本實用新型涉及一種燃氣輪機，特別涉及一種可實現(xiàn)燃機黑啟動的新型變循環(huán)燃氣輪機及其壓氣機組。

背景技術(shù)：

目前燃氣輪機的壓氣機主要有軸流式壓氣機，離心式壓氣機，或者是軸流離心組合式壓氣機。配備這些類型的壓縮機的燃氣輪機機組，在啟動運行的時候需要輔助動力啟動。那么燃機在使用時就需要安裝專門的輔助動力系統(tǒng)，這樣就造成機組的龐雜。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實用新型提出一種可改善現(xiàn)有燃機啟動方式的新型變循環(huán)燃氣輪機。

本實用新型還提供一種可實現(xiàn)黑啟動的燃氣輪機壓氣機組。

一種新型變循環(huán)燃氣輪機，包括燃燒室、透平和壓氣機，所述燃燒室包括燃燒室入口和燃燒室出口，所述透平包括透平入口和透平出口，所述透平入口與所述燃燒室出口連通，所述壓氣機與所述透平驅(qū)動連接并包括壓氣機入口和壓氣機出口，所述壓氣機入口用以接收空氣，還包括引射式雙工質(zhì)壓縮機，所述引射式雙工質(zhì)壓縮機用以利用燃氣的噴射引射空氣以向所述燃燒室提供燃氣空氣混合壓縮氣體，所提供的燃氣空氣混合壓縮氣體在所述燃燒室內(nèi)燃燒以啟動所述燃氣輪機，當所述燃氣輪機達到預(yù)設(shè)工作點后，所述引射式雙工質(zhì)壓縮機停止引射空氣。

在一實施例中，所述引射式雙工質(zhì)壓縮機包括混合室及與所述混合室連通的至少一級大氣吸收室和擴壓室，所述大氣吸收室包括用以引射空氣的引射口，所述引射口處設(shè)置一燃氣噴嘴，所述擴壓室包括混合氣體出口，所述燃燒室入口與所述混合氣體出口連通。

在一實施例中，所述壓氣機出口連通至所述混合室。

在一實施例中，所述壓氣機出口與所述燃燒室連通。

在一實施例中，所述大氣吸收室是可關(guān)閉的，當所述燃氣輪機達到所述預(yù)設(shè)工作點時，所述引射式雙工質(zhì)壓縮機通過關(guān)閉所述大氣吸收室以停止引射空氣。

在一實施例中，所述預(yù)設(shè)工作點為所述燃氣輪機的自持狀態(tài)。

一種燃氣輪機的壓氣機組，所述壓氣機組包括：引射式雙工質(zhì)壓縮機，所述引射式雙工質(zhì)壓縮機用以利用燃氣的噴射引射空氣以向所述燃氣輪機的燃燒室提供燃氣空氣混合壓縮氣體，所提供的燃氣空氣混合壓縮氣體在所述燃燒室內(nèi)燃燒以啟動所述燃氣輪機；第二壓氣機，所述第二壓氣機與所述燃氣輪機的透平驅(qū)動連接，使得所述第二壓氣機在所述透平的驅(qū)動下壓縮空氣以提供所述燃氣輪機運行所需要的壓縮空氣。

在一實施例中，所述第二壓氣機為軸流式壓氣機或離心式壓氣機，所述第二壓氣機的壓縮氣體通入所述燃氣輪機的燃燒室，或者所述第二壓氣機的壓縮氣體一部分通入所述引射式雙工質(zhì)壓縮機，另一部分通入所述燃氣輪機的燃燒室。

在一實施例中，所述壓氣機組按如下方式工作：當所述燃氣輪機達到自持狀態(tài)后，所述燃氣輪機運行所需要的壓縮空氣全部由所述第二壓氣機提供。

綜上所述，本實用新型提出一種新型變循環(huán)燃氣輪機。該燃氣輪機設(shè)有雙壓氣機組，第一壓氣機是引射式雙工質(zhì)壓縮機，第二壓氣機是軸流式或離心式空氣壓氣機。開機時引射式雙工質(zhì)壓縮機先工作，通入燃氣并引射空氣，混合壓縮后進燃燒室推動燃氣渦輪，再帶動壓氣機壓縮空氣。當燃氣輪機達到預(yù)設(shè)工作點，例如達到自持轉(zhuǎn)速后，引射式雙工質(zhì)壓縮機引射器關(guān)閉，燃機正常運行。本實用新型將燃氣的機械能加以利用來引射空氣，實現(xiàn)燃機黑啟動，無需外部輔助動力系統(tǒng)，減少機組設(shè)備，減少維護檢修。而且引射式雙工質(zhì)壓縮機的混合室可幫助燃氣和空氣先混合再通入燃燒室燃燒，燃燒室內(nèi)溫度場分布更均勻，提高燃燒質(zhì)量，降低污染物排放。

附圖說明

圖1為本實用新型燃氣輪機一實施例的運行流程示意圖。

圖2為本實用新型燃氣輪機另一實施例的運行流程示意圖。

圖3為圖1中燃氣輪機的引射式雙工質(zhì)壓縮機的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本實用新型燃氣輪機的引射式雙工質(zhì)壓縮機具有兩級大氣吸收室的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

在詳細描述實施例之前，應(yīng)該理解的是，本實用新型不限于本申請中下文或附圖中所描述的詳細結(jié)構(gòu)或元件排布。本實用新型可為其它方式實現(xiàn)的實施例。而且，應(yīng)當理解，本文所使用的措辭及術(shù)語僅僅用作描述用途，不應(yīng)作限定性解釋。本文所使用的“包括”、“包含”、“具有”等類似措辭意為包含其后所列出之事項、其等同物及其它附加事項。特別是，當描述“一個某元件”時，本實用新型并不限定該元件的數(shù)量為一個，也可以包括多個。

如圖1和圖2所示，本實用新型提供一種新型變循環(huán)燃氣輪機，包括引射式雙工質(zhì)壓縮機10、燃燒室12、透平14以及壓氣機16。其中，引射式雙工質(zhì)壓縮機10和壓氣機16共同組成一壓氣機組。燃燒室12分別與引射式雙工質(zhì)壓縮機10和透平14連接，壓氣機16同時與引射式雙工質(zhì)壓縮機10和燃燒室12連接(如圖1)，或者壓氣機16與燃燒室12連接(如圖2)。透平14和壓氣機16通過轉(zhuǎn)軸18驅(qū)動連接。

引射式雙工質(zhì)壓縮機10用以利用燃氣的噴射引射空氣以形成燃氣、空氣的混合壓縮氣體，從而啟動所述燃氣輪機。具體而言，如圖3，引射式雙工質(zhì)壓縮機10包括混合室20及與混合室20連通的大氣吸收室22和擴壓室24。在所示的實施例中，混合室20為中空管狀，大氣吸收室22和擴壓室24分別設(shè)置在混合室20的兩端。在其他實施例中，大氣吸收室22和擴壓室24也可以設(shè)置在混合室20的其他相對位置。

大氣吸收室22包括用以引射空氣的引射口26，引射口26沿氣體流動方向呈漸縮。引射口26處設(shè)有一噴嘴28，噴嘴28與燃氣管道連接以接收燃氣，例如天然氣，燃氣從噴嘴28噴出時會形成負壓，以在引射口26引射空氣進入混合室與燃氣進行混合。擴壓室24沿氣流流動方向呈漸擴，用以壓縮來自混合室20的混合氣體，擴壓室24包括混合氣體出口30，以排出經(jīng)過壓縮的混合氣體。

應(yīng)當理解的是，本實施例中大氣吸收室22設(shè)置為一級，在其他實施例中，根據(jù)空氣引射量，大氣吸收室22也可以設(shè)置為多級。

如圖4所示，大氣吸收室22設(shè)置為兩級，例如將混合室分成兩段，包括第一段混合室23和第二段混合室25，第二段混合室25的前端設(shè)置一二次引射口27，二次引射口27用以引射空氣，第一段混合室23的末端正對第二段混合室25前端的二次引射口27，以將第一段混合室23中的混合氣體噴入第二段混合室25中。通過二次引射空氣可增加空氣引射量，促進燃燒。

在所示的實施例中，引射式雙工質(zhì)壓縮機10還包括用以控制引射口26開啟和關(guān)閉的開關(guān)，所述開關(guān)可以設(shè)置在燃氣輪機的主控室，當引射口26關(guān)閉時，引射口26停止引射空氣。應(yīng)當注意的是，引射口26關(guān)閉并不影響噴嘴28向引射式雙工質(zhì)壓縮機10中噴射燃氣。

應(yīng)當理解的是，當大氣吸收室22設(shè)置為多級時，例如圖4中的兩級，引射式雙工質(zhì)壓縮機10具有引射口26和二次引射口27。此時設(shè)置在主控室的開關(guān)可同時或獨立地控制引射口26和二次引射口27的開啟和關(guān)閉。當引射式雙工質(zhì)壓縮機10具有多個時，開關(guān)可同時或獨立地控制所有引射口的開啟和關(guān)閉。

燃燒室12包括燃燒室入口32和燃燒室出口34，其中燃燒室入口32與混合氣體出口30連通，以使得壓縮的混合氣體進入燃燒室12燃燒。

透平14包括透平入口36和透平出口38，透平入口36與燃燒室出口34連通，使得燃燒室的燃燒產(chǎn)物(工質(zhì))進入透平14以驅(qū)動透平渦輪旋轉(zhuǎn)，透平14轉(zhuǎn)動繼而通過轉(zhuǎn)軸18驅(qū)動壓氣機16壓縮空氣。做功后的尾氣從透平出口38排放出去或者進行進一步處理。

壓氣機16可以為軸流式或離心式空氣壓氣機，本實施例中，壓氣機為軸流式空氣壓氣機16。在圖1的實施例中，壓氣機16包括壓氣機入口40和壓氣機出口42，壓氣機入口40用以接收空氣，壓氣機出口42分別連通至引射式雙工質(zhì)壓縮機10的混合室20和燃燒室12。壓氣機16壓縮的空氣一部分通入引射式雙工質(zhì)壓縮機10的混合室20中，用于與燃氣混合，可增強預(yù)混，一部分通入燃燒室12用作冷卻空氣和/或二次空氣。當燃氣輪機達到預(yù)設(shè)工作點時，引射式雙工質(zhì)壓縮機10停止引射空氣，此時燃氣輪機運行所需要的壓縮空氣全部由壓氣機16提供。

在其他實施例中，壓氣機出口42還可以只與燃燒室12連通，如圖2所示。此種情況下，在達到預(yù)設(shè)工作點后，引射式雙工質(zhì)壓縮機10僅提供燃氣，該燃氣與壓氣機16提供的壓縮空氣在燃燒室12內(nèi)混合，此時需要在燃燒室12上設(shè)置與引射式雙工質(zhì)壓縮機10連通的燃氣噴嘴?；蛘?，在達到預(yù)設(shè)工作點后，燃氣由其它燃氣通道提供，而不在經(jīng)由引射式雙工質(zhì)壓縮機10提供。

下面結(jié)合圖1所示的燃氣輪機的具體運行流程來介紹燃氣輪機的啟動方法。燃氣輪機開機時，引射式雙工質(zhì)壓縮機10先啟動，燃氣輪機控制引射口開關(guān)使得引射口26開啟。燃氣經(jīng)噴嘴28噴入引射式雙工質(zhì)壓縮機10，燃氣噴出時從引射口26引射空氣，空氣和燃氣進入混合室混合。接著在擴壓室24壓縮，壓縮后進入燃燒室燃燒。燃燒后的高溫工質(zhì)進入透平14對透平渦輪做功，功通過轉(zhuǎn)軸18傳遞給壓氣機16的壓氣葉輪，壓氣葉輪對空氣做功壓縮空氣并將壓縮后的空氣分別通入引射式雙工質(zhì)壓縮機10的混合室20和燃燒室12中。其中壓縮空氣通入混合室20中可增強預(yù)混，通入燃燒室12中可用作冷卻空氣和/或二次空氣，使得燃燒更加穩(wěn)定高效。燃燒室12輸出功率不斷上升，透平14的燃氣渦輪和壓氣機16的壓氣葉輪的轉(zhuǎn)速不斷提高，直到達到預(yù)設(shè)工作點，例如自持狀態(tài)。繼續(xù)提高燃燒室12的輸出功率(例如，通入更多燃料)，燃氣輪機控制引射口開關(guān)使得引射式雙工質(zhì)壓縮機10的一級或者多級大氣吸收室22慢慢關(guān)閉。噴嘴28中通入燃氣的流量可根據(jù)燃機功率自動調(diào)節(jié)。

綜上所述，本實用新型提出一種新型變循環(huán)燃氣輪機。該燃氣輪機設(shè)有雙壓氣機組，第一壓氣機是引射式雙工質(zhì)壓縮機，第二壓氣機是軸流式或離心式空氣壓氣機。開機時引射式雙工質(zhì)壓縮機先工作，通入燃氣并引射空氣，混合壓縮后進燃燒室推動燃氣渦輪，再帶動壓氣機壓縮空氣。當燃氣輪機達到預(yù)設(shè)工作點，例如達到自持轉(zhuǎn)速后，引射式雙工質(zhì)壓縮機引射器關(guān)閉，燃機正常運行。本實用新型將燃氣的機械能加以利用來引射空氣，實現(xiàn)燃機黑啟動，無需外部輔助動力系統(tǒng)，減少機組設(shè)備，減少維護檢修。而且引射式雙工質(zhì)壓縮機的混合室可幫助燃氣和空氣先混合再通入燃燒室燃燒，燃燒室內(nèi)溫度場分布更均勻，提高燃燒質(zhì)量，降低污染物排放。

本文所描述的概念在不偏離其精神和特性的情況下可以實施成其它形式。所公開的具體實施例應(yīng)被視為例示性而不是限制性的。因此，本實用新型的范圍是由所附的權(quán)利要求，而不是根據(jù)之前的這些描述進行確定。在權(quán)利要求的字面意義及等同范圍內(nèi)的任何改變都應(yīng)屬于這些權(quán)利要求的范圍。