專利名稱：一種多項能量輸出燃氣輪機動力裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種多項能量輸出燃氣輪機動力裝置，它屬于機械動力設(shè)備，可用做石油及天然氣開發(fā)、輸送以及處理的動力裝置，特別適合于遠離電網(wǎng)的邊遠油氣田開發(fā)區(qū)使用。
在天然氣及石油的開發(fā)、輸送以及處理過程中，都需要大量的多種形式的動力能源。如在石油、天然氣的開采和傳輸中需要對石油、天然氣進行加壓的機械動力；需要對石油進行加熱以防止結(jié)蠟和增加流動性的熱源；提供各種風(fēng)動機械或制冷使用的壓縮空氣源。而現(xiàn)在采用的方法多是二次能量轉(zhuǎn)換的形式，即使用電力來驅(qū)動各種電動機械。如驅(qū)動電動輸送泵來給石油及天然氣增壓，使用電動空氣壓縮機來提供壓縮空氣或者使用其它電動制冷壓縮機，而使用普通鍋爐來提供熱源。由于石油天然氣開發(fā)、處理所需能量很大，而多數(shù)的油氣田開發(fā)地、輸送站等都遠離大電網(wǎng)覆蓋地區(qū)，這使得這些地區(qū)的電力相當(dāng)緊張，一般只能使用各自備電站自己提供電力。為適應(yīng)油氣田開發(fā)的流動性，減少投資，多使用輕便、易安裝的燃氣輪機電站做動力源，輸出電力為所有設(shè)備提供能量。由于在石油及天然氣處理中需要多種形式的能量，這就要經(jīng)過多種形式的能量轉(zhuǎn)換。如用于石油、天然氣輸送中進行增壓的機械能就必然經(jīng)過機械能－－電能－－機械能的兩項轉(zhuǎn)換。而風(fēng)動或制動所需的壓縮空氣源則需要經(jīng)過外涵氣流內(nèi)能－－渦輪機械能－－電能－－壓縮機機械能－－空氣內(nèi)能這樣四項變換，能量利用率大大降低。
現(xiàn)在的燃氣輪機電站所用的燃氣輪機，多的是由航空發(fā)動機改型而來的。由于航空噴氣發(fā)動機是以噴氣推力為動力輸出，而地面用燃氣輪機電站則要求高的軸輸出功率，以帶動發(fā)電機。這就使得這兩者的運行狀態(tài)和參數(shù)都很不相同，因此不能直接利用現(xiàn)有的先進航空噴氣發(fā)動機，而必須對其進行重大的改型設(shè)計才能得到。進行改型設(shè)計一方面是生產(chǎn)研制周期長，一般的改型周期需5至10年，等到改型完成后，作為改型基礎(chǔ)的原發(fā)動機已失去技術(shù)先進性；另一方面，改型的投資也很大，使得改型產(chǎn)品成本增高，同時也不能利用現(xiàn)在已有的，還有剩余使用壽命的退役航空發(fā)動機。
本實用新型的目的是發(fā)明一種可同時提供壓縮空氣，機械扭矩和低壓飽和蒸氣的多種能量輸出的燃氣輪機動力裝置。它可以使用現(xiàn)有退役航空渦扇發(fā)動機進行改造，而不用改變原發(fā)動機的運行狀態(tài)和參數(shù)。
本實用新型的剖視結(jié)構(gòu)示意圖如附


圖1所示。它有由風(fēng)扇及低壓壓氣機(1)、高壓壓氣機(2)、燃燒室(3)、高壓渦輪(4)、低壓渦輪(5)、高壓渦輪軸(7)、低壓渦輪軸(6)和機匣(8)組成的核心發(fā)動機(9)，由動力渦輪(10)、動力渦輪輸出軸(11)和動力渦輪機匣(12)組成的動力渦輪組(13)以及余熱鍋爐(14)，其特征在于在核心發(fā)動機(9)的風(fēng)扇外涵道出口與排氣口之間有封閉外涵氣流進入排氣口并把外涵氣流引出發(fā)動機外的渦殼(15)，渦殼可以是一個密封外涵道與排氣口之間開口的環(huán)形密封堵和在外涵道尾部開的一個帶有連接法蘭的開口。
本實用新型的動力產(chǎn)生部分與現(xiàn)在的航空渦扇發(fā)動機一樣，由風(fēng)扇及低壓壓氣機(1)壓縮空氣后，氣流分為外涵和內(nèi)涵兩部分，分別進入外涵道和高壓壓氣機(2)，經(jīng)高壓壓氣機壓縮后的空氣在燃燒室(3)中燃燒產(chǎn)生高溫高壓燃氣。高溫高壓燃氣分別在高壓渦輪(4)和低壓渦輪(5)處膨脹做功，通過低壓渦輪軸(6)和高壓渦輪軸(7)分別帶動風(fēng)扇及低壓壓氣機(1)和高壓壓氣機(2)轉(zhuǎn)動，以維持正常運轉(zhuǎn)。通過低壓渦輪(5)后的燃氣還含有大量的內(nèi)能，用于通過動力渦輪(10)膨脹做功，能量由動力渦輪(10)吸收，轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能后由動力渦輪輸出軸(11)作為一種能量形式輸出。通過動力渦輪(10)后的燃氣，還含有一定的余熱，通過余熱鍋爐(14)回收余熱，用以提供石油天然氣處理所需的低壓蒸汽。由涵道引出的壓縮空氣，可用于油田等使用壓縮空氣驅(qū)動的機械(如風(fēng)泵、各種氣動閥等)，也可以使用壓縮空氣制冷，用于輕烴回收以及天然氣的液化。輸出的壓縮空氣經(jīng)絕熱膨脹后，可以得到大約70℃的溫差。
本實用新型中，發(fā)動機部分直接采用現(xiàn)有先進航空渦扇發(fā)動機的設(shè)計，甚至直接利用現(xiàn)成的航空渦扇發(fā)動機(包括退役的或存儲備件)實體，只需在外涵道尾端與排氣口之間加一個渦殼(15)，使外涵氣流不是進入排氣口與燃氣混合，而是被引出發(fā)動機外做為一種動力輸出。在排氣口接有一個已標準化了的動力渦輪組(13)和余熱鍋爐(14)，使輸出燃氣內(nèi)能轉(zhuǎn)換成機械能和熱能輸出。這樣做到了在一臺原動機上的多種能量輸出，滿足石油天然氣開發(fā)、輸送以及處理中所需要的各種動力形式。由于是采用了現(xiàn)有的航空渦扇發(fā)動機做核心發(fā)動機，可以利用原渦扇發(fā)動機的設(shè)計參數(shù)，不用對發(fā)動的運行狀態(tài)和參數(shù)進行任何改動。附圖2給出了一種原航空渦扇發(fā)動機各部位流程參數(shù)圖。附圖3給出了由該發(fā)機改裝的多種能量輸出燃氣輪機動力站核心發(fā)動機各部位流程參數(shù)圖。從兩圖中可看出，核心發(fā)動機仍是運行在原發(fā)動機的最佳工作狀態(tài)，因而可得到最高的運行效率，也免除了改型設(shè)計制造的周期。這不僅可以節(jié)約費用，而且也可利用最新技術(shù)，得到最佳動力機組。
本實用新型中的動力渦輪組(13)和余熱鍋爐(14)是一種標準化設(shè)計構(gòu)件。市場上已有專門的配套商品提供，供各種燃氣輪機改裝用。在本實用新型中只需選用即可，一般可不用自行設(shè)計制造。而對于使用航空渦扇發(fā)動機做核心發(fā)動機(9)的改裝是很簡單的，只須去除原發(fā)動機外涵與排氣口處的連接圈，換為一個堵住外涵氣流進入排氣口并把外涵氣流引出發(fā)動機的渦殼(15)即可。原發(fā)動機的運行控制機構(gòu)。運動控制軟件，包括運行控制參數(shù)都不用變動。
本實用新型改裝用的核心發(fā)動機可以是采用英國羅·羅(ROLLS－ROYCE)公司的斯貝512(SOEY512)型渦扇發(fā)動機。改裝后，有壓力為0.26MPa，流量為39kg／sec的壓縮空氣能量輸出。同時，動力渦輪輸出5500KW的軸功率，而余熱鍋爐還可提供每小時27噸的壓力為0.8MPa的低壓飽和水蒸汽。
權(quán)利要求1.一種多項能量輸出燃氣輪機動力裝置，它有由風(fēng)扇及低壓壓氣機(1)、高壓壓氣機(2)、燃燒室(3)、高壓渦輪(4)、低壓渦輪(5)、高壓渦輪軸(7)、低壓渦輪軸(6)和機匣(8)組成的核心發(fā)動機(9)，由動力渦輪(10)、動力渦輪輸出軸(11)和動力渦輪機匣(12)組成的動力渦輪組(13)以及余熱鍋爐(14)，其特征在于在核心發(fā)動機(9)的風(fēng)扇外涵道出口與排氣口之間有封閉外涵氣流進入排氣口并把外涵氣流引出發(fā)動機外的渦殼(15)，渦殼可以是一個密封外涵道與排氣口之間開口的環(huán)形密封堵和在外涵道尾部開的一個帶有連接法蘭的開口。
專利摘要一種多項能量輸出燃氣輪機動力裝置，它用于做石油及天然氣的開發(fā)、輸送以及處理的動力裝置。它有核心發(fā)動機(9)，動力渦輪組(13)和余熱鍋爐(14)，其特征在于核心發(fā)動機后部有封閉外涵氣流進入排氣口并把它引出發(fā)動機外的渦殼(15)。該動力裝置除提供普通形式的機械能和低壓飽和蒸汽的熱能外，還提供壓縮空氣源，用于驅(qū)動風(fēng)動機械或用于制冷，達到多項能量輸出的目的。
文檔編號F02C6/06GK2092608SQ9022469
公開日1992年1月8日 申請日期1990年12月14日 優(yōu)先權(quán)日1990年12月14日
發(fā)明者史航, 蔡睿賢, 鐘杭 申請人:北京市西城區(qū)新開通用試驗廠