TW394822B - Method and apparatus for cooling a turbine with compressed cooling air from an auxiliary compressor system - Google Patents

Description

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發明背景 本發明關於提供壓縮冷空氣至燃燒㈣機Μ中之 機0 四 如同顯示於先前技術之圖”，先前技術發表，一於燃 燒渴輪機系統1()中之滿輪機16由一自系統壓縮機12之一壓 縮冷水蒸汽36冷卻。燃燒源輪機㈣规含運轉地連接之 壓縮機12、一燃燒器14及渦輪機16。壓綠哉12容置一氣流 24，且將其壓縮以產生一第一壓縮水蒸汽％，及—第二壓 縮水蒸汽34。第一壓縮水蒸汽26連一燃料蒸汽以導引：燃 燒器14。蒸汽於燃燒器14中燃燒，以產生—燃燒排放某汽 3〇。燃燒排放蒸汽30導引至渦輪機16，其膨脹蒸汽3〇，藉 以產生膨脹排放32’且轉動—軸18。轉轴18提供轉轴動力 至壓縮機12，以供其運轉，及至自其產生電力之發電機μ尸 壓縮冷水蒸汽36自第二壓縮水蒸汽34產生，該第二壓縮 水蒸汽34已自壓縮機12抽取。第二壓縮水蒸汽_引穿過 —冷卻裝置20.，以產生壓縮冷水蒸汽％。冷卻裝置扣可使 用水、空氣或其它冷卻介質，以減少第二壓縮水蒸汽财 溫度。 第二壓縮水蒸，汽34之抽取及冷卻，而產生壓縮冷水蒸汽 36並不1是熱力_£有效率，因爲蒸汽34係—幾乎絕熱壓縮之 -結果 '蒸汽34已加熱至一比所需要冷卻漏輪機16高之溫 度，且需要冷卻以產生壓縮冷水·:蒸汽Μ,。，其以一更加等溫， 之方法產生冷空氣將更有效率，且藉以^少需要產生壓縮 冷水蒸汽之動力。 -4- 本紙張尺度適用中國國家標隼（CMS ) Α4規格（210X297公疫） (請先閲翁背面之注意事項再填寫本頁) ¥ ί I-Q------IT------p 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 2 經 濟 部 中 .央 準 員 X. 消 費 合 作 社 印 製 乂録尺度 A7 B7 五、發明説明（ 第二壓縮水蒸汽34之抽取，而產生壓縮冷水蒸汽亦有害 由燃燒渦輪機系統蘭產生之總動力。系統1〇之總動力視 經過滿輪機16氣流之體積而定。藉由非使用第二壓縮水蒸 汽3二以燃燒燃料蒸汽28且形成排放蒸汽3〇,則經過過輪 機之氣流減少，導致一動力減少。 因此，提供壓縮冷空氣至燃燒渦輪機系統以供冷卻渦輪 機之—可變換方法及裝置係想要的。 —一 發明摘要_ - 本發明提供-方法及系統，料運轉—燃燒渦輪機系統 ’該系統具有—系統空氣壓縮機、-燃燒器及-滿輪機。 =助空氣壓縮機容置—水蒸汽，且自其產生—壓縮冷水 瘵汽。冷水蒸汽然後導引至燃燒渦輪機系统，且用於冷卻 滿輪機。 先前技術圖1顯示一燃燒渦輪機系統之略圖，該系统具 有過輪機，—其以系統壓縮機中所產生之廢縮空氣冷卻。 圖2顯杀一燃燒濁輪機系統之略圖，該系統具有—渴輪 機，其以壓縮冷水蒸汽冷卻，該水蒸汽自一由根據發明— 具體實例之發動，所傳動之一輔助壓縮機系統。 圖3頌—楚|燒渦輪機系統之略圖，該系統具有—渦於 機’其以—壓縮冷水蒸汽冷卻，該水蒸汽自一具有介於： 級間I内冷卻器及由—根據發明木具料例之—汽輪機 傳動之多級辅助壓縮機系統。， ，’ ’ 圖4顯不—燃燒渦輪機系統之略圖，該系統具有— (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁)

L 經 中 A 標 準 Μ 員 工 消 費 合 社 印 製 五、發明説明（3 機 其以-壓縮冷水蒸^卻，該水蒸汽自—由 根據發 明具體實例之揪燒®鉍姓 <, 俗爆贫 ‘、、輪機系統所傳動之多級輔助壓繪機系 統。 圖:顯不―燃燒渦輪機系統之略圖，該系統具有一渦輪 機，其以一壓縮冷水蒸汽冷卻，該水蒸汽自—由一根據發 明具體實例之輔助燃燒、甚鉍她衣〆、Α 、 很蘇發 - 輪機系、·无所傳動之多級輔助壓縮 機系統。 實例之韻.明 ' 現在參考圖面’其中同樣之參考數字參考同樣之元件， 且特別對於圖2，渦輪機16由一壓縮機冷水蒸汽50冷卻該 水蒸汽已由-輔助壓繪機54壓縮。輔助壓容置一水 蒸汽52，且將其壓縮以形成-加熱之壓繪水蒸汽60。於一 發明之較佳具體實例中，輔助壓縮機54可由―馬達_由 一軸58傳動，如同顯示於圖2中。加熱之壓綠水蒸汽^於 -壓後冷卻器62中冷卻，以產生壓縮冷水蒸汽％。發明之 其它具體實例—可不具有—壓後冷卻器62。 .壓縮冷水蒸汽50使用-絕熱壓.縮產生，類似顯示於先前 技術圖丨中之壓縮冷水蒸汽34。然而，顯示於圖2中發明之 具體實例具有一,增加之氣流經過渦輪機16。發明之此具體 實例已增加經由燃燒渦輪機系統1〇之總動力產生，當由輔 助壓縮機54所需之動力小於由渦輪機16所產生之額外動力 時，因自壓縮機12之所有氣流現在導引至,渦輪機16。 ， 發明之其它具體實例可使用其它配置之輔助壓縮機，及 其它用於傳動輔助壓縮機之裝置。現在參考圖3，渦輪機 i---------;:|-衣—— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂------------------ I______-6- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29?公釐） 經濟部中央標準局Λ工消費合作社印製 Α7

BJ 五、發明説明（4 ) 16由一壓縮冷水蒸汽7〇所冷卻，該水蒸汽7〇由壓縮於一輔 助多級壓縮機74中之一水蒸汽72而產生。輔助多級壓縮機 74包含之連續排列之壓縮級78、8〇及82，在相鄰之壓縮級 78及80間，水蒸汽由一内冷卻器84所冷卻。同樣地，介於 相鄰之壓縮級80及82間，水蒸汽由一内冷卻器86所冷卻。 内冷卻器84及86可與輔助多級壓縮機74—體成形或在其外 部。藉由冷卻於壓縮級間之水蒸汽，壓祭.係比壓縮機5 4之 絕熱壓縮等溫。壓縮冷水蒸汽7〇亦可更進一-步由一壓後冷 卻器76所冷卻。 顯示於圖3中發明之具體實例具有比顯示於先前技術圖！ 中先前技術燃燒渦輪機較高之總能量產生。於輔助多級壓 縮機74中，内冷卻器84及86之使用導致一由比較壓縮機12 之絕熱壓縮更有效率、更等溫之壓縮所產生之壓縮冷水蒸 % / 汽70。此外，經過渦輪機16之氣流增加，導致更多動力產 * .. 生。發明之其它具體實例可具有或多或少之壓縮級，可具 有或多或少之内冷卻器及可不具有一壓後冷卻器。 輔助多級壓縮機74提供自一汽輪機92，經由軸90之轉軸 動力。汽輪機92容置冷流94，且將其膨脹以產生一膨脹汽 流96及轉軸動力。 ， λ 現在參考圖4渦輪機16由一壓縮冷水蒸汽1〇〇所冷卻， 1¾水蒸汽由壓縮一於一輔助多級及壓縮機1〇4中之水蒸汽 102而產生，該壓縮機具有級1〇6:及n〇。,水蒸汽ι〇2由第一, 壓縮機106所容置，壓縮，由一内，冷卻1〇8所冷卻，且於 第二壓縮級110中再壓縮，以產生壓縮冷水蒸汽1〇〇。内冷 ----- -7- 本紙張尺度通用宁國國家標準（CNS ) Α4_ ( 21〇><297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -------丁______ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 _B7_ 五、發明説明（5 ) 卻器108可與輔助多級壓縮機104—體成形或在其外部。發 明之其它具體實例可具有或多或少之級，可具有或多或少 之内冷卻器，且可具有一壓後冷卻器。 輔助多級壓縮機104自燃燒渦輪機系統10之軸18提供轉軸 .動力至其轴112。一動力傳輸裝置114傳輸轉軸動力自軸18 至軸112。動力傳輸裝置114可以是一離合器、一液壓聯結 器、一齒輪或其它合適之裝置。發明之其它具體實例可不 需要一動力傳輪裝置1 U。 ^ 現在參考圖5，渦輪機16由一壓縮冷水蒸汽120所冷卻， 該水蒸汽由壓縮一於一輔助多級壓縮機124中之水蒸汽122 而產生，該壓縮機有級126及130。水蒸汽122由第一壓縮級 126所容置，壓縮，由一内冷卻器128所冷卻，且於第二壓 縮級130中壓縮，再以產生再壓縮冷水蒸汽120。内冷卻，器 128可與輔助多級壓縮機104—體成形或在其外部。級126及 130容置轉軸動力，以經由軸132而運轉。發明之其它具體 實例可具有或^多或少之級，可具有或多或少之内冷卻器， 且可具有一壓後冷卻器。 輔助多級壓縮機124自一輔助燃燒渦輪機系統136經由軸 132提供轉軸動力。輔助燃燒渦輪機系統136包含一壓縮機 / 138、一燃燒器‘Ϊ4Ό及一渦輪機142，其係運轉地連接。壓縮 機138容置一水蒸汽144，且將其壓縮以產生壓縮水蒸汽146 。燃燒器140容置壓縮水蒸汽146 與燃料蒸汽148 —起，且 ' τ ， 將其燃燒以產生一燃燒排放水蒸汽150〖渦輪機142容置燃 燒排放水蒸汽150，且將其膨脹以產生一膨脹排放水蒸汽 -8 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） ^—•^11-1. - !- —I - - I J \ Μ衣- —.- I .....----- (請先閱挽背面之注意事項再填寫本頁) 五、發明説明（6 152及於軸132之轉轴動力。發明之其它具體 助燃燒系統之其它合適配置，包含使用 138以外來源之壓端空氣，以冷卻漏輪機142。壓縮機 本發明以一輔助壓缩機 _ 、、 坚縮機而實仃，琢壓縮機包含任彳 之壓縮級’内冷卻器及|後A 口。 及壓後冷部盗·。此外，發明可使用接 供轉軸動力至輔助壓縮機之適 使用如 W ^ ^ 適裝置，除了先前討論 裝置外，孩裝置包含電動馬達56、七輪機 輪機系統财身、及輔助燃燒滿輪機系統136。因此:= 明可以其它特足之形式具體化，而無脱離精神或其重要屬 性’且因此’應參考附屬之申•專利範圍，而非上述之説 明書，作爲發明之指示範圍。 -- n· m n K n II n -I— 1. .良 1 I I —1 In Τ» ^3 i (請先閲讀背面之注意事項再填寫本s·) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 準 # I家 國 國 中 用 I適 I度 尺 張 -紙 |本 I釐 公 7 9 2

Claims (1)

1. 經濟部申央標準局員工消費合作社印製 A8 B8 ___ C8 -------P8-_ _ 六、申請專利範圍 1 ·種運轉一第一燃燒渦輪機系統之方法，該系統包含 系統壓縮機、一燃燒器及一渦輪機，且運轉地連接 在—起’包含以下之步骤： a)導引一水蒸汽至一輔助空氣壓縮機系統，自其產生 —壓縮冷水蒸汽；及 -b)冷卻渦輪機，以該壓縮冷水蒸汽^ 一 2 ·根據申請專利範圍第1項之方法，更進一步包含提供轉 車由動力至該輔助壓縮機系統，以供其經由一馬達運轉 之步敬。 • 根據申凊專利範圍_第1項之方法，更進一步包含提供^轉 車由動力至該輔助壓縮機系統，以供其經由—汽輪機系 統運轉之步驟。 4.根據申請專利範圍第1項之方法，更進一步包含提供嫜 轴動力至該輔助壓縮機系統，以供其經由一第—燃燒 渦輪機系統運轉之步驟。 . 5，根據申請專知範圍第1項之方法，更.進一步包含提供轉 轴動力至該輔助壓縮機系統，以供其經由一第二燃燒 渦輪機系統運轉之步驟。 6 ·根據申請專利範圍第i項之方法，其中該導引水蒸汽之 r 步驟更進一步包含以下之步骤： a) 壓縮該水蒸汽，以產生一壓縮水蒸汽；及 b) 冷卻該壓縮水蒸汽，以產生_該壓缩冷水蒸汽。 t ·/ 7.根據申請專利範園第1項之方法，其中該導引水蒸汽之 _____ -10- _ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210><297公釐） (請先閎讀背面之注意事項再填寫本頁)

   ABCD 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 、申請專利範圍 步驟更進一步包含重覆地壓縮及冷卻多數次該水蒸汽 ’直到該壓縮冷水蒸汽產生之步驟。 8 .根據申請專利範園第7項之方法，更進—步包含提供轉 軸動力至該輔助壓縮機系統，以供其經由一馬達運轉 之步驟。 9 ·根據申請專利範圍第7項之方法，更進—步包含提供轉 轴動力至該輔助壓縮機系統，以供其,f由一汽輪機系 統運動之步驟。 10.根據申請專利範圍第7項之方.法，更進—步包含提供轉 軸動力至該輔助壓縮機系統，以供其經由一第一燃一燒 渦輪機系統運轉之步驟。 11·根據申請專利範圍第7項之方法，更進—步包含提供轉 軸動力至該輔助壓縮機系統，以供其經由一第二燃逢 渦輪機系統運轉之步骤。 12.—種動力產生系統包含： a) 輔助壓縮機裝置，用以容置轉軸動力及一輔助水蒸 汽，且自其產生一壓縮冷私蒸汽；及 b) 一第一燃燒渦輪機系統包含： 0,第一壓笮f；裝置，用以壓縮—壓縮機水蒸汽，以 產生一壓縮水蒸汽； .一 ii)燃燒器裝置，用以容置及燃燒_燃料蒸汽及該壓 縮水辂A，以產生一燃燒排放.水蒸汽、及 m)渦輪機裝置，用以容置及膨脹該燃燒排放水蒸 -11 - 私紙張尺度適财®目家縣（CNS ) 公董） ---------裝-------訂------i (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ί ABICD 經濟部中央榡準局員工消費合作衽印製 394822 ^、申請專利範圍 η* ’以產生抽動力及膨脹排放水蒸汽，且用以容置該 壓縮冷水蒸汽，以冷卻該渦輪機裝置。 13.根據申請專利範圍第12項之動力產生系統，其中該輔 助壓縮機裝置包含： a)壓縮級裝置，用以壓縮該輔助水蒸汽；及 - b)冷卻級裝置，用以容置自該壓縮級裝置之該輔助水 蒸汽，且冷卻該輔助水蒸汽。 — 根據申請專利範圍第12項之動力產生系統，其中該輔 助壓縮機裝置包含： a) 多數連續排列之壓縮級裝置，以一最後壓縮級裝置 結束，用以容置、壓縮及排放該輔助水蒸汽；及 b) 内冷卻裝置’用以冷卻該輔助水蒸汽，其流動於至 少二對相鄰壓縮級裝置之間。 / 15.根據申請專利範圍第14項之動力產生系統，其中該輔 助壓縮機裝置更進一步包含壓後泠卻器裝置，用以容 置自该取夜壓縮級裝置之該輔助水蒸汽，且冷卻該輔 助水蒸汽。 16_根據申請專利範園第12項之動力產生系統，更進一步 包含一馬達，用/以供應轉軸動力至該輔助壓縮機裝置。 ; I. ¥ 17·根據申請專利範圍第12項之-動力產生系統，更進一步 包含一汽輪機系統，用以供應轉軸動力至該輔助壓縮 機裝置。 ： 、 I 18·根據申請專利範圍第12項之動力產生系統，更進一步 ''-— "12- 、尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

   A8 C8 D8 394822 、申請專利範圍 包含裝置，用以輸送該轉軸動力自該第一燃燒渦輪機 系統至該輔助壓縮機裝置。 19.根據申請專利範圍第12項之動力產生系統，更進一步 包含一第二燃燒渦輪機系統，用以供應轉軸動力至該 輔助壓縮機裝置。 '請 先 閏 讀 背 之 注 意 Ψ 項 再 填· % 本 頁 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準.（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐）