用于空隙管理的熱管冷卻的渦輪殼系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于空隙管理的熱管冷卻的渦輪殼系統(tǒng)。具體而言，一種渦輪機(jī)包括構(gòu)造成壓縮在進(jìn)氣部分處接收的空氣以形成壓縮空氣流的壓縮機(jī)，壓縮空氣流排出到出口部分中。燃燒器與壓縮機(jī)可操作地連接，且燃燒器接收壓縮空氣流。渦輪與燃燒器可操作地連接，且渦輪接收來自燃燒器的燃燒氣流。渦輪具有渦輪殼。冷卻系統(tǒng)可操作地連接至渦輪殼。冷卻系統(tǒng)包括附接至渦輪殼且與渦輪殼熱連通的多個(gè)熱管。該多個(gè)熱管可操作地連接到一個(gè)或多個(gè)歧管。該多個(gè)熱管和該一個(gè)或多個(gè)歧管構(gòu)造成將熱從渦輪殼傳遞至多個(gè)換熱器。
【專利說明】
用于空隙管理的熱管冷卻的渦輪殼系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明的示例性實(shí)施例涉及渦輪機(jī)領(lǐng)域，并且更具體地涉及用于渦輪中的空隙管理的熱管冷卻系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]渦輪機(jī)包括可操作地連接至渦輪的壓縮機(jī)，渦輪繼而又驅(qū)動(dòng)另一個(gè)機(jī)器，諸如發(fā)電機(jī)。壓縮機(jī)壓縮進(jìn)入的空氣流，其輸送至燃燒器以與燃料混合且點(diǎn)燃以形成高溫高壓的燃燒產(chǎn)物。高溫高壓的燃燒產(chǎn)物用于驅(qū)動(dòng)渦輪。
[0003]簡單循環(huán)和聯(lián)合循環(huán)的燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)設(shè)計(jì)成在較寬的溫度范圍下使用范圍從氣體到液體的多種燃料。在一些情況中，燃料在相比于壓縮排放空氣溫度時(shí)可在相對較低的溫度下。使用低溫燃料影響燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的排放、性能和效率。為了改善這些特征，期望在燃燒燃料之前提高燃料溫度。
[0004]通過在燃料焚燒之前提高燃料的溫度，可提高燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的總體熱性能。燃料加熱大體上通過減少實(shí)現(xiàn)期望的燃燒溫度所需的燃料量來改善燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的效率。加熱燃料的一個(gè)途徑是使用電熱器或從聯(lián)合循環(huán)過程獲得的熱來提高燃料溫度。然而，現(xiàn)有的聯(lián)合循環(huán)燃料加熱系統(tǒng)通常使用蒸汽流，其可另外地引導(dǎo)至蒸汽渦輪以增加聯(lián)合循環(huán)輸出。
[0005]燃?xì)鉁u輪輪葉具有到護(hù)罩塊的運(yùn)行空隙。該空隙為熱氣體的泄漏通路，且為低效率的來源，然而由于構(gòu)件的差異膨脹以及物理位置中的啟動(dòng)和停機(jī)瞬變，故對最小空隙有實(shí)際的限制。因此，存在對于該運(yùn)行空隙進(jìn)行主動(dòng)管理的需要。本領(lǐng)域中已知用于主動(dòng)空隙控制的若干方法，包括渦輪罩的局部區(qū)域的風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)和壓縮機(jī)放氣驅(qū)動(dòng)的空氣冷卻。此外，現(xiàn)有技術(shù)教導(dǎo)了水冷式殼，然而水或乙二醇冷卻的負(fù)面性質(zhì)包括由于給定高的殼表面溫度的沸騰引起的適應(yīng)觸發(fā)系統(tǒng)與熱殼的較大挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在本發(fā)明的一個(gè)方面，一種渦輪機(jī)包括壓縮機(jī)，其構(gòu)造成壓縮在進(jìn)氣部分處接收的空氣以形成流到出口部分中的壓縮空氣流。燃燒器與壓縮機(jī)可操作地連接，且燃燒器接收壓縮空氣流。渦輪與燃燒器可操作地連接，且渦輪接收來自燃燒器的燃燒氣流。渦輪具有渦輪殼。冷卻系統(tǒng)可操作地連接至渦輪殼。冷卻系統(tǒng)包括附接到渦輪殼且與渦輪殼熱連通的多個(gè)熱管。該多個(gè)熱管可操作地連接到一個(gè)或多個(gè)歧管。該多個(gè)熱管和該一個(gè)或多個(gè)歧管構(gòu)造成將熱從渦輪殼傳遞至多個(gè)換熱器。
[0007]在本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種用于渦輪機(jī)的冷卻系統(tǒng)。渦輪機(jī)包括壓縮機(jī)，以及與壓縮機(jī)可操作地連接的燃燒器。渦輪與燃燒器可操作地連接，且渦輪具有渦輪殼。冷卻系統(tǒng)可操作地連接至渦輪殼。冷卻系統(tǒng)包括附接到渦輪殼且與渦輪殼熱連通的多個(gè)熱管。該多個(gè)熱管可操作地連接到一個(gè)或多個(gè)歧管。該多個(gè)熱管和該一個(gè)或多個(gè)歧管構(gòu)造成將熱從渦輪殼傳遞至多個(gè)換熱器。
[0008]在本發(fā)明的還有另一個(gè)方面，一種從渦輪機(jī)的渦輪殼獲取熱的方法包括使燃燒氣體穿過渦輪的步驟。渦輪殼形成渦輪的外罩。獲取步驟通過熱傳導(dǎo)熱至多個(gè)熱管來從渦輪殼獲取熱。該多個(gè)熱管具有熔鹽熱傳遞介質(zhì)，其包括鉀或鈉中的一者或組合。傳導(dǎo)步驟將熱從該多個(gè)熱管傳導(dǎo)至熱管換熱器，且熱管換熱器構(gòu)造成將熱傳遞至燃料加熱換熱器。熱管換熱器可操作地連接到包括余熱回收蒸汽發(fā)生器換熱器的回路。
[0009]技術(shù)方案1.一種渦輪機(jī)，包括:
壓縮機(jī)，其構(gòu)造成壓縮在進(jìn)氣部分處接收的空氣以形成壓縮空氣流，所述壓縮空氣流排出到出口部分中；
與所述壓縮機(jī)可操作地連接的燃燒器，所述燃燒器接收所述壓縮空氣流；
與所述燃燒器可操作地連接的渦輪，所述渦輪接收來自所述燃燒器的燃燒氣流，所述渦輪具有渦輪殼；
可操作地連接至所述渦輪殼的冷卻系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)包括附接至所述渦輪殼且與所述渦輪殼熱連通的多個(gè)熱管，所述多個(gè)熱管可操作地連接到一個(gè)或多個(gè)歧管，所述多個(gè)熱管和所述一個(gè)或多個(gè)歧管構(gòu)造成將熱從所述渦輪殼傳遞至多個(gè)換熱器。
[0010]技術(shù)方案2.根據(jù)技術(shù)方案I所述的渦輪機(jī)，其中，所述多個(gè)熱管還包括熱傳遞介質(zhì)，所述熱傳遞介質(zhì)包括以下項(xiàng)中的一者或組合:
鋁、鈹、鈹-氟合金、硼、鈣、鈷、鉛-鉍合金、液態(tài)金屬、鋰-氯合金、鋰-氟合金、錳、錳-氯合金、汞、熔鹽、鉀、鉀-氯合金、鉀-氟合金、鉀-氮-氧合金、銠、銣-氯合金、銣-氟合金、鈉、鈉-氯合金、鈉-氟合金、鈉-硼-氟合金、鈉-氮-氧合金、鍶、錫、鋯-氟合金。
[0011]技術(shù)方案3.根據(jù)技術(shù)方案I所述的渦輪機(jī)，其中，所述多個(gè)熱管還包括熔鹽熱傳遞介質(zhì)，所述熔鹽熱傳遞介質(zhì)包括鉀或鈉中的一者或組合。
[0012]技術(shù)方案4.根據(jù)技術(shù)方案I所述的渦輪機(jī)，其中，所述多個(gè)熱管經(jīng)由以下項(xiàng)的一者或多者附接到所述渦輪殼:
焊縫、螺栓、緊固件、焊接支架或夾具。
[0013]技術(shù)方案5.根據(jù)技術(shù)方案I所述的渦輪機(jī)，其中，所述多個(gè)熱管圍繞所述渦輪殼沿周向定位。
[0014]技術(shù)方案6.根據(jù)技術(shù)方案I所述的渦輪機(jī)，其中，所述多個(gè)熱管中的各個(gè)位于熱管換熱器中，所述熱管換熱器附接至所述渦輪殼。
[0015]技術(shù)方案7.根據(jù)技術(shù)方案I所述的渦輪機(jī)，其中，所述一個(gè)或多個(gè)歧管形成熱傳遞環(huán)路的部分，且所述熱傳遞環(huán)路中的熱傳遞介質(zhì)為以下項(xiàng)中的至少一者:
水、蒸汽、乙二醇或油。
[0016]技術(shù)方案8.根據(jù)技術(shù)方案I所述的渦輪機(jī)，其中，所述多個(gè)熱管具有截面形狀，所述截面形狀大體上包括以下項(xiàng)中的至少一者:
圓形、橢圓形、帶圓角的矩形，或多邊形。
[0017]技術(shù)方案9.根據(jù)技術(shù)方案I所述的渦輪機(jī)，其中，所述多個(gè)熱管還包括多個(gè)翼片，所述多個(gè)翼片構(gòu)造成增大所述多個(gè)熱管的熱傳遞能力。
[0018]技術(shù)方案10.根據(jù)技術(shù)方案I所述的渦輪機(jī)，其中，所述多個(gè)換熱器包括可操作地連接到所述多個(gè)熱管和所述一個(gè)或多個(gè)歧管的熱管換熱器，且所述熱管換熱器還可操作地連接到: 燃料加熱換熱器;或
余熱回收蒸汽發(fā)生器換熱器;或
燃料加熱換熱器和余熱回收蒸汽發(fā)生器換熱器。
[0019]技術(shù)方案11.一種用于渦輪機(jī)的冷卻系統(tǒng)，所述渦輪機(jī)包括壓縮機(jī)、與所述壓縮機(jī)可操作地連接的燃燒器，以及與所述燃燒器可操作地連接的渦輪，所述渦輪具有渦輪殼，所述冷卻系統(tǒng)包括:
可操作地連接至所述渦輪殼的冷卻系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)包括附接至所述渦輪殼且與所述渦輪殼熱連通的多個(gè)熱管，所述多個(gè)熱管可操作地連接到一個(gè)或多個(gè)歧管，所述多個(gè)熱管和所述一個(gè)或多個(gè)歧管構(gòu)造成將熱從所述渦輪殼傳遞至多個(gè)換熱器。
[0020]技術(shù)方案12.根據(jù)技術(shù)方案11所述的冷卻系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)熱管還包括熱傳遞介質(zhì)，所述熱傳遞介質(zhì)包括以下項(xiàng)中的一者或組合:
鋁、鈹、鈹-氟合金、硼、鈣、鈷、鉛-鉍合金、液態(tài)金屬、鋰-氯合金、鋰-氟合金、錳、錳-氯合金、汞、熔鹽、鉀、鉀-氯合金、鉀-氟合金、鉀-氮-氧合金、銠、銣-氯合金、銣-氟合金、鈉、鈉-氯合金、鈉-氟合金、鈉-硼-氟合金、鈉-氮-氧合金、鍶、錫、鋯-氟合金。
[0021]技術(shù)方案13.根據(jù)技術(shù)方案11所述的冷卻系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)熱管還包括熔鹽熱傳遞介質(zhì)，所述熔鹽熱傳遞介質(zhì)包括鉀或鈉中的一者或組合。
[0022]技術(shù)方案14.根據(jù)技術(shù)方案11所述的冷卻系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)熱管經(jīng)由以下項(xiàng)中的一者或多者附接到所述渦輪殼:
焊縫、螺栓、緊固件、焊接支架或夾具。
[0023]技術(shù)方案15.根據(jù)技術(shù)方案11所述的冷卻系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)熱管圍繞所述渦輪殼沿周向定位。
[0024]技術(shù)方案16.根據(jù)技術(shù)方案11所述的冷卻系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)熱管中的各個(gè)位于熱管換熱器中，所述熱管換熱器附接至所述渦輪殼。
[0025]技術(shù)方案17.根據(jù)技術(shù)方案13所述的冷卻系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)換熱器包括可操作地連接到所述多個(gè)熱管和所述一個(gè)或多個(gè)歧管的熱管換熱器，所述熱管換熱器還可操作地連接到:
燃料加熱換熱器;或
余熱回收蒸汽發(fā)生器換熱器;或
燃料加熱換熱器和余熱回收蒸汽發(fā)生器換熱器。
[0026]技術(shù)方案18.根據(jù)技術(shù)方案17所述的冷卻系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)熱管具有截面形狀，所述截面形狀大體上包括以下項(xiàng)中的至少一者:
圓形、橢圓形，或帶圓角的矩形、多邊形。
[0027]技術(shù)方案19.一種從渦輪機(jī)的渦輪殼獲取熱的方法，所述方法包括:
使燃燒氣體穿過渦輪，所述渦輪殼形成所述渦輪的外罩；
通過熱傳導(dǎo)所述熱至多個(gè)熱管來從所述渦輪殼獲取熱，所述多個(gè)熱管包括熔鹽熱傳遞介質(zhì)，所述恪鹽熱傳遞介質(zhì)包括鉀或鈉中的一者或組合；
將熱從所述多個(gè)熱管傳導(dǎo)至熱管換熱器，所述熱管換熱器構(gòu)造成將熱傳遞至燃料加熱換熱器。
[0028]技術(shù)方案20.根據(jù)技術(shù)方案19所述的方法，其中，所述熱管換熱器可操作地連接到包括余熱回收蒸汽發(fā)生器換熱器的回路。
【附圖說明】
[0029]圖1為渦輪機(jī)的簡化示意圖。
[0030]圖2為根據(jù)本發(fā)明的方面的穿過渦輪機(jī)的一部分的局部示意性軸向截面視圖。
[0031]圖3示出根據(jù)本發(fā)明的方面的冷卻系統(tǒng)的截面和示意性視圖。
[0032]圖4示出根據(jù)本發(fā)明的方面的冷卻系統(tǒng)的局部示意性和徑向截面視圖。
[0033]圖5示出根據(jù)本發(fā)明的方面的圓形或圓柱形熱管的截面形狀。
[0034]圖6示出根據(jù)本發(fā)明的方面的橢圓形熱管的截面形狀。
[0035]圖7示出根據(jù)本發(fā)明的方面的多邊形熱管的截面形狀。
[0036]圖8示出根據(jù)本發(fā)明的方面的帶圓角矩形的熱管的截面形狀。
[0037]圖9示出根據(jù)本發(fā)明的方面的具有多個(gè)翼片的圓形或圓柱形熱管的截面形狀。
[0038]圖10示出根據(jù)本發(fā)明的方面的結(jié)合冷卻系統(tǒng)的渦輪機(jī)的示意圖。
[0039]圖11示出根據(jù)本發(fā)明的方面的冷卻系統(tǒng)的截面和示意性視圖。
[0040]圖12示出根據(jù)本發(fā)明的方面的從由渦輪機(jī)生成的壓縮空氣流獲取熱的方法。
[0041 ] 零件清單
100渦輪機(jī)
110壓縮機(jī)
120燃燒器
130渦輪
132渦輪殼
140 HRSG
150蒸汽渦輪
160軸
170發(fā)電機(jī)
202進(jìn)氣部分
204出口部分
240熱管換熱器
241燃料加熱換熱器
242燃料預(yù)加熱換熱器
243 HRSG換熱器
244換熱器
250冷卻系統(tǒng)
252熱管
253熱傳遞介質(zhì)
254歧管
255冷卻劑/熱傳遞介質(zhì) 310管道 320栗 360旁通管線 361閥 410管線
652具有橢圓形截面的熱管 752具有多邊形截面的熱管 852熱管
952具有翼片的熱管
953翼片
1000渦輪機(jī)
1010壓縮機(jī)
1020燃燒器
1030渦輪
1040熱管換熱器
1042燃料氣體預(yù)加熱器換熱器
1044 HRSG換熱器
1046主燃料加熱器換熱器
1054歧管
1055 栗
1060燃料
1070 水
1080旁通管線
1081 閥
1090蒸汽
1102焊縫
1104緊固件
1106支架
1108夾具
1150冷卻系統(tǒng)
1152熱管
1153熱傳遞介質(zhì)
1154歧管
1155熱傳遞介質(zhì)
1200方法
1210穿過步驟
1220獲取步驟
1230傳導(dǎo)步驟
1240加熱步驟。
【具體實(shí)施方式】
[0042]下文將描述本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)特定方面/實(shí)施例。在致力于提供這些方面/實(shí)施例的簡要描述中，可不在說明書中描述實(shí)際實(shí)現(xiàn)方式的所有特征。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，在任何這樣的實(shí)際實(shí)現(xiàn)方式的開發(fā)中，如在任何工程或設(shè)計(jì)項(xiàng)目中那樣，必須作出許多實(shí)現(xiàn)方式特定的決定來達(dá)到開發(fā)者的例如符合機(jī)器相關(guān)、系統(tǒng)相關(guān)及商業(yè)相關(guān)的約束的特定目的，其可從一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式變化到另一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式。此外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，這樣的開發(fā)努力可能是復(fù)雜和耗時(shí)的，但對那些具有本公開內(nèi)容的益處的普通技術(shù)人員來說，這種開發(fā)工作將不過是設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和制造的例行任務(wù)。
[0043]當(dāng)介紹本發(fā)明的各種實(shí)施例的元件時(shí)，冠詞〃一個(gè)〃、〃一種〃和〃該〃意在表示存在一個(gè)或多個(gè)元件。用語"包括"、"包含"和"具有"意在為包含性的，且表示可存在除所列元件之外的額外元件。操作參數(shù)和/或環(huán)境條件的任何示例并不排除公開的實(shí)施例的其它參數(shù)/條件。此外，應(yīng)當(dāng)理解的是，提到的本發(fā)明的〃一個(gè)實(shí)施例〃、〃一個(gè)方面〃或〃實(shí)施例〃或〃方面〃不意在理解為排除也包括所述特征的另外的實(shí)施例或方面的存在。
[0044]圖1示出了渦輪機(jī)100的簡化示意圖。渦輪機(jī)包括可操作地連接至燃燒器120的壓縮機(jī)110，且燃燒器120可操作地連接至渦輪130。渦輪的排氣可操作地連接至余熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG) 140 ARSG 140生成被引導(dǎo)到蒸汽渦輪150中的蒸汽。在該示例中，所有渦輪機(jī)以單軸構(gòu)造布置，且軸160驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)170。將理解的是，用語渦輪機(jī)包括壓縮機(jī)、渦輪或其組合。
[0045]圖2為根據(jù)本發(fā)明的方面的穿過渦輪機(jī)的一部分的局部示意性軸向截面視圖。渦輪機(jī)100包括具有進(jìn)氣部分202和出口部分204的壓縮機(jī)110。壓縮機(jī)壓縮在進(jìn)氣部分202處接收的空氣且形成壓縮空氣流，其從出口部分204排出/排到出口部分204中。燃燒器120與壓縮機(jī)110可操作地連接，且燃燒器120接收壓縮空氣流。渦輪130與燃燒器120可操作地連接，且渦輪130從燃燒器120接收燃燒氣流。渦輪130包括渦輪殼132。渦輪殼形成渦輪130的外罩。
[0046]冷卻系統(tǒng)250可操作地連接至渦輪殼132。例如，多個(gè)熱管252附接至渦輪殼，且熱管還與渦輪殼熱連通。熱管252可圍繞渦輪殼沿周向定位，且通過焊縫、緊固件、螺栓、焊接支架、夾具或任何其它適合的附接機(jī)構(gòu)來附接到其上。熱管252可操作地連接至一個(gè)或多個(gè)歧管254，且熱管252和歧管254構(gòu)造成將熱從渦輪殼132傳遞至多個(gè)換熱器240。
[0047]熱管252吸收來自渦輪殼132的熱。當(dāng)渦輪130操作時(shí)，熱的燃燒氣體流過各個(gè)渦輪級(示出了三個(gè))。其中一些熱被傳遞至渦輪殼，且這些熱可由熱管252獲得。在一個(gè)示例中，熱管被焊接至渦輪殼，且熱管構(gòu)造成保持與渦輪殼的外表面緊密接觸(以改善熱傳遞)。在其它實(shí)施例中，熱管252可為仿形的，以遵循渦輪殼的形狀，或熱管可嵌入渦輪殼中。
[0048]圖3示出根據(jù)本發(fā)明的方面的冷卻系統(tǒng)250的截面和示意性視圖。熱管252附接至渦輪殼132。熱管252包括熱傳遞介質(zhì)253，諸如液態(tài)金屬或熔鹽。歧管254包括冷卻劑/熱傳遞介質(zhì)255，諸如水、蒸汽、乙二醇或油。歧管254熱連接至熱管換熱器240。管道310將熱管換熱器240連接至多個(gè)其它換熱器。例如，其它換熱器可為燃料加熱換熱器241、燃料預(yù)熱換熱器242、HRSG換熱器243和任何其它期望的換熱器244。熱管換熱器240將熱從歧管254傳遞至管道310中的熱傳遞介質(zhì)。僅作為示例，管道的熱傳遞介質(zhì)可為水、乙二醇、油或任何其它適合的流體。栗320可用于迫使流體穿過管道310和換熱器。換熱器還可包括閥控制的旁通管線360(為了清楚起見僅示出一個(gè))。閥361可操作成使得其經(jīng)由旁通管線/管道360圍繞換熱器(例如，242)引導(dǎo)流。如果特定換熱器將從沿管道310的流"除去"(可能暫時(shí)地)，則該特征可為合乎需要的。閥361可手動(dòng)地控制或遠(yuǎn)程地控制。
[0049]歧管254連接到多個(gè)熱管252，且熱管252可圍繞渦輪殼/罩132沿周向設(shè)置。熱管252包括熱傳遞介質(zhì)253，其可為液體金屬、熔鹽或Qu材料。僅作為示例，熱傳遞介質(zhì)可為以下項(xiàng)中的一者或組合:鋁、鈹、鈹-氟合金、硼、鈣、鈷、鉛-鉍合金、液態(tài)金屬、鋰-氯合金、鋰_氟合金、錳、錳-氯合金、萊、恪鹽、鉀、鉀-氯合金、鉀-氟合金、鉀-氮-氧合金、銠、銣-氯合金、銣-氟合金、鈉、鈉-氯合金、鈉-氟合金、鈉-硼-氟合金、鈉-氮-氧合金、鍶、錫、鋯-氟合金。作為一個(gè)特定示例，熱傳遞介質(zhì)253可為包括鉀和/或鈉的熔鹽。熱管的外部可由能夠用于高導(dǎo)熱性、高強(qiáng)度和對來自熱傳遞介質(zhì)的腐蝕有高抵抗性的多個(gè)目的的任何適合的材料制成。
[0050]熱管252也可由具有很高導(dǎo)熱性的〃Qu材料〃形成。Qu材料可為設(shè)在熱管的內(nèi)表面上的多層涂層的形式。例如，固態(tài)熱傳遞介質(zhì)可在三個(gè)基礎(chǔ)層中施加到內(nèi)壁。頭兩層由暴露于熱管的內(nèi)壁的溶液制備。首先，第一層(其主要包括離子形式的鈉、鈹、諸如錳或鋁的金屬、鈣、硼和重鉻酸自由基的各種組合)吸收到內(nèi)壁中達(dá)到0.008mm到0.012mm的深度。隨后，第二層(其主要包括離子形式的鈷、錳、鈹、鍶、銠、銅、B-鈦、鉀、硼、鈣、諸如鋁的金屬和重鉻酸自由基的各種組合)累積在第一層的頂部上，且在熱管的內(nèi)壁上形成具有0.008mm到0.012_的厚度的膜。最后，第三層為粉末，其包括以下項(xiàng)的各種組合:氧化銠、重鉻酸鉀、氧化鐳、重鉻酸鈉、重鉻酸銀、單晶硅、氧化鈹、鉻酸鍶、氧化硼、B-鈦和諸如重鉻酸錳或重鉻酸鋁的金屬重鉻酸鹽，它們自身越過內(nèi)壁均勻地分配。這三層施加到熱管，且然后熱極化以形成超導(dǎo)熱管，其在很少或沒有凈熱損失的情況下傳遞熱能。
[0051]圖4示出根據(jù)本發(fā)明的方面的冷卻系統(tǒng)250的局部示意性和徑向截面視圖。熱管252圍繞渦輪殼132沿周向定位和分布。歧管254連接在由線410表示的回路中。例如，歧管254會形成圍繞渦輪130的大體上連續(xù)的流動(dòng)環(huán)路。該流動(dòng)環(huán)路的一部分中斷且傳送至熱管換熱器240，且其出口傳送回歧管254。以此方式，由渦輪殼132(經(jīng)由熱管252)生成的熱可傳遞至換熱器240。
[0052]圖5示出根據(jù)本發(fā)明的方面的圓形或圓柱形熱管252的截面形狀。圓柱形熱管容易利用常規(guī)工具制造和安裝。圖6示出根據(jù)本發(fā)明的方面的橢圓形熱管652的截面形狀。橢圓形熱管652可具有相比圓柱形熱管改善的熱傳遞特征。圖7示出根據(jù)本發(fā)明的方面的多邊形熱管752的截面形狀。多邊形形狀可包括矩形、六邊形、方形或任何適合的多邊形形狀。圖8示出帶圓角矩形的熱管852的截面形狀。由于與渦輪殼的增大的表面區(qū)域接觸，故帶圓角矩形的形狀可具有優(yōu)于橢圓形熱管652的改善的熱傳遞特征。圖9示出根據(jù)本發(fā)明的方面的具有多個(gè)翼片953的圓形或圓柱形熱管952的截面形狀。翼片953構(gòu)造成增大熱管的熱傳遞能力，可如圖所示軸向地或徑向地布置，且可包括具有高導(dǎo)熱性的材料，諸如銅或鋁。
[0053]圖10示出根據(jù)本發(fā)明的方面的結(jié)合冷卻系統(tǒng)的渦輪機(jī)1000的示意圖。渦輪機(jī)1000包括壓縮機(jī)1010、燃燒器1020和渦輪1030。冷卻系統(tǒng)包括連接至歧管1054的多個(gè)熱管(為了清楚起見未示出)。歧管1054連接到熱管換熱器1040。栗1055使冷卻劑循環(huán)穿過管道系統(tǒng)和多個(gè)換熱器。熱管換熱器1040連接到燃料氣體預(yù)熱器換熱器1042。燃料氣體1060輸入且行進(jìn)至燃燒器1020。燃料氣體預(yù)熱器換熱器連接到余熱回收蒸汽發(fā)生器(HSRG)換熱器1044。水1070輸入至換熱器1044，且加熱至升高的溫度或蒸汽，且輸出至HRSG節(jié)約器(未示出)。各個(gè)換熱器均可包括旁通管線1080和閥1081，以選擇性地旁通相應(yīng)的換熱器。為了清楚起見，圖10中僅標(biāo)出了一個(gè)此類旁通管線。主燃料加熱器換熱器1046可由來自HSRG(未示出)的蒸汽1090進(jìn)給，且所得的加熱燃料輸送至燃燒器1020。
[0054]閥1081和旁通管線1080(假設(shè)連接在所有換熱器上)允許對燃料加熱和機(jī)器效率的改善控制。例如，換熱器1040和1044可連接在環(huán)路中以僅加熱輸入HRSG的水。換熱器1040和1042可連接在環(huán)路中以預(yù)熱燃料供應(yīng)。該構(gòu)造可極大地減少或消除從HRSG回收的蒸汽，且將允許更多蒸汽引導(dǎo)到蒸汽渦輪(未示出)中。作為另一個(gè)示例，換熱器1040、1042和1044可連接在環(huán)路中。該構(gòu)造將預(yù)熱燃料1060且加熱進(jìn)入HRSG的水1070。換熱器1040、1042和1046可連接在環(huán)路中，且這將盡可能增加燃料加熱潛力。作為備選，所有換熱器可連接在環(huán)路中，以便所有換熱器將受益于從壓縮排放空氣流除去的熱。
[0055]圖11示出根據(jù)本發(fā)明的方面的冷卻系統(tǒng)1150的截面和示意性視圖。熱管1152經(jīng)由歧管1154附接至渦輪殼132。熱管1152包括熱傳遞介質(zhì)1153，諸如液體金屬或熔鹽。歧管1154包括冷卻劑/熱傳遞介質(zhì)1155，諸如水、蒸汽、乙二醇或油。歧管1154和/或熱管1152可通過焊縫1102、螺栓或緊固件1104、焊接支架1106或夾具1108附接至渦輪殼132。歧管1154熱連接到熱管換熱器1140。管道310將熱管換熱器1140連接到多個(gè)其它換熱器。例如，其它換熱器可為燃料加熱換熱器241、燃料預(yù)熱換熱器242、HRSG換熱器243和任何其它期望的換熱器244。熱管換熱器1140將熱從歧管1154傳遞至管道310中的熱傳遞介質(zhì)。僅作為示例，管道的熱傳遞介質(zhì)可為水、乙二醇、油或任何其它適合的流體。栗320可用于迫使流體穿過管道310和換熱器。換熱器還可包括閥控制的旁通管線360(為了清楚起見僅示出一個(gè))。閥361可操作成使得其經(jīng)由旁通管線/管道360圍繞換熱器(例如，242)引導(dǎo)流。
[0056]圖12示出了用于從渦輪機(jī)獲取熱的方法1200。該方法包括使燃燒氣體穿過渦輪130的步驟1210。獲取步驟1220利用多個(gè)熱管252從渦輪殼132獲取熱。熱管252可包括熔鹽熱傳遞介質(zhì)，諸如鉀或鈉，或液態(tài)金屬或其組合。熱管252與渦輪殼熱連通，且可附接至渦輪殼。傳導(dǎo)步驟1230將熱從熱管252傳導(dǎo)至熱管換熱器240。熱管換熱器240構(gòu)造成將熱傳遞至燃料加熱換熱器1042。加熱步驟1240利用從燃料加熱換熱器1042中的熱管獲得的熱加熱燃料1060。此外，熱管換熱器1040可操作地連接到包括余熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)換熱器1044的回路。
[0057]本發(fā)明的冷卻和燃料加熱系統(tǒng)提供了若干優(yōu)點(diǎn)?？筛纳茰u輪機(jī)效率，且減少用于燃料加熱的蒸汽需求導(dǎo)致改善的聯(lián)合循環(huán)熱效率。渦輪區(qū)段輪葉、葉輪和燃燒氣體過渡件可由于較冷的渦輪排放空氣流而具有改善的壽命。
[0058]該書面描述使用示例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何包含的方法。本發(fā)明可申請專利的范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它示例。如果這些其它示例具有不與權(quán)利要求的字面語言不同的結(jié)構(gòu)要素，或者如果它們包括與權(quán)利要求的字面語言無實(shí)質(zhì)差異的等同結(jié)構(gòu)要素，則意在使這些其它示例處于權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種渦輪機(jī)，包括: 壓縮機(jī)，其構(gòu)造成壓縮在進(jìn)氣部分處接收的空氣以形成壓縮空氣流，所述壓縮空氣流排出到出口部分中； 與所述壓縮機(jī)可操作地連接的燃燒器，所述燃燒器接收所述壓縮空氣流； 與所述燃燒器可操作地連接的渦輪，所述渦輪接收來自所述燃燒器的燃燒氣流，所述渦輪具有渦輪殼； 可操作地連接至所述渦輪殼的冷卻系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)包括附接至所述渦輪殼且與所述渦輪殼熱連通的多個(gè)熱管，所述多個(gè)熱管可操作地連接到一個(gè)或多個(gè)歧管，所述多個(gè)熱管和所述一個(gè)或多個(gè)歧管構(gòu)造成將熱從所述渦輪殼傳遞至多個(gè)換熱器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)，其特征在于，所述多個(gè)熱管還包括熱傳遞介質(zhì)，所述熱傳遞介質(zhì)包括以下項(xiàng)中的一者或組合: 鋁、鈹、鈹-氟合金、硼、鈣、鈷、鉛-鉍合金、液態(tài)金屬、鋰-氯合金、鋰-氟合金、錳、錳-氯合金、汞、熔鹽、鉀、鉀-氯合金、鉀-氟合金、鉀-氮-氧合金、銠、銣-氯合金、銣-氟合金、鈉、鈉-氯合金、鈉-氟合金、鈉-硼-氟合金、鈉-氮-氧合金、鍶、錫、鋯-氟合金。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)，其特征在于，所述多個(gè)熱管還包括熔鹽熱傳遞介質(zhì)，所述熔鹽熱傳遞介質(zhì)包括鉀或鈉中的一者或組合。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)，其特征在于，所述多個(gè)熱管經(jīng)由以下項(xiàng)的一者或多者附接到所述渦輪殼: 焊縫、螺栓、緊固件、焊接支架或夾具。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)，其特征在于，所述多個(gè)熱管圍繞所述渦輪殼沿周向定位。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)，其特征在于，所述多個(gè)熱管中的各個(gè)位于熱管換熱器中，所述熱管換熱器附接至所述渦輪殼。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)，其特征在于，所述一個(gè)或多個(gè)歧管形成熱傳遞環(huán)路的部分，且所述熱傳遞環(huán)路中的熱傳遞介質(zhì)為以下項(xiàng)中的至少一者: 水、蒸汽、乙二醇或油。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)，其特征在于，所述多個(gè)熱管具有截面形狀，所述截面形狀大體上包括以下項(xiàng)中的至少一者: 圓形、橢圓形、帶圓角的矩形，或多邊形。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)，其特征在于，所述多個(gè)熱管還包括多個(gè)翼片，所述多個(gè)翼片構(gòu)造成增大所述多個(gè)熱管的熱傳遞能力。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)，其特征在于，所述多個(gè)換熱器包括可操作地連接到所述多個(gè)熱管和所述一個(gè)或多個(gè)歧管的熱管換熱器，且所述熱管換熱器還可操作地連接到: 燃料加熱換熱器;或 余熱回收蒸汽發(fā)生器換熱器;或 燃料加熱換熱器和余熱回收蒸汽發(fā)生器換熱器。
【文檔編號】F01D25/12GK106050329SQ201610198600
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年4月1日 公開號201610198600.2, CN 106050329 A, CN 106050329A, CN 201610198600, CN-A-106050329, CN106050329 A, CN106050329A, CN201610198600, CN201610198600.2
【發(fā)明人】S.?？{亞克, A.I.西皮奧, 楊添美
【申請人】通用電氣公司