專利名稱：用于燃?xì)鉁u輪的噴射器機外排出方案的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于增強渦輪性能的在燃?xì)鉁u輪中的流動線路，并且更具體地涉及使 用機外排出(overboard bleed)流以使噴射器運轉(zhuǎn)和將噴射器出口流連通到渦輪用于定子 和轉(zhuǎn)子冷卻。
背景技術(shù)：
在燃?xì)鉁u輪中，典型地將來自壓縮機進(jìn)口的總氣流的一部分轉(zhuǎn)移到各種渦輪構(gòu)件 用于各種目的，包括冷卻那些構(gòu)件。轉(zhuǎn)移的空氣可消耗通過壓縮機的總氣流的大部分。這 些寄生流的管理和控制可顯著地增加渦輪的性能。典型地，處于壓力下的空氣從壓縮機中 提取并且繞過渦輪的燃燒系統(tǒng)用作用于各種渦輪構(gòu)件的冷卻流。高爐氣(Bre)是煉鋼廠的低熱值(BTU)副產(chǎn)物，希望使用Bre作為燃?xì)鉁u輪的燃 燒器中的燃料。然而這種使用涉及若干挑戰(zhàn)。例如，需要高燃料質(zhì)量流量以達(dá)到合適的點 火溫度。相反地，氣流減少使得空氣/燃料比更小，并且可達(dá)到更高的火焰溫度。然而，燃 氣渦輪壓縮機需要在最小體積流量下運轉(zhuǎn)(以避免喘振)。為了減少到燃燒器的質(zhì)量流量， 在壓縮機的末級之后排出一些數(shù)量的空氣。該排出流稱為機外排出(OBB)。圖1是使用OBB流用于Bre冷卻線路裝設(shè)的燃?xì)鉁u輪1的示意圖。渦輪包括多級 壓縮機2，其中每個級將輸入空氣壓縮到更高的壓力和溫度。燃燒器3經(jīng)由輸入管線4接收 來自壓縮機的加壓空氣并且將加壓空氣與經(jīng)由燃料輸入5的燃料混合以經(jīng)由管線6輸出熱 燃燒氣體。熱燃燒氣體輸入到渦輪7。加壓空氣可經(jīng)由管線8從壓縮機2中提取以繞過燃燒器3。該加壓空氣可輸入到 渦輪7用于冷卻目的，例如用于冷卻渦輪7的第三擴(kuò)展器(expander)定子。渦輪的第一和 第二級擴(kuò)展器(定子、向前葉輪空間(forward wheel space)和轉(zhuǎn)子)以及轉(zhuǎn)子的第三級 可使用例如經(jīng)由管線9來自壓縮機2的第17級空氣進(jìn)行冷卻。末級提取物的其余部分是 輸入到熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG) 11的OBB流。將希望通過最佳地利用OBB流減小通過壓縮機2的流率。此外，低BTU燃料運轉(zhuǎn)的燃?xì)鉁u輪單元需要具有更少的氣流，但是因為喘振需求， 通過壓縮機的氣流遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于所需要的。這導(dǎo)致以壓縮機功的形式的有價值功率的損失。還 將希望減少這種功率損失。

發(fā)明內(nèi)容
在示例性實施例中，燃?xì)鉁u輪包括包含多個級的壓縮機、燃燒器和渦輪。壓縮機的 每個級將輸入空氣壓縮到更高的壓力和溫度。燃燒器從壓縮機接收加壓空氣并且將加壓空 氣與燃料混合以輸出熱燃燒氣體。渦輪從燃燒器接收熱燃燒氣體。機外排出(OBB)線路從 壓縮機的末級排出空氣，提取空氣線路從壓縮機的上游級提取空氣。噴射器從OBB線路和 提取空氣線路接收輸入，來自噴射器的噴射器出口流連通到渦輪。在另一個示例性實施例中，燃?xì)鉁u輪中的冷卻線路包括從壓縮機的末級排出空氣的機外排出(OBB)線路、從壓縮機的上游級提取空氣的提取空氣線路以及從OBB線路和提 取空氣線路接收輸入的噴射器，其中來自噴射器的噴射器輸出(出口流)連通到渦輪用于 轉(zhuǎn)子和定子冷卻。在又一個示例性實施例中，操作燃?xì)鉁u輪的方法包括以下步驟將橫過多個壓縮 機級的輸入空氣壓縮到更高的壓力和溫度；將加壓空氣與燃料在燃燒器中混合并且輸出熱 燃燒氣體到渦輪；從壓縮機的末級經(jīng)由機外排出(OBB)線路排出空氣；從上游壓縮機級經(jīng) 由提取空氣線路提取空氣；將來自O(shè)BB線路和來自提取空氣線路的輸出連通到噴射器；以 及將噴射器出口流連通到渦輪。


圖1是使用OBB流的傳統(tǒng)高爐氣冷卻線路裝設(shè)的示意性方框圖；圖2是用于增強渦輪功率的OBB冷卻線路方案的示意性方框圖；以及圖3是示例性噴射器的近視圖。部件列表
現(xiàn)有技術(shù)
1燃?xì)鉁u輪
2多級壓縮機
3燃燒器
4輸入管線
5燃料輸入
6管線
7渦輪
8管線
9管線
IlHRSG
實施例
20燃?xì)鉁u輪
22壓縮機
24渦輪
26進(jìn)口
28燃燒器
30燃料管線
32管線
34管線
35噴射器
36管線
38管線
40管線
42噴射器噴嘴44抽吸室46擴(kuò)散器
具體實施例方式參考圖2，燃?xì)鉁u輪20包括壓縮機22和渦輪對。壓縮機22具有用于接收環(huán)境空 氣的進(jìn)口 26，環(huán)境空氣然后通過壓縮機22中的許多不同的級被壓縮，每個級將空氣壓縮到 更高的壓力和溫度。壓縮空氣主要用于輸送到燃燒器觀，在此處加壓空氣與經(jīng)由燃料管線 30的燃料輸入結(jié)合并且燃燒以提供熱燃燒氣體到渦輪M的各個級。排出空氣可從壓縮機22的級中移除用作渦輪中的冷卻/清洗氣流。壓縮機氣流 的一部分從通過燃燒器觀的流中轉(zhuǎn)移用于這些其它目的。在圖2中示出的示例性方案中， 使用從壓縮機22的末級(例如，在示例性應(yīng)用中的第17級)經(jīng)由管線32提取的空氣冷卻 第一和第二級擴(kuò)展器(定子、向前葉輪空間和轉(zhuǎn)子)以及第三級轉(zhuǎn)子。此外，從壓縮機22 的上游級經(jīng)由管線34提取的壓縮空氣可從渦輪M輸入以冷卻第三擴(kuò)展器定子。繼續(xù)參考圖2，OBB流經(jīng)由管線36連通到噴射器35并且與從壓縮機22的上游級 (例如，第5級)經(jīng)由管線38提取的空氣結(jié)合。利用OBB流，噴射器35用以增大來自壓縮 機上游級的提取空氣的壓力并且可用于冷卻第二級擴(kuò)展器的定子和向前葉輪空間以及第 三擴(kuò)展器的定子和渦輪對。圖2示出經(jīng)由管線40到渦輪M的噴射器出口流。因此，OBB流用于在噴射器中使壓縮機上游級提取物加壓以減少更高級提取物并 且因此減少壓縮機氣流和功率消耗。這還具有移除在壓縮機排氣溫度上730° F的限值的 有利結(jié)果，該限值是因為存在可用于向前葉輪空間冷卻的最大冷卻空氣溫度而建立的。圖3中示出示例性噴射器35。來自O(shè)BB流的高壓空氣經(jīng)由管線36輸入，而來自壓 縮機上游級的較低壓力空氣經(jīng)由管線38輸入。來自O(shè)BB流的壓力能量經(jīng)由噴射器噴嘴42 轉(zhuǎn)化為高速能量，而從壓縮機上游級提取的空氣在抽吸室44中由高速空氣攜帶?；旌衔锏?速度能量在擴(kuò)散器46中轉(zhuǎn)化為壓力能量，噴射器出口流經(jīng)由管線40輸送到渦輪M。描述的系統(tǒng)通過最佳地利用OBB減小通過壓縮機的流率。連同OBB以及上游壓縮 機級提取物一起使用的噴射器減少用于冷卻燃?xì)鉁u輪擴(kuò)展器的轉(zhuǎn)子、定子和向前葉輪空間 的末級提取物。建立熱動力學(xué)模型，并且在目前可利用的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)上可實現(xiàn)顯著的效 率增大。盡管連同目前被認(rèn)為是最實用的和優(yōu)選的實施例描述本發(fā)明，但是將理解的是本 發(fā)明不限制于公開的實施例，而相反，意圖覆蓋包括在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的各 種改變和等同布置。
權(quán)利要求
1.一種燃?xì)鉁u輪，包括壓縮機(22)，其包括多個級，每個級將輸入空氣壓縮到更高的壓力和溫度； 燃燒器( )，其從所述壓縮機接收加壓空氣，所述燃燒器將所述加壓空氣與燃料混合 以輸出熱燃燒氣體；渦輪( )，其從所述燃燒器接收所述熱燃燒氣體； 機外排出(OBB)線路(36)，其從所述壓縮機的末級排出空氣； 提取空氣線路(38)，其從所述壓縮機的上游級提取空氣；和噴射器(42)，其從所述OBB線路和所述提取空氣線路接收輸入，其中，來自所述噴射器 的噴射器出口流連通到所述渦輪。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)鉁u輪，其特征在于，所述渦輪04)包括多個級，并且其 中，所述噴射器出口流連通到中間渦輪級。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃?xì)鉁u輪，其特征在于，所述噴射器出口流連通到第二渦輪 級的向前葉輪空間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃?xì)鉁u輪，其特征在于，所述噴射器出口流連通到第三渦輪 級的上游向前葉輪空間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)鉁u輪，其特征在于，所述提取空氣從第五壓縮機級提取。
6.一種在燃?xì)鉁u輪中的冷卻線路，所述燃?xì)鉁u輪包括壓縮機(22)、從所述壓縮機接收 輸出的燃燒器08)和從所述燃燒器接收熱燃燒氣體的渦輪(M)，所述冷卻線路包括機外排出(OBB)線路(36)，其從所述壓縮機的末級排出空氣； 提取空氣線路(38)，其從所述壓縮機的上游級提取空氣；和噴射器(42)，其從所述OBB線路和所述提取空氣線路接收輸入，其中，來自所述噴射器 的噴射器出口流連通到所述渦輪。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的冷卻線路，其特征在于，所述提取空氣從第五壓縮機級提取。
8.一種操作燃?xì)鉁u輪的方法，包括將橫過多個壓縮機級的輸入空氣壓縮到更高的壓力和溫度； 將所述加壓空氣與燃料在燃燒器08)中混合并且輸出熱燃燒氣體到渦輪04)； 從所述壓縮機的末級經(jīng)由機外排出(OBB)線路(36)排出空氣； 從上游壓縮機級經(jīng)由提取空氣線路(38)提取空氣；將來自所述OBB線路和來自所述提取空氣線路的輸出連通到噴射器02)；以及 將噴射器出口流連通到所述渦輪。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述渦輪包括多個級，并且其中，所述連 通噴射器出口流的步驟通過將噴射器出口流連通到中間渦輪級進(jìn)行實施。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述提取步驟通過從第五壓縮機級提取 空氣進(jìn)行實施。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于燃?xì)鉁u輪的噴射器機外排出方案。燃?xì)鉁u輪中的冷卻線路包括從壓縮機(22)的末級排出空氣的機外排出(OBB)線路(36)、從壓縮機的上游級提取空氣的提取空氣線路(38)以及從OBB線路和提取空氣線路接收輸入的噴射器(42)。來自噴射器的噴射器出口流連通到渦輪。
文檔編號F02C7/18GK102128086SQ20111000582
公開日2011年7月20日 申請日期2011年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月4日
發(fā)明者A·K·沙馬, B·佩米, P·N·戈文丹, S·V·錢德拉波斯 申請人:通用電氣公司