一種采用低燃值氣體燃料的緊湊型燃?xì)廨啓C(jī)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃?xì)廨啓C(jī)裝置，具體涉及一種采用低燃值氣體燃料的緊湊型燃?xì)廨啓C(jī)
目.0
【背景技術(shù)】
[0002]由于動(dòng)力燃料在燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行費(fèi)用比例越來(lái)越占支配地位，且常規(guī)高燃值燃料，如天然氣等具有非可再生性，獲取量越來(lái)越緊缺，并且價(jià)格波動(dòng)受國(guó)際市場(chǎng)制約。目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開始研發(fā)使用低燃值氣體燃料燃?xì)廨啓C(jī)裝置，通過充分利用低燃值氣體燃料，如高爐、焦?fàn)t、轉(zhuǎn)爐煤氣以及沼氣等，可極大提高經(jīng)濟(jì)效益，具有廣闊的市場(chǎng)前景。
[0003]雙轉(zhuǎn)子燃?xì)廨啓C(jī)目前已經(jīng)取得廣泛應(yīng)用，當(dāng)前雙軸機(jī)組主要應(yīng)用于將不同轉(zhuǎn)速的兩臺(tái)壓氣機(jī)串聯(lián)起來(lái)，從而在要求的高壓比下，提高高壓壓氣機(jī)與低壓壓氣機(jī)的運(yùn)行性能，不易喘振，擴(kuò)大運(yùn)行范圍，目前該技術(shù)已經(jīng)成熟。
[0004]對(duì)轉(zhuǎn)渦輪技術(shù)在上世紀(jì)50年代末，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者已經(jīng)對(duì)其開展深入研宄。由于對(duì)轉(zhuǎn)渦輪能夠減小甚至取消低壓轉(zhuǎn)子進(jìn)口導(dǎo)葉，從而減少了氣動(dòng)阻力部件，具有提高氣動(dòng)效率，降低裝置重量，減少裝置體積，提供功重比等優(yōu)勢(shì)，在美國(guó)80年代執(zhí)行的IHPTET計(jì)劃中便一直進(jìn)行高性能對(duì)轉(zhuǎn)渦輪的研宄，并受到國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者重視。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種采用低燃值氣體燃料的緊湊型燃?xì)廨啓C(jī)裝置，主要應(yīng)用在燃燒室排氣溫度< 1200°C，離心壓縮機(jī)壓比< 7，功率介于100kW-1000kW之間的燃?xì)廨啓C(jī)裝置，其能夠提高燃?xì)廨啓C(jī)裝置的氣動(dòng)效率，減小裝置體積，耗材少，提高功重比，并可燃燒低燃值氣體燃料，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0007]一種采用低燃值氣體燃料的緊湊型燃?xì)廨啓C(jī)裝置，包括空氣離心壓縮機(jī)、高壓渦輪、對(duì)轉(zhuǎn)渦輪、低燃值氣體燃料離心壓縮機(jī)、燃燒室以及發(fā)電機(jī)或負(fù)載；其中，空氣離心壓縮機(jī)上設(shè)有空氣進(jìn)氣道和壓縮空氣出氣道，低燃值氣體燃料離心壓縮機(jī)上設(shè)有低燃值氣體燃料進(jìn)氣道和低燃值氣體燃料出氣道，該緊湊型燃?xì)廨啓C(jī)裝置起動(dòng)時(shí)，通過外部動(dòng)力機(jī)組分別帶動(dòng)空氣離心壓縮機(jī)與低燃值氣體燃料離心壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)至該緊湊型燃?xì)廨啓C(jī)裝置獨(dú)立運(yùn)行后脫開，壓縮空氣和低燃值氣體燃料分別通過壓縮空氣出氣道和低燃值氣體燃料出氣道進(jìn)入燃燒室混合燃燒，燃燒室產(chǎn)生的高溫高壓氣體驅(qū)動(dòng)高壓渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，高壓渦輪通過高壓部分轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)空氣離心壓縮機(jī)壓縮空氣，通過功率輸出軸驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)或負(fù)載做功；從高壓渦輪流出的高溫高壓氣體驅(qū)動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)轉(zhuǎn)渦輪通過低壓部分轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)低燃值氣體燃料離心壓縮機(jī)壓縮低燃值氣體燃料。
[0008]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:低燃值氣體燃料為高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣或沼氣。
[0009]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:采用雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，獨(dú)立控制轉(zhuǎn)速，分別是單級(jí)高壓渦輪驅(qū)動(dòng)空氣離心壓縮機(jī)并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)或負(fù)載，單級(jí)對(duì)轉(zhuǎn)渦輪驅(qū)動(dòng)低燃值氣體燃料離心壓縮機(jī)。
[0010]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:高壓渦輪選用單級(jí)高壓渦輪，對(duì)轉(zhuǎn)渦輪選用一級(jí)對(duì)轉(zhuǎn)渦輪，且兩者旋轉(zhuǎn)方向相反。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0012]本發(fā)明通過成功整合現(xiàn)有成熟技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，并進(jìn)行系統(tǒng)改進(jìn)創(chuàng)新，提出了一種采用低燃值氣體燃料的緊湊型燃?xì)廨啓C(jī)裝置，可采用高爐煤氣、沼氣等低燃值氣體燃料，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，較大程度提高了燃?xì)廨啓C(jī)功重比。獨(dú)立的空氣離心壓縮機(jī)與低燃值氣體燃料離心壓縮機(jī)分別將壓縮空氣與低燃值氣體燃料送入燃燒室混合燃燒，采用離心壓縮機(jī)相比軸流式壓縮機(jī)在相同級(jí)數(shù)下能夠提供更大壓比。同時(shí)本發(fā)明采用雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，空氣離心壓縮機(jī)與低燃值氣體燃料離心壓縮機(jī)分別由高壓渦輪與對(duì)轉(zhuǎn)渦輪進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，從而各自獨(dú)立控制空氣離心壓縮機(jī)和低燃值氣體燃料離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)不同壓比同時(shí)獲得高效率，而進(jìn)入燃燒室時(shí)具有同樣的絕對(duì)壓力，并可單獨(dú)進(jìn)行流量控制。燃燒室排氣先進(jìn)入高壓渦輪，然后由高壓渦輪進(jìn)入對(duì)轉(zhuǎn)渦輪。采用對(duì)轉(zhuǎn)渦輪可以通過高壓渦輪轉(zhuǎn)子預(yù)旋對(duì)轉(zhuǎn)渦輪轉(zhuǎn)子進(jìn)口氣流，從而取消低壓級(jí)渦輪導(dǎo)向靜葉，降低裝置重量，進(jìn)一步提高功重比，使得燃?xì)廨啓C(jī)裝置更加緊湊，節(jié)約制造成本與空間。燃?xì)廨啓C(jī)裝置采用低燃值氣體燃料，如高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣或沼氣等，極大提高經(jīng)濟(jì)效益并一定程度上緩解能源的緊缺性。
[0013]因此，本發(fā)明具有高效的氣動(dòng)效率，體積小，裝置緊湊，耗材少，燃料范圍廣，節(jié)約成本等優(yōu)勢(shì)，該燃?xì)廨啓C(jī)裝置體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)約成本，功率介于100kW-1000kW之間，具有極其廣闊的市場(chǎng)前景。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明一種采用低燃值氣體燃料的緊湊型燃?xì)廨啓C(jī)裝置的系統(tǒng)圖。
[0015]圖2為本發(fā)明一種采用低燃值氣體燃料的緊湊型燃?xì)廨啓C(jī)裝置轉(zhuǎn)子部分示意圖。
[0016]圖1中，1-空氣進(jìn)氣道，2-空氣離心壓縮機(jī)，3-高壓部分轉(zhuǎn)軸，4-高壓渦輪，5-對(duì)轉(zhuǎn)渦輪，6-低壓部分轉(zhuǎn)軸，7-低燃值氣體燃料進(jìn)氣道，8-低燃值氣體燃料離心壓縮機(jī)，9-燃燒室，10-功率輸出軸，11-發(fā)電機(jī)或負(fù)載。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0018]參照?qǐng)D1，本發(fā)明一種采用低燃值氣體燃料的緊湊型燃?xì)廨啓C(jī)裝置，包括空氣離心壓縮機(jī)2、高壓渦輪4、對(duì)轉(zhuǎn)渦輪5、低燃值氣體燃料離心壓縮機(jī)8、燃燒室9以及發(fā)電機(jī)或負(fù)載11 ;其中，空氣離心壓縮機(jī)2上設(shè)有空氣進(jìn)氣道I和壓縮空氣出氣道，低燃值氣體燃料離心壓縮機(jī)8上設(shè)有低燃值氣體燃料進(jìn)氣道7和低燃值氣體燃料出氣道，低燃值氣體燃料的緊湊型燃?xì)廨啓C(jī)裝置起動(dòng)時(shí)，通過外部動(dòng)力機(jī)組分別帶動(dòng)空氣離心壓縮機(jī)2與低燃值氣體燃料離心壓縮機(jī)8旋轉(zhuǎn)，壓縮空氣和低燃值氣體燃料分別通過壓縮空氣出氣道和低燃值氣體燃料出氣道進(jìn)入燃燒室9混合燃燒，燃燒室9產(chǎn)生的高溫高壓氣體驅(qū)動(dòng)高壓渦輪4轉(zhuǎn)動(dòng)，高壓渦輪4通過高壓部分轉(zhuǎn)軸3驅(qū)動(dòng)空氣離心壓縮機(jī)2做功，通過功率輸出軸10驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)或負(fù)載11做功；從高壓渦輪4流出的高溫高壓氣體驅(qū)動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)渦輪5轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)轉(zhuǎn)渦輪5通過低壓部分轉(zhuǎn)軸6驅(qū)動(dòng)低燃值氣體燃料離心壓縮機(jī)8壓縮低燃值氣體燃料。隨著轉(zhuǎn)速提高，高壓渦輪4與對(duì)轉(zhuǎn)渦輪5功率增大，機(jī)組有足夠功率完成升速時(shí)，起動(dòng)機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子液力聯(lián)接脫開，燃?xì)廨啓C(jī)裝置獨(dú)立運(yùn)行。
[0019]其中，低燃值氣體燃料為高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣或沼氣，極大提高經(jīng)濟(jì)效益并一定程度上緩解能源的緊缺性。高壓渦輪4選用單級(jí)高壓渦輪，對(duì)轉(zhuǎn)渦輪5選用一級(jí)對(duì)轉(zhuǎn)渦輪。
[0020]本發(fā)明采用獨(dú)立的離心壓縮機(jī)2壓縮的空氣與離心壓縮機(jī)8壓縮的低燃值氣體燃料，如高爐、焦?fàn)t、轉(zhuǎn)爐煤氣，沼氣等按照比例進(jìn)入燃燒室9，進(jìn)行混合燃燒，排氣進(jìn)入高壓渦輪，排氣溫度< 1200°C。該裝置采用離心壓縮機(jī)，因此能夠在提供相同壓比下，使得結(jié)構(gòu)更加緊湊，降低尺寸。燃?xì)廨啓C(jī)裝置充分整合了雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，燃燒室排氣進(jìn)入高壓渦輪4，高壓渦輪輸出用于驅(qū)動(dòng)空氣離心壓縮機(jī)2并輸出軸功從而驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)或負(fù)載11 ;高壓渦輪4排氣進(jìn)入對(duì)轉(zhuǎn)渦輪5，用于驅(qū)動(dòng)低燃值氣體燃料離心壓縮機(jī)8。雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的獨(dú)立控制，因此空氣壓縮機(jī)與低燃值氣體燃料壓縮機(jī)可以獲得不同壓比，而進(jìn)入燃燒室時(shí)具有同樣的絕對(duì)壓力，同時(shí)還可以進(jìn)行流量控制與調(diào)節(jié)。該燃?xì)廨啓C(jī)裝置同時(shí)應(yīng)用對(duì)轉(zhuǎn)渦輪，采用對(duì)轉(zhuǎn)渦輪可以通過高壓級(jí)轉(zhuǎn)子預(yù)旋低壓級(jí)轉(zhuǎn)子進(jìn)口氣流，從而取消低壓級(jí)渦輪導(dǎo)向葉片，降低裝置重量，進(jìn)一步提高功重比，同時(shí)進(jìn)口導(dǎo)葉的減少使得氣動(dòng)阻尼結(jié)構(gòu)相應(yīng)減少，因此燃?xì)廨啓C(jī)裝置效率進(jìn)一步提高，燃?xì)廨啓C(jī)裝置更加緊湊，節(jié)約制造成本與空間。
[0021]參照?qǐng)D2，給出了低燃值氣體燃料的緊湊型燃?xì)廨啓C(jī)裝置轉(zhuǎn)子部件示意圖。高壓渦輪4用于驅(qū)動(dòng)左端的空氣離心壓縮機(jī)2，壓縮空氣并輸出軸功；對(duì)轉(zhuǎn)渦輪5用于驅(qū)動(dòng)右端的低燃值氣體燃料離心壓縮機(jī)8，壓縮低燃值氣體燃料。對(duì)轉(zhuǎn)渦輪的采用使得裝置取消了低壓級(jí)進(jìn)口導(dǎo)葉。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種采用低燃值氣體燃料的緊湊型燃?xì)廨啓C(jī)裝置，其特征在于:包括空氣離心壓縮機(jī)(2)、高壓渦輪(4)、對(duì)轉(zhuǎn)渦輪(5)、低燃值氣體燃料離心壓縮機(jī)(8)、燃燒室(9)以及發(fā)電機(jī)或負(fù)載(11);其中，空氣離心壓縮機(jī)(2)上設(shè)有空氣進(jìn)氣道(I)和壓縮空氣出氣道，低燃值氣體燃料離心壓縮機(jī)(8)上設(shè)有低燃值氣體燃料進(jìn)氣道(7)和低燃值氣體燃料出氣道，該緊湊型燃?xì)廨啓C(jī)裝置起動(dòng)時(shí)，通過外部動(dòng)力機(jī)組分別帶動(dòng)空氣離心壓縮機(jī)(2)與低燃值氣體燃料離心壓縮機(jī)(8)旋轉(zhuǎn)至該緊湊型燃?xì)廨啓C(jī)裝置獨(dú)立運(yùn)行后脫開，壓縮空氣和低燃值氣體燃料分別通過壓縮空氣出氣道和低燃值氣體燃料出氣道進(jìn)入燃燒室(9)混合燃燒，燃燒室(9)產(chǎn)生的高溫高壓氣體驅(qū)動(dòng)高壓渦輪(4)轉(zhuǎn)動(dòng)，高壓渦輪(4)通過高壓部分轉(zhuǎn)軸(3)驅(qū)動(dòng)空氣離心壓縮機(jī)(2)壓縮空氣，通過功率輸出軸(10)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)或負(fù)載(11)做功；從高壓渦輪(4)流出的高溫高壓氣體驅(qū)動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)渦輪(5)轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)轉(zhuǎn)渦輪(5)通過低壓部分轉(zhuǎn)軸(6)驅(qū)動(dòng)低燃值氣體燃料離心壓縮機(jī)(8)壓縮低燃值氣體燃料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用低燃值氣體燃料的緊湊型燃?xì)廨啓C(jī)裝置，其特征在于:低燃值氣體燃料為高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣或沼氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用低燃值氣體燃料的緊湊型燃?xì)廨啓C(jī)裝置，其特征在于:采用雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，獨(dú)立控制轉(zhuǎn)速，分別是單級(jí)高壓渦輪驅(qū)動(dòng)空氣離心壓縮機(jī)并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)或負(fù)載，單級(jí)對(duì)轉(zhuǎn)渦輪驅(qū)動(dòng)低燃值氣體燃料離心壓縮機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用低燃值氣體燃料的緊湊型燃?xì)廨啓C(jī)裝置，其特征在于:高壓渦輪(4)選用單級(jí)高壓渦輪，對(duì)轉(zhuǎn)渦輪(5)選用一級(jí)對(duì)轉(zhuǎn)渦輪，且兩者旋轉(zhuǎn)方向相反。
【專利摘要】一種采用低燃值氣體燃料的緊湊型燃?xì)廨啓C(jī)裝置，其中，空氣離心壓縮機(jī)上設(shè)有空氣進(jìn)氣道和壓縮空氣出氣道，低燃值氣體燃料離心壓縮機(jī)上設(shè)有低燃值氣體燃料進(jìn)氣道和低燃值氣體燃料出氣道，壓縮空氣和低燃值氣體燃料分別通過壓縮空氣出氣道和低燃值氣體燃料出氣道進(jìn)入燃燒室混合燃燒，燃燒室產(chǎn)生的高溫高壓氣體驅(qū)動(dòng)高壓渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，高壓渦輪通過高壓部分轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)空氣離心壓縮機(jī)壓縮空氣，通過功率輸出軸驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)或負(fù)載做功；從高壓渦輪流出的高溫高壓氣體驅(qū)動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)轉(zhuǎn)渦輪通過低壓部分轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)低燃值氣體燃料離心壓縮機(jī)壓縮低燃值氣體燃料。本發(fā)明具有氣動(dòng)效率高，體積小，裝置緊湊，耗材少，節(jié)約成本等優(yōu)勢(shì)，具有極其廣闊的市場(chǎng)前景。
【IPC分類】F02C3-04
【公開號(hào)】CN104533620
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410602949
【發(fā)明人】謝永慧, 高科科, 張荻
【申請(qǐng)人】西安交通大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年10月30日