[发明专利]用于航改燃气涡轮的慢转的装置及方法

说明书

技术领域

本公开内容大体上涉及燃气涡轮，并且更具体地涉及航改燃气涡轮(aeroderivative gas turbines)。

背景技术

航改燃气涡轮广泛用作用于机械驱动应用的动力源，以及在工业厂房的发电、管线、离岸平台、LNG应用等中广泛使用。

燃气涡轮在例如紧急情形中可经历停机，且在短时间段之后重启。当涡轮的转子在停机之后不动时，热变形可随着转子部分与定子部分之间的间隙的减小或消除而发生，导致了转子部分与定子部分之间的摩擦，或引起转子锁定现象的出现。热变形涉及由若干原因引起的不一致温度场。在涡轮不动时转子的冷却是不一致的，由于自然对流现象，转子的上部的冷却慢于下部，生成了转子弯曲和屈服变形。定子与转子之间的间隙减小还可由与停机期间的二次流分布相关的温度扩散引起。涡轮不可重启，直到转子已达到适合的温度场和几何形状。在此方面，航改燃气涡轮的最关键部分为压缩机级的叶片末梢，在该处，有限的间隙设在定子与转子之间。

对于一些类型的燃气涡轮紧急停机，冷却过程需要相当长的时间，在此期间，涡轮和由此驱动的机械不可投入操作。这可引起实质的经济损失和/或带来技术或管理问题。

已经建议通过在停机周期期间将涡轮转子的回转保持在慢转状态下来解决该问题，因此避免转子的不一致冷却且防止了后者锁定。这通常通过借助于启动电动机来驱动涡轮转子旋转从而完成。启动电动机需要大量电能来驱动。对于一些特定的工厂紧急停机，没有AC电流可用，且不可使用启动电机或任何高能量消耗公用设施。

发明内容

本公开内容的实施例包括具有慢转装置的航改燃气涡轮，其由很低功率消耗的电机驱动，该电机可借助于有限容量的电源而被电力地供能，例如，借助于电池。这允许在燃气涡轮停机时保持燃气涡轮的气体发生器转子旋转，防止转子锁定，且因此允许一旦这变得可行涡轮就立即重启。

根据本文公开的主题的实施例，提供了一种航改燃气涡轮，其包括：具有气体发生器转子和相关外壳的气体发生器；具有功率涡轮转子和相关外壳的功率涡轮区段；以及与所述气体发生器转子有选择地接合的慢转装置。

在一些实施例中，气体发生器包括轴向压缩机、燃烧器、高压涡轮和相关的外壳、轴、轴承等。压缩机转子和高压涡轮转子一起形成气体发生器转子，其具有公共的轴，该轴由外壳中的端部轴承支承。慢转装置设计和布置成在涡轮停机之后保持气体发生器转子处于旋转运动。气体发生器转子的慢转确保了转子的所有部分以实质一致的方式冷却，因此避免了转子的锁定。

在一些实施例中，动力涡轮与气体发生器机械地独立，即，动力涡轮区段的转子和气体发生器转子的布置成线。燃烧气体在高压涡轮中部分地膨胀，且对气体发生器的压缩机供能。流出高压涡轮的燃烧气体然后在动力涡轮中进一步膨胀，以提供机械动力来驱动动力涡轮的轴和与其连接的负载旋转。因此，从在动力涡轮中膨胀的气体提取的全部功率用于驱动负载。

在一些实施例中，航改涡轮包括串联的第一压缩机和第二压缩机，空气部分地由第一压缩机加压，在第二压缩机中进一步压缩。这些燃气涡轮还包括串联的高压涡轮和动力涡轮。高压涡轮的转子和第二压缩机的转子形成气体发生器转子。动力涡轮的转子由旋转轴支承，旋转轴与气体发生器转子同轴地延伸，且驱动第一压缩机旋转。燃烧气体在高压涡轮中的膨胀生成机械动力来驱动第二压缩机；燃烧气体在动力涡轮中的进一步膨胀生成机械动力来驱动第一压缩机和连接到动力涡轮上的负载。

在两个布置中，慢转装置可提供成使得在燃气涡轮的停机时，气体发生器转子由慢转装置驱动成以慢速旋转。

在一些实施例中，慢转装置连接到燃气涡轮的辅助齿轮箱的端口上。更具体而言，根据优选实施例，慢转装置连接到辅助齿轮箱的一个端口上，辅助齿轮箱是针对涡轮的航空应用提供的，但其在涡轮用作用于工业应用(例如，用于发电、机械驱动等)的航改涡轮时保持不使用。在一些实施例中，慢转装置连接到辅助齿轮箱的燃料泵端口上。

因此，本文公开的主题还关于航改燃气涡轮，其具有气体发生器和气体发生器转子，还包括辅助齿轮箱、所述辅助齿轮箱上的燃料泵端口、以及连接到所述燃料泵端口上的慢转装置。