶段时冷却所述管路内的气体。
在燃气轮机间隙控制系统的一种示意性实施例中，所述气源装置为燃气轮机的压缩机，所述待冷却装置为燃气轮机的涡轮部的叶片。
在燃气轮机间隙控制系统的一种示意性实施例中，所述燃气轮机间隙控制系统还包括一控制阀，所述控制阀设置在所述管路上，用于控制所述管路内气体流量的大小。
在燃气轮机间隙控制系统的一种示意性实施例中，所述待冷却装置处于启动状态或重启状态时，所述管路内的气体流量为第一流量值，所述待冷却装置处于正常运行状态时，所述管路内的气体流量为第二流量值，所述第一流量值大于所述第二流量值。
在燃气轮机间隙控制系统的一种示意性实施例中，所述冷却器为水冷却式冷却器、风冷却式冷却器或机械制冷式冷却器。
从上述方案中可以看出，在本实用新型的燃气轮机及燃气轮机间隙控制系统中，由于冷却器在燃气轮机启动阶段或重启阶段时冷却流经管路的气体，可实现在燃气轮机启动阶段或重启阶段时有效冷却涡轮部的叶片，增大叶片和壳体间的顶部间隙的最小值；由于顶部间隙最小值的增大，当燃气轮机正常发电时，燃气轮机安全性能不变的情况下，燃气轮机的发电效率可有效提升，燃气轮机发电效率不变的情况下，燃气轮机的安全性能可大幅提升。
附图说明
下面将通过参照附图详细描述本实用新型的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本实用新型的上述及其它特征和优点，附图中：
图1为本实用新型的一个实施例的燃气轮机的工作原理示意图。
图2为图1所示的燃气轮机的结构示意图。
图3为图1所示的燃气轮机从启动到正常发电过程中温度、速度及功率的变化示意图。
图4为图1所示的燃气轮机工作过程中涡轮部叶片与壳体间顶部间隙的变化示意图。
图5为图1所示的燃气轮机启动过程的顶部间隙的变化示意图。
在上述附图中，所采用的附图标记如下：
10燃气轮机
12压缩机
122转子
13燃烧室
14涡轮部
142叶片
143壳体
15燃气轮机间隙控制系统
151管路
152控制阀
153冷却器
G0、G1、G1’顶部间隙
A、B、C、D、
时间点
E
O1、O2、O1’顶部间隙最小时对应的点
L1、L2、L3、
趋势线
S1、S2、L
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本实用新型进一步详细说明。
图1为本实用新型的一个实施例的燃气轮机的工作原理示意图。图2为图1所示的燃气轮机的结构示意图。请参见图1和图2，本实施例的燃气轮机10包括压缩机12、燃烧室13、涡轮部14和燃气轮机间隙控制系统15，压缩机12、燃烧室13和涡轮部14依次设置并连通。燃气轮机间隙控制系统15连接于压缩机12和涡轮部14之间，用于将压缩机12内的压缩气体冷却并输送至涡轮部14，以对涡轮部14的叶片142进行冷却。燃气轮机10内还设有转子122，转子122贯穿压缩机12和涡轮部14的内部，使得压缩机12和涡轮部14的叶片同步转动。燃气轮机间隙控制系统15设置于压缩机12、燃烧室13和涡轮部14的外部，除燃气轮机间隙控制系统15外，燃气轮机10还具有如图1所示的主冷却通道D1，主冷却通道D1位于压缩机12、燃烧室13和涡轮部14的内部，压缩机12内的压缩空气可流进主冷却通道D1对涡轮部14进行冷却。
以下将结合燃气轮机10的工作原理说明其能实现的技术效果：
图3为图1所示的燃气轮机从启动到正常发电过程中温度、速度及功率的变化示意图。请参见图3，线L1表示燃气轮机10从启动到正常发电过程中，燃气轮机10输出功率的变化趋势。线L2表示燃气轮机10从启动到正常发电过程中，压缩机12输出的压缩气体的温度的变化趋势。线L3表示燃气轮机10从启动到正常发电过程中，转子122的转速的变化趋势。从图3中可以看出，燃气轮机10在启动过程中，转子122的转速逐渐增大，压缩机12输出的压缩气体的温度逐渐升高，燃气轮机10的输出功率为零；当燃气轮机10正常发电时，转子122的转速和压缩机12输出的压缩气体的温度为一稳定值，燃气轮机10的输出功率逐渐增大，最后燃气轮机10输出一稳定功率。在燃气轮机10的启动阶段时，压缩机12输出的压缩气体的温度为300摄氏度左右，燃气轮机间隙控制系统15可对该阶段压缩机12输出的压缩气体进行有效冷却。
图4为图1所示的燃气轮机工作过程中涡轮部叶片与壳体间顶部间隙的变化示意图。请参见图4和图2，当燃气轮机10处于停机状态时，对应于图4中的时间点A，涡轮部14的叶片142和壳体143温度为常温，叶片142和壳体143间的顶部间隙最大；请参见图4中的时间点A至时间点B，燃气轮机10处于启动阶段时，叶片142的温度急剧上升，而壳体143的温度基本保持不变，由于叶片142受热膨胀，叶片142和壳体143间的顶部间隙急剧减小，时间点B时，顶部间隙O1达到最小值G1；接着，燃气轮机10的运行渐趋稳定，对应于图4中时间点B至时间点C的状态；然后，通过位置的调整实现调节叶片142和壳体143间的顶部间隙，如图4中时间点C至时间点D的直线段L，顶部间隙的大小为G0，时间点C至时间点D为燃气轮机10正常运行发电过程。
当燃气轮机10需要暂停工作时，对应于图4中的时间点D，再次调整叶片142和壳体143间的顶部间隙，由于叶片142和壳体143渐趋冷却，叶片142和壳体143间的顶部间隙增大，并有一定的波动，对应于图4中时间点D至时间点E，到时间点E时，叶片142仍未完全冷却，处于膨胀状态，壳体143的温度趋近常温，叶片142和壳体143间的顶部间隙O2也较小，点O2的顶部间隙等于或接近于点O1的顶部间隙；当燃气轮机10重启时，对应于图4中的时间点E以后，顶部间隙又会增大。
在燃气轮机10整个运行过程中，可以看出，在时间点B或时间点E时，即燃气轮机10处于启动阶段或重启阶段时，顶部间隙G1最小，燃气轮机10在后续运行过程中对顶部间隙的调整会受到所述顶部间隙G1的限制。所述最小的顶部间隙G1可通过燃气轮机间隙控制系统15调控。
请再次参见图1，燃气轮机间隙控制系统15包括管路151、控制阀152和冷却器153，如图1所示，管路151位于压缩机12和涡轮部14的外部，管路151的一端与压缩机12连通，另一端与涡轮部14连通。压缩机12内的压缩气体可通过管路151流向涡轮部14的叶片142，实现对叶片142的冷却。
控制阀152和冷却器153配置于管路151上，控制阀152用于调节管路151内气体流量的大小。冷却器153用于在燃气轮机10启动阶段或重启阶段时冷却流经管路151且从压缩机12流向涡轮部14的气体。冷却器153可为水冷却式冷却器、风冷却式冷却器或机械制冷式冷却器。需要说明的是，在燃气轮机10处于启动阶段或重启阶段时，才启用冷却器153，控制阀152和冷却器153的位置可以互换。
请一并参见图2，在本实施例中，当燃气轮机10处于启动阶段或重启阶段时，燃气轮机间隙控制系统15可对燃气轮机10进行冷却，具体地，启用冷却器153，自压缩机12流出并流入管路151的压缩空气流经控制阀152及冷却器153，且所述压缩空气经过冷却器153冷却后流向涡轮部14的叶片142，以实现对叶片142较佳的冷却效果。当燃气轮机10处于正常发电阶段时，停用冷却器153，即冷却器153不再对流经管路151内的气体进行冷却。
图5为图1所示的燃气轮机启动过程的顶部间隙的变化示意图。请参见图5，曲线S2所示的是燃气轮机10因加设燃气轮机间隙控制系统15的顶部间隙的变化趋势，曲线S1是改进前燃气轮机10的顶部间隙的变化趋势，燃气轮机10在启动时顶部间隙O1的数值G1明显大于改进前的燃气轮机的顶部间隙O1’的数值G1’。
另外，燃气轮机10处于重启阶段时的情形和其处于启动阶段时的情形相同，如果燃气轮机10处于启动阶段时，顶部间隙的最小值G1增大，相应地，燃气轮机10处于重启阶段时，顶部间隙的最小值也增大。
在燃气轮机10效率不变的情况下，顶部间隙的最小值G1的增大可防止叶片142和壳体143间发生刮擦，提升燃气轮机10的安全性能。另外，由于燃气轮机10在启动阶段或重启阶段的顶部间隙的最小值G1的增大，可通过调整设计基准，使得燃气轮机10在正常运行发电过程中，调小叶片142和壳体143间的顶部间隙G0(请参见图4)，从而燃气轮机10可获得更高的发电效率。
在其他实施例中，更进一步地，燃气轮机10处于启动阶段或重启阶段时，管路151内的气体流量为第一流量值，燃气轮机10处于正常发电状态时，管路151内的气体流量为第二流量值，第一流量值大于第二流量值。也就是说，在燃气轮机10的启动阶段或重启阶段时，在启用冷却器153的同时，还通过调控控制阀152增大管路151内的气体流量，实现更佳的冷却效果，有利于进一步增大燃气轮机10启动阶段或重启阶段时顶部间隙的最小值G1。
在另一实施例中，图1中冷却器153也可以省略，在冷却器153省略的情况下，当燃气轮机10处于启动阶段或重启阶段时，通过对控制阀152的调节，加大管路151中压缩空气的流量，增强对叶片142的冷却效果。
需要说明的是，本实用新型还提供一种上述的燃气轮机间隙控制系统15，燃气轮机间隙控制系统15连接于一气源装置和一待冷却装置之间。燃气轮机间隙控制系统15包括管路151、控制阀152和冷却器153，管路151、控制阀152及冷却器153的位置关系及工作原理在此不再赘述。所述气源装置与所述待冷却装置的内部相连通，且所述气源装置和所述待冷却装置同时启动。在本实施例中，所述气源装置为燃气轮机10的压缩机12，所述待冷却装置为燃气轮机10的涡轮部14的叶片142，但不以此为限。
本实用新型的燃气轮机及燃气轮机间隙控制系统至少具有以下的优点：
1.在本实用新型的燃气轮机及燃气轮机间隙控制系统中，由于冷却器在燃气轮机启动阶段或重启阶段时冷却流经管路的气体，可实现在燃气轮机启动阶段或重启阶段时有效冷却涡轮部的叶片，增大叶片和壳体间的顶部间隙的最小值；由于对顶部间隙最小值的控制，当燃气轮机正常发电时，燃气轮机安全性能不变的情况下，燃气轮机的发电效率可有效提升，燃气轮机发电效率不变的情况下，燃气轮机的安全性能可大幅提升。
2.在本实用新型的燃气轮机及燃气轮机间隙控制系统的一个实施例中，燃气轮机处于启动阶段或重启阶段时，加大管路内的气体流量，可进一步增加启动阶段或重启阶段的顶部间隙。
3.在本实用新型的燃气轮机及燃气轮机间隙控制系统的一个实施例中，冷却器可为水冷却式冷却器、风冷却式冷却器或机械制冷式冷却器，冷却器的类型可根据实际情况灵活选择。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种燃气轮机(10)，其包括一压缩机(12)和一涡轮部(14)，其特征在于，所述燃气轮机(10)还包括：
一管路(151)，所述管路(151)的一端与所述压缩机(12)连通，所述管路(151)的另一端与所述涡轮部(14)连通，所述压缩机(12)内的气体可通过所述管路(151)流向所述涡轮部(14)的叶片(142)；
一冷却器(153)，所述冷却器(153)配置于所述管路(151)上，用于在所述燃气轮机(10)启动阶段或重启阶段时冷却流经所述管路(151)的气体。
2.如权利要求1所述的燃气轮机(10)，其特征在于，所述燃气轮机(10)还包括一控制阀(152)，所述控制阀(152)设置于所述管路(151)上，用于控制所述管路(151)内气体流量的大小。
3.如权利要求2所述的燃气轮机(10)，其特征在于，所述燃气轮机(10)处于启动阶段或重启阶段时，所述管路(151)内的气体流量为第一流量值，所述燃气轮机(10)处于正常发电状态时，所述管路(151)内的气体流量为第二流量值，所述第一流量值大于所述第二流量值。
4.如权利要求1所述的燃气轮机(10)，其特征在于，所述冷却器(153)为水冷却式冷却器、风冷却式冷却器或机械制冷式冷却器。
5.如权利要求1所述的燃气轮机(10)，其特征在于，所述管路(151)及所述冷却器(153)设置在所述压缩机(12)和所述涡轮部(14)的外部。
6.一种燃气轮机间隙控制系统(15)，连接于一气源装置和一待冷却装置之间，其特征在于，所述燃气轮机间隙控制系统(15)包括：
一管路(151)，所述管路(151)的一端与所述气源装置连通，所述管路(151)的另一端与所述待冷却装置连通，所述气源装置内的气体可通过所述管路(151)流向所述待冷却装置；
一冷却器(153)，所述冷却器(153)配置于所述管路(151)上，用于在所述待冷却装置启动阶段或重启阶段时冷却所述管路(151)内的气体。
7.如权利要求6所述的燃气轮机间隙控制系统(15)，其特征在于，所述气源装置为燃气轮机(10)的压缩机(12)，所述待冷却装置为燃气轮机(10)的涡轮部(14)的叶片(142)。
8.如权利要求6所述的燃气轮机间隙控制系统(15)，其特征在于，所述燃气轮机间隙控制系统(15)还包括一控制阀(152)，所述控制阀(152)设置在所述管路(151)上，用于控制所述管路(151)内气体流量的大小。
9.如权利要求8所述的燃气轮机间隙控制系统(15)，其特征在于，所述待冷却装置处于启动状态或重启状态时，所述管路(151)内的气体流量为第一流量值，所述待冷却装置处于正常运行状态时，所述管路(151)内的气体流量为第二流量值，所述第一流量值大于所述第二流量值。
10.如权利要求6所述的燃气轮机间隙控制系统(15)，其特征在于，所述冷却器(153)为水冷却式冷却器、风冷却式冷却器或机械制冷式冷却器。
Priority Applications (1)
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| CN201520773180.7U CN205206884U (zh) | 2015-09-30 | 2015-09-30 | 燃气轮机及燃气轮机间隙控制系统 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN (1) | CN205206884U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108571346A (zh) * | 2017-03-14 | 2018-09-25 | 通用电气公司 | 用于识别摩擦事件的方法及系统 |
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2015
- 2015-09-30 CN CN201520773180.7U patent/CN205206884U/zh active Active
Cited By (2)
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| CN108571346A (zh) * | 2017-03-14 | 2018-09-25 | 通用电气公司 | 用于识别摩擦事件的方法及系统 |
| US10801359B2 (en) | 2017-03-14 | 2020-10-13 | General Electric Company | Method and system for identifying rub events |
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