[发明专利]用于增加涡轮机动力输出的系统和方法无效

专利信息
申请号: 200710145345.6 申请日: 2007-09-11
公开(公告)号: CN101144431A 公开(公告)日: 2008-03-19
发明(设计)人: 托马斯·瓦格内;卡洛斯·塞萨尔 申请(专利权)人: 燃气涡轮机效率公司
主分类号: F02C9/00 分类号: F02C9/00;B08B3/02
代理公司: 北京集佳知识产权代理有限公司 代理人: 段斌;魏金霞
地址: 瑞典亚*** 国省代码: 瑞典;SE
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摘要:
搜索关键词: 用于 增加 涡轮 机动力 输出 系统 方法
【说明书】:

技术领域

发明总体上涉及燃气涡轮机的领域。具体地,本发明涉及用于结合水输送设备的高压压缩机清洗的系统和方法,用于提高燃气涡轮机的质量流,从而提高其动力输出,由此使用预定的计算流体动力学转化模型控制该系统。

背景技术

产生动力需要燃气涡轮机消耗大量的空气。燃气涡轮机极大程度上依赖于用于其性能的周围空气状况。例如温度、气压和含水量等周围空气状况影响燃气涡轮机的压缩机压缩空气的能力,因此影响其性能。换句话说,燃气涡轮机动力是压缩所能达到的总质量流的函数,结合燃料和膨胀以驱动涡轮部。质量流量直接与发动机动力输出成比例。燃气涡轮机是固定体积机器(即,它们按照固定的几何形状运行),从而,空气密度是燃气涡轮机产生动力的能力中起重要作用的一个参数。空气温度和空气密度直接相互关联。随着空气温度升高,空气密度减小,从而使得质量流的势能降低。随着质量流减小,燃气涡轮机的输出也降低。其它对燃气涡轮机的性能具有重要影响的关键参数包括压力比和压缩效率。

通过控制燃气涡轮机的进气口处的水汽含量能够控制质量流。因此,空气能够饱含水汽,以将总质量流回复到涡轮机设计的最高水平。饱和可通过仅仅使涡轮机周围的空气饱和产生。替代地,一种增大总质量流更积极的方法是向涡轮机的压缩机或燃烧室内喷水,以使空气过饱和。过饱和允许熔化热进一步向工作流体加压并且将涡轮机输出增大到高于饱和空气输出水平的水平。

然而,因为燃气涡轮机在给定的时间周期内遇到的温度的范围(即,温度以24小时或一年的时间周期变化),难以实现适当的空气饱和。由于这些温度变化,饱和所需的水也相应地变化。对于给定的天气和发动机负载条件,要达到饱和或过饱和需要对应的水量。因而,使用了湿度检测和抽吸装备以提供适当的、用于实现适当的饱和或过饱和水平的水量。使用过多的水会导致“喷洒过多”,在此情况下,空气不能吸收/保持多余的水。通过腐蚀和/或浸没燃气涡轮机的气道,多余的水能够损害运行。相反,水太少将不会使空气饱和,并且不会实现充分的质量流增加效果。

另一个问题是涡轮机内、尤其是压缩机内污物或杂质粒子的积聚,其能够影响燃气涡轮机的效率,因此影响其动力输出。例如燃气涡轮机等机器消耗大量的空气。空气含有呈浮尘和小颗粒状的杂质粒子,通常,它们进入到压缩机并且粘附在压缩机的气体通道内的部件上。因为堆积的污物增加了部件表面的粗糙度,压缩机污物改变气体通道部件的边界层气流的特性。随着空气流过所述部件,表面粗糙度的增加导致边界层气流增厚。边界层气流的增厚对压缩机的空气动力学特性产生不利影响。在叶片的后缘,气流形成尾流。此尾流是旋涡状的湍流,对气流有不利的影响。边界层越厚,尾流湍流越强。尾流湍流和较厚的边界层一起降低了通过发动机的质量流。厚边界层和强尾流湍流使压缩压力增益减小,这转而使发动机以降低的压力比运行。压力比降低使得发动机的效率降低。另外,压缩机的污物降低了压缩机的等熵效率和多变效率。压缩机效率降低意味着压缩等量的空气时压缩机需要更多的动力。结果,驱动压缩机所需的动力增加,从而,驱动负载所能用的余量动力变少。

清洗燃气涡轮机消除污物,这可以在发动机关闭后进行,也可以在发动机运行时进行。在前面的示例中,当将清洗水喷射进压缩机内时,可以使用其起动马达曲柄起动发动机轴。曲柄起动时,通过化学作用和机械运动去除污物。水和去除的污物材料通过气流输送到发动机的排出端。此过程称为“曲柄”清洗或者“离线”清洗。离线清洗的替代方案是“在线”清洗,其中在运行中清洗发动机。当发动机燃烧燃料时,“在线”或者“燃烧”清洗发生。当转子高速旋转时,清洗水被喷射进压缩机。由于转子转速高,水的保留时间短,此冲洗不像曲柄清洗那样有效,但是却允许在运行时清洗。

典型地,为了增加燃气涡轮机动力,在整个涡轮机上使用了大量的测量仪表以测量机器的温度、位移、压力和填充量。然而,因为其昂贵、使用上的复杂、以及发生由于测量仪表不一致或故障所产生的操作失误的趋势和可能增加,依赖于这种大量的测量仪表的动力增加是有问题的。需要在增加燃气涡轮机动力时避免对这种复杂、大量的测量仪表的依赖性。

因此,工业上需要用于在使用计算流体动力学转化模型控制系统的操作条件的广泛范围上增加燃气涡轮机的动力输出的方法和设备,所述燃气涡轮机包括但不限于固定式燃气涡轮机。

发明内容

用于增加燃气涡轮机的动力输出的示例系统包括:

(a)泵单元,具有或不具有变频控制,具有正排量泵的优选构造;

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