專利名稱：用于靜態渦輪機的油供應系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于靜態渦輪機的油供應系統，所述油供應系統具有油箱、至少一個泵、用于冷卻油的換熱器和連接這些部件的管道系統。
背景技術：
由現有技術已知的油供應系統例如用于潤滑燃氣輪機的徑向軸承和軸向軸承。在燃氣輪機的軸承中安裝燃氣輪機的轉子，所述轉子在燃氣輪機運行期間通常以SOOOmirr1或SeOOmin-1的轉速旋轉。連接到轉子處的發電機然后將以化石燃料輸送給燃氣輪機的能量轉換成電能。在此，軸承通常具有頂軸油系統和潤滑油系統。在徑向軸承中需要頂軸油，以便在轉子的轉速相對低的情況下通過靜壓潤滑實現燃氣輪機的啟動和停止，而沒有在軸承中并且在轉子上出現損壞。在額定運行時，即在實現靜壓潤滑的更大的轉速的情況下，潤滑油系統用于供應給軸承。通常，頂軸油系統和潤滑油系統具有共同的油箱，在所述油箱中存儲從軸承中返回的油。在使用之后存儲在油箱中的油由于其在軸承中所承受的摩擦以及由于在其所使用的環境而大多具有80°C至90°C的溫度。油箱的大小通常確定為，使得潤滑油的返回量在其中能夠停留如此地長，使得在油重新輸送給頂軸油系統或潤滑油系統之前，在所述潤滑油中溶解的空氣能夠以足夠的程度逸出。此外，在潤滑油系統的輸送管道中設有換熱器，以便將從具有大約70°C溫度的油箱中提取的潤滑油冷卻到大約40°C至50°C的入流溫度上。換熱器例如構成為空氣冷卻的或者水冷卻的換熱器，所述換熱器必要時配設有冷卻風扇。這種系統例如從DE4304482A1中已知。然而缺點是，在大約50°C的極其熱的環境溫度下并且在極少的情況下更高的環境溫度下，不再能夠借助空氣冷卻的換熱器確保將潤滑油冷卻到50°C的最大允許的入流溫度上，并且在單純的燃氣輪機發電廠中通常不提供水冷卻的換熱器。在這種情況下，當除了空氣冷卻的換熱器之外在輸送管道中使用壓縮冷卻機時，僅由此能夠將潤滑油的入流溫度降到50°C (或更低)的數值上。然而，所述改裝伴隨有更高的費用并且通過由于使用冷卻機的壓縮機而導致的提高的自身消耗使設備的總效率變差。此外，附加部件——壓縮冷卻機——的使用危害燃氣輪機的可用性。此外，另一限制的邊界條件是，設置在頂軸油循環中的頂軸油泵不應以73°C或更高的油溫驅動。這基于下述事實:油溫過高導致油的粘性過低(例如小于IOcSt),這不再確保頂軸油泵的安全和可靠的運行。盡管存在應用適合于此的泵的可能性，然而所述可能性在購置時顯然更昂貴。此外，在超過大約75°C的油溫度的情況下存在在工作時不再充分冷卻軸承的危險。這也危害燃氣輪機的安全的運行。此外，從US4, 105, 093中已知:在所述潤滑油系統中應用壓力加載的貯液器。所述貯液器借助于泵和換熱器供應冷卻的液壓介質。在所述實施形式中的缺點是，泵安置在更熱的箱區域中，使得在那里也能夠在粘性方面出現上述問題。此外，US5，611，411中公開一種用于渦輪發電機的未冷卻的潤滑油系統，所述潤滑油系統的豎直部分的箱經由活門實現潤滑介質補償。
發明內容
因此，本發明的目的是，提供一種用于靜態渦輪機的油供應系統，所述靜態渦輪機也在50°C至70°C之間的極其熱的環境溫度的情況下確保充分地冷卻油供應系統的油，而不需要具有更高允許運行溫度的部件或者高性能的部件。本發明所基于的目的借助根據權利要求1的特征所述的油供應系統來實現。油供應系統的有利的設計方案在從屬權利按要求2至6中說明。根據本發明提出:開始所提出的油供應系統具有油箱，所述油箱具有用于存儲油的、水平地彼此層疊的兩個區域，所述兩個區域通過分隔元件最大程度地或完全地相互分隔。形成空間上的劃分，以便將具有兩種不同溫度水平的油存儲在彼此重疊的區域中。同時，應當盡可能地或者完全地避免熱的和冷的油未受阻礙地混合。在此優選提出，使通過潤滑過程加熱的潤滑油從回流管道返回到油箱的上部區域中。此外，由于潤滑油在油箱的上部區域中的仍相對高的溫度和充足的停留時間，溶解在返回的油中的空氣能夠逸出。排出了空氣的油通過設置在循環管道中的循環泵來抽吸并且被引導經過串聯的空氣冷卻的換熱器，在所述換熱器中將所述排出了空氣的油冷卻到稍微位于環境溫度之上的溫度。因此，油在最差的情況下被冷卻到大約60°C的溫度。接下來，將經冷卻的油饋送到油箱的下部區域中。所述經冷卻的油被存儲在那里，以便為了所描述的目的準備好所述油。為了確保總是能夠以充分冷的油供應給頂軸油泵，優選將在油箱處的頂軸油管道的接口定位到循環管道的輸出區域附近。只要存在，那么主潤滑泵、輔助潤滑泵和/或應急潤滑泵就從油箱的低溫區抽吸油。通過將油供應系統的換熱器安置到循環管道中，即安放在頂軸油泵和潤滑油泵之前，可以將潤滑油的入流溫度大致提升到環境溫度，而同時沒有超過用于驅動頂軸油泵的73°C的最大抽吸溫度，因為最不大可能的是，在渦輪機的所在位置處持久地出現如此高的環境溫度。通過提高入流溫度進而也提高回流溫度，與在現有技術中的溫度相比，由于空氣冷卻的換熱器現在能夠提供的、換熱器的可提升的冷卻功率(更大的溫降At)，即使在大約60°C的極其高的環境溫度下，在沒有附加的壓縮冷卻機的情況下也能夠導出由潤滑油帶來的熱量。兩個區域的不完全地分隔確保在下部區域中總是存儲充足的油并且進而在故障的情況下所述下部區域不會流空。當泵從油箱中提取油時并且同時沒有油被循環泵輸送時，也由此不在油箱的下部區域中形成負壓。相反，兩個區域的完全分隔確保總是僅從油循環中抽吸冷卻的油。只要需要，那么油箱的下部區域在該情況下也能夠具有專有的排氣系統。管道系統包括循環管道，在所述循環管道中設有循環泵和空氣冷卻的換熱器并且所述循環管道將油箱的兩個區域在油箱之外以引導流體的方式相互連接，使得循環泵能夠將油從油箱的上部區域輸送到油箱的下部區域中。此外，管道系統包括頂軸油管道，所述頂軸油管道的第一端部設置用于在油箱的下部區域處從油箱提取頂軸油，其中在頂軸油管道中設有頂軸油泵作為至少一個泵中的一個。優選地，循環管道的和頂軸油管道的通到下部區域處的端部設置在油箱的相同的側上。根據另一有利的設計方案，管道系統包括至少一個潤滑油管道，所述潤滑油管道的第一端部分別設置用于在油箱的下部區域處從油箱中提取潤滑油并且在所述潤滑油管道中分別設有潤滑油泵作為至少一個泵中的一個。有利地，作為回流管道的管道系統具有用于使油從渦輪機返回到油箱中的油返回管道，所述油返回管道通到油箱的上部區域中。進一步優選的是，頂軸油管道的通到下部區域處的端部和通到上部區域中的油返回管道設置在油箱的彼此相反的側上。補充地或者替選地，優選提出，循環管道的設置在上部區域中的接口和通到上部區域中的油返回管道設置在油箱的彼此相反的側上。換而言之:輸送給油箱熱的油的管道的接口沿在油箱之內的油的流動方向觀察盡可能地遠離從油箱中提取頂軸油的管道的接口，以便防止過早地抽吸和再利用或者提供仍過熱和/或仍含有過多空氣的油。
根據在
中描述的實施例詳細地闡明本發明的其他優點和特征。附圖示出:唯一的附圖示出靜態渦輪機的油供應系統的示意圖。
具體實施例方式唯一的附圖示出未詳細示出的靜態渦輪機的油供應系統10的示意圖。優選地,渦輪機構成為靜態的燃氣輪機。油供應系統10包括用于存儲油的油箱12，燃氣輪機需要所述油用以潤滑并且將燃氣輪機的轉子提升到相應的軸承中。此外，油供應系統10包括具有頂軸油泵14的頂軸油系統13，所述頂軸油泵設置在頂軸油管道16中。頂軸油管道16的在下游的端部通到燃氣輪機的軸承處，以便提供所述頂軸油。在此，頂軸油泵14構成為高壓泵。根據在唯一的附圖中示出的實施例，潤滑油系統17包括三個潤滑油管道22、24、26，在所述潤滑油管道中分別設置有泵18、20、22作為主潤滑油泵、輔助潤滑油泵和應急潤滑油泵。潤滑油管道22、24連接至共同的潤滑油管道23，在所述共同的潤滑油管道中設有油過濾設備28。在油過濾設備28之后，潤滑油管道23和潤滑油管道26連接至另一潤滑油管道30，所述另一潤滑油管道的下游的端部通到燃氣輪機的軸承處，以便為所述軸承提供潤滑油。從軸承流回的油，無論是頂軸油還是潤滑油，經由油返回管道32返回到油箱12中，由此頂軸油系統13和潤滑油系統17具有閉合的油循環。油箱12配設有分隔元件34。分隔元件34例如構成為在油箱12中水平伸展的板并且將油箱12分隔成水平地彼此重疊的兩個區域36、38。第一區域36位于分隔元件34之下并且油箱12的第二區域38位于分隔元件34之上。第一區域36也稱作下部區域并且第二區域38稱作上部區域。為了避免使用更大的油箱12或者使用增大量的油，分隔元件34可構成為穿孔的分隔元件。分隔元件的孔41的數量相對少并且直徑很小，使得通常存儲在上部區域38中的更熱的油的僅小部分能夠穿過孔41到達油箱12的下部區域36中，這在那里將油溫度保持在較低水平上。在此，油返回管道32通到油箱12的上部區域38中。在油箱12的與油返回管道32的端部相對置的側處，循環管道37連接在上部區域38處。在所述循環管道37中，循環泵39以及換熱器40串聯。循環管道37通到油箱12的下部區域中。油能夠通過循環管道37從油箱12的上部區域38被輸送到油箱12的下部區域36中。在燃氣輪機靜態運行時，例如具有大約80°C溫度的被加熱的油通過油返回管道32到達油箱12的上部區域38中。因此，在油箱12的上部區域38中存儲相對熱的油。由于仍相對高的溫度和充足的停留時間，仍溶解在油中的空氣能夠逸出。之后，借助于循環泵39將油從上部區域38中經由循環管道37輸送到油箱12的下部區域36中。同時，所輸送的油流經換熱器40，所述換熱器將油冷卻到更低的溫度。優選地，換熱器40為具有冷卻風扇42的空氣冷卻的換熱器，由此能夠尤其有效地驅動所述換熱器。借助于空氣冷卻的換熱器40將循環的油大致冷卻到環境溫度或者稍微高于環境溫度。因為在靜態燃氣輪機所在位置處持續幾個小時的55°C的環境溫度極其罕見，所以原則上能夠排除油在冷卻之后具有大于60°C的溫度。因此，在油箱12的下部區域36中總是存在具有最大60°C的溫度的油。頂軸油管道16和潤滑油管道22、24、26以引導流體的方式連接到下部區域36處。因此確保所述管道16、22、24、26中的每個總是抽吸油并且潤滑油系統17的和頂軸油系統13的每個泵14、18、20、22總是將油輸送至燃氣輪機的軸承處，所述油的溫度最大為60V。因此確保，頂軸油泵14也抽吸具有遠低于73°C的臨界抽吸溫度的溫度的油。這避免應用具有高于73°C的允許的運行溫度的頂軸油泵或者更強功率的頂軸油泵，從所述運行溫度起，粘度能夠變得過小，以致泵無法運行。本發明的其他優點是，不再需要旁通管路以調節在潤滑油管道22、23、24、26、30中的潤滑油入流溫度。例如通過降低或者提高循環泵39的輸送體積或者通過冷卻風扇42的轉速調節進行所述調節。循環泵39的應用不是強制需要的。根據一個替選的然而未示出的設計方案，循環泵39也能夠無取代地被取消。在該情況下，油箱12相應地構造有將兩個區域36、38完全分隔的分隔元件34。因此，循環管道37被連接成，使得油總是經過換熱器從上部區域38向下流入到下部區域36中或者通過泵向下抽吸到下部區域36中。整體上，借助本發明提出一種用于靜態燃氣輪機的油供應系統10，其中由于油供應系統的部件例如油箱12，泵14、18、20、22和換熱器40以及管道系統的新型的連接方式，即便在出現持續幾個小時的直至高于60°C的環境溫度的情況下也實現燃氣輪機安全地運行，而這些部件中的任一個都不必設計為用于更高的運行溫度。為此根據本發明提出，油箱12具有用于存儲油的水平相互層疊的兩個區域36、38，所述兩個區域36、38通過分隔元件34最大程度地或完全地相互分隔。
權利要求
1.用于靜態渦輪機的油供應系統(10)，所述油供應系統具有油箱(12)、至少一個泵(14，18，20，22)、用于冷卻油的換熱器(40)和管道系統， 其特征在于， 所述油箱(12)具有用于存儲油的水平相互層疊的兩個區域(36，38)，所述兩個區域(36,38)通過分隔元件(34)被最大程度地或完全地相互分隔，并且 所述管道系統包括循環管道(37)，在所述循環管道中設有所述換熱器(40)和循環泵(39)并且所述循環管道將所述兩個區域(36，38)以引導流體的方式相互連接，使得所述循環泵(39)能夠將油從所述油箱(12)的上部區域(38)輸送到下部區域(36)中，并且所述管道系統包括頂軸油管道(16)，所述頂軸油管道的第一端部設置用于在所述油箱(12)的下部區域(36)處提取頂軸油，其中在所述頂軸油管道(16)中設有頂軸油泵(14)作為所述至少一個泵中的一個。
2.根據權利要求1所述的油供應系統(10)，其中所述頂軸油管道(16)的和所述循環管道(37)的通到所述下部區域(36)處的端部設置在所述油箱(12)的相同側上。
3.根據權利要求1或2之一所述的油供應系統(10)，其中所述管道系統包括至少一個潤滑油管道(22，24，26)，所述潤滑油管道的第一端部分別設置用于在所述油箱(12)的下部區域(36)處提取潤滑油，并且在所述潤滑油管道中分別設有潤滑油泵(18，20，22)作為所述至少一個泵中的一個。
4.根據上述權利要求之一所述的油供應系統(10)，其中所述管道系統具有用于使油返回到所述油箱(12)中的油返回管道(32)作為回流管道，所述油返回管道通到所述油箱(12)的上部區域(38)中。
5.根據權利要求4所述的油系統，其中所述頂軸油管道(16)的通到所述下部區域(36)處的端部和/或所述循環管道(37)的設置在所述上部區域中的接口與所述油返回管道(32)的通到所述上部區域(38)中的端部設置在所述油箱(12)的彼此相反的側上。
6.靜態燃氣輪機，其具有根據權利要求1至5之一的油供應系統(10)。
全文摘要
本發明涉及一種用于靜態渦輪機的油供應系統(10)，在所述靜態渦輪機中在油供應系統的部件例如油箱(12)、泵(14，18，20，22)和換熱器(40)以及管道系統的新型的連接裝置中，在出現直至60℃的持續多個小時的環境溫度的情況下實現渦輪機本身安全地運行，而這些部件中的任一個都不必設計為用于更高的運行溫度。為此，根據本發明提出，油箱(12)具有用于存儲油的水平相互層疊的兩個區域(36，38)，所述兩個區域(36，38)通過分隔元件(34)最大程度地或完全地相互分隔。
文檔編號F02B39/14GK103119267SQ201180045952
公開日2013年5月22日 申請日期2011年9月20日 優先權日2010年9月22日
發明者揚·艾克爾坎普, 克里斯托夫·于特納, 芭芭拉·馬蘭戈內, 霍斯特·烏韋·勞, 于爾根·黑恩, 格哈德·西蒙 申請人:西門子公司