使用壓縮機(jī)排出空氣和環(huán)境空氣的混合物的渦輪冷卻系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)和所得的專利大體上涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，并且更具體地涉及使用壓縮機(jī)排出空氣和環(huán)境空氣的混合物來在極端下調(diào)操作中冷卻的增強(qiáng)渦輪冷卻系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]電網(wǎng)的需求可在一天到一天和甚至一小時(shí)到一小時(shí)的基礎(chǔ)上極大地變化。這些變化可在具有相當(dāng)大百分比的可再生能源如風(fēng)、太陽能和其它類型的替代能源的地理區(qū)中尤其如此。然而，總體燃?xì)鉁u輪和發(fā)電設(shè)備效率大體上需要在基本負(fù)載下的燃?xì)鉁u輪操作。從基本負(fù)載的任何減小不但可降低效率，而且可縮短構(gòu)件壽命，并且可增加不合乎需要的排放物。
[0003]然而，存在對(duì)用以適應(yīng)電網(wǎng)上的負(fù)載的該變化的空轉(zhuǎn)儲(chǔ)備的商業(yè)需要。假定這樣，則期望常規(guī)發(fā)電單元具有"休眠"能力。即，發(fā)電單元是聯(lián)機(jī)的，但在極低功率、輸出，即極端下調(diào)負(fù)載下操作。此類操作模式在很大程度上低效，因?yàn)閴嚎s機(jī)空氣流中的有價(jià)值能量作為排出空氣排放，并且就此而言可被浪費(fèi)。此外，壓縮機(jī)失速或喘振可為風(fēng)險(xiǎn)。
[0004]當(dāng)前的發(fā)電單元可限于延長(zhǎng)時(shí)段內(nèi)的大約百分之四十五(45%)等的基本負(fù)載的休眠模式。任何進(jìn)一步下調(diào)可導(dǎo)致不適當(dāng)?shù)乩鋮s渦輪級(jí)輪葉，以及可能超過后續(xù)渦輪級(jí)中的構(gòu)件操作約束，即，"窄點(diǎn)"。具體而言，機(jī)械性能極限、操作參數(shù)極限和排放極限可對(duì)可安全地達(dá)到的總體下調(diào)百分比有影響。
[0005]因此，期望改進(jìn)燃?xì)鉁u輪冷卻系統(tǒng)以便甚至在極端下調(diào)操作期間提供足夠的冷卻，而不損失總體效率、沒有構(gòu)件壽命縮短或沒有不合乎需要排放物的增加。此外，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)將保持在需要時(shí)快速緩升至基本負(fù)載的能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因此，本申請(qǐng)及所得的專利提供了一種用于低下調(diào)操作的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)可包括具有壓縮機(jī)排出空氣流的壓縮機(jī)、具有環(huán)境空氣流的環(huán)境空氣源、渦輪和排放裝置。排放裝置將壓縮機(jī)排出空氣流和環(huán)境空氣流混合成混合空氣流來用于冷卻渦輪。
[0007]本申請(qǐng)及所得的專利還提供了一種在低下調(diào)下操作燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的方法。該方法可包括以下步驟:在小于大約百分之三十(30%)的基本負(fù)載下操作燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)、將壓縮機(jī)排出空氣流引導(dǎo)至排放裝置、將環(huán)境空氣流引導(dǎo)至排放裝置、在排放裝置內(nèi)將壓縮機(jī)排出空氣流和環(huán)境空氣流混合成混合空氣流，以及將混合空氣流提供至渦輪來冷卻其中的一個(gè)或更多個(gè)級(jí)。
[0008]本申請(qǐng)和所得專利還提供了一種用于與燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)一起使用的低下調(diào)冷卻系統(tǒng)。下調(diào)冷卻系統(tǒng)可包括來自燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)的壓縮機(jī)排出空氣流、來自環(huán)境空氣源的環(huán)境空氣流，以及用于將壓縮機(jī)排出空氣流和環(huán)境空氣流混合成混合空氣流用于冷卻燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪的一個(gè)或更多個(gè)級(jí)的排放裝置。
[0009]技術(shù)方案1.一種用于低下調(diào)操作的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，包括:
壓縮機(jī)；
所述壓縮機(jī)包括壓縮機(jī)排出空氣流；
環(huán)境空氣源；
所述環(huán)境空氣源包括環(huán)境空氣流；
渦輪；以及排放裝置；
其中所述排放裝置將所述壓縮機(jī)排出空氣流和所述環(huán)境空氣流混合成混合空氣流來用于冷卻所述渦輪。
[0010]技術(shù)方案2.根據(jù)技術(shù)方案I所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述壓縮機(jī)排出空氣流包括第九級(jí)壓縮機(jī)排出空氣抽取物。
[0011]技術(shù)方案3.根據(jù)技術(shù)方案I所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述壓縮機(jī)排出空氣流包括第十三級(jí)壓縮機(jī)排出空氣抽取物。
[0012]技術(shù)方案4.根據(jù)技術(shù)方案I所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述壓縮機(jī)排出空氣流包括混合歧管。
[0013]技術(shù)方案5.根據(jù)技術(shù)方案I所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述壓縮機(jī)混合空氣流包括第九級(jí)壓縮機(jī)排出空氣抽取物和第十三級(jí)壓縮機(jī)排出空氣抽取物的混合物。
[0014]技術(shù)方案6.根據(jù)技術(shù)方案I所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述環(huán)境空氣源包括入口過濾器殼體。
[0015]技術(shù)方案7.根據(jù)技術(shù)方案I所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述排放裝置包括與所述壓縮機(jī)排出空氣流連通的原動(dòng)入口。
[0016]技術(shù)方案8.根據(jù)技術(shù)方案I所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述排放裝置包括與所述環(huán)境空氣流連通的吸入入口。
[0017]技術(shù)方案9.根據(jù)技術(shù)方案I所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述排放裝置包括混合管和擴(kuò)散器。
[0018]技術(shù)方案10.根據(jù)技術(shù)方案I所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述渦輪包括多個(gè)級(jí)。
[0019]技術(shù)方案11.根據(jù)技術(shù)方案I所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述混合空氣流冷卻所述渦輪的第二級(jí)。
[0020]技術(shù)方案12.根據(jù)技術(shù)方案I所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述混合空氣流冷卻所述渦輪的第三級(jí)或第四級(jí)。
[0021]技術(shù)方案13.根據(jù)技術(shù)方案I所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述低下調(diào)操作包括小于大約百分之三十(30%)的基本負(fù)載。
[0022]技術(shù)方案14.根據(jù)技術(shù)方案I所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述低下調(diào)操作包括大約百分之二十到大約百分之二十五(20到25%)的基本負(fù)載。
[0023]技術(shù)方案15.—種在低下調(diào)下操作燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，包括:
在小于大約百分之三十(30%)的基本負(fù)載下操作所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)；
將壓縮機(jī)排出空氣流引導(dǎo)至排放裝置；
將環(huán)境空氣流引導(dǎo)至所述排放裝置； 使所述壓縮機(jī)排出空氣流和所述環(huán)境空氣流在所述排放裝置內(nèi)混合成混合空氣流；以及
將所述混合空氣流提供至渦輪來冷卻其中的一個(gè)或更多個(gè)級(jí)。
[0024]技術(shù)方案16.—種用于與燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)一起使用的低下調(diào)冷卻系統(tǒng)，包括:
來自所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)的壓縮機(jī)排出空氣流；
來自環(huán)境空氣源的環(huán)境空氣流；以及
用于將所述壓縮機(jī)排出空氣流和所述環(huán)境空氣流混合成混合空氣流用于冷卻所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪的一個(gè)或更多個(gè)級(jí)的排放裝置。
[0025]技術(shù)方案17.根據(jù)技術(shù)方案16所述的低下調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述壓縮機(jī)排出空氣流包括第九級(jí)壓縮機(jī)排出空氣抽取物和/或第十三級(jí)壓縮機(jī)排出空氣抽取物，和/或所述第九級(jí)壓縮機(jī)排出空氣抽取物和所述第十三級(jí)壓縮機(jī)排出空氣抽取物的混合物。
[0026]技術(shù)方案18.根據(jù)技術(shù)方案16所述的低下調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述環(huán)境空氣源包括入口過濾器殼體。
[0027]技術(shù)方案19.根據(jù)技術(shù)方案16所述的低下調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述排放裝置包括與所述壓縮機(jī)排出空氣流連通的原動(dòng)入口和與所述環(huán)境空氣流連通的吸入入口。
[0028]技術(shù)方案20.根據(jù)技術(shù)方案16所述的低下調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括小于大約百分之三十(30%)的基本負(fù)載的低下調(diào)操作。
[0029]在查閱連同若干附圖和所附權(quán)利要求進(jìn)行時(shí)的以下詳細(xì)描述時(shí)，本申請(qǐng)及所得專利的這些及其它特征和改進(jìn)將對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言變得顯而易見。
【附圖說明】
[0030]圖1為示出壓縮機(jī)、燃燒器、渦輪和負(fù)載的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖。
[0031]圖2為如本文可描述的具有下調(diào)冷卻系統(tǒng)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖。
[0032]圖3為圖2的下調(diào)冷卻系統(tǒng)的又一個(gè)示意圖。
[0033]圖4為下調(diào)冷卻系統(tǒng)的備選實(shí)施例的示意圖。
[0034]部件列表
10燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī) 15壓縮機(jī) 20空氣 25燃燒器 30燃料 35燃燒氣體 40渦輪 45軸 50負(fù)載
100燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī) 110壓縮機(jī) 120入口過濾器殼體 130過濾器 140入口排出熱歧管
150入口導(dǎo)葉
160燃燒器
170渦輪
180排出氣體
200下調(diào)冷卻系統(tǒng)
210壓縮機(jī)排出空氣源
215壓縮機(jī)排出空氣流
220環(huán)境空氣源
225環(huán)境空氣流
230排放裝置
240原動(dòng)入口
250吸入入口
260混合管
270擴(kuò)散器
280混合流
290控制閥
300控制傳感器
310溫度傳感器
320第九級(jí)壓縮機(jī)排出空氣抽取物
330第十三級(jí)壓縮機(jī)排出空氣抽取物
340第二級(jí)
350第三級(jí)
360下調(diào)冷卻系統(tǒng)
370混合歧管。
【具體實(shí)施方式】
[0035]現(xiàn)在參照附圖，其中相似數(shù)字表示全部若干視圖中的相似元件，圖1示出了如本文可使用的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的示意圖。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10可包括壓縮機(jī)15。壓縮機(jī)15壓縮空氣20的進(jìn)入流。壓縮機(jī)15將空氣20的壓縮流輸送至燃燒器25。燃燒器25使空氣20的壓縮流與燃料30的加壓流混合，并且點(diǎn)燃混合物來產(chǎn)生燃燒氣流35。盡管僅示出了單個(gè)燃燒器25，但燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10可包括以周向陣列或其它定位的任何數(shù)量的燃燒器25。燃燒氣流35繼而輸送至渦輪40。燃燒氣流35驅(qū)動(dòng)渦輪40，以便產(chǎn)生機(jī)械功。在渦輪40中產(chǎn)生的機(jī)械功經(jīng)由軸45驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)15并且驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載50如發(fā)電機(jī)等