專利名稱：燃?xì)馔钙降闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃?xì)馔钙剑绕涫巧婕耙环N這樣形成的燃?xì)馔钙?，即由一燃?xì)馔钙綁簹鈾C(jī)壓縮的部分高壓空氣用作一空氣冷卻系統(tǒng)和一空氣噴射系統(tǒng)的空氣。
作為近來全球日益變暖和對動力需求增加的對策，要求燃?xì)馔钙絼恿ρb置具有大的容量和高的效率。尤其是在將由一壓氣機(jī)壓縮的空氣導(dǎo)引到一燃燒器，將燃料供給該燃燒器與空氣一起燃燒，并利用其燃燒氣體驅(qū)動該燃?xì)馔钙降娜細(xì)馔钙絼恿ρb置中，借助于更多地增加燃燒溫度可實(shí)現(xiàn)大的容量和高的效率。
然而，在熱量回收型燃?xì)馔钙?，即用于回收由高溫燃?xì)獍哪芰康娜細(xì)馔钙街?，存在著這樣的可能性，即暴露在高溫下又沒有冷卻的零部件會產(chǎn)生損壞因此發(fā)展成嚴(yán)重的事故。因此，在燃?xì)鉁囟雀叩娜細(xì)馔钙絼恿ρb置中，其高溫零部件用壓縮空氣或作為冷卻介質(zhì)的蒸汽進(jìn)行冷卻。
在另一方面，當(dāng)諸如輕油之類的油用作燃料時，需要空氣來將燃料噴射入一燃燒器中。一種常規(guī)的空氣噴射系統(tǒng)由一個利用從壓氣機(jī)中排出的部分壓縮空氣的熱交換器來調(diào)節(jié)空氣溫度，并由壓氣機(jī)將其加壓到比燃燒空氣壓力更高的壓縮空氣，將其導(dǎo)流流過一過濾器形成清潔空氣從而防止燃料噴嘴堵塞，然后將空氣供給該燃燒器并用它來噴射燃料。
一種常規(guī)的空氣冷卻系統(tǒng)將壓氣機(jī)排出的空氣直接或者在流過用于調(diào)節(jié)溫度的熱交換器之后供給該透平的高溫零部件。在這種情況下，在使用從壓氣機(jī)中排出的部分空氣來冷卻透平葉片以改善透平效率然后將該部分空氣回收到燃燒器中的燃?xì)馔钙街?，設(shè)置一個使冷卻空氣保持在合適的溫度的熱交換器和一個使冷卻空氣更清潔的細(xì)霧分離器。
例如，在日本專利申請?zhí)亻_平No.4-214931中公開了一種用壓氣機(jī)排出的空氣作冷卻空氣并由熱交換器調(diào)溫的系統(tǒng)構(gòu)成，該冷卻空氣用來冷卻該透平的高溫零部件，同時用作燃料噴射空氣。
在按上述形式形成的燃?xì)馔钙街校丛谝粋€同時具有一燃料噴射空氣系統(tǒng)和一空氣冷卻系統(tǒng)的燃?xì)馔钙街?，并且該燃?xì)馔钙绞侨绱诵纬梢灾掠趶睦鋮s空氣的可靠供給出發(fā)一增壓壓氣機(jī)可由該透平軸驅(qū)動，該透平啟動時的轉(zhuǎn)速小，所以該增壓壓氣機(jī)的排氣壓力是不足的，因此，在啟動時需要一個對其進(jìn)行補(bǔ)償?shù)目諝庀到y(tǒng)。
本發(fā)明是根據(jù)上述觀點(diǎn)研制的，其目的是為了提供一種甚至在啟動時也能足以將高壓空氣供給一燃料噴射空氣系統(tǒng)和一空氣冷卻系統(tǒng)。
即，本發(fā)明希望利用一種燃?xì)馔钙絹韺?shí)現(xiàn)這個理想的目的，該燃?xì)馔钙骄哂幸粋€提供冷卻空氣來冷卻該燃?xì)馔钙降母邷亓悴考目諝饫鋮s系統(tǒng)和一個提供空氣來將燃料噴射入一燃燒器中的噴射空氣系統(tǒng)，并且該燃?xì)馔钙绞侨绱诵纬傻囊灾掠谟梢蝗細(xì)馔钙綁簹鈾C(jī)壓縮的部分高壓空氣可用作該空氣冷卻系統(tǒng)的冷卻空氣和該噴射空氣系統(tǒng)的噴射空氣，并且其中的一熱交換器和一增壓壓氣機(jī)被布置在該燃?xì)馔钙綁簹鈾C(jī)的壓縮空氣出口側(cè)下游，該增壓壓氣機(jī)由一個由該透平軸驅(qū)動的壓氣機(jī)和一個由一透平軸之外的驅(qū)動源驅(qū)動的壓氣機(jī)相并列構(gòu)成，并且從該增壓壓氣機(jī)排出的壓縮空氣用作該空氣冷卻系統(tǒng)的冷卻空氣和該噴射空氣系統(tǒng)的噴射空氣。
此外，本發(fā)明希望一燃?xì)馔钙骄哂幸粋€提供冷卻空氣來冷卻該燃?xì)馔钙降母邷亓悴考目諝饫鋮s系統(tǒng)和一個提供空氣來將燃料噴射入一燃燒器中的噴射空氣系統(tǒng)，并且該燃?xì)馔钙绞侨绱诵纬傻囊灾掠谟梢蝗細(xì)馔钙綁簹鈾C(jī)壓縮的部分高壓空氣可用作該空氣冷卻系統(tǒng)的冷卻空氣和該噴射空氣系統(tǒng)的噴射空氣，并且其中的一熱交換器和一增壓壓氣機(jī)被布置在該燃?xì)馔钙綁簹鈾C(jī)的壓縮空氣出口側(cè)下游，該增壓壓氣機(jī)由一個由該透平軸驅(qū)動的壓氣機(jī)和一個由一透平軸之外的驅(qū)動源驅(qū)動并在該燃?xì)馔钙絾訒r運(yùn)行的壓氣機(jī)相并列構(gòu)成，并且從該增壓壓氣機(jī)排出的壓縮空氣用作該空氣冷卻系統(tǒng)用和該噴射空氣系統(tǒng)用的空氣。
在這種情況下，由透平軸驅(qū)動的壓氣機(jī)和由一透平軸之外的驅(qū)動源驅(qū)動的壓氣機(jī)之間安裝一個用于切換到噴射空氣系統(tǒng)的切換裝置。在由透平軸驅(qū)動的壓氣機(jī)和由一透平軸之外的驅(qū)動源驅(qū)動的壓氣機(jī)的高壓空氣輸出側(cè)安裝一單向閥。在該增壓壓氣機(jī)的高壓空氣輸出側(cè)，在該噴射空氣系統(tǒng)中安裝一個用于對噴射空氣進(jìn)行冷卻的熱交換器。在該增壓壓氣機(jī)的高壓空氣輸出側(cè)安裝一個調(diào)節(jié)輸出壓力的壓力調(diào)節(jié)裝置。由透平軸之外的一驅(qū)動源驅(qū)動的壓氣機(jī)是一個由一電動機(jī)驅(qū)動的壓氣機(jī)或一個由一內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動的壓氣機(jī)。
即，在按上述形成的一種燃?xì)馔钙街?，一熱交換器和一增壓壓氣機(jī)設(shè)置在該燃?xì)馔钙綁簹鈾C(jī)的壓縮空氣輸出側(cè)的下游，并且該增壓壓氣機(jī)由一個由該透平軸驅(qū)動的壓氣機(jī)和一個由該透平軸之外的一驅(qū)動源驅(qū)動的壓氣機(jī)相并列構(gòu)成，并且從該增壓壓氣機(jī)排出的壓縮空氣用作該空氣冷卻系統(tǒng)和該噴射空氣系統(tǒng)用的空氣，所以在啟動時，這個由透平軸之外的一驅(qū)動源驅(qū)動的壓氣機(jī)運(yùn)行，并且供給燃料噴射空氣和冷卻空氣，因此即使在啟動時，也可將合適的高壓空氣提供給該燃料噴射系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)。


圖1是表示本發(fā)明的燃?xì)馔钙降囊粚?shí)施例的一示意圖；圖2是表示本發(fā)明的燃?xì)馔钙降牧硪粚?shí)施例的一示意圖；圖3是表示本發(fā)明的燃?xì)馔钙降牧硪粚?shí)施例的一示意圖；圖4是表示本發(fā)明的燃?xì)馔钙降牧硪粚?shí)施例的一示意圖；圖5是表示本發(fā)明的燃?xì)馔钙降牧硪粚?shí)施例的一示意圖。
下面將根據(jù)各附圖中所示的各實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。在圖1中示出了本發(fā)明的一實(shí)施例所述的一燃?xì)馔钙较到y(tǒng)。標(biāo)號1表示一壓氣機(jī)，2表示一燃燒器，3表示一透平，7表示一個由該透平軸驅(qū)動的增壓壓氣機(jī)，10表示一個由一電動機(jī)(或一內(nèi)燃機(jī))，即除該透平軸之外的一驅(qū)動源(作為示例下面將對由電動機(jī)驅(qū)動的情況進(jìn)行說明)驅(qū)動的增壓壓氣機(jī)，9a表示一高溫零部件空氣冷卻系統(tǒng)，11a表示燃料噴射空氣系統(tǒng)。
從燃?xì)馔钙綁簹鈾C(jī)1出口分流出的一側(cè)的壓縮空氣A1由一熱交換器4冷卻到合適的溫度，然后被導(dǎo)流到一細(xì)霧分離器5中，在該分離器中將空氣中的細(xì)霧分離。另一側(cè)的壓縮空氣被導(dǎo)流到通到該燃燒器2中的管路中。然后，該壓縮空氣A1從該細(xì)霧分離器5導(dǎo)流到一過濾器6，從而去除該壓縮空氣中包含的異物，例如灰塵。再后，該增壓壓氣機(jī)7將該壓縮空氣加壓到燃料噴射和空氣冷卻要求的最佳壓力。
在由該透平軸驅(qū)動的增壓壓氣機(jī)7的下游側(cè)還安裝一過濾器8，使供給燃燒器2和透平3的空氣最終是清潔的。將一部分作為燃料噴射空氣和冷卻空氣的壓縮空氣調(diào)節(jié)到一合適的溫度和壓力通過系統(tǒng)11a提供給該燃燒器2作為從該燃料系統(tǒng)提供的燃料噴射空氣。另一部分壓縮空氣通過空氣冷卻系統(tǒng)9a提供給該透平的高溫零部件作為冷卻空氣。
在這種情況下，具體地說，在由該透平軸驅(qū)動的增壓壓氣機(jī)7的部分中，由電動機(jī)驅(qū)動并在該透平啟動時運(yùn)行的增壓壓氣機(jī)10與該增壓壓氣機(jī)7并列安裝。利用該增壓壓氣機(jī)10，即使在透平啟動時也能提供足夠壓力的燃料噴射空氣和高溫冷卻空氣。
即，當(dāng)冷卻空氣供給的可靠性借助于只有透平軸旋轉(zhuǎn)就驅(qū)動該增壓壓氣機(jī)旋轉(zhuǎn)的透平軸驅(qū)動的增壓壓氣機(jī)7得到改善時，由于透平在啟動時，透平軸的轉(zhuǎn)速低，增壓壓氣機(jī)排出的壓力不夠，因此空氣不能用作燃料噴射空氣。然而，在前述結(jié)構(gòu)中，在透平啟動時，使用一個帶有由該電動機(jī)驅(qū)動的增壓壓氣機(jī)10的啟動噴射空氣系統(tǒng)11，這樣就可使由該透平軸驅(qū)動的冷卻空氣供給系統(tǒng)具有高的可靠性，且即使在啟動時也可獲得燃料噴射空氣。
在這種情況下，不必說，透平啟動后其轉(zhuǎn)速增加到預(yù)定轉(zhuǎn)速時，電動機(jī)驅(qū)動的增壓壓氣機(jī)10停止，且不必要的功率減少。
圖2表示本發(fā)明的第二實(shí)施例，此時增壓壓氣機(jī)7和10安裝有閥21和22，用于對分別由透平軸和電動機(jī)驅(qū)動的增壓壓氣機(jī)7和10進(jìn)行切換。這樣，啟動時，對透平軸驅(qū)動的增壓壓氣機(jī)7出口側(cè)的壓力進(jìn)行檢測，并在排氣壓力足夠高時，該系統(tǒng)可從由啟動用的電動機(jī)驅(qū)動增壓壓氣機(jī)10的狀態(tài)切換到透平軸驅(qū)動的增壓壓氣機(jī)7的狀態(tài)。
在啟動噴射空氣系統(tǒng)11的空氣出口側(cè)安裝一旁通系統(tǒng)15。在該旁通系統(tǒng)15中，設(shè)置一個當(dāng)由電動機(jī)驅(qū)動的增壓壓氣機(jī)10停止時，防止該增壓壓氣機(jī)10因該旁通系統(tǒng)中的空氣回流而損壞的單向閥17和一個該旁通系統(tǒng)15用的減壓孔16。
圖3示出了第三實(shí)施例。在透平軸和電動機(jī)驅(qū)動的增壓壓氣機(jī)的出口側(cè)分別設(shè)置單向閥12和13。這樣，當(dāng)該透平啟動時，燃料噴射空氣借助于由電動機(jī)驅(qū)動的增壓壓氣機(jī)10供給燃燒器2。當(dāng)透平轉(zhuǎn)速增加時，透平軸驅(qū)動的增壓壓氣機(jī)7的排氣壓力增加并變得比該電動機(jī)驅(qū)動的增壓壓氣機(jī)10的壓力更高。所以借助于透平軸驅(qū)動的增壓壓氣機(jī)和電動機(jī)驅(qū)動的增壓壓氣機(jī)之間的排氣壓力差，可將噴射空氣供給系統(tǒng)切換到該透平軸驅(qū)動的增壓壓氣機(jī)7或燃燒器2的狀態(tài)。因此，沒有必要安裝一個用于對該系統(tǒng)進(jìn)行切換的控制單元，并且可獲得一個可靠性高且簡單的噴射空氣系統(tǒng)。
在圖4示出的第四實(shí)施例中，一個熱交換器18安裝在該噴射空氣系統(tǒng)11a中，用來將空氣提供給燃燒器2。這樣，即使在用來冷卻該透平的高溫零部件的空氣的溫度和用作燃料噴射的空氣的溫度之間存在差別，借助于降低燃料噴射空氣的溫度并將其調(diào)節(jié)到一合適的溫度，也可以防止因燃料暴露在高溫空氣中產(chǎn)生碳化。
圖5示出了第五實(shí)施例，設(shè)置一個用于調(diào)節(jié)透平軸驅(qū)動的增壓壓氣機(jī)7的進(jìn)口壓力的壓力調(diào)節(jié)閥19和一個用于調(diào)節(jié)燃料噴射空氣壓力的壓力調(diào)節(jié)閥20。此時，在各壓力調(diào)節(jié)閥19和20中，并列設(shè)置有用于在各閥處于完全關(guān)閉的關(guān)閉運(yùn)行狀態(tài)時，保護(hù)各壓氣機(jī)的各旁通孔。利用這種結(jié)構(gòu)，借助于檢測冷卻空氣和噴射空氣的每個系統(tǒng)壓力，并控制各壓力調(diào)節(jié)閥，可將每個壓力調(diào)節(jié)到要求的合適壓力。
當(dāng)該透平啟動時，燃料噴射空氣借助于由該電動機(jī)驅(qū)動的增壓壓氣機(jī)10提供給該燃燒器2。此時，由于電動機(jī)驅(qū)動的增壓壓氣機(jī)10的排氣壓力大于透平軸驅(qū)動的增壓壓氣機(jī)7的排氣壓力，因此單向閥12完全關(guān)閉，并且透平軸驅(qū)動的增壓壓氣機(jī)7排出的全部空氣用作冷卻空氣，供給該透平的各高溫零部件。供給燃燒器2的燃料噴射空氣的壓力可由壓力調(diào)節(jié)閥20調(diào)節(jié)到合適的壓力。借助于使壓力調(diào)節(jié)閥20的開度降低而從該電動機(jī)驅(qū)動的增壓壓氣機(jī)10中產(chǎn)生的剩余空氣流過該旁通系統(tǒng)15，并由孔16使其壓力降低，然后回流到熱交換器4的進(jìn)口。
當(dāng)透平軸驅(qū)動的增壓壓氣機(jī)7的排氣壓力隨透平3的轉(zhuǎn)速增加而增加時，單向閥13由壓差作用完全關(guān)閉，并且電動機(jī)驅(qū)動的增壓壓氣機(jī)10排出的空氣全部供給該旁通系統(tǒng)15。因此，燃料噴射空氣切換到透平軸驅(qū)動的增壓壓氣機(jī)7排出的空氣的狀態(tài)。當(dāng)燃料噴射空氣系統(tǒng)被切換后，由電動機(jī)驅(qū)動的增壓壓氣機(jī)10停止，從而減少不必要的功率。
就冷卻該透平的高溫零部件的冷卻空氣而言，在考慮該透平的高溫零部件產(chǎn)生的熱應(yīng)力時，冷卻空氣供給所要求的空氣溫度應(yīng)該比燃料噴射空氣的最佳溫度高。因此，將透平軸驅(qū)動的增壓壓氣機(jī)7排出的空氣供給熱交換器18并使其降低到合適的溫度，從而防止燃料的碳化。
為了調(diào)節(jié)燃料噴射空氣供給該燃燒器2的流量，燃料噴射空氣通過壓力調(diào)節(jié)閥20提供給燃燒器20。此時，從冷卻空氣系統(tǒng)的可靠性方面考慮，理想的是該壓力調(diào)節(jié)閥20是一個這樣的閥，即它通常是完全關(guān)閉的，且通過泄壓孔將燃料噴射空氣的壓力調(diào)節(jié)到需要的壓力，并將燃油噴射油提供給燃燒器2，同時在它出故障時，它也是完全關(guān)閉的。
根據(jù)這個實(shí)施例，當(dāng)該透平啟動時，啟動用的燃料空氣系統(tǒng)可容易地切換到常用的噴射空氣系統(tǒng)的狀態(tài)。
如上所述，在一種這樣形成的燃?xì)馔钙街?，?dāng)燃料噴射空氣和透平的高溫零部件的冷卻空氣由該透平軸驅(qū)動的增壓壓氣機(jī)供給時，在啟動時，驅(qū)動電動機(jī)驅(qū)動的增壓壓氣機(jī)，并且供給燃料噴射空氣，因此即使在啟動時也可提供適合于燃料噴射的高壓空氣。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可獲得這樣的燃?xì)馔钙剑丛撏钙娇商峁┳銐虻母邏嚎諝饨o燃料噴射空氣系統(tǒng)和空氣冷卻系統(tǒng)，即使在它處于啟動時，也能如此。
權(quán)利要求
1．一種燃?xì)馔钙?，其具有一個提供冷卻空氣來冷卻所述燃?xì)馔钙降母邷亓悴考目諝饫鋮s系統(tǒng)和一個提供空氣來將燃料噴射入一燃燒器中的噴射空氣系統(tǒng)，并且所述燃?xì)馔钙绞侨绱诵纬傻囊灾掠谟梢蝗細(xì)馔钙綁簹鈾C(jī)壓縮的部分高壓空氣用作所述空氣冷卻系統(tǒng)的冷卻空氣和所述噴射空氣系統(tǒng)的噴射空氣，其中，一熱交換器和一增壓壓氣機(jī)被布置在所述燃?xì)馔钙綁簹鈾C(jī)的壓縮空氣出口側(cè)下游，所述增壓壓氣機(jī)由一個由一透平軸驅(qū)動的壓氣機(jī)和一個由所述透平軸之外的一驅(qū)動源驅(qū)動的壓氣機(jī)相并列構(gòu)成，并且從所述增壓壓氣機(jī)排出的壓縮空氣用作所述空氣冷卻系統(tǒng)的冷卻空氣和所述噴射空氣系統(tǒng)的噴射空氣。
2．一種燃?xì)馔钙?，其具有一個提供冷卻空氣來冷卻所述燃?xì)馔钙降母邷亓悴考目諝饫鋮s系統(tǒng)和一個提供空氣來將燃料噴射入一燃燒器中的噴射空氣系統(tǒng)，并且所述燃?xì)馔钙绞侨绱诵纬傻囊灾掠谟梢蝗細(xì)馔钙綁簹鈾C(jī)壓縮的部分高壓空氣用作所述空氣冷卻系統(tǒng)的冷卻空氣和所述噴射空氣系統(tǒng)的噴射空氣，其中，一熱交換器和一增壓壓氣機(jī)被布置在所述燃?xì)馔钙綁簹鈾C(jī)的壓縮空氣出口側(cè)下游，所述增壓壓氣機(jī)由一個由所述透平軸驅(qū)動的壓氣機(jī)和一個由一透平軸之外的驅(qū)動源驅(qū)動并在所述燃?xì)馔钙絾訒r運(yùn)行的壓氣機(jī)相并列構(gòu)成，并且從所述增壓壓氣機(jī)排出的壓縮空氣用作所述空氣冷卻系統(tǒng)用和所述噴射空氣系統(tǒng)用的空氣。
3．如權(quán)利要求1或2所述的燃?xì)馔钙?，其中，在由所述透平軸驅(qū)動的所述壓氣機(jī)和由除所述透平軸之外的一驅(qū)動源驅(qū)動的所述壓氣機(jī)之間安裝有用于切換到所述噴射空氣系統(tǒng)的切換裝置。
4．如權(quán)利要求1或2所述的燃?xì)馔钙?，其中，在由所述透平軸驅(qū)動的所述壓氣機(jī)和由除所述透平軸之外的一驅(qū)動源驅(qū)動的所述壓氣機(jī)的高壓空氣輸出側(cè)安裝一單向閥。
5．如權(quán)利要求1或2所述的燃?xì)馔钙?，其中，在所述噴射空氣系統(tǒng)中，在所述增壓壓氣機(jī)的高壓空氣輸出側(cè)安裝一個用于冷卻噴射空氣的熱交換器。
6．如權(quán)利要求1或2所述的燃?xì)馔钙?，其中，在所述增壓壓氣機(jī)的高壓空氣輸出側(cè)安裝一個用于調(diào)節(jié)出口壓力的壓力調(diào)節(jié)裝置。
7．如權(quán)利要求1或2所述的燃?xì)馔钙剑渲?，由除所述透平軸之外的一驅(qū)動源驅(qū)動的所述壓氣機(jī)是一個由一電動機(jī)驅(qū)動的壓氣機(jī)或一個由一內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動的壓氣機(jī)。
8．如權(quán)利要求1或2所述燃?xì)馔钙?，其中，由除所述透平軸之外的一驅(qū)動源驅(qū)動的所述壓氣機(jī)是一個由一電動機(jī)驅(qū)動的壓氣機(jī)，并且在所述每個壓氣機(jī)的出口安裝一單向閥，在所述噴射空氣系統(tǒng)中，安裝一個用于冷卻噴射空氣的熱交換器，在每個所述壓氣機(jī)的高壓空氣輸出側(cè)安裝一個用于調(diào)節(jié)排氣壓力的調(diào)節(jié)閥。
全文摘要
一種燃?xì)馔钙?其具有空氣冷卻系統(tǒng)和噴射空氣系統(tǒng),部分高壓空氣用作該空氣冷卻系統(tǒng)的冷卻空氣和該噴射空氣系統(tǒng)的噴射空氣,其中,熱交換器和增壓壓氣機(jī)被布置在該燃?xì)馔钙綁簹鈾C(jī)的壓縮空氣出口側(cè)下游,該增壓壓氣機(jī)由一個由一透平軸驅(qū)動的壓氣機(jī)和一個由該透平軸之外的一驅(qū)動源驅(qū)動的壓氣機(jī)相并列構(gòu)成,并且從該增壓壓氣機(jī)排出的壓縮空氣用作該空氣冷卻系統(tǒng)的冷卻空氣和該噴射空氣系統(tǒng)的噴射空氣 。
文檔編號F02C7/14GK1310292SQ0012618
公開日2001年8月29日 申請日期2000年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月25日
發(fā)明者山中和典, 近藤聰, 野田雅美 申請人:株式會社日立制作所