[发明专利]控制涡轮机的部分负荷性能的方法和装置

说明书

技术领域

本说明书中所公开的主题涉及涡轮机，例如燃气涡轮机。

背景技术

燃气涡轮机被设计成在峰值负荷或基本负荷下操作。涡轮机具有吸入流体并且压缩流体的压缩机、燃烧燃料以加热流体的燃烧部段以及用经加热的流体发电的涡轮部段。当涡轮机在峰值负荷下操作时，涡轮机在预定燃烧水平下操作以驱动涡轮部段。然而，当涡轮机在非峰值负荷或部分负荷下操作时，涡轮机的效率减小。

发明内容

根据本发明的一个方面，一种涡轮机包括吸入流体并且压缩流体的压缩机、燃烧燃料以通过加热来自所述压缩机的流体生成经加热的流体的燃烧部段、将经加热的流体转换为功的涡轮部段、从所述涡轮部段输出经加热的流体的排出部段、以及旁通回路，旁通回路通过接收来自压缩机的经压缩的流体生成旁通流，用来自排出部段的经加热的流体加热旁通流，并且将经加热的旁通流输出到涡轮部段。

根据本发明的另一个方面，一种发电系统包括：涡轮机和涡轮机控制单元，涡轮机具有吸入并且压缩流体的压缩机、加热来自压缩机的流体的燃烧部段、用来自燃烧部段的经加热的流体驱动轴的涡轮部段，从涡轮部段喷射经加热的流体的排出部段、以及旁通回路，旁通回路通过接收来自压缩机的经压缩的流体的一部分生成旁通流并且将旁通流选择性地引导到涡轮部段和排出部段，涡轮机控制单元在峰值模式和部分负荷模式中确定涡轮机的操作模式、并且根据所确定的操作模式控制旁通回路将旁通流输送到涡轮部段和排出部段中的一个。

根据本发明的又一个方面，一种控制涡轮机的部分负荷性能的方法包括：通过去除来自涡轮机的压缩机的经压缩的流体的一部分生成涡轮机中的旁通流；确定涡轮机的操作负荷；将旁通流输送到涡轮机的涡轮部段；以及根据所确定的涡轮机的操作负荷选择性地加热旁通流。

这些和其它优点和特征将从结合附图进行的以下描述变得更明显。

附图说明

在权利要求中特别地指出并且清楚地要求保护被认为是本发明的主题。本发明的前述部分和其它特征及优点从结合附图进行的以下详细描述变得明显，其中：

图1示出了根据本发明的一个方面的涡轮机。

图2示出了涡轮机和涡轮机控制单元。

图3示出了根据本发明的实施例的涡轮部段。

图4是示出涡轮机的控制操作的流程图。

图5示出了根据本发明的实施例的涡轮机。

通过例子并参考附图，具体实施方式解释了本发明的实施例以及优点和特征。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的实施例的涡轮机1。涡轮机1包括进气部段或压缩机10、燃烧部段20、涡轮部段30和排出部段40。压缩机10吸入流体并且在将流体输送到燃烧部段20之前压缩流体。根据本实施例，流体是空气，并且压缩机10包括多个级，每个级包括围绕轴旋转的环形叶片环和后续的环形轮叶环。

燃烧部段20接收经压缩的空气并且通过在燃烧室21中燃烧燃料F加热经压缩的空气。经加热的压缩空气输送到涡轮部段30，在所述涡轮部段它驱动包括围绕轴旋转的叶片的转子，并且旋转轴发电。

排出部段40接收来自涡轮部段30的经加热的空气并且输出该经加热的空气。

在本发明的本实施例中，涡轮机1也包括旁通回路50。旁通回路50包括将来自压缩机10的空气输送到阀51的管路52、将空气从阀51输送到涡轮的管路53、以及将空气从阀51输送到排出部段40的管路54。另外，管路55将来自排出部段40的空气输送到涡轮部段30。

排出部段40包括加热来自管路54的空气的热交换器41。经加热的空气然后经由管路55输送到涡轮部段30。

在峰值操作或基本负荷操作期间，阀51关闭到管路54的空气流，并且允许从管路52到管路53的空气流。因此，较冷空气提供给涡轮部段30以冷却涡轮部段的部件，例如轴、叶片和喷嘴。然而，当冷空气在部分负荷操作期间提供给涡轮部段30时，涡轮机1的效率减小。

因此，在部分负荷操作期间，阀51关闭到管路53的空气流，并且允许通过管路54到排出部段40的空气流。空气流动通过排出部段40的热交换器41并且通过管路55从排出部段40到涡轮部段30。因此，从热交换器41通过管路55流动到涡轮部段30的空气被加热，由此通过减小从燃烧部段20到涡轮部段30的空气的热损失而增加涡轮部段的效率。