[发明专利]燃气轮机发电机冷却

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃气轮机设备，其具有压缩机、燃烧室、涡轮和发电机，所述发电机由涡轮驱动，其中在发电机的壳体上连接有冷却空气管路，经由所述冷却空气管路能够将冷却空气输送给发电机的内部空间。此外，本发明涉及一种用于运行燃气轮机设备的方法，所述燃气轮机设备具有压缩机、燃烧室、涡轮和发电机，所述发电机由涡轮驱动，其中将冷却空气输送给发电机。

背景技术

在流体机械中，例如在燃气轮机中，通过流入的热的工作流体、例如热气，由此得到膨胀功。

燃气轮机设备原则上包括空气进口、压缩机部段、燃烧室和涡轮部段。压缩机部段能够由轴流式或径流式压缩机形成。轴流式压缩机通常由多个具有轴向设置的压缩机叶片的叶轮构成，其中所述叶轮通常划分为低压压缩机级和高压压缩机级。通过压缩机部段，流入的空气质量借助于被供给的动能在压缩机叶片的扩散器形的间隙中得到压力能。根据伯努利定理，在横截面越来越大的通道中静压升高，而流动速度降低。丧失的动能再次在转子级中被供给。因此，轴流式压缩机的整个压缩机级由转子级和定子级构成，在转子级中压力和温度以及速度升高，而在定子级中不利于速度的压力升高。

在燃烧室中，被压缩的且由于压缩而被加热的空气与燃料混合，并且所产生的燃料-空气混合物被燃烧。由于放热反应，温度再次急剧升高并且气体膨胀。因此产生热气，所述热气在随后的涡轮部段中膨胀，其中热能转换为机械能，所述机械能被部分利用，以便驱动压缩机部段，并且此外还用于驱动发电机等。

为了提高燃气轮机设备的效率，特别力图实现热气的尽可能高的温度。因此，直接经受热气的构件受到特别强的热负荷。在燃气轮机的情况下，这例如涉及在涡轮中的叶片组以及涡轮的对具有流动的热气的空间限界的壁元件。由于该原因，经受热气的构件设有耗费的隔热层系统，所述隔热层系统尤其应保护涡轮叶片免受热气。此外，经受热气的部件被冷却。例如所谓的薄膜冷却被证明可用于冷却涡轮叶片。在此，从燃气轮机设备的压缩机中抽取预压缩的空气作为冷却剂，并且输送给空心地构成的涡轮叶片的内部，以便在内侧冷却所述涡轮叶片。然后，冷却空气穿过相应的、贯穿涡轮叶片的壁的冷却流体通道到达涡轮叶片的外表面，在此所述冷却空气构成冷却膜，所述冷却膜应防止涡轮叶片与热气直接接触。

燃气轮机设备的发电机的功率输出同样是与发电机部件的允许的内部加热相关的。所谓的绝缘等级限定温度的绝对值。普遍的是，根据等级B或F进行利用，这对应于130℃或155℃的允许的部件温度。超过允许的部件温度引起加速的部件老化进而引起减少的使用寿命。为了冷却发电机，例如能够设有开放式空气冷却装置(所谓的open air cooling，OAC)，在所述开放式空气冷却装置中环境空气被抽吸，被引导穿过发电机的要冷却的部件且被加热并再次被输出给环境。在环境空气较冷时得到如下可能性：通过在冷却空气与允许的部件温度之间的温差的增大提高发电机的电功率输出，而不超过允许的部件温度。因此，以期望的方式，发电机能够遵循涡轮功率，所述涡轮功率同样由于更低的环境空气温度而增加。此外，例如从WO 2004/017494A1中已知，发电机配备有封闭的冷却回路。在此，在封闭的回路中环绕引导的冷却空气在发电机冷却器中用冷却水回路冷却，其中冷却水的温度在进入发电机冷却器之前附加地在制冷设备中降低。在此，在发电机中的出现的冷却气体温度与发电机的相应最大可能的视在功率相关联。

尤其，由于燃气轮机技术的改进和基于此的功率提高能够发生：初始耦联到燃气轮机的发电机具有过小的视在功率(在给出冷却值温度时)，以至于不能够在仍提供足够的无功功率的同时满足升高的有功功率(燃气轮机的提高的轴功率)。因此，燃气轮机升级的销售带来发电机的功效增强或必要时甚至发电机的替换，这使经济性变差。

发明内容

因此，本发明的目的是，提供一种开头时提到类型的燃气轮机设备，其具有改善的发电机冷却装置。

根据本发明，所述目的在开头时提到类型的燃气轮机设备中通过如下方式实现：冷却空气管路在入口侧连接到压缩机上并且在冷却空气管路中依次设置有至少一个换热器和膨胀机、尤其涡轮膨胀机，其中为了冷却发电机，预压缩的空气在输送给发电机的内部空间之前，经由冷却空气管路从压缩机中分出，在换热器中冷却并且在膨胀机中膨胀以进一步冷却。

在开头时提到类型的方法中，前述目的相应地通过如下方式实现：为了产生冷却空气，在将预压缩的空气输送给发电机之前，将其从压缩机中抽出，在换热器中冷却，并且随后在膨胀机中膨胀以进一步冷却。