燃气轮机排气系统技术方案

一种发电系统（10）。固定的和可旋转的叶片（34、37）绕转子（8）定位，以从燃烧室（6）接收排放气体（46）并且赋予轴向速度分量。管道系统（48）的部段被定位成接收排放气体，并且具有中心过渡部分（80t），转子延伸到所述中心过渡部分（80t）中。所述管道系统的螺旋部分（80s）包括从中心部分向外延伸的螺旋形流动部段（80），以提供流动路径的螺旋部段，以远离中心部分运送排放气体。所述流动路径的沿所述螺旋形流动部段的部分可具有随着沿所述流动路径的位置变化而增加的剖面面积。所述螺旋部分被定位成将排气重定向为沿正交于转子的方向。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及发电系统，并且更具体而言，涉及采用燃气涡轮发动机的系统。虽然并不限于此，但本专利技术与联合循环系统（combinedcyclesystem）特别相关。
技术介绍
现代发电系统无论是单循环还是联合循环通常都采用燃气涡轮发动机。常规的是，提供相对较长的直的扩压器，来恢复离开涡轮叶片部段并且朝向HRSG或排气管（exhauststack）流动的热的排放气体的压力。这需要使用所谓的热支杆（hotstrut）（即，位于热排放气体的流动路径中的结构构件），以支撑扩压器，并且将转子负荷传递到地面。支杆在扩压器内和在排放气体的主流动路径中的这种放置导致压力损失并且在气流中引入扰动。当解决热问题时会导致附加的性能问题和设计复杂性。即，设计通常需要在支杆周围提供冷却空气以及防护以限制这些部件的温度或使用昂贵得多的材料。操作温度还使后部转子轴承（即，位于涡轮叶片部段的下游）经受高水平的热，所述高水平的热利用通过所述支杆或位于下游的一组附加的支杆中的端口注入的冷却空气抵消（offset）。冷却空气的量通过能够放置在流动路径中而不产生不可接受的气流阻塞的支杆的数量来限制。无法充分冷却部件还能产生转子偏心、裂缝或结构失效。常规的设计还造成流体动力学中的其他问题。例如，当热的气体从叶片部段移动到HRSG中时从环状流到循环流（circularflow）的过渡需要短突型（dump-type）的扩压器部段。除了引起低效率之外，这还必须随之带来非常长的扩压器，以去除不期望的流部分（flowcomponent）并且确保到HRSG中的均匀流。一些扩压器的设计采用非常长的中心体，所以在到达短突型扩压器之前流速变得非常慢。这减少了损耗，但产生其他问题，包括振动、因添加的材料引起的成本增加以及需要在热气流动路径中放置附加的支撑支杆。现有设计构型的又一特征是需要减轻或基本上消除以基本负荷离开叶片部段的排放气体中的涡流。值得注意的是，设计成减少基本负荷下的涡流的系统呈现处于部分负荷下的涡流，从而引起低效率、流中的不稳定性以及可使零部件在HRSG中失效的问题。一般而言，减少涡流和强加其他要求不利地影响燃气涡轮发动机的性能，并且引入影响维护和成本的复杂性。例如，在后部转子轴承位于流动路径中的情况下，它更容易受到热的影响并且需要更多的维护。此外，对长扩压器的需要使得更难以接近后部转子轴承以进行维护。需要找到消除这些缺点的替代性设计。否则，改善这些发动机的排气系统的性能的努力在最好的情况下也将是困难的。附图说明根据附图在下面的描述中解释本专利技术，这些附图示出了：图1为图示了结合本专利技术的发电系统中的燃气涡轮发动机和其他部件的示意图；图2为沿转子轴线所取的视图，其图示了图1的燃气涡轮发动机和相关联的排放扩散管道系统的特征；图3提供了通过转子轴线所取的剖视图，其图示了形式为具有中心过渡部分和螺旋部分的涡壳（volute）的排放扩散管道系统的部段；图4为与图1中所示的HRSG相关的排放扩散管道系统的垂直投影视图；图5示意性地图示了主动叶片间隙控制系统的一部分；图6示意性地图示了叶片间隙控制系统的转子调整子系统；图7为绕图2中所示的发动机的涡轮部段中的一列示例性叶片定位的一系列间隙传感器的轴向视图；以及图8A和图8B为根据本专利技术的设备布局的平面图。贯穿附图，相同的附图标记被用于表示相同的部件。许多部件被示意性地图示，要理解的是，未示出显而易见的性质的各种细节、连接和部件，以便突出本专利技术的特征。附图中所示的各种特征未按比例示出，以便突出本专利技术的特征。具体实施方式在详细描述根据本专利技术的实施例的示例性方法、系统和部件之前，要注意的是，本专利技术主要属于部件和过程步骤的新颖的和非显而易见的结合。为了不以对于本领域技术人员而言将是显而易见的细节来掩盖本公开，特定的常规部件和步骤已被省略或以较少的细节呈现，而附图和说明书更详细地描述与理解本专利技术相关的元件和步骤。此外，下面的实施例不限定关于根据本专利技术的结构或方法的限制，而是提供示例，这些示例包括容许的而非强制性的以及说明性的而非穷尽性的特征。参照图1，其示出了结合本专利技术的原理的示例性整体煤气化联合循环（IGCC）发电系统10。虽然本专利技术参照IGCC设备来描述，但概念适用于许多动力系统应用，一般包括联合循环系统以及包括利用燃气涡轮发动机的单循环系统。系统10包括许多公知的部件，包括燃气涡轮发动机1、热回收蒸汽发生器2（“HRSG”）、蒸汽轮机3以及冷凝器4。燃气涡轮发动机1包括压缩机6、耦接到转子8的涡轮叶片部段7以及燃烧室9。转子8连接叶片部段，以将动力传递至压缩机6和发电机24。燃烧室从源接收燃料，在此实施例中，所述源为气化系统12。HRSG2包括过热器13、蒸发器14、汽包18以及节约装置（economizer）16。蒸汽轮机3包括转子38，所述转子38安装用于在壳33内旋转，以便形成流动路径，其中，蒸汽行进穿过多个旋转叶片34和静叶片37以传递动力。在操作中，压缩机6导入环境空气40，以提供加热的压缩空气的源，所述空气被送至燃烧室9，在那里，它与气体燃料42（例如，从气化系统12接收的合成气）反应。在反应中产生的热的压缩气体44沿排气流动路径45被导引至涡轮叶片部段7，在那里，它膨胀以在驱动压缩机和发电机24的转子8中产生机械功率。然后，膨胀气体46通过管道系统48沿循流动路径45从涡轮叶片部段7排出。管道系统48起扩散部段的作用，同时还将膨胀的排放气体46导引至HRSG2。在HRSG中，气体46接连流过过热器13、蒸发器14和节约装置16。膨胀气体的一部分47也可被导引至其他部件，例如气化系统中的高温热交换器。在流动通过HRSG2之后，冷却的膨胀气体46随后经由竖直排气管19排放到大气。在HRSG2中，膨胀气体46将其热量的相当一部分传递给供给水，从而冷却气体并且使供给水转变成蒸汽。除了燃气轮机1所排放的膨胀气体46之外，HRSG2还从冷凝器4接收已通过泵20加压的供给水50的流。供给水首先流动通过节约装置16的传热管，在那里，它的温度升高至接近饱和温度。然后，来自节约装置16的加热的供给水被导引至汽包18。从汽包18，水循环通过蒸发器14的传热管，所述蒸发器14使供给水转变成饱和蒸汽52，所述饱和蒸汽52随后被导引至过热器13，在那里，蒸汽温度被升高至过热区域中，并且随后，所述饱和蒸汽52被提供给蒸汽室22，所述蒸汽室22将蒸汽分布至蒸汽轮机3的入口。在蒸汽轮机3中，蒸汽54流动通过壳33并且流过多列旋转叶片34和静叶片37，图1中仅示出了所述多列旋转叶片34和静叶片37中的少数。在这种运动中，蒸汽54膨胀并且产生驱动转子38的轴功率，所述转子38又驱动第二发电机26。替代性地，蒸汽轮机的转子38能够沿燃气轮机的转子8一体地形成，以驱动单一的发电机。从蒸汽轮机3排出的膨胀的蒸汽58被导引至冷凝器4并且最终返回到HRSG2。膨胀的蒸汽58中的一部分59可以被转移至气化系统12中的低温热交换器。图2为位于水平地平面G之上的燃气涡轮发动机1的局部剖视图，其图示了示例性涡轮部段和排放管道系统的细节。涡轮叶片部段7包括四列71、72、73、74的固定和可旋转的叶片，其中，列74是最后的、最下游的列。除了沿流动路径本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种沿水平地平面定位的发电系统，包括：燃烧室；转子；叶片部段，其包括绕所述转子定位的多列固定的和可旋转的叶片，以从所述燃烧室接收排放气体，并且相对于远离所述叶片的第一流动方向赋予所述气体轴向速度分量；管道系统的部段，所述管道系统具有：（i）中心过渡部分，所述转子延伸到所述中心过渡部分中，并且所述中心过渡部分定位成接收热排放气体；以及（ii）螺旋部分，所述螺旋部分包括从中心部分向外延伸的螺旋形流动部段，来提供流动路径的螺旋部段，以远离所述中心部分运送所述热排放气体，其中，所述流动路径的沿所述螺旋形流动部段的部分具有随着沿所述流动部段的位置变化而增加的剖面面积，其中，所述螺旋部分被定位成将排气重定向为沿正交于所述第一流动方向的方向。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种沿水平地平面定位的发电系统，包括：燃烧室；转子；叶片部段，其包括绕所述转子定位的多列固定的和可旋转的叶片，以从所述燃烧室接收排放气体，并且相对于远离所述叶片的第一流动方向赋予所述气体轴向速度分量；管道系统的部段，所述管道系统具有：（i）中心过渡部分，所述转子延伸到所述中心过渡部分中，并且所述中心过渡部分定位成接收热排放气体；以及（ii）螺旋部分，所述螺旋部分包括从中心部分向外延伸的螺旋形流动部段，来提供流动路径的螺旋部段，以远离所述中心部分运送所述热排放气体，其中，所述流动路径的沿所述螺旋形流动部段的部分具有随着沿所述流动部段的位置变化而增加的剖面面积，其中，所述螺旋部分被定位成将排气重定向为沿正交于所述第一流动方向的方向。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述管道系统的螺旋部分被定位成在多个叶片和HRSG之间提供流动路径。3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，扩压器被定位在所述多个叶片和所述管道系统的中心过渡部分之间。4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，扩压器被定位在所述管道系统的螺旋部分和所述HRSG之间。5.如权利要求1所述的发电系统，其特征在于：所述转子具有第一端，所述第一端轴颈位于所述地平面之上的轴承中，并且所述叶片部段：（i）绕所述转子定位，以接收从所述燃烧室沿流动路径行进的热排放气体，以使所述转子转动，（ii）构造成赋予排放气体的流轴向速度分量和沿第一周向方向的旋转速度分量，所述第一周向方向绕界定所述流动路径在所述叶片部段下游的部分的周界，以及（iii）设计成提供至少三十度的在沿所述周界的周向速度和轴向速度之间的最小涡流角，所述系统还包括：排气管，其耦接成接收从所述叶片部段沿所述流动路径行进的排气，所述排气管定向成在所述地平面之上沿竖直方向排放接收的排气。6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述流动部段的具有增加的剖面面积的部分提供流动的排放气体的扩散，从而降低所述气体沿所述路径流动的速度。7.如权利要求5所述的系统，其特征在于，没有任何一列叶片包括减小所述涡流角的特征。8.如权利要求5所述的系统，其特征在于，当所述排放气体离开所述叶片部段时，螺旋形的流动路径沿与所述旋转速度分量的方向一致的第一周向方向螺旋。9.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述转子延伸到涡壳中或延伸通过所述涡壳。10.如权利要求5所述的系统，还包括支撑件，其中，所述转子的第一端轴颈所在的所述轴承安装在所述支撑件上，其中，所述轴承和所述支撑件二者都位于所述流动路径外。11.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述螺旋形流动部段为位于所述轴承和所述叶片部段之间的涡壳。12.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述转子的第一端延伸到所述涡壳中。13.如权利要求12所述的系统，还包括支撑件，所述支撑件用于所述轴承和所述转子的第一端轴颈所在的所述转子的第一端，其中，所述轴承和所述支撑件二者都位于所述流动路径外。14.如权利要求13所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：JL罗德里格斯，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE