[发明专利]用于燃气涡轮配置的旋转装置

说明书

技术领域

本公开涉及机械驱动应用中的燃气涡轮。更特别地，本文中公开的主题涉及多轴燃气涡轮，诸如用于机械驱动应用的航改双轴燃气涡轮。

背景技术

燃气涡轮广泛使用在若干应用(诸如发电以及机械驱动)中，其中，燃气涡轮通常用作用于一个或多个从动机器(诸如压缩机，特别是离心压缩机)的第一原动机。典型机械驱动应用在天然气液化、二氧化碳回收等的领域中。

燃气涡轮包括用于压缩周围空气的一个或更多个顺序地配置的空气压缩机、将燃料与压缩空气一起燃烧的燃烧器以及用于驱动(多个)压缩机并产生有用机械功率的一个或更多个涡轮。超过驱动(多个)压缩机所需的功率的、由(多个)涡轮产生的功率用于驱动负载。

燃气涡轮吸收大量空气。由燃气涡轮吸入的空气中存在的悬浮微粒形式的颗粒与排放气体一起部分地离开燃气涡轮。然而，存在通过粘附于涡轮机的静止静叶和转动叶片而污染涡轮机的颗粒。也叫做结垢的该污染特别地消极地影响燃气涡轮内的流动路径的初始部分，即，一个或多个压缩机。在压缩机的静止叶片(静叶)和转动叶片上形成沉积物的污染物改变叶片的几何形状并且增大气体摩擦，因此降低总压缩机效率。特别地，粘附于压缩机的静叶和转动叶片的表面的颗粒改变由叶片和静叶限定的流动通路的空气动力学性质。空气动力学性质的改变造成质量流量的损失和因此压缩机效率的降低。

典型地，燃气涡轮的压缩机消耗由一个或多个涡轮产生的功率中的大部分，即，所述功率的大约60%。因此，压缩机效率的降低消极地影响燃气涡轮的总效率，从而减小可用于驱动负载的功率。

减少燃气涡轮中的压缩机的结垢的方式中的一个为清洗燃气涡轮中的气体路径。清洗典型地通过将清洗液喷射在压缩机入口上游的气体路径中而实践。涡轮机被允许在清洗期间转动，使得液体被迫穿过压缩机，并且在燃气涡轮的后部处离开。清洗液可包含水和化学添加剂，并且以细喷雾形式供给，这将使清洗液分布在整个压缩机入口面上面。雾化由供给有加压清洗液的合适喷嘴提供。

清洗燃气涡轮的有效方式为所谓的离线清洗。在该情况下，清洗在燃气涡轮不点火但是以转动速度旋转时(即，在带负载运行时)执行，该转动速度为正常操作期间的额定转动速度的部分。需要附加原动机，以使燃气涡轮保持以离线清洗速度回转。

在线清洗也是可以的。在该情况下，燃气涡轮被清洗，同时在负载状态下运行。然而，由于导致叶片的不生效清洗的压缩机中的速度和温度状态、清洗液朝向压缩机的壳体的离心以及由于由高压缩比引起的温度增大而产生的清洗液的蒸发，故这种清洗过程是低效的。当使用在线清洗时，压缩机的结垢只可减少而不可避免。因此，离线清洗能力无论如何必须是可用的。尽管存在在线清洗，但是实际上，当压缩机的静叶和转动叶片上的颗粒沉积物的量变得不可接受时，燃气涡轮将需要离线清洗。

航改燃气涡轮越来越多地用于机械驱动和发电应用。一些航改燃气涡轮包括多轴配置。多轴配置是配置，多于一个轴设置在该配置中，以使涡轮和压缩机驱动地彼此连接。在一些多轴燃气涡轮中，动力涡轮(即，提供机械功率以驱动负载的涡轮)通过燃气涡轮轴中的一个与压缩机中的一个机械地连接。

图1示出了使用在典型机械驱动应用中的双轴航改燃气涡轮的示意图。附图标记1总体地表示包括燃气涡轮和负载的设备。燃气涡轮3包括低压压缩机5、高压压缩机7、高压涡轮9和低压涡轮或动力涡轮11。高压压缩机7借助于第一燃气涡轮轴13驱动地连接于高压涡轮9。低压涡轮或动力涡轮11借助于第二燃气涡轮轴15驱动地连接于低压压缩机5，第二燃气涡轮轴15与第一燃气涡轮轴13同轴地以及与高压涡轮9和高压压缩机7同轴地配置。

周围空气通过低压压缩机5和高压压缩机7压缩，并且进入燃烧器17，其中，气体燃料或液体燃料添加于压缩空气脉流，并且燃烧成产生高压高温燃烧气体流。燃烧气体在被排出之前在高压涡轮9和低压涡轮11中顺序地膨胀。

由燃烧气体在高压涡轮9中的膨胀产生的功率全部用于驱动高压压缩机7。相反地，通过使燃烧气体在低压涡轮11中膨胀而产生的机械功率仅部分地用于驱动低压压缩机5。在低压涡轮11的输出轴21上可用的大量机械功率用于驱动负载。