用于增強(qiáng)燃?xì)鉁u輪機(jī)功率輸出的系統(tǒng)及燃?xì)鉁u輪的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種用于增強(qiáng)燃?xì)鉁u輪機(jī)功率輸出的系統(tǒng)及燃?xì)鉁u輪機(jī)，包括壓縮空氣供應(yīng)以及與所述壓縮空氣供應(yīng)流體連通的壓縮空氣存儲(chǔ)室。所述壓縮空氣存儲(chǔ)室構(gòu)造成存儲(chǔ)來自所述壓縮空氣供應(yīng)的壓縮空氣以供以后使用。所述系統(tǒng)還包括密封聯(lián)接到所述燃?xì)鉁u輪機(jī)的入口的進(jìn)氣室。所述進(jìn)氣室與所述壓縮空氣存儲(chǔ)室流體連通以便在所述燃?xì)鉁u輪機(jī)的增強(qiáng)運(yùn)行模式期間將來自所述壓縮空氣存儲(chǔ)室的所述壓縮空氣傳引導(dǎo)所述壓縮機(jī)的所述入口內(nèi)。
【專利說明】用于增強(qiáng)燃?xì)鉁u輪機(jī)功率輸出的系統(tǒng)及燃?xì)鉁u輪機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型大體涉及一種用于增強(qiáng)燃?xì)鉁u輪機(jī)性能的系統(tǒng)和方法。更具體地，本實(shí)用新型包括一種用于對(duì)燃?xì)鉁u輪機(jī)的進(jìn)氣室進(jìn)行加壓的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]典型的發(fā)電廠包括燃?xì)鉁u輪機(jī)，該燃?xì)鉁u輪機(jī)具有向多個(gè)燃燒器送入壓縮空氣的軸向壓縮機(jī)。壓縮空氣與燃料混合以在各燃燒器內(nèi)形成可燃混合物。該混合物燃燒，從而產(chǎn)生快速膨脹的熱氣。該熱氣通過熱氣路徑傳送到膨脹渦輪機(jī)。
[0003]當(dāng)熱氣流經(jīng)渦輪機(jī)時(shí)，動(dòng)能被傳遞到渦輪機(jī)葉片的一個(gè)或多個(gè)行或級(jí)，該渦輪機(jī)葉片聯(lián)接到軸向延伸通過燃?xì)鉁u輪機(jī)的軸，從而使該軸轉(zhuǎn)動(dòng)。熱氣通過排氣擴(kuò)壓器從燃?xì)鉁u輪機(jī)中排出。軸驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)以維持燃?xì)鉁u輪機(jī)的運(yùn)行。發(fā)電機(jī)/電動(dòng)馬達(dá)聯(lián)接到位于壓縮機(jī)入口上游處的軸。該發(fā)電機(jī)將軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為電能。發(fā)電機(jī)/電動(dòng)馬達(dá)在燃?xì)鉁u輪機(jī)的啟動(dòng)期間驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。
[0004]由于燃?xì)鉁u輪機(jī)是一種吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)，燃?xì)鉁u輪機(jī)的輸出受到影響進(jìn)入壓縮機(jī)的空氣的密度的任何事物的影響。例如，諸如環(huán)境空氣溫度、大氣壓力(即，地點(diǎn)海拔高度)和相對(duì)濕度的發(fā)電廠位置條件對(duì)燃?xì)鉁u輪機(jī)整體輸出有影響。燃?xì)鉁u輪機(jī)通常被設(shè)計(jì)為在約59華氏度的基準(zhǔn)溫度、約14.7psia的大氣壓力及約60%的相對(duì)濕度下運(yùn)行。然而，很少有發(fā)電廠地點(diǎn)在一整天或全年都能實(shí)現(xiàn)這些標(biāo)準(zhǔn)條件。此外，大多數(shù)地點(diǎn)要求將空氣過濾設(shè)備、消聲設(shè)備、蒸發(fā)冷卻器或深冷器放置在壓縮機(jī)的入口處，由此導(dǎo)致在燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生壓力損失。結(jié)果，燃?xì)鉁u輪機(jī)的功率輸出降低。
[0005]已經(jīng)采用多種系統(tǒng)來增強(qiáng)/優(yōu)化發(fā)電廠的效率以適應(yīng)非基準(zhǔn)的溫度和壓力運(yùn)行條件。例如，一種這樣的系統(tǒng)將來自諸如地下洞穴或其他儲(chǔ)存容器的壓縮空氣存儲(chǔ)系統(tǒng)的壓縮空氣注入燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃燒部段，特別是在高峰運(yùn)行/高峰需求期間。通常，在非高峰運(yùn)行期間壓縮空氣存儲(chǔ)系統(tǒng)被裝載有或加壓有來自由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的次級(jí)壓縮機(jī)的壓縮空氣。這種系統(tǒng)的一個(gè)問題是與安裝及維護(hù)用于對(duì)壓縮空氣存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行加壓的獨(dú)立壓縮系統(tǒng)相關(guān)的額外成本。
[0006]雖然通過利用注入燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃燒部段的壓縮空氣，發(fā)電廠整體輸出提高并且總熱率下降，但操作員繼續(xù)尋求新的方法來進(jìn)一步提高發(fā)電廠輸出并同時(shí)降低成本。因此，用于增強(qiáng)并改進(jìn)發(fā)電廠整體效率的改進(jìn)系統(tǒng)和方法將是有益的。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0007]本實(shí)用新型的方面和優(yōu)點(diǎn)在下文的描述中進(jìn)行了闡述，或可從該描述中變得顯而易見，或可通過本實(shí)用新型的實(shí)踐而習(xí)得。
[0008]本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例是一種用于增強(qiáng)燃?xì)鉁u輪機(jī)功率輸出的系統(tǒng)，其包括:壓縮空氣供應(yīng)，以及與所述壓縮空氣供應(yīng)流體連通的壓縮空氣存儲(chǔ)室。所述壓縮空氣存儲(chǔ)室被構(gòu)造成用于存儲(chǔ)來自壓縮空氣供應(yīng)的壓縮空氣以供以后使用。所述系統(tǒng)還包括密封地聯(lián)接到所述燃?xì)鉁u輪機(jī)入口的進(jìn)氣室。所述進(jìn)氣室與壓縮空氣存儲(chǔ)室流體連通，以便在燃?xì)鉁u輪機(jī)的增強(qiáng)運(yùn)行期間將來自壓縮空氣存儲(chǔ)室的壓縮空氣引導(dǎo)到壓縮機(jī)入口內(nèi)。
[0009]其中，所述壓縮空氣供應(yīng)包括流體連接到所述燃?xì)鉁u輪機(jī)的壓縮機(jī)，所述燃?xì)鉁u輪機(jī)的所述入口對(duì)應(yīng)于所述壓縮機(jī)的入口。
[0010]本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例是一種燃?xì)鉁u輪機(jī)。所述燃?xì)鉁u輪機(jī)通常包括進(jìn)氣室、位于所述進(jìn)氣室下游的壓縮機(jī)、位于所述壓縮機(jī)下游的燃燒器、位于所述燃燒器下游的渦輪機(jī)、以及位于所述渦輪機(jī)下游的排氣部段。所述壓縮機(jī)包括至少一個(gè)抽氣端口。壓縮空氣存儲(chǔ)室與所述壓縮機(jī)流體連通，并且入口加壓流動(dòng)路徑提供所述壓縮空氣存儲(chǔ)室和進(jìn)氣室之間的流體連通，從而使得所述進(jìn)氣室接收來自所述壓縮空氣存儲(chǔ)室的壓縮空氣以在燃?xì)鉁u輪機(jī)的增強(qiáng)運(yùn)行模式期間加壓進(jìn)氣室。
[0011]本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例包括一種用于操作燃?xì)鉁u輪機(jī)的方法。所述方法包括:對(duì)所述燃?xì)鉁u輪機(jī)的壓縮機(jī)內(nèi)的空氣進(jìn)行壓縮，以及在所述燃?xì)鉁u輪機(jī)的加壓運(yùn)行模式期間將壓縮空氣引導(dǎo)到壓縮空氣存儲(chǔ)室。所述方法還包括將所述壓縮空氣引導(dǎo)到設(shè)置在所述壓縮機(jī)入口上游處的進(jìn)氣室，并通過所述壓縮空氣使所述進(jìn)氣室加壓。所述方法還包括在所述燃?xì)鉁u輪機(jī)的增強(qiáng)運(yùn)行模式期間將所述壓縮空氣通過所述入口引導(dǎo)到所述壓縮機(jī)內(nèi)。
[0012]所述方法包括將所述進(jìn)氣室加壓到至少l.0bar。
[0013]所述方法還包括在所述加壓運(yùn)行模式期間將所述壓縮空氣的一部分從所述壓縮機(jī)直接引導(dǎo)到所述進(jìn)氣室。
[0014]所述的方法還包括在所述加壓運(yùn)行模式期間，將一部分過量的壓縮空氣從次級(jí)排出空氣流動(dòng)路徑引導(dǎo)到所述壓縮空氣存儲(chǔ)室或所述進(jìn)氣室中的至少一個(gè)。
[0015]在查閱本說明書之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員將更好地理解這些實(shí)施例和其他實(shí)施例的特征和方面。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]在包括參考附圖的說明書剩余部分中更具體地闡述包括對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是本實(shí)用新型的最佳模式的本實(shí)用新型的完整和可實(shí)施的公開，其中:
[0017]圖1示出了可與本實(shí)用新型一起使用的現(xiàn)有技術(shù)的示例性燃?xì)鉁u輪機(jī)的工作示意圖；
[0018]圖2示出了根據(jù)本公開的至少一個(gè)實(shí)施例的用于增強(qiáng)圖1所示的燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃?xì)鉁u輪機(jī)功率輸出的系統(tǒng)的工作示意圖；
[0019]圖3示出了根據(jù)本公開的至少一個(gè)實(shí)施例的用于增強(qiáng)燃?xì)鉁u輪機(jī)功率輸出的系統(tǒng)和燃?xì)鉁u輪機(jī)在正常運(yùn)行模式期間的工作示意圖；
[0020]圖4示出了根據(jù)本公開的至少一個(gè)實(shí)施例的如圖3所示的用于增強(qiáng)燃?xì)鉁u輪機(jī)功率輸出的系統(tǒng)和燃?xì)鉁u輪機(jī)在加壓運(yùn)行模式期間的工作示意圖；
[0021]圖5示出了根據(jù)本公開的至少一個(gè)實(shí)施例的如圖3所示的用于增強(qiáng)燃?xì)鉁u輪機(jī)功率輸出的系統(tǒng)和燃?xì)鉁u輪機(jī)在增強(qiáng)運(yùn)行模式期間的工作示意圖；和
[0022]圖6示出了根據(jù)本公開的至少一個(gè)實(shí)施例的包括控制器的如圖3所示的用于增強(qiáng)燃?xì)鉁u輪功率輸出的系統(tǒng)和燃?xì)鉁u輪機(jī)的工作示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]現(xiàn)在將詳細(xì)地參考本實(shí)用新型的實(shí)施例，這些實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)示例在附圖中示出。詳細(xì)的說明使用數(shù)字和字母符號(hào)來表示附圖中的特征。附圖和說明書中相同或類似的符號(hào)用于表示本實(shí)用新型的相同或類似部件。如本文所使用的，術(shù)語“第一”、“第二”和“第三”可以互換地使用以將部件彼此區(qū)分開，而不是要表示各個(gè)部件的位置或重要性。此夕卜，術(shù)語“上游”和“下游”表示部件在流體通道中的相對(duì)位置。例如，如果流體從部件A流到部件B，則部件A在部件B的上游。相反，如果部件B接收來自部件A的流體流動(dòng)，則部件B在部件A的下游。
[0024]每個(gè)示例作為本實(shí)用新型的解釋而不是作為本實(shí)用新型的限制而被提供。實(shí)際上，本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見可以在本實(shí)用新型中進(jìn)行各種修改和變化而不脫離本實(shí)用新型的范圍或精神。例如，作為一個(gè)實(shí)施例的一部分示出或描述的特征可以用于另一個(gè)實(shí)施例以產(chǎn)生又一個(gè)實(shí)施例。因此，本實(shí)用新型旨在涵蓋屬于所附權(quán)利要求及其等同物的范圍內(nèi)的這樣的修改和變化。
[0025]本實(shí)用新型的各種實(shí)施例包括用于提高和/或增強(qiáng)燃?xì)鉁u輪機(jī)的功率輸出和/或性能的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)大體包括:設(shè)置在燃?xì)鉁u輪機(jī)的壓縮機(jī)入口上游處的進(jìn)氣室。該進(jìn)氣室包括一個(gè)或多個(gè)門或艙口，這些門或艙口可在燃?xì)鉁u輪機(jī)的各種運(yùn)行模式期間被關(guān)閉以便使進(jìn)氣室與周圍環(huán)境密封。該系統(tǒng)還包括抽出空氣流動(dòng)路徑，其提供了壓縮機(jī)和壓縮空氣存儲(chǔ)室之間的流體連通。入口加壓流動(dòng)路徑提供了壓縮空氣存儲(chǔ)室和進(jìn)氣室之間的流體連通。在特定實(shí)施例中，壓縮空氣存儲(chǔ)室可以至少部分地由地質(zhì)上形成的洞穴和/或制造的壓力容器限定。
[0026]在非高峰運(yùn)行期間，電動(dòng)馬達(dá)或其他裝置，例如，發(fā)電機(jī)，可驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)以產(chǎn)生壓縮空氣。一部分壓縮空氣從壓縮機(jī)中抽出，并通過抽出空氣流動(dòng)路徑被引導(dǎo)到壓縮空氣存儲(chǔ)室。壓縮機(jī)中的抽氣位置可根據(jù)在不由外部壓縮機(jī)進(jìn)一步壓縮的情況下將壓縮空氣引導(dǎo)到壓縮空氣存儲(chǔ)室所需的壓力來確定。例如，在壓縮機(jī)的比較靠近出口或燃燒器的點(diǎn)或級(jí)處進(jìn)行抽氣導(dǎo)致比在比較靠近壓縮機(jī)入口的點(diǎn)處進(jìn)行抽氣更高的壓縮空氣壓力。
[0027]在各種燃?xì)鉁u輪機(jī)運(yùn)行條件或模式期間，進(jìn)氣室的一個(gè)或多個(gè)門或艙口是關(guān)閉的，從而使進(jìn)氣室密封。來自壓縮空氣存儲(chǔ)室的壓縮空氣沿入口加壓流動(dòng)路徑引導(dǎo)并注入或送入進(jìn)氣室，從而提供加壓的進(jìn)氣室。壓縮空氣隨后從該加壓的進(jìn)氣室引導(dǎo)到壓縮機(jī)入口內(nèi)。結(jié)果，通常與通過各種過濾器或其它調(diào)節(jié)裝置傳遞環(huán)境進(jìn)氣相關(guān)聯(lián)的壓力損失被減少或消除，因此增加了通過壓縮機(jī)的壓力并提高了壓縮機(jī)、燃?xì)鉁u輪機(jī)和/或發(fā)電設(shè)備的整體性能。
[0028]現(xiàn)參照附圖，其中在所有附圖中相同的參考標(biāo)記表示相同的元件，圖1提供了可結(jié)合本實(shí)用新型的多種實(shí)施例的示例性的燃?xì)鉁u輪機(jī)10的功能框圖。如圖所示，燃?xì)鉁u輪機(jī)10通常包括入口部段12，其可以包括一系列的過濾器、冷卻旋管、濕氣分離器、和/或其它用于凈化和以其他方式調(diào)節(jié)進(jìn)入燃?xì)鉁u輪機(jī)10的工作流體(例如，空氣)14的裝置。工作流體14流到壓縮機(jī)部段，在該壓縮機(jī)部段處，壓縮機(jī)16逐步地將動(dòng)能施予工作流體14以產(chǎn)生處于高度賦能狀態(tài)的壓縮工作流體18。
[0029]壓縮工作流體18與來自燃料供應(yīng)22的燃料20混合以便在一個(gè)或多個(gè)燃燒器24內(nèi)形成可燃混合物。該可燃混合物燃燒以產(chǎn)生具有高溫高壓的燃燒氣體26。燃燒氣體26流經(jīng)渦輪機(jī)部段的渦輪機(jī)28以產(chǎn)生功。例如，渦輪機(jī)28可連接到軸30從而使渦輪機(jī)28的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)16以產(chǎn)生壓縮工作流體18?？商娲鼗蛄硗獾?，軸30可將渦輪機(jī)28連接到發(fā)電機(jī)32以產(chǎn)生電力。來自渦輪機(jī)28的廢氣34流經(jīng)排氣部段36，該排氣部段36將渦輪機(jī)28連接到位于渦輪機(jī)28下游的排氣管38。排氣管38可包括排氣蓋或艙口 40，其可在燃?xì)鉁u輪機(jī)10的各種運(yùn)行模式期間打開或關(guān)閉以用于控制流向環(huán)境的廢氣34的流量。排氣部段36可包括，例如，用于在釋放到環(huán)境中之前清潔廢氣并從廢氣34中提取額外熱量的熱回收蒸汽發(fā)生器(未示出)。
[0030]圖2提供了本實(shí)用新型用于提高和/或增強(qiáng)燃?xì)鉁u輪機(jī)10的性能的系統(tǒng)50的功能框圖。如圖2所示，系統(tǒng)50大體包括壓縮空氣供應(yīng)52，其用于向至少一個(gè)壓縮空氣存儲(chǔ)室56 (在本說明書中稱為“存儲(chǔ)室56”)提供壓縮空氣流54，以及進(jìn)氣室58，其密封接合到壓縮機(jī)16的入口 60。當(dāng)在本說明書中使用時(shí)，術(shù)語“正常模式”對(duì)應(yīng)于一種燃?xì)鉁u輪機(jī)10的運(yùn)行模式，在這種模式下進(jìn)入燃?xì)鉂欇啓C(jī)10的壓縮機(jī)16的入口 60的空氣處于環(huán)境大氣壓力下。術(shù)語“加壓模式”對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)50的一種運(yùn)行模式，在這種模式下諸如燃?xì)鉁u輪機(jī)10的壓縮機(jī)16的壓縮空氣供應(yīng)由馬達(dá)或其它裝置驅(qū)動(dòng)以產(chǎn)生壓縮空氣54。術(shù)語“增強(qiáng)模式”對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)50的一種運(yùn)行模式,在這種模式下壓縮空氣54在大于環(huán)境大氣壓力的壓力下從進(jìn)氣室58進(jìn)入壓縮機(jī)16的入口 60。
[0031]在一個(gè)實(shí)施例中，壓縮空氣供應(yīng)52包括燃?xì)鉁u輪機(jī)10的壓縮機(jī)16。壓縮機(jī)16大體包括設(shè)置在入口 60下游處的出口 62。抽氣端口 64提供與壓縮機(jī)16外部的流體連通。該抽氣端口 64可設(shè)置在入口 60和出口 62之間的沿壓縮機(jī)16的任何軸向位置處。該抽氣端口的位置可根據(jù)在不由外部壓縮機(jī)進(jìn)一步壓縮的情況下向存儲(chǔ)室56提供壓縮空氣54所需的壓力來確定。
[0032]在一個(gè)實(shí)施例中，抽出空氣流動(dòng)路徑66被限定在抽氣端口 64和存儲(chǔ)室56之間。該抽出空氣流動(dòng)路徑66提供了壓縮機(jī)16和存儲(chǔ)室56之間的流體連通。該抽出空氣流動(dòng)路徑66可以至少部分地由一個(gè)或多個(gè)諸如管道、閥和/或流量分配歧管的流體聯(lián)接件限定。在特定實(shí)施例中，諸如節(jié)流閥、同流換熱器、熱交換器或深冷器(chiller)的至少一個(gè)流動(dòng)調(diào)節(jié)裝置68可被設(shè)置在壓縮空氣供應(yīng)52和存儲(chǔ)室56之間。流動(dòng)調(diào)節(jié)裝置68可用于控制流量，以便當(dāng)壓縮空氣54在諸如壓縮機(jī)16的壓縮空氣供應(yīng)52和存儲(chǔ)室56之間流動(dòng)時(shí)提取熱能和/或?qū)崮芴砑拥綁嚎s空氣54。另外地或在替代方案中，流動(dòng)調(diào)節(jié)裝置68可用于在將壓縮空氣54引入存儲(chǔ)室56之前升高和/或降低抽出空氣流動(dòng)路徑66內(nèi)的壓力。
[0033]存儲(chǔ)室56可包括任何儲(chǔ)箱、容器或適于接收和存儲(chǔ)如本說明書公開的那樣供以后使用的足夠容積的壓縮空氣54的任何其它存儲(chǔ)裝置。例如，存儲(chǔ)室56可包括地下的地質(zhì)上形成的洞穴70、低于地面的壓力容器72或高于地面的壓力容器74中的至少一個(gè)。
[0034]入口加壓流動(dòng)路徑76被限定在存儲(chǔ)室56和進(jìn)氣室58之間，以在燃?xì)鉁u輪機(jī)10的增強(qiáng)運(yùn)行模式期間將來自存儲(chǔ)室56的壓縮空氣54引導(dǎo)到進(jìn)氣室58。入口加壓流動(dòng)路徑76可以至少部分地由一個(gè)或多個(gè)諸如管道、閥或流量分配歧管的流體聯(lián)接件限定。在特定實(shí)施例中，入口加壓流動(dòng)路徑76包括諸如節(jié)流閥、同流換熱器、熱交換器或深冷器的至少一個(gè)流動(dòng)調(diào)節(jié)裝置78。該流動(dòng)調(diào)節(jié)裝置78可沿入口加壓流動(dòng)路徑76設(shè)置在任意點(diǎn)處。流動(dòng)調(diào)節(jié)裝置78可用于控制流量，以當(dāng)壓縮空氣54在存儲(chǔ)室56和進(jìn)氣室58之間流動(dòng)時(shí)提取熱能和/或?qū)崮芴砑拥綁嚎s空氣54。另外地或在替代方案中，流動(dòng)調(diào)節(jié)裝置78可用于在將壓縮空氣54引入進(jìn)氣室58之前進(jìn)一步升高和/或降低入口加壓流動(dòng)路徑76內(nèi)的壓力。
[0035]在特定實(shí)施例中，如圖2所示，進(jìn)氣室58包括至少一個(gè)開口 80。該開口 80大體限定流動(dòng)路徑82，該流動(dòng)路徑82用于在燃?xì)鉁u輪機(jī)10的特定運(yùn)行模式期間，例如，在燃?xì)鉁u輪10的正常運(yùn)行模式期間以及在系統(tǒng)50的加壓運(yùn)行模式期間，使環(huán)境空氣14進(jìn)入進(jìn)氣室58。一系列的過濾器、冷卻旋管、濕氣分離器、和/或其他裝置(未示出)可設(shè)置在開口 80的上游和/或下游，以凈化并以其他方式調(diào)節(jié)進(jìn)入進(jìn)氣室58的環(huán)境空氣14。
[0036]在各實(shí)施例中，進(jìn)氣室58包括設(shè)置在開口 80處的一個(gè)或多個(gè)門或艙口 84。所述一個(gè)或多個(gè)艙口 84可如圖所示那樣旋轉(zhuǎn)，或在由虛線所示的打開位置和實(shí)線所示的關(guān)閉或密封位置87之間滑動(dòng)(未示出)。在打開位置，艙門84使環(huán)境空氣能夠流入進(jìn)氣室58。在關(guān)閉位置，艙口 84至少部分地密封該開口以便在增強(qiáng)模式下運(yùn)行時(shí)防止壓縮空氣76從進(jìn)氣室58中泄漏。在特定實(shí)施例中，如圖2所示，艙口 84布置成向內(nèi)打開以通向進(jìn)氣室56。艙口 84可由多個(gè)百葉窗式艙口或適于在進(jìn)氣室58的開口 80周圍提供基本上氣密的密封的任何其它可密封的開口蓋組成。一個(gè)或多個(gè)密封件(未示出)可至少部分地設(shè)置在門84的周圍以使門84密封地接合到進(jìn)氣室56。另外地或在替代方案中，一個(gè)或多個(gè)密封件可設(shè)置在門84之間，例如，形成在兩個(gè)相鄰的門84之間的搭接頭中，以便在門84和/或進(jìn)口氣室56之間提供密封以允許進(jìn)氣室58的加壓。
[0037]在特定實(shí)施例中，進(jìn)氣室58包括進(jìn)氣端口 86。進(jìn)氣端口 86與進(jìn)氣加壓流動(dòng)路徑76流體連通，從而提供壓縮空氣存儲(chǔ)室56和進(jìn)氣室58之間的流體連通。進(jìn)氣端口 86可由多種控制裝置和/或流動(dòng)調(diào)節(jié)裝置(未示出)，例如，注射噴嘴和/或過濾器，以控制或調(diào)節(jié)從存儲(chǔ)室56進(jìn)入進(jìn)氣室58的壓縮空氣54。
[0038]在特定實(shí)施例中，系統(tǒng)50包括用于提供諸如壓縮機(jī)16的壓縮空氣供應(yīng)52和進(jìn)氣室58之間的流體連通的排出空氣流動(dòng)路徑88。該排出空氣流動(dòng)路徑88可從沿抽出空氣流動(dòng)路徑66設(shè)置的諸如三通閥或流量分配歧管的控制閥90延伸，或可直接地流體連接到壓縮機(jī)16?？刂崎y90可在系統(tǒng)50和/或燃?xì)鉁u輪機(jī)10的各種運(yùn)行模式期間在全開和全閉位置之間被致動(dòng)，以便控制壓縮空氣54的排出部分92的流量/流動(dòng)。在特定實(shí)施例中，諸如節(jié)流閥、同流換熱器、熱交換器或深冷器的至少一個(gè)流動(dòng)調(diào)節(jié)裝置94設(shè)置在排出空氣流動(dòng)路徑88內(nèi)。流動(dòng)調(diào)節(jié)裝置94可用于控制流率/流量，以便當(dāng)壓縮空氣54在壓縮機(jī)16和進(jìn)氣室58之間流動(dòng)時(shí)提取熱能和/或?qū)崮芴砑拥綁嚎s空氣54的排出空氣部分92。另外地或在替代方案中，流動(dòng)調(diào)節(jié)裝置94可用于在壓縮空氣54弓I入進(jìn)氣室58之前進(jìn)一步升高和/或降低壓縮空氣54的排出空氣部分92的壓力。
[0039]圖3、圖4和圖5提供了各種運(yùn)行模式下結(jié)合了根據(jù)本實(shí)用新型各種實(shí)施例的使進(jìn)氣室58加壓的系統(tǒng)50的燃?xì)鉁u輪機(jī)10的功能示意圖。具體地，圖3提供了在正常模式下運(yùn)行的燃?xì)鉁u輪機(jī)10的示意圖，圖4提供了在加壓模式下運(yùn)行的系統(tǒng)50和燃?xì)鉁u輪機(jī)10的示意圖，圖5提供了在增強(qiáng)模式下運(yùn)行的系統(tǒng)50和燃?xì)鉁u輪機(jī)10的示意圖。
[0040]在正常模式下運(yùn)行時(shí)，如圖3所示，艙口 84處于打開位置以使得環(huán)境空氣14能夠沿流動(dòng)路徑82流經(jīng)開口 80并流入進(jìn)氣室58。環(huán)境空氣14被引導(dǎo)到壓縮機(jī)16的入口 60內(nèi)。環(huán)境空氣14在壓縮機(jī)16內(nèi)被壓縮以向燃燒器24提供壓縮工作流體18。在特定運(yùn)行模式下，一部分壓縮工作流體18可通過排出空氣流動(dòng)路徑88傳送回到進(jìn)氣室58內(nèi)以便進(jìn)行進(jìn)氣調(diào)節(jié)。另外地或在替代方案中，一部分壓縮工作流體18可被引導(dǎo)通過排出空氣流動(dòng)路徑88、并進(jìn)入冷卻空氣流動(dòng)路徑66，該冷卻空氣流動(dòng)路徑66與渦輪機(jī)28流體連通以便對(duì)各種渦輪機(jī)部件進(jìn)行冷卻。其余的壓縮工作流體18與燃料20混合并燃燒以提供燃燒氣體26。該燃燒氣體流經(jīng)渦輪機(jī)28、并作為廢氣34被排放到排氣部段內(nèi)，通過排氣管36被排放到排氣蓋40外，在此處它們被排放到大氣中。
[0041]如圖4所示，系統(tǒng)50可在不同時(shí)間，例如在非峰值能量需求期間，被啟用以便使存儲(chǔ)室56加壓。在增壓模式下運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)/馬達(dá)32驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)16。艙口 84至少部分地打開以使環(huán)境空氣14能夠沿流動(dòng)路徑82流經(jīng)開口 80，通過進(jìn)氣室58流入壓縮機(jī)16的入口 60。排氣蓋40可對(duì)大氣關(guān)閉或至少部分關(guān)閉。當(dāng)環(huán)境空氣14通過壓縮機(jī)時(shí)它被逐步地壓縮以產(chǎn)生壓縮空氣54。至少一些壓縮空氣54被引導(dǎo)通過抽氣端口 64并進(jìn)入抽出空氣流動(dòng)路徑66內(nèi)。壓縮空氣54流經(jīng)抽出空氣流動(dòng)路徑66并流入存儲(chǔ)室56。壓縮空氣54可在流入存儲(chǔ)室56之前被加熱、冷卻、或由流動(dòng)調(diào)節(jié)裝置68調(diào)節(jié)。
[0042]在加壓模式下運(yùn)行時(shí)，過量的壓縮空氣98可從壓縮機(jī)16的出口 62、流經(jīng)燃燒器24、流經(jīng)渦輪機(jī)28并流入排氣部段36，在該排氣部段36處，所述過量的壓縮空氣98可由HRSG(如果裝備有)和/或排氣管38引導(dǎo)。這可能會(huì)導(dǎo)致這些部件的過度加壓，特別是當(dāng)管蓋40對(duì)大氣關(guān)閉時(shí)。為了防止燃?xì)鉁u輪機(jī)10的各種部件內(nèi)的過度加壓，系統(tǒng)50還可包括一個(gè)或多個(gè)次級(jí)排出空氣流動(dòng)路徑100。一個(gè)或多個(gè)流動(dòng)調(diào)節(jié)裝置102可與該次級(jí)排出空氣流動(dòng)路徑100流體連通。流動(dòng)調(diào)節(jié)裝置102可包括節(jié)流閥、控制閥、高壓泵、輔助壓縮機(jī)、同流換熱器、熱交換器或深冷器或者任何其他流動(dòng)調(diào)節(jié)裝置。流動(dòng)調(diào)節(jié)裝置102可用于控制流率/流量，以提取熱能和/或?qū)崮芴砑拥竭^量的壓縮空氣98。
[0043]當(dāng)過量的壓縮空氣98的壓力至少略高于存儲(chǔ)室56內(nèi)的壓力時(shí)，過量的壓縮空氣98可從一個(gè)或所有次級(jí)排出空氣流動(dòng)路徑100被引導(dǎo)到存儲(chǔ)室56。如果過量的壓縮空氣98的壓力低于存儲(chǔ)室56內(nèi)的壓力，過量的壓縮空氣98可被引導(dǎo)到進(jìn)氣室58以便再次進(jìn)行壓縮。該流動(dòng)調(diào)節(jié)裝置102可用于在將過量的壓縮空氣98引入到進(jìn)氣室58和/或存儲(chǔ)室56之前，進(jìn)一步升高和/或降低次級(jí)排出空氣流動(dòng)路徑100內(nèi)的過量的壓縮空氣98的壓力。
[0044]在燃?xì)鉁u輪10的增強(qiáng)模式運(yùn)行期間，如圖5所示，例如，在啟動(dòng)期間或在高峰需求期間，到進(jìn)氣室58的艙口 84關(guān)閉，從而密封進(jìn)氣室58。壓縮空氣54被引導(dǎo)從存儲(chǔ)室56通過進(jìn)氣加壓流動(dòng)路徑76并進(jìn)入進(jìn)氣室58，從而使進(jìn)氣室58加壓。結(jié)果，壓縮空氣54可在艙口 84上施加向外的力104，從而壓緊艙口 84和/或進(jìn)氣室58之間的密封件(未示出)，由此密封開口 80。壓縮空氣54使進(jìn)氣室58加壓至高于周圍環(huán)境或包圍燃?xì)鉁u輪機(jī)10的局部大氣壓力的壓力。例如，在特定實(shí)施例中，可使進(jìn)氣室58加壓到介于約1.0bar到約2.0bar之間。在特定實(shí)施例中，使進(jìn)氣室58加壓到至少1.0bar或大氣壓狀態(tài)。
[0045]壓縮空氣54之后從加壓的進(jìn)氣室58傳送到壓縮機(jī)16內(nèi)。結(jié)果，進(jìn)入壓縮機(jī)16的空氣的壓力升高。此外，與過濾裝置和/或其它流動(dòng)調(diào)節(jié)裝置相關(guān)聯(lián)的壓力損失減少或消除。另外，由于在較高海拔處出現(xiàn)的低密度的環(huán)境空氣14(圖1)導(dǎo)致的性能問題可以得到緩解，從而增強(qiáng)和/或提高了壓縮機(jī)16的性能和/或燃?xì)鉁u輪機(jī)10的總體性能/效率。
[0046]圖6提供了根據(jù)本公開一個(gè)實(shí)施例的包括系統(tǒng)50的燃?xì)鉁u輪機(jī)10的功能示意圖。如圖6所示，系統(tǒng)50還可包括控制器106。該控制器可與設(shè)置在燃?xì)鉁u輪機(jī)10和系統(tǒng)50內(nèi)部和周圍的多個(gè)位置處的各種傳感器108、流動(dòng)控制閥112和/或機(jī)械致動(dòng)器114進(jìn)行電子通信。
[0047]在一個(gè)實(shí)施例中，控制器106是通用電氣SPEEDTR0NIC?工廠控制系統(tǒng)(也稱為DCS)。控制器106可以是具有處理器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，該處理器執(zhí)行程序以便通過使用傳感器輸入和來自人類操作員的指令來控制燃?xì)鉁u輪機(jī)的運(yùn)行。由控制器106產(chǎn)生的命令信號(hào)可使致動(dòng)器112和/或流動(dòng)控制閥110執(zhí)行與燃?xì)鉁u輪機(jī)10和/或系統(tǒng)50的運(yùn)行和控制有關(guān)的各種功能。
[0048]在一個(gè)實(shí)施例中，控制器106可從至少一個(gè)傳感器108接收對(duì)應(yīng)于過壓事件的信號(hào)，該傳感器108設(shè)置于壓縮機(jī)16、燃燒器24、潤輪機(jī)28、排氣擴(kuò)壓器34、排氣管36、或進(jìn)氣室58中的至少一個(gè)的內(nèi)部?？刂破?06之后根據(jù)來自一個(gè)(多個(gè))傳感器108的信號(hào)產(chǎn)生命令信號(hào)以使致動(dòng)器110和/或流動(dòng)控制閥打開和/或關(guān)閉，以通過抽出空氣流動(dòng)路徑66的至少一個(gè)次級(jí)排出空氣流動(dòng)路徑100 (圖5)引導(dǎo)過量的壓縮空氣98(圖5)以便緩解(relive) /防止過度加壓,從而防止對(duì)各種部件造成損害。
[0049]如圖2、圖3、圖4、圖5和圖6所示的本說明書的各種實(shí)施例可提供一種用于運(yùn)行燃?xì)鉁u輪機(jī)以提高和/或增強(qiáng)燃?xì)鉁u輪機(jī)功率輸出的方法。該方法大體包括:對(duì)所述燃?xì)鉁u輪機(jī)10的壓縮機(jī)16內(nèi)的空氣進(jìn)行壓縮，并在燃?xì)鉁u輪機(jī)10的加壓運(yùn)行模式期間將壓縮空氣54傳送到壓縮空氣存儲(chǔ)室56。該方法還包括將壓縮空氣54傳送到設(shè)置在壓縮機(jī)16的入口 60上游處的進(jìn)氣室58。該方法還包括通過壓縮空氣54使進(jìn)氣室58加壓，并在燃?xì)鉁u輪機(jī)10的增強(qiáng)運(yùn)行模式期間通過入口 60將壓縮空氣54引導(dǎo)到壓縮機(jī)16內(nèi)。該方法可進(jìn)一步包括使進(jìn)氣室58加壓到至少1.0bar。該方法可進(jìn)一步包括在加壓運(yùn)行模式期間將一部分壓縮空氣54從壓縮機(jī)16直接引導(dǎo)到進(jìn)氣室58。該方法可進(jìn)一步包括在加壓運(yùn)行模式期間將一部分過量的壓縮空氣98從次級(jí)排出空氣流動(dòng)路徑100引導(dǎo)到壓縮空氣存儲(chǔ)室56或進(jìn)氣室58中的至少一個(gè)。
[0050]本說明書使用示例來公開包括最佳模式的本實(shí)用新型，并且也使本領(lǐng)域的任何技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍緦?shí)用新型，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)并且執(zhí)行任何包含的方法。本實(shí)用新型的可專利范圍由權(quán)利要求書限定，并且可以包括本領(lǐng)域的技術(shù)人員想到的其它示例。這樣的其它示例旨在屬于權(quán)利要求書的范圍內(nèi)，只要它們具有與該權(quán)利要求書的文字語言沒有區(qū)別的結(jié)構(gòu)元件，或者只要它們包括與該權(quán)利要求的文字語言無實(shí)質(zhì)區(qū)別的等效結(jié)構(gòu)元件。
【權(quán)利要求】
1.一種用于增強(qiáng)燃?xì)鉁u輪機(jī)功率輸出的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: a.壓縮空氣供應(yīng)； b.壓縮空氣存儲(chǔ)室，所述壓縮空氣存儲(chǔ)室與所述壓縮空氣供應(yīng)流體連通，所述壓縮空氣存儲(chǔ)室構(gòu)造成存儲(chǔ)來自所述壓縮空氣供應(yīng)的壓縮空氣；和 c.進(jìn)氣室，所述進(jìn)氣室密封地聯(lián)接到所述燃?xì)鉁u輪機(jī)的入口，所述進(jìn)氣室與所述壓縮空氣存儲(chǔ)室流體連通，其中，在所述燃?xì)鉁u輪機(jī)的增強(qiáng)運(yùn)行模式期間，所述進(jìn)氣室將來自所述壓縮空氣存儲(chǔ)室的所述壓縮空氣引導(dǎo)到所述壓縮機(jī)的所述入口內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述進(jìn)氣室被密封以允許加壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述壓縮空氣存儲(chǔ)室包括地下的地質(zhì)上形成的洞穴、低于地面的壓力容器或高于地面的壓力容器中的至少一個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述壓縮空氣供應(yīng)包括流體連接到所述燃?xì)鉁u輪機(jī)的壓縮機(jī)，所述燃?xì)鉁u輪機(jī)的所述入口對(duì)應(yīng)于所述壓縮機(jī)的入口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括抽出空氣流動(dòng)路徑和入口加壓流動(dòng)路徑，所述抽出空氣流動(dòng)路徑被限定在所述壓縮空氣供應(yīng)和所述壓縮空氣存儲(chǔ)室之間，所述入口加壓流動(dòng)路徑被限定在所述壓縮空氣存儲(chǔ)室和所述進(jìn)氣室之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，還包括至少一個(gè)流動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，所述流動(dòng)調(diào)節(jié)裝置設(shè)置在所述抽出空氣流動(dòng)路徑或所述入口加壓流動(dòng)路徑中的至少一個(gè)內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述進(jìn)氣室由所述壓縮空氣加壓到大于環(huán)境大氣壓力的壓力。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，使所述進(jìn)氣室加壓到至少1.0bar的壓力。
9.一種燃?xì)鉂欇啓C(jī)，包括: a.燃?xì)鉁u輪機(jī)，所述燃?xì)鉁u輪機(jī)具有進(jìn)氣室、位于所述進(jìn)氣室下游處的壓縮機(jī)、位于所述壓縮機(jī)下游處的燃燒器、位于所述燃燒器下游處的渦輪機(jī)和位于所述渦輪機(jī)下游處的排氣部段，所述壓縮機(jī)具有抽氣端口 ； b.壓縮空氣存儲(chǔ)室，所述壓縮空氣存儲(chǔ)室與所述壓縮機(jī)流體連通；和 c.入口加壓流動(dòng)路徑，所述入口加壓流動(dòng)路徑提供所述壓縮空氣存儲(chǔ)室和所述進(jìn)氣室之間的流體連通，其中，在所述燃?xì)鉁u輪機(jī)的增強(qiáng)運(yùn)行模式期間，所述進(jìn)氣室接收來自所述壓縮空氣存儲(chǔ)室的所述壓縮空氣以對(duì)所述進(jìn)氣室進(jìn)行加壓。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)，其特征在于，所述壓縮空氣存儲(chǔ)室包括地質(zhì)上形成的壓縮空氣存儲(chǔ)洞穴或壓力容器中的至少一個(gè)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)，還包括抽出空氣流動(dòng)路徑，所述抽出空氣流動(dòng)路徑被限定在所述抽氣端口和所述壓縮空氣存儲(chǔ)室之間，以將來自所述壓縮機(jī)的壓縮空氣引導(dǎo)到所述壓縮空氣存儲(chǔ)室。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)，還包括至少一個(gè)排出空氣流動(dòng)路徑，所述排出空氣流動(dòng)路徑提供所述壓縮機(jī)和所述進(jìn)氣室之間的流體連通。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)，還包括入口加壓流動(dòng)路徑，所述入口加壓流動(dòng)路徑被限定在所述壓縮空氣存儲(chǔ)室和所述進(jìn)氣室之間，以將來自所述壓縮空氣存儲(chǔ)室的壓縮空氣引導(dǎo)到所述進(jìn)氣室。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)，還包括一個(gè)或多個(gè)次級(jí)排出空氣流動(dòng)路徑，所述一個(gè)或多個(gè)次級(jí)排出空氣流動(dòng)路徑提供燃燒器、所述渦輪機(jī)或所述排氣部段中的至少一個(gè)與所述進(jìn)氣室之間的流體連通。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)，還包括至少一個(gè)流動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，所述流動(dòng)調(diào)節(jié)裝置設(shè)置在所述一個(gè)或多個(gè)次級(jí)排出空氣流動(dòng)路徑中的至少一個(gè)內(nèi)。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)，還包括一個(gè)或多個(gè)次級(jí)排出空氣流動(dòng)路徑，所述一個(gè)或多個(gè)次級(jí)排出空氣流動(dòng)路徑提供所述燃燒器、所述渦輪機(jī)或所述排氣部段中的至少一個(gè)與所述壓縮空氣存儲(chǔ)室之間的流體連通。
【文檔編號(hào)】F02C3/04GK204152645SQ201420171273
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2014年4月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月10日
【發(fā)明者】M.S.施羅德, T.E.維克特, M.A.哈德利 申請(qǐng)人:通用電氣公司