專利名稱：渦輪機葉輪空間溫度控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固定式發(fā)電渦輪機的操作，更具體地說，涉及對渦輪機葉輪空間(wheelspace)溫度的控制。
背景技術(shù)：
渦輪機葉輪空間是指那些支承著相應(yīng)的成排渦輪葉片的轉(zhuǎn)子轂或葉輪之間的區(qū)域。因此，葉輪空間位于穿過相鄰級的主氣流的徑向內(nèi)部。通常情況下，徑向內(nèi)側(cè)的轉(zhuǎn)子轂被加熱，其熱量來自轉(zhuǎn)子葉片的傳導(dǎo)、主氣流侵入葉輪空間空穴以及葉輪空間內(nèi)的風(fēng)力擾動發(fā)熱。
實際的渦輪機葉輪空間溫度是和渦輪機輸出功率、環(huán)境溫度以及機組條件或機組老化情況相關(guān)的函數(shù)。葉輪空間溫度被實時監(jiān)測，在發(fā)現(xiàn)高于可接受溫度讀數(shù)的信號時進行報警。當(dāng)前，為了避免出現(xiàn)這種過高葉輪空間溫度的警報，操作人員會降低發(fā)電功率。這種操作在氣溫較高的日子里造成了收入損失并潛在地限制了總發(fā)電功率。使葉輪空間溫度下降的另一個選擇包括關(guān)閉機組，改變冷卻供應(yīng)回路的孔板，然后重啟機組。然而，這樣會造成停止/啟動的延遲并且作為外部環(huán)境溫度的函數(shù)需要進行經(jīng)常性的調(diào)節(jié)。
另一個選擇包括減少冷卻氣流，以此對葉輪空間溫度產(chǎn)生相反的效果。將葉輪空間溫度設(shè)定得較高會使性能提高，但是也會減少機組的壽命周期。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明允許操作人員通過調(diào)制閥基于機組條件、環(huán)境溫度及指示溫度而增加(或減少)冷卻氣流。通過減少冷卻氣流能擴展運行范圍和/或在相反條件下增加冷卻氣流來延長轉(zhuǎn)子壽命。在這一點上，對系統(tǒng)的連續(xù)監(jiān)測可保持機組在熱天運行在較高輸出功率上而葉輪空間溫度低于上限，同時可對支持其它工作優(yōu)先級和擴展范圍提供靈活性。
沿用現(xiàn)有技術(shù)中從渦輪機的壓縮機中抽取空氣然后通過固定孔將凈化/冷卻空氣供給葉輪空間空穴的操作方式，但是應(yīng)用了更大的孔，以便允許新添加的調(diào)節(jié)控制閥來增加或減少從壓縮機中被抽取而進入葉輪空間空穴的冷卻空氣流。此外，只需要在一般用于將抽取空氣供給葉輪空間的多個管道中安裝一個控制閥。換句話說，一個控制閥就具備足夠的預(yù)先調(diào)節(jié)能力來增加或減少進入葉輪空間的壓縮機抽取空氣。
在示番性實施例中，本發(fā)明控制壓縮機抽氣流返回以冷卻和凈化渦輪機葉輪空間。冷卻流通過一調(diào)制閥在充分連續(xù)的基礎(chǔ)上進行控制，通過致動該閥允許從壓縮機抽取所需量的氣流到渦輪機葉輪空間。氣流量通過為了獲得所需葉輪空間溫度而選擇的控制參數(shù)來確定。
在一實施例中，提供了一種開環(huán)控制方案，其中調(diào)制閥可設(shè)定在一給定位置，如果監(jiān)測到的葉輪空間溫度不可接受，操作人員可將該閥移動到另一個位置。
在另一實施例中，提供了一種閉環(huán)方案，其中調(diào)制閥位置自動改變以使葉輪空間溫度保持在一設(shè)定點。
因此，一方面本發(fā)明涉及一種在燃氣輪機中控制葉輪空間溫度的方法，包括(a)從主要為了燃燒而供應(yīng)壓縮空氣到燃氣輪機的壓縮機中抽取空氣；(b)將步驟(a)中抽取的空氣供應(yīng)到燃氣輪機的葉輪空間中；(c)控制步驟(b)中供應(yīng)的氣流以便獲得所需的葉輪空間溫度。
另一方面，本發(fā)明涉及一種在燃氣輪機中控制葉輪空間溫度的方法，包括(a)從主要為了燃燒而供應(yīng)壓縮空氣到燃氣輪機的壓縮機中抽取空氣；(b)將步驟(a)中抽取的空氣供應(yīng)到燃氣輪機的葉輪空間中；以及(c)控制步驟(b)中供應(yīng)的氣流以便獲得所需的葉輪空間溫度；其中步驟(c)通過在將抽取的冷卻空氣供應(yīng)到葉輪空間的管道中安裝一排放控制閥來執(zhí)行，并且排放控制閥的控制設(shè)定值由所需的葉輪空間溫度和增加燃氣輪機使用壽命這兩個目標(biāo)來共同來確定。
又一方面，本發(fā)明涉及一種在燃氣輪機中將從壓縮機抽取的空氣供應(yīng)給葉輪空間的裝置，該裝置包括在壓縮機和渦輪機葉輪空間之間延伸的一個或多個空氣供應(yīng)管道；位于一個或多個管道中的至少一個控制閥；以及將該控制閥控制為至少環(huán)境溫度和葉輪空間溫度的函數(shù)的手段。
接著本發(fā)明將結(jié)合唯一的如下所示的附圖進行更詳細的說明。


唯一的附圖以示意形式表示了一個依照本發(fā)明示意性實施例的將壓縮機抽取空氣用于冷卻和凈化渦輪機葉輪空間的控制系統(tǒng)。
具體實施例方式
參見附圖，壓縮機12與縱向中心線14所代表的單軸對準，并向一燃氣輪機組件10提供壓縮空氣。大部分壓縮空氣供應(yīng)給渦輪機燃燒室(未示出)，但是一些空氣被抽取以作它用。例如，在一條回路中，冷卻空氣從壓縮機的抽取口16、18中抽出，并通過管線20、22經(jīng)過入口24、26、28和30供應(yīng)到渦輪機的葉輪空間區(qū)域或空穴(或者就簡單地認為是葉輪空間)。在另一條回路中，冷卻空氣從壓縮機口32、34中抽出并通過管線36、38經(jīng)過入口40、42、44和46供應(yīng)到葉輪空間中。
該回路也可以暫時性地另作他用，例如在啟動時，此時過量的壓縮機空氣在各自的開關(guān)閥56、58、60和62的控制下通過管線48、50、52和54排入渦輪機排氣中。在常規(guī)系統(tǒng)中，氣流在各個回路管道或管線中通過固定孔64的方式進行控制。應(yīng)當(dāng)理解的是，抽取口、入口等的數(shù)量可根據(jù)具體應(yīng)用和適應(yīng)管道結(jié)構(gòu)進行變化。
依照本發(fā)明，進入渦輪機葉輪空間的冷卻氣流可通過一個排放閥或調(diào)制閥控制其流經(jīng)至少一個冷卻回路來加以增強，應(yīng)當(dāng)明白如果需要還可以采用額外的控制閥。根據(jù)示范性實施例，在閉環(huán)方案中將調(diào)制控制閥66安裝在管線22上，以便允許(通過口18)從壓縮機抽取的((通過入口24、26)供應(yīng)到渦輪機葉輪空間的冷卻空氣按需要進行調(diào)節(jié)。在這一點上，閥66可由微處理器68控制并編程從而自動地改變冷卻氣流的量，該冷卻氣流量是，例如，機組條件(由，例如，壓縮機排放壓力確定)、環(huán)境溫度及葉輪空間瞬間指示溫度的函數(shù)。由于控制是基于當(dāng)前溫度讀數(shù)進行的，可進行自動調(diào)節(jié)，從而允許擴展范圍操作和/或在不利條件下改進轉(zhuǎn)子壽命。換句話說，采用對系統(tǒng)進行連續(xù)監(jiān)測的方式以便使機組在熱天保持在較高的輸出功率，而且也為支持其它工作優(yōu)先級和擴展范圍提供了靈活性。在這一點上，閥66可向?qū)拸V的打開位置進行調(diào)節(jié)，從而增加冷卻氣流并因此增加使用壽命，或者該閥可向關(guān)閉位置進行調(diào)節(jié)，從而以犧牲使用壽命為代價獲得性能增強。為了使閥66可與現(xiàn)有的凈化空氣裝置兼容，管線22中的孔64可擴大以便于提供所需的流量范圍同時提供最大流量限值?；蛘撸?4可去掉，但是最好保留該孔，以便在閥產(chǎn)生故障時進行一定程度的控制。
在上述方案的變形中，當(dāng)閥66調(diào)節(jié)到一個位置而未達到所需葉輪空間溫度時，可采用一開環(huán)方案，操作人員可選地將該閥移至另一位置，該步驟按需要反復(fù)進行，以便獲得所需溫度或在所需范圍內(nèi)的溫度。
雖然本發(fā)明是針對目前認為最實用和最優(yōu)選的實施例來描述的，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不局限于公開的實施例，相反地，應(yīng)該是要覆蓋包括了本發(fā)明的精神和后附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)的各種修改和等同方案。
部件列表燃氣輪機組件10壓縮機12中心線14抽取口16、18管線20、22、36、38、48、50、52和54入口24、26、28、30、40、42、44和46壓縮機口32、34開關(guān)閥56、58、60、62孔64控制閥66微處理器68
權(quán)利要求
1.一種在燃氣輪機(10)中控制葉輪空間溫度的方法，包括(a)從主要為了燃燒而供應(yīng)壓縮空氣到燃氣輪機的壓縮機(12)中抽取空氣；(b)將步驟(a)中抽取的空氣供應(yīng)到燃氣輪機的葉輪空間中；以及(c)控制步驟(b)中供應(yīng)的氣流以便獲得預(yù)期的葉輪空間溫度。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(c)通過在將抽取的冷卻空氣供應(yīng)到葉輪空間的管道(22)中安裝排放控制閥(66)來執(zhí)行，并且其中排放控制閥的控制設(shè)定值自動選定以取得所述預(yù)期的葉輪空間溫度。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，排放控制閥(66)的控制設(shè)定值通過手動輸入。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(b)包括將抽取空氣通過多個入口(24、26、28、30)供應(yīng)到葉輪空間。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，執(zhí)行步驟(c)以減少葉輪空間溫度。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，執(zhí)行步驟(c)以增加葉輪空間溫度。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(c)作為由壓縮機排放壓力測定的渦輪機組條件的函數(shù)來執(zhí)行。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(c)作為環(huán)境溫度和葉輪空間溫度的函數(shù)來執(zhí)行。
9.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，至少一個固定孔(64)位于控制閥的下游。
全文摘要
一種在燃氣輪機(10)中控制葉輪空間溫度的方法，包括(a)從主要為了燃燒而供應(yīng)壓縮空氣到燃氣輪機的壓縮機(12)中抽取空氣；(b)將步驟(a)中抽取的空氣供應(yīng)到燃氣輪機的葉輪空間中；以及(c)控制步驟(b)中供應(yīng)的氣流以便獲得預(yù)期的葉輪空間溫度。
文檔編號F02C7/18GK1991142SQ20061006401
公開日2007年7月4日 申請日期2006年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月19日
發(fā)明者C·里克爾特, J·S·帕爾默 申請人:通用電氣公司