專利名稱：燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)電站燃氣輪機的雙水內(nèi)冷系統(tǒng)的制作方法
火力電站是消耗化石燃料的大戶。在當今環(huán)保與節(jié)能的時代潮流迫切要求下，燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)電站熱力系統(tǒng)無疑是一項有廣闊發(fā)展空間的創(chuàng)新。
聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)有別于傳統(tǒng)的蒸汽發(fā)電系統(tǒng)，在于它先將燃料燃燒時爆發(fā)性瞬間氣體熱膨脹所孕育的沖動性能量加以充分利用，在燃燒室出口布置了噴嘴，使高溫燃燒產(chǎn)物(煙氣)以高速沖向燃氣輪機葉片陣列，使之產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)機械能，帶動發(fā)電機，產(chǎn)生第一波電能。煙氣經(jīng)過這一階段的能量釋放后，才被導入鍋爐以吸收其焓，產(chǎn)生蒸汽以推動汽輪發(fā)電機組產(chǎn)生第二波電能(見

圖1B)。由于聯(lián)合循環(huán)綜合利用了第一和第二兩波的能量，因此比之于傳統(tǒng)的以鍋爐一汽輪發(fā)電機為主體的火力電站(見圖1A)，將燃料爆發(fā)性引燃所產(chǎn)生的能量棄之不顧，任其自由擴散流失，而只是單純地用鍋爐吸收燃燒產(chǎn)物的焓這一項能量而言，聯(lián)合循環(huán)熱力系統(tǒng)具有顯著的較高熱效率，是不容置疑的。
但我國在設(shè)計、建設(shè)聯(lián)合循環(huán)電站時沿用了某些國外技術(shù)的一貫方法，即為了防止燃氣輪機主要部件(例如噴嘴、葉片等)免于受到燃料燃燒后煙氣高溫(超出了這些關(guān)鍵部件工程材料所能承受的程度)而損壞，故而采用了大量的冷空氣將煙氣溫度預(yù)先降低到600～650℃左右，然后才導入燃氣輪機(見圖1B)。經(jīng)過這一姑息性措施后，煙氣進入鍋爐時其溫度只有600℃左右，而同時煙氣流量卻猛增了200～400％。煙氣低溫和超大流量對鍋爐而言不啻是一項無可逾越的障礙，使聯(lián)合循環(huán)這項創(chuàng)新對大型高效電站而言是不可接受的。
本專利提出燃氣輪機的雙水內(nèi)冷，其目的就是不用大量冷空氣以降低煙溫，而是采用水冷卻的方法，以保護燃氣輪機主要部件免受高溫的損害，因而可以保持煙氣的理論高溫和煙氣理論最低流量進入鍋爐，使鍋爐的設(shè)計更加合乎理想。同時也保持了聯(lián)合循環(huán)的全部優(yōu)點。其結(jié)果是降低了電站的燃料消耗量，簡化了電站的設(shè)施配置，因而也就降低了電站的總造價和日常的生產(chǎn)成本。(見圖1C)本專利提出的雙水內(nèi)冷新技術(shù)，其含義是燃氣輪機的定子(即不轉(zhuǎn)動部份)和轉(zhuǎn)子(即轉(zhuǎn)動的部份)雙雙實行水內(nèi)冷。
定子的水內(nèi)冷有兩種主要方式。其一，如圖2所示，件21為需要冷卻的燃氣輪機部件，件24為水夾套，件22為進水管，件23為出水管。件21為周圍的流動水所冷卻，受到有效的保護。其二，如圖3所示，件21為需要冷卻的燃氣輪機部件，件22為冷卻水進水管，件26為進水集箱，件25為冷卻水管，件27為出水集箱，件23為出水管。圖中，件25冷卻水管為環(huán)形管件，以密集節(jié)距排列在件21的外側(cè)。冷卻水由進水管(件22)起，經(jīng)過件26、件25、件27與件23，形成一個完整的冷卻水流通渠道，完成其冷卻任務(wù)。
無論是圖2抑或圖3所示結(jié)構(gòu)，在某些場合(例如燃燒室)還可結(jié)合使用耐火材料。定子的水內(nèi)冷可以按需要冷卻部件的具體情況，采用各種不同的方式。
轉(zhuǎn)子的水內(nèi)冷系統(tǒng)見圖4所示。件1為燃氣輪機心軸，其一端帶動葉輪主體(件2)，另一端則帶動發(fā)電機。件3為葉片陣列，是高溫煙氣的沖刷對象，牢固地附著在葉輪本體(件2)的外圈基座(件4)上。冷卻水的流程由進水管(件5)開始，經(jīng)過進水壓蓋(件6)和心軸(件1)的導水孔進入葉輪本體(件2)的內(nèi)腔，再經(jīng)過內(nèi)腔中的導水管(件7)、分水集箱(件8)和分水管(件9)，穿過葉輪本體的外圈基座(件4)上的小孔，將冷卻水送入每個葉片(件3)的內(nèi)腔，直達其頂部近處的位置。冷卻水在葉片內(nèi)腔中，由于葉輪高速旋轉(zhuǎn)的離心作用，傾向于粘附在葉片內(nèi)腔的頂部。但在冷卻水的壓力推擠下，才被迫流向葉片內(nèi)腔底部，經(jīng)過葉片基座(件4)上的小孔，流入葉輪本體(件2)的內(nèi)腔?；谕瑯釉?，冷卻水在葉輪本體內(nèi)腔中也是被迫流向葉輪本體(件2)的底部，經(jīng)過其右端板(件10)上的小孔，流入冷卻水出口壓蓋(件11)，經(jīng)出水管(件12)排出。至此，完成了冷卻水的流動行程。
圖5為葉片兩種設(shè)計方式的示意圖。詳圖A為空心葉片，運行時內(nèi)腔中充滿了流動的冷卻水。詳圖B為實心葉片，經(jīng)鉆孔后形成多個冷卻水的流通渠道，以達到葉片的冷卻目的。
本專利實施時，不同于目前國產(chǎn)的和引進國外技術(shù)的聯(lián)合循環(huán)電站。在電站熱力系統(tǒng)上都必要作自主知識產(chǎn)權(quán)的更新，使其達到理想的緊湊和簡化。目前沿用的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)只有經(jīng)過雙水內(nèi)冷的改型，才有可能為大型和超大型電站單元機組所接受。
權(quán)利要求
本專利申請要求保護以下權(quán)利
1.本專利申請?zhí)岢隽巳細廨啓C的雙水內(nèi)冷系統(tǒng)新概念，其“雙水內(nèi)冷”是本專利申請的核心。該技術(shù)從未見之于國內(nèi)、國外燃氣輪機設(shè)備設(shè)計或理論刊物及媒體的報導，是一項全新的技術(shù)，有必要申請國家專利的保護。
2.本專利申請?zhí)岢隽巳細廨啓C定子的水內(nèi)冷兩種設(shè)計方案，可以單獨地和綜合性地應(yīng)用于燃氣輪機定子的設(shè)計中。該設(shè)計方案從未見之于國內(nèi)、國外燃氣輪機的設(shè)計，是一項全新的技術(shù)，有必要申請國家專利的保護
3.本專利申請?zhí)岢隽巳細廨啓C轉(zhuǎn)子的水內(nèi)冷設(shè)計方案，其整體設(shè)計方案和諸多設(shè)計細節(jié)，從未見之于國內(nèi)、國外燃氣輪機設(shè)備設(shè)計或理論刊物及媒體的介紹，是一項全新的技術(shù)，有必要申請國家專利的保護。
全文摘要
燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)電站是近年來電站設(shè)計的重大創(chuàng)新。但目前我國引進的技術(shù)乃是世界各國通用的低溫燃氣的方式，以避免燃氣輪機的過早燒毀，這種先進的技術(shù)因此不能在電站熱能利用率方面有顯著的貢獻。本申請“燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)電站燃氣輪機的雙水內(nèi)冷系統(tǒng)”提出燃氣輪機轉(zhuǎn)子和定子雙雙進行水冷卻的方式，使燃氣輪機有可能在高溫燃氣的條件下進行可靠的運作，使電站熱工系統(tǒng)更趨合理，電站的熱能利用效率才可能有大幅提升?？梢哉J為，只有燃氣機進行了雙水內(nèi)冷的改造，才有可能充分顯示燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)的優(yōu)越性。圖1示電站熱工系統(tǒng)三種熱工系統(tǒng)的對比。圖2～圖5示燃氣輪機雙水內(nèi)冷設(shè)計中各主要部件的結(jié)構(gòu)示意。
文檔編號F01D5/18GK101037950SQ20061007962
公開日2007年9月19日 申請日期2006年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月28日
發(fā)明者戴克發(fā) 申請人:戴克發(fā)