專利名稱：配置成焚燒帶灰燃油的渦輪機(jī)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文所公開的主題涉及渦輪機(jī)的領(lǐng)域，且更特定而言，涉及配置成焚燒帶灰燃油的渦輪機(jī)。
背景技術(shù)：
一般而言，渦輪機(jī)燃燒清潔的燃油來(lái)驅(qū)動(dòng)渦輪，渦輪例如向發(fā)電機(jī)、泵等提供功率。諸如天然氣、精煉油、合成氣等的清潔燃油傳遞到燃燒器且與空氣和/或其它稀釋劑混合以形成可燃混合物。燃燒該混合物以形成傳遞到渦輪部的熱氣體。在渦輪部中，熱氣體通過(guò)一系列定子和轉(zhuǎn)子而膨脹。轉(zhuǎn)子將來(lái)自熱氣體的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械旋轉(zhuǎn)能。使用清潔燃油導(dǎo)致基本上無(wú)灰的熱氣體形成。清潔燃油也導(dǎo)致來(lái)自渦輪機(jī)的較低總排放。目前，期望燃燒較重燃油。較重燃油或在精煉后剩下的燃油為當(dāng)前清潔燃油的較低成本的替代物。較重燃油造成灰，灰隨著熱氣體通過(guò)渦輪部帶走且沉積到內(nèi)部構(gòu)件上。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)示例性實(shí)施例的一方面，渦輪機(jī)包括壓縮器部；燃燒器部，其流體地連接到壓縮器部；以及渦輪部，其流體地連接到燃燒器部且機(jī)械地聯(lián)接到壓縮器部。燃燒器部配置且安置成焚燒帶灰燃油。渦輪部包括具有第一組多個(gè)翼型構(gòu)件的第一級(jí)和具有第二組多個(gè)翼型構(gòu)件的第二級(jí)。第一組多個(gè)翼型構(gòu)件具有流體地連接到壓縮器的尾緣排放構(gòu)件。第二組多個(gè)翼型構(gòu)件相對(duì)于第一組多個(gè)翼型構(gòu)件在周向呈時(shí)序布置(clocked)。第一組多個(gè)翼型構(gòu)件配置且安置成將少灰氣流導(dǎo)向至第二組多個(gè)翼型構(gòu)件中對(duì)應(yīng)相鄰的翼型構(gòu)件。根據(jù)示例性實(shí)施例的另一方面，一種在渦輪機(jī)中焚燒帶灰燃油的方法包括燃燒重燃料以形成含灰的熱氣體流；引導(dǎo)含灰熱氣體流朝向渦輪機(jī)的渦輪部的熱氣體路徑；將基本上無(wú)灰的壓縮器空氣流引入到熱氣體路徑內(nèi)；使得基本上無(wú)灰的壓縮器空氣流和含灰熱氣體流穿過(guò)多個(gè)第一級(jí)翼型構(gòu)件；從多個(gè)第一級(jí)翼型構(gòu)件中的每一個(gè)引導(dǎo)基本上無(wú)灰的壓縮器空氣流，在多個(gè)第一級(jí)噴嘴中的每一個(gè)的尾緣部的下游形成少灰空氣流；將少灰空氣流朝向多個(gè)第二級(jí)翼型構(gòu)件中的相鄰翼型構(gòu)件導(dǎo)向；以及使少灰空氣流穿過(guò)多個(gè)第二級(jí)翼型構(gòu)件中的相應(yīng)相鄰翼型構(gòu)件傳遞。從下文的描述，結(jié)合附圖，這些和其它優(yōu)點(diǎn)及特征將變得更顯而易見。


被認(rèn)為是本發(fā)明的主題在說(shuō)明書的總結(jié)處的權(quán)利要求中特別地指出且明確地要求保護(hù)。結(jié)合附圖，從下文的詳細(xì)描述中，本發(fā)明的的前述和其它特征及優(yōu)點(diǎn)將顯而易見，其中
圖1為配置成焚燒帶灰燃油的燃?xì)鉁u輪機(jī)的示意圖；以及圖2為圖1的燃?xì)鉁u輪機(jī)的渦輪部的第一級(jí)和第二級(jí)翼型構(gòu)件的示意圖。詳細(xì)描述參看附圖以舉例的方式解釋了本發(fā)明的實(shí)施例，以及優(yōu)點(diǎn)和特征。
部件列表
2渦輪機(jī)
4壓縮器部
6渦輪部
10燃燒器部
20第一級(jí)
24第二級(jí)
30多個(gè)第一級(jí)定子翼型構(gòu)件
32多個(gè)第一級(jí)定子翼型構(gòu)件
40多個(gè)第二級(jí)定子翼型構(gòu)件
42多個(gè)第二級(jí)定子翼型構(gòu)件
50含灰氣體
55壓縮器空氣排放構(gòu)件
57第一基本上無(wú)灰的壓縮器空氣流
58弦長(zhǎng)
63壓縮器空氣排放構(gòu)件
67第二基本上無(wú)灰的壓縮器空氣流。
具體實(shí)施例方式一般而言，大部分渦輪機(jī)配置成焚燒清潔、非重的精煉燃油。精煉、不帶灰燃油清潔地焚燒且當(dāng)在渦輪機(jī)燃燒器中燃燒時(shí)大體上很少或不產(chǎn)生灰。目前，精煉、不帶灰燃油的成本升高。這種燃料成本升高導(dǎo)致了渦輪機(jī)操作成本的顯著增加。由于許多渦輪機(jī)由電力公司用于發(fā)電，以及用于很多其它工業(yè)中，燃料成本中的升高將導(dǎo)致與電力、天然氣有關(guān)的任何事物以及多種其它商品增加的消費(fèi)者成本。術(shù)語(yǔ)帶灰燃油應(yīng)被理解為描述當(dāng)焚燒時(shí)產(chǎn)生灰的燃油。為了避免或補(bǔ)償升高的燃油成本，許多公司轉(zhuǎn)向帶灰燃油來(lái)為他們的渦輪機(jī)提供功率。帶灰燃油，諸如重燃油、重原油和輕原油或者精煉之后剩下的燃料，通常包括腐蝕性材料，諸如釩、鎳、鐵、鋅、鉛、鈣、鎂和硅，所有這些在燃燒時(shí)都導(dǎo)致灰形成。此外，腐蝕抑制劑也常常添加到燃料來(lái)防止可能由于釩元素或釩燃燒產(chǎn)物造成的腐蝕。腐蝕抑制劑也對(duì)燃燒之后進(jìn)入渦輪機(jī)2的燃燒產(chǎn)物中的灰含量有貢獻(xiàn)?；页练e到諸如噴嘴和動(dòng)葉的內(nèi)渦輪機(jī)部件上。隨著時(shí)間推移，灰將會(huì)對(duì)內(nèi)渦輪機(jī)部件的表面具有不利影響。直到現(xiàn)在，由于與清潔/替換內(nèi)渦輪機(jī)構(gòu)件相關(guān)聯(lián)的高維護(hù)成本，帶灰燃油的使用，盡管更便宜，但已經(jīng)被避免。首先參看圖1，根據(jù)示例性實(shí)施例構(gòu)造的渦輪機(jī)大體上以2示出。渦輪機(jī)2包括壓縮器部4，壓縮器部4通過(guò)燃燒器部10操作地連接到渦輪部6。燃燒器部10配置成接收帶灰燃油，帶灰燃油在燃燒時(shí)通常產(chǎn)生灰。壓縮器部4也經(jīng)由共用壓縮器渦輪軸12與渦輪部6操作地連接。在圖示的示例性實(shí)施例中，渦輪部6包括第一級(jí)20和第二級(jí)24。如圖所示，第二級(jí)24位于第一級(jí)20的下游。這里，應(yīng)意識(shí)到在渦輪部6中級(jí)的數(shù)量可不同。第一級(jí)20包括多個(gè)第一級(jí)定子翼型構(gòu)件，其中之一以30指示，和多個(gè)第一級(jí)轉(zhuǎn)子翼型構(gòu)件，其中之一以32指示。第一級(jí)轉(zhuǎn)子翼型構(gòu)件32定位于第一級(jí)定子翼型構(gòu)件30的下游。類似地，第二級(jí)24包括多個(gè)第一級(jí)定子翼型構(gòu)件，其中之一以40指示，和多個(gè)第二級(jí)轉(zhuǎn)子翼型構(gòu)件，其中之一以42指示。第二級(jí)轉(zhuǎn)子翼型構(gòu)件42定位于第二級(jí)定子翼型構(gòu)件40的下游。利用該布置，熱、含灰氣體50從燃燒器部10朝向第一級(jí)20傳遞。熱含灰氣體50流過(guò)多個(gè)第一級(jí)定子翼型構(gòu)件30朝向多個(gè)第一級(jí)轉(zhuǎn)子翼型構(gòu)件32。多個(gè)第一級(jí)定子翼型構(gòu)件30調(diào)節(jié)熱含灰氣體50沿著期望流動(dòng)路徑流動(dòng)以便沖擊多個(gè)第一級(jí)轉(zhuǎn)子翼型構(gòu)件32。響應(yīng)于熱含灰氣體50的流動(dòng)，多個(gè)第一級(jí)轉(zhuǎn)子翼型構(gòu)件32開始旋轉(zhuǎn)。熱含灰氣體50然后沿輪廓移動(dòng)以在隨后的級(jí)上膨脹以形成從渦輪部6輸出的旋轉(zhuǎn)能。如在下文中將更全面地討論地，多個(gè)第一級(jí)定子翼型構(gòu)件30、第一級(jí)轉(zhuǎn)子翼型構(gòu)件32、第二級(jí)定子翼型構(gòu)件40和第二級(jí)轉(zhuǎn)子翼型構(gòu)件42配置和布置成減輕在翼型件表面(未單獨(dú)地標(biāo)記)上的灰沉積。以此方式，示例性實(shí)施例提供用于焚燒HFO同時(shí)避免了與灰沉積相關(guān)聯(lián)的維護(hù)問題(諸如點(diǎn)狀腐蝕、腐蝕等)的系統(tǒng)。根據(jù)示例性實(shí)施例，多個(gè)第一級(jí)定子翼型構(gòu)件30中的每一個(gè)包括壓縮器空氣排放構(gòu)件，諸如圖2中55所不。壓縮器空氣排放構(gòu)件55定位于多個(gè)第一級(jí)定子翼型構(gòu)件30中的每一個(gè)的尾緣(未單獨(dú)地標(biāo)記)且與壓縮器部4流體地連接。以此方式，基本上無(wú)灰的壓縮器空氣流57引入于渦輪部6中。如將在下文中更全面地討論地，基本上無(wú)灰的壓縮器空氣流57在多個(gè)第二級(jí)定子翼型構(gòu)件40的隨后相鄰翼型構(gòu)件周圍形成無(wú)灰層，從而防止或至少基本上減少到翼型件表面上的灰沉積。此外，多個(gè)第一級(jí)定子翼型構(gòu)件30中的每一個(gè)形成為具有弦長(zhǎng)58，其比用于燃燒不帶灰燃油的燃?xì)鉁u輪機(jī)的定子翼型件的弦長(zhǎng)更長(zhǎng)。根據(jù)示例性實(shí)施例的一方面，多個(gè)第一級(jí)定子翼型構(gòu)件30中的每一個(gè)的弦長(zhǎng)58長(zhǎng)度達(dá)到用于非HFO焚燒燃?xì)鉁u輪機(jī)中的定子翼型件的弦長(zhǎng)的兩倍。弦長(zhǎng)的增加便于下游基本上無(wú)灰的壓縮器空氣流。另外根據(jù)示例性實(shí)施例，多個(gè)第二級(jí)定子翼型構(gòu)件40與多個(gè)第一級(jí)定子翼型構(gòu)件30中的相對(duì)應(yīng)的翼型構(gòu)件呈時(shí)序布置或在周向偏移。根據(jù)示例性實(shí)施例的一方面，通過(guò)將多個(gè)第二級(jí)定子翼型構(gòu)件40中的每一個(gè)旋轉(zhuǎn)地定位于在多個(gè)第一級(jí)定子翼型構(gòu)件30中的每一個(gè)的相對(duì)應(yīng)翼型件之間的軸向位置處而實(shí)現(xiàn)時(shí)序布置。根據(jù)示例性實(shí)施例的另一方面，通過(guò)減小多個(gè)第一級(jí)定子翼型構(gòu)件30和多個(gè)第二級(jí)定子翼型構(gòu)件40的數(shù)量同時(shí)還增加翼型構(gòu)件的總弦長(zhǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)序布置。大體上，在每一級(jí)中的定子翼型構(gòu)件的數(shù)量應(yīng)相等或?yàn)槠湔麛?shù)倍。多個(gè)第二級(jí)定子翼型構(gòu)件40相對(duì)于多個(gè)第一級(jí)定子翼型構(gòu)件30的時(shí)序布置引導(dǎo)基本上無(wú)灰的壓縮器空氣流57在隨后的相鄰的翼型件表面上傳遞來(lái)顯著地減少灰沉積。根據(jù)示例性實(shí)施例的另一方面，多個(gè)第一級(jí)轉(zhuǎn)子翼型構(gòu)件32中的每一個(gè)包括諸如在63示出的壓縮器空氣排放構(gòu)件。壓縮器空氣排放構(gòu)件63定位于多個(gè)第一級(jí)轉(zhuǎn)子翼型構(gòu)件32中的每一個(gè)的尾緣(未單獨(dú)地標(biāo)記)且與壓縮器部4流體地連接。以此方式，第二基本上無(wú)灰的壓縮器空氣流67進(jìn)一步引入于渦輪部6中。如將在下文中更全面地討論地，第二基本上無(wú)灰的空氣流67在多個(gè)第二級(jí)轉(zhuǎn)子翼型構(gòu)件42中隨后的相鄰翼型構(gòu)件周圍形成無(wú)灰層，從而防止或至少基本上減少到翼型件表面上的灰沉積。另外根據(jù)示例性實(shí)施例，多個(gè)第二級(jí)轉(zhuǎn)子翼型構(gòu)件42與多個(gè)第一級(jí)轉(zhuǎn)子翼型構(gòu)件32中的每一個(gè)的相對(duì)應(yīng)的翼型構(gòu)件呈時(shí)序布置或周向偏移。根據(jù)示例性實(shí)施例的一方面，通過(guò)將多個(gè)第二級(jí)轉(zhuǎn)子翼型構(gòu)件42中的每一個(gè)旋轉(zhuǎn)地定位于在多個(gè)第一級(jí)轉(zhuǎn)子翼型構(gòu)件32中的每一個(gè)的相對(duì)應(yīng)翼型構(gòu)件之間的軸向位置處而實(shí)現(xiàn)時(shí)序布置。根據(jù)示例性實(shí)施例的另一方面，通過(guò)相對(duì)于多個(gè)第一級(jí)轉(zhuǎn)子翼型構(gòu)件32的數(shù)量來(lái)減小多個(gè)第二級(jí)轉(zhuǎn)子翼型構(gòu)件42的數(shù)量來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)序布置。根據(jù)一個(gè)示例性方面，可將多個(gè)第二級(jí)轉(zhuǎn)子翼型構(gòu)件42的數(shù)量減小為多個(gè)第一級(jí)轉(zhuǎn)子翼型構(gòu)件32的數(shù)量一半那樣多。以與上文所述的方式類似的方式，多個(gè)第二級(jí)轉(zhuǎn)子翼型構(gòu)件42相對(duì)于多個(gè)第一級(jí)轉(zhuǎn)子翼型構(gòu)件32的時(shí)序布置引導(dǎo)第二基本上無(wú)灰的壓縮器空氣流67在隨后的相鄰的翼型件表面上傳遞來(lái)顯著地減少灰沉積。這里，應(yīng)了解示例性實(shí)施例描述了配置成焚燒帶灰燃油或當(dāng)燃燒時(shí)產(chǎn)生灰的燃油的渦輪機(jī)。渦輪機(jī)配置成將基本上無(wú)灰的空氣流在渦輪部中的翼型件表面上導(dǎo)向以減輕灰沉積并且從而減少對(duì)于灰相關(guān)的維護(hù)的需要。引入基本上無(wú)灰的壓縮器空氣以及翼型構(gòu)件的特定構(gòu)造和方位造成了在隨后的相鄰下游翼型件表面上傳遞的廣泛的無(wú)灰冷卻流率從而減輕了灰沉積。此外，應(yīng)了解雖然僅第一級(jí)定子翼型構(gòu)件和轉(zhuǎn)子翼型構(gòu)件被描述為具有增加的弦長(zhǎng)和壓縮器排放構(gòu)件，但是額外下游級(jí)可包括類似構(gòu)造的翼型構(gòu)件。最后，除了上文所述之外，示出了通過(guò)減少熱含灰氣體的通流速度(熱氣體以比在不帶灰燃油渦輪機(jī)中更低的馬赫數(shù)通過(guò)熱氣體路徑傳遞)，仍進(jìn)一步減小灰沉積。即，熱含灰流將具有更低動(dòng)能，導(dǎo)致更低沖擊速度，而這繼而導(dǎo)致減小的灰沉積。雖然僅關(guān)于有限數(shù)目的實(shí)施例詳細(xì)描述了本發(fā)明，但應(yīng)易于了解本發(fā)明并不限于這些公開的實(shí)施例。而是，可修改本發(fā)明以合并之前未描述的、但仍與本發(fā)明的精神和范圍相稱的任意數(shù)目的變型、更改、替代或等效布置。此外，雖然描述了本發(fā)明的各種實(shí)施例，但是應(yīng)了解本發(fā)明的方面可僅包括所描述的實(shí)施例中的一些。因此，本發(fā)明不應(yīng)視為受前文描述的限制，而是僅受所附權(quán)利要求的范圍限制。
權(quán)利要求
1.一種渦輪機(jī)，包括:壓縮器部；燃燒器部，其流體地連接到所述壓縮器部，所述燃燒器部配置成且安置為焚燒帶灰燃油；以及渦輪部，其流體地連接到所述燃燒器部且機(jī)械地聯(lián)接到所述壓縮器部，所述渦輪部包括縱向軸線、具有第一組多個(gè)翼型構(gòu)件的第一級(jí)和具有第二組多個(gè)翼型構(gòu)件的第二級(jí)，所述第一組多個(gè)翼型構(gòu)件具有流體地連接到所述壓縮器的尾緣排放構(gòu)件，且所述第二組多個(gè)翼型構(gòu)件相對(duì)于所述第一組多個(gè)翼型構(gòu)件在周向呈時(shí)序布置，所述第一組多個(gè)翼型構(gòu)件配置且安置成將少灰流導(dǎo)向至所述第二組多個(gè)翼型構(gòu)件中相對(duì)應(yīng)的相鄰翼型構(gòu)件上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)，其特征在于，所述第一組多個(gè)翼型構(gòu)件包括比配置成焚燒除了帶灰燃油之外的燃油的燃?xì)鉁u輪中的翼型件的弦長(zhǎng)更長(zhǎng)的弦長(zhǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)，其特征在于，所述第二組多個(gè)翼型構(gòu)件為所述第一組多個(gè)翼型構(gòu)件的整數(shù)倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)，其特征在于，所述第一組多個(gè)翼型構(gòu)件和第二組多個(gè)翼型構(gòu)件中的每一個(gè)構(gòu)成渦輪定子。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)，其特征在于，所述第一組多個(gè)翼型構(gòu)件和第二組多個(gè)翼型構(gòu)件中的每一個(gè)構(gòu)成渦輪動(dòng)葉。
6.一種在渦輪機(jī)中焚燒帶灰燃油的方法，所述方法包括:燃燒重燃料以形成含灰熱氣體流；引導(dǎo)所述含灰熱氣體流朝向所述渦輪機(jī)的渦輪部的熱氣體路徑；將基本上無(wú)灰的壓縮器空氣流引入到所述熱氣體路徑內(nèi)；使得所述基本上無(wú)灰的壓縮器空氣流和所述含灰熱氣體流穿過(guò)多個(gè)第一級(jí)翼型構(gòu)件傳遞；引導(dǎo)所述多個(gè)第一級(jí)翼型構(gòu)件中的每一個(gè)的基本上無(wú)灰的壓縮器空氣；在所述多個(gè)第一級(jí)噴嘴中的每一個(gè)的尾緣部的下游處形成少灰空氣流；將所述少灰空氣流朝向多個(gè)第二級(jí)翼型構(gòu)件中的相鄰翼型構(gòu)件導(dǎo)向；以及使所述少灰空氣流穿過(guò)所述多個(gè)第二級(jí)翼型構(gòu)件中的相鄰翼型構(gòu)件傳遞。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，形成所述少灰空氣流包括將所述基本上無(wú)灰的壓縮器空氣穿過(guò)具有比配置成焚燒除了帶灰燃油之外的燃油的燃?xì)鉁u輪機(jī)的翼型件的弦長(zhǎng)更長(zhǎng)的弦長(zhǎng)的翼型件而傳遞。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，將所述少灰空氣流朝向多個(gè)第二級(jí)翼型構(gòu)件中的相鄰翼型構(gòu)件導(dǎo)向包括使得所述多個(gè)第二級(jí)翼型構(gòu)件中的相鄰翼型構(gòu)件相對(duì)于所述多個(gè)第一級(jí)翼型構(gòu)件中的每一個(gè)在周向呈時(shí)序布置。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，使得所述多個(gè)第二級(jí)翼型構(gòu)件中的相鄰翼型構(gòu)件相對(duì)于所述多個(gè)第一級(jí)翼型構(gòu)件中的每一個(gè)在周向呈時(shí)序布置包括將所述少灰空氣流朝向所述多個(gè)第二級(jí)翼型構(gòu)件導(dǎo)向，所述多個(gè)第二級(jí)翼型構(gòu)件為所述多個(gè)第一級(jí)翼型構(gòu)件的整數(shù)倍。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，燃燒重燃料包括燃燒包括釩的燃料。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于， 還包括利用所述少灰空氣流來(lái)減小在所述多個(gè)第二級(jí)噴嘴上的灰沉積。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，從所述多個(gè)第一級(jí)翼型構(gòu)件中的每一個(gè)引導(dǎo)所述基本上無(wú)灰的壓縮器空氣包括從所述多個(gè)第一級(jí)翼型構(gòu)件中的每一個(gè)的尾緣傳遞所述基本上無(wú)灰的壓 縮器空氣。
全文摘要
本發(fā)明涉及配置為焚燒帶灰燃油的渦輪機(jī)和在渦輪機(jī)中焚燒帶灰燃油的方法。根據(jù)示例性實(shí)施例的一方面，渦輪機(jī)包括壓縮器部；燃燒器，其流體地連接到壓縮器部；以及渦輪部，其流體地連接到燃燒器部且機(jī)械地聯(lián)接到壓縮器部。燃燒器部配置和安置成焚燒帶灰燃油。渦輪部包括具有第一組多個(gè)翼型件的第一級(jí)和具有第二組多個(gè)翼型件的第二級(jí)。第一組多個(gè)翼型件具有尾緣排放構(gòu)件。第二組多個(gè)翼型件相對(duì)于所述第一組多個(gè)翼型件在周向呈時(shí)序布置。第一組多個(gè)翼型件配置且安置成將少灰流導(dǎo)向至第二組多個(gè)翼型件中的相鄰翼型構(gòu)件。
文檔編號(hào)F01D9/02GK103075256SQ201210356798
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2012年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月23日
發(fā)明者M.J.瓦格納, G.L.斯登, R-K.維佩拉 申請(qǐng)人:通用電氣公司