專利名稱：運行燃?xì)廨啓C的方法和按此方法工作的燃?xì)廨啓C的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種運行燃?xì)廨啓C的方法，它的燃燒室供入壓縮空氣，其中供入燃?xì)廨啓C的冷卻空氣被加熱。本發(fā)明還涉及一種按此方法工作的燃?xì)廨啓C。
在運行燃?xì)廨啓C時，通常向燃燒室供入壓縮空氣作為燃燒用空氣，壓縮空氣在燃燒室內(nèi)與一種礦物燃料共同燃燒。由此產(chǎn)生的熱煙氣在渦輪內(nèi)膨脹作功。為了獲得高效率，由文獻(xiàn)“燃?xì)廨啓C”(Fritz Dietzel,Vogel-出版社，1974，第27至28頁)已知，將壓縮空氣通過與渦輪排氣間接式熱交換來加熱。
此外，由DE-FS4336143已知，通過冷卻渦輪內(nèi)的工質(zhì)促使提高總效率。此外由DE-PS2836539還已知，壓縮機出口空氣用于冷卻燃燒室。在這種情況下為避免效率損失將經(jīng)加熱的壓縮機出口空氣引入燃燒室內(nèi)。
還有，在運行燃?xì)廨啓C時冷卻此燃?xì)廨啓C。為此由文獻(xiàn)“發(fā)動機技術(shù)雜志”(1988年49期239至240頁)已知，在一種具有開式空氣冷卻系統(tǒng)的燃?xì)廨啓C中，使用于冷卻的冷卻空氣通過渦輪葉片流動。其中將一部分壓縮空氣用作冷卻空氣，這些冷卻空氣然后在渦輪內(nèi)從開式渦輪葉片流出并與煙氣流混合。
但是這種開式的渦輪葉片空氣冷卻系統(tǒng)由于冷卻空氣從導(dǎo)向葉片和工作葉片流出，導(dǎo)致渦輪內(nèi)部和渦輪后的排出側(cè)煙氣溫度下降。因此，燃?xì)廨啓C效率并因而尤其是組合式燃?xì)夂驼羝啓C裝置的總效率下降或受限制，在此組合式燃?xì)夂驼羝啓C裝置中在燃?xì)廨啓C下游連接一蒸汽輪機過程。
因此本發(fā)明的目的是，提供一種運行燃?xì)廨啓C的方法，用這種方法可以達(dá)到極高的效率。此外，還應(yīng)提供一種特別適合于實施此方法的燃?xì)廨啓C，它尤其可有效地應(yīng)用于組合式的燃?xì)夂驼羝啓C裝置中。
按本發(fā)明為達(dá)到此目的借助于一種運行燃?xì)廨啓C的方法，它的燃燒室供入壓縮空氣，按此方法供入燃?xì)廨啓C的冷卻空氣被加熱；采用一部分壓縮空氣作為冷卻空氣；以及，將在渦輪中加熱的冷卻空氣的全部或一部分引入燃燒室。
本發(fā)明以下列考慮為出發(fā)點，即，為了提高效率應(yīng)利用在冷卻時傳輸?shù)臒崃浚c此同時不會冷卻燃?xì)廨啓C的排氣。為此，傳輸給冷卻空氣的熱量只應(yīng)通過冷卻空氣并在一恰當(dāng)?shù)奈恢锰貏e有效地重新返回工作過程中。這可以在燃燒過程前或直接在燃燒過程中通過熱量的回收或引入來實現(xiàn)。
被加熱的冷卻空氣最好與壓縮空氣一起輸入燃燒室。合乎目的的做法是在燃燒室之前實施這種混合。引入已加熱的冷卻空氣促使直接預(yù)熱燃燒用空氣并因而節(jié)省燃料。此外，加熱的冷卻空氣摻入壓縮空氣導(dǎo)致提高平均膨脹溫度，并因而導(dǎo)致增加渦輪功率和排氣溫度。此外，這種較高的排氣溫度提高了組合式燃?xì)夂驼羝啓C裝置的總效率。
為了在燃?xì)廨啓C內(nèi)達(dá)到高效地使用冷卻空氣，利用一部分壓縮空氣作為冷卻空氣。從壓縮機提取的冷卻空氣例如在一種封閉式通道系統(tǒng)中既流過渦輪葉片也最好流過渦輪軸和/或渦輪殼體。
冷卻空氣最好在一個冷卻回路內(nèi)流過一個或每個渦輪葉片，尤其是導(dǎo)向葉片或工作葉片。在這種情況下冷卻空氣從渦輪葉片前的約450至500℃加熱到渦輪葉片后的約650至700℃。在燃燒溫度保持不變時，加熱的冷卻空氣與壓縮空氣一起引入燃燒室導(dǎo)致提高供熱溫度。
有關(guān)燃?xì)廨啓C，該燃?xì)廨啓C包括壓氣機、燃燒室和渦輪以及將冷卻空氣供入渦輪的冷卻空氣管道和將壓縮空氣供入燃燒室的新鮮空氣管道，上述目的按本發(fā)明這樣達(dá)到，即，可分出一部分壓縮空氣用于冷卻渦輪；以及，在渦輪中被加熱的冷卻空氣可引入燃燒室。
為了使在渦輪內(nèi)亦即在渦輪葉片內(nèi)已加熱的冷卻空氣用特別簡單的方式與壓縮空氣混合，最好將用于從渦輪流出的已加熱冷卻空氣的排出管道連接在設(shè)在壓縮機與燃燒室之間的新鮮空氣管道上。
在有利的設(shè)計中，從壓縮機增壓側(cè)抽取的冷卻空氣通過冷卻空氣管道流動，在此管道中最好連接一升壓器。
為了能向每一個渦輪葉片排單獨供入冷卻空氣，在冷卻空氣管道上連接一定數(shù)量的進(jìn)口管道。因此合乎目的的做法是，為了引出已加熱的冷卻空氣，設(shè)置其數(shù)量與進(jìn)口管道數(shù)量一致的排出管道。冷卻空氣管道、進(jìn)口管道、通過渦輪葉片的冷卻回路以及排出管道和新鮮空氣管道最好設(shè)計成一封閉的通道系統(tǒng)。因此，此通道系統(tǒng)不僅經(jīng)過渦輪葉片，而且最好也通過渦輪軸和/或渦輪殼體。
采用本發(fā)明獲得的優(yōu)點主要在于，通過在燃?xì)廨啓C和燃燒室內(nèi)供入加熱的冷卻空氣，提高了供熱溫度和提高了排氣溫度，以及在提高效率的同時降低燃料消耗量。如此設(shè)計的燃?xì)廨啓C特別適合于在組合式燃?xì)夂驼羝啓C裝置中使用。
下面借助于附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實施例，其中

圖1示意表示具有一種封閉式冷卻空氣系統(tǒng)的燃?xì)廨啓C；圖2和3示出有多個冷卻空氣進(jìn)口管道和排出管道或有多個冷卻空氣管道的圖1所示燃?xì)廨啓C；以及圖4示出帶冷卻通道的圖1所示燃?xì)廨啓C導(dǎo)向葉片和工作葉片。
在所有的附圖中互相一致的部分用相同的附圖標(biāo)記表示。
圖1所示燃?xì)廨啓C1包括一渦輪2和通過渦輪軸3連接的空氣壓縮機4以及發(fā)電機6。它還包括設(shè)在渦輪2上游的燃燒室8。空氣壓縮機4在吸氣側(cè)有進(jìn)氣管10和在增壓側(cè)有冷卻空氣管12，后者通入渦輪2。在冷卻空氣管道12中連接一壓氣機或升壓器14。此外，空氣壓縮機4增壓側(cè)有一新鮮空氣管道16，它通入燃燒室8。在渦輪2上連接有用于已加熱的冷卻空氣HKL的管道18，它與通入燃燒室8內(nèi)的新鮮空氣管道16連接。此外，渦輪2有一排氣管20。煙氣管22將燃燒室8與渦輪2連接起來。
在運行燃?xì)廨啓C1時，燃燒室8經(jīng)由燃料管24輸入礦物燃料BS，例如天然氣或煤氣。燃料BS在燃燒室8內(nèi)與新鮮空氣FL一起燃燒，新鮮空氣是由來自空氣壓縮機4的壓縮空氣VAL和來自渦輪2已加熱的冷卻空氣HKL組成的混合物。燃燒產(chǎn)生的熱煙氣或工質(zhì)RG經(jīng)煙氣管道22引入渦輪2。煙氣RG在渦輪中膨脹并推動渦輪2。渦輪2再驅(qū)動空氣壓縮機4和發(fā)電機6。煙氣RG經(jīng)排氣管道20朝煙囪(圖中未表示)方向作為排氣AG離開渦輪2。此排氣AG還可以按已知的沒有進(jìn)一步表示的方式和方法，在蒸汽輪機裝置的余熱蒸汽發(fā)生器中利用來生產(chǎn)蒸汽。
煙氣RG在進(jìn)入渦輪2時有1100℃以上的高溫T1。因此渦輪2的零件尤其是渦輪葉片(圖4)必須冷卻。為了冷卻，在空氣壓縮機4增壓側(cè)取或分出一部分壓縮空氣VAL作為冷卻劑KL。冷卻劑亦即冷卻空氣KL經(jīng)冷卻空氣管道12輸入渦輪2。為了補償壓力損失，在冷卻空氣管道12中連接一升壓器14。
通過在渦輪2內(nèi)尤其在渦輪葉片(圖4)內(nèi)熱煙氣RG與冷卻空氣KL之間的間接式熱交換，冷卻空氣KL被加熱。已加熱的冷卻空氣HKL經(jīng)管道18從渦輪2引出。已加熱的冷卻空氣HKL用的管道18在燃燒室8前面連接在新鮮空氣管道16上。在那里此已加熱的冷卻空氣HKL直接摻入壓縮空氣VAL中。通過這種摻混，壓縮空氣VAL從約450℃的溫度T2加熱到約550℃的溫度T3。此經(jīng)預(yù)熱的混合空氣作為新鮮空氣FL供入燃燒室8。
從壓縮機4出發(fā)的冷卻空氣管道12、通過渦輪葉片(圖4)的冷卻回路、用于已加熱的冷卻空氣HKL的管道18以及從壓縮機4出發(fā)的新鮮空氣管道16構(gòu)成了一個封閉的冷卻空氣系統(tǒng)26。
圖2表示具有用于渦輪2所有導(dǎo)向葉片排30和工作葉片排32的封閉式冷卻空氣系統(tǒng)26′的圖1所示燃?xì)廨啓C1。為了冷卻所有的導(dǎo)向葉片和工作葉片，在升壓器14增壓側(cè)的冷卻空氣管道12上連接一定數(shù)量單獨的進(jìn)口管道34。每個進(jìn)口管道通入一個渦輪葉片排30,32中。為每個進(jìn)口管道34配設(shè)一個從相應(yīng)的渦輪葉片排30、32分別引出的用于已加熱冷卻空氣HKL的排出管道36。為了封閉此冷卻空氣系統(tǒng)26′，一個或每一個排出管道36連接在用于已加熱的冷卻空氣HKL的管道18上。
圖3表示具有部分封閉的冷卻空氣系統(tǒng)26″的圖1所示燃?xì)廨啓C1，其中只利用了來自導(dǎo)向葉片排30的已加熱的冷卻空氣HKL。為此，仍在升壓器14的增壓側(cè)從冷卻空氣管道12分出一定數(shù)量的進(jìn)口管道34′，其中每一個進(jìn)口管道34′引入其中一個導(dǎo)向葉片排30。與圖2所示的實施例不同，在這里僅為引入一個或每個導(dǎo)向葉片排30的進(jìn)口管道34′各配設(shè)一排出管道36′。每個排出管道36′仍連接在用于已加熱的冷卻空氣HKL的管道18上。
工作葉片排32借助于開式的空氣冷卻系統(tǒng)冷卻。為每個工作葉片排32配設(shè)一單獨的從壓縮機4出發(fā)的冷卻空氣管道12′。在這種情況下冷卻空氣KL經(jīng)工作葉片排32開式的工作葉片流入渦輪2內(nèi)的煙氣流(圖中未表示)中。
圖4表示具有冷卻回路41或41′的冷卻通道40、40′的渦輪2的導(dǎo)向葉片37和工作葉片38。一個或每個導(dǎo)向葉片37借助于在冷卻回路41′中流動的冷卻空氣KL冷卻。其中經(jīng)冷卻空氣管道12和進(jìn)口管道34、34′流向一個或每個導(dǎo)向葉片37的冷卻空氣KL，通過設(shè)在渦輪殼體42內(nèi)的通道43導(dǎo)引。流向一個或每個工作葉片38的冷卻空氣KL，通過設(shè)在渦輪軸3內(nèi)的通道44導(dǎo)引。
具有約450至500℃的溫度T2的壓縮空氣VAL與溫度T4約650至700℃的已加熱的冷卻空氣HKL混合，所以新鮮空氣FL的溫度T3約為550℃至600℃。其結(jié)果是導(dǎo)致在燃燒室8中的供熱有特別高的溫度，以及導(dǎo)致提高平均膨脹溫度和降低燃料消耗。當(dāng)煙氣RG進(jìn)入渦輪2后，煙氣RG的溫度沿軸向沿著渦輪葉片排30、32通過渦輪2的每個壓力級減小，所以排氣AG的溫度T5約為600℃。因此，這一溫度T5比迄今的燃?xì)廨啓C排氣溫度約550℃要高。
權(quán)利要求
1．一種燃?xì)廨啓C運行方法，它的燃燒室(8)供入壓縮空氣(VAL)，供入燃?xì)廨啓C(1)的冷卻空氣(KL)被加熱，其特征在于壓縮空氣(VAL)的一部分用作冷卻空氣(KL)；以及，至少一部分在渦輪(2)中被加熱的冷卻空氣(HKL)引入燃燒室(8)內(nèi)。
2．按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于被加熱的冷卻空氣(HKL)摻入壓縮空氣(VAL)。
3．按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于冷卻空氣(KL)在一個冷卻回路(41、41′)內(nèi)流過一個或每個渦輪葉片(37、38)。
4．按照權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于冷卻空氣(KL)至少部分地流過渦輪軸(3)和/或渦輪殼體(42)。
5．一種尤其用于實施如權(quán)利要求1至4中任一項所述方法的燃?xì)廨啓C，它有一壓縮機(4)、一燃燒室(8)和一渦輪(2)，以及有將冷卻空氣(KL)供入渦輪(2)的冷卻空氣管道(12)和將壓縮空氣(VAL)供入燃燒室(8)中的新鮮空氣管道(16)，其特征在于可分出一部分壓縮空氣(VAL)用于冷卻渦輪(2)；以及，在渦輪(2)中被加熱的冷卻空氣(HKL)可引入燃燒室(8)。
6．按照權(quán)利要求5所述的燃?xì)廨啓C，其特征在于在渦輪(2)中被加熱的冷卻空氣(HKL)可引入設(shè)在壓縮機(4)與燃燒室(8)之間的新鮮空氣管道(16)內(nèi)。
7．按照權(quán)利要求5或6所述的燃?xì)廨啓C，其特征在于一根連接在新鮮空氣管道(16)上的用于從渦輪(2)流出已加熱的冷卻空氣(HKL)的排出管道(36)。
8．按照權(quán)利要求5至7中任一項所述的燃?xì)廨啓C，其特征在于冷卻空氣管道(12)連接在壓縮機(4)的增壓側(cè)。
9．按照權(quán)利要求5至8中任一項所述的燃?xì)廨啓C，其特征在于在冷卻空氣管道(12)中連接一升壓器(14)。
10．按照權(quán)利要求5至9中任一項所述的燃?xì)廨啓C，其特征在于在冷卻空氣管道(12)上連接一些進(jìn)口管道(34)，其中每一根通入一個渦輪葉片排(30、32)。
11．按照權(quán)利要求10所述的燃?xì)廨啓C，其特征在于設(shè)有其數(shù)量與進(jìn)口管道(34、34′)數(shù)量一致的用于被加熱的冷卻空氣(HKL)的排出管道(36、36′)。
12．按照權(quán)利要求5至11中任一項所述的燃?xì)廨啓C，其特征在于為了導(dǎo)引冷卻空氣(KL)設(shè)有一封閉的通道系統(tǒng)(26、26′、26″)，它通過渦輪葉片排(30、32)和/或通過渦輪軸(3)和/或通過渦輪殼體(42)。
13．一種具有如權(quán)利要求5至12中任一項所述燃?xì)廨啓C的燃?xì)馀c蒸汽輪機裝置。
全文摘要
一種燃?xì)廨啓C的運行方法及按此方法工作的燃?xì)廨啓C,在燃?xì)廨啓C(1)運行時,它的燃燒室(8)供入壓縮空氣(VAL),供入燃?xì)廨啓C(1)的冷卻空氣(KL)被加熱,為了獲得特別高的效率,按本發(fā)明使用一部分壓縮空氣(VAL)作為冷卻空氣(KL),以及將至少一部分被加熱的冷卻空氣(HKL)引入燃燒室(8)。
文檔編號F02C7/18GK1204383SQ96198956
公開日1999年1月6日 申請日期1996年12月12日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月12日
發(fā)明者克里斯托弗·凱爾, 伯特·魯克斯 申請人:西門子公司