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1、(10)申请公布号 CN 103075256 A(43)申请公布日 2013.05.01CN103075256A*CN103075256A*(21)申请号 201210356798.4(22)申请日 2012.09.2413/242200 2011.09.23 USF02C 7/30(2006.01)F01D 1/04(2006.01)F01D 5/14(2006.01)F01D 9/02(2006.01)(71)申请人通用电气公司地址美国纽约州(72)发明人 M.J.瓦格纳 G.L.斯登R-K.维佩拉(74)专利代理机构中国专利代理(香港)有限公司 72001代理人肖日松 严志军(54) 发。
2、明名称配置成焚烧带灰燃油的涡轮机及其方法(57) 摘要本发明涉及配置为焚烧带灰燃油的涡轮机和在涡轮机中焚烧带灰燃油的方法。根据示例性实施例的一方面，涡轮机包括：压缩器部；燃烧器，其流体地连接到压缩器部；以及涡轮部，其流体地连接到燃烧器部且机械地联接到压缩器部。燃烧器部配置和安置成焚烧带灰燃油。涡轮部包括具有第一组多个翼型件的第一级和具有第二组多个翼型件的第二级。第一组多个翼型件具有尾缘排放构件。第二组多个翼型件相对于所述第一组多个翼型件在周向呈时序布置。第一组多个翼型件配置且安置成将少灰流导向至第二组多个翼型件中的相邻翼型构件。(30)优先权数据(51)Int.Cl.权利要求书2页 说明书4页。
3、 附图2页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书2页 说明书4页 附图2页(10)申请公布号 CN 103075256 ACN 103075256 A1/2页21. 一种涡轮机，包括：压缩器部；燃烧器部，其流体地连接到所述压缩器部，所述燃烧器部配置成且安置为焚烧带灰燃油；以及涡轮部，其流体地连接到所述燃烧器部且机械地联接到所述压缩器部，所述涡轮部包括纵向轴线、具有第一组多个翼型构件的第一级和具有第二组多个翼型构件的第二级，所述第一组多个翼型构件具有流体地连接到所述压缩器的尾缘排放构件，且所述第二组多个翼型构件相对于所述第一组多个翼型构件在周向呈时序布置，所述第一组多。
4、个翼型构件配置且安置成将少灰流导向至所述第二组多个翼型构件中相对应的相邻翼型构件上。2. 根据权利要求1所述的涡轮机，其特征在于，所述第一组多个翼型构件包括比配置成焚烧除了带灰燃油之外的燃油的燃气涡轮中的翼型件的弦长更长的弦长。3. 根据权利要求1所述的涡轮机，其特征在于，所述第二组多个翼型构件为所述第一组多个翼型构件的整数倍。4. 根据权利要求1所述的涡轮机，其特征在于，所述第一组多个翼型构件和第二组多个翼型构件中的每一个构成涡轮定子。5. 根据权利要求1所述的涡轮机，其特征在于，所述第一组多个翼型构件和第二组多个翼型构件中的每一个构成涡轮动叶。6. 一种在涡轮机中焚烧带灰燃油的方法，所述方。
5、法包括：燃烧重燃料以形成含灰热气体流；引导所述含灰热气体流朝向所述涡轮机的涡轮部的热气体路径；将基本上无灰的压缩器空气流引入到所述热气体路径内；使得所述基本上无灰的压缩器空气流和所述含灰热气体流穿过多个第一级翼型构件传递；引导所述多个第一级翼型构件中的每一个的基本上无灰的压缩器空气；在所述多个第一级喷嘴中的每一个的尾缘部的下游处形成少灰空气流；将所述少灰空气流朝向多个第二级翼型构件中的相邻翼型构件导向；以及使所述少灰空气流穿过所述多个第二级翼型构件中的相邻翼型构件传递。7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，形成所述少灰空气流包括将所述基本上无灰的压缩器空气穿过具有比配置成焚烧除了带灰燃油。
6、之外的燃油的燃气涡轮机的翼型件的弦长更长的弦长的翼型件而传递。8. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将所述少灰空气流朝向多个第二级翼型构件中的相邻翼型构件导向包括使得所述多个第二级翼型构件中的相邻翼型构件相对于所述多个第一级翼型构件中的每一个在周向呈时序布置。9. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，使得所述多个第二级翼型构件中的相邻翼型构件相对于所述多个第一级翼型构件中的每一个在周向呈时序布置包括将所述少灰空气流朝向所述多个第二级翼型构件导向，所述多个第二级翼型构件为所述多个第一级翼型构件的整数倍。10. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，燃烧重燃料包括燃烧包括钒的燃料。11. 。
7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括利用所述少灰空气流来减小在权 利 要 求 书CN 103075256 A2/2页3所述多个第二级喷嘴上的灰沉积。12. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，从所述多个第一级翼型构件中的每一个引导所述基本上无灰的压缩器空气包括从所述多个第一级翼型构件中的每一个的尾缘传递所述基本上无灰的压缩器空气。权 利 要 求 书CN 103075256 A1/4页4配置成焚烧带灰燃油的涡轮机及其方法技术领域0001 本文所公开的主题涉及涡轮机的领域，且更特定而言，涉及配置成焚烧带灰燃油的涡轮机。背景技术0002 一般而言，涡轮机燃烧清洁的燃油来驱动涡轮，涡轮例如向。
8、发电机、泵等提供功率。诸如天然气、精炼油、合成气等的清洁燃油传递到燃烧器且与空气和/或其它稀释剂混合以形成可燃混合物。燃烧该混合物以形成传递到涡轮部的热气体。在涡轮部中，热气体通过一系列定子和转子而膨胀。转子将来自热气体的热能转变为机械旋转能。使用清洁燃油导致基本上无灰的热气体形成。清洁燃油也导致来自涡轮机的较低总排放。目前，期望燃烧较重燃油。较重燃油或在精炼后剩下的燃油为当前清洁燃油的较低成本的替代物。较重燃油造成灰，灰随着热气体通过涡轮部带走且沉积到内部构件上。发明内容0003 根据示例性实施例的一方面，涡轮机包括：压缩器部；燃烧器部，其流体地连接到压缩器部；以及涡轮部，其流体地连接到燃烧。
9、器部且机械地联接到压缩器部。燃烧器部配置且安置成焚烧带灰燃油。涡轮部包括具有第一组多个翼型构件的第一级和具有第二组多个翼型构件的第二级。第一组多个翼型构件具有流体地连接到压缩器的尾缘排放构件。第二组多个翼型构件相对于第一组多个翼型构件在周向呈时序布置(clocked)。第一组多个翼型构件配置且安置成将少灰气流导向至第二组多个翼型构件中对应相邻的翼型构件。0004 根据示例性实施例的另一方面，一种在涡轮机中焚烧带灰燃油的方法包括：燃烧重燃料以形成含灰的热气体流；引导含灰热气体流朝向涡轮机的涡轮部的热气体路径；将基本上无灰的压缩器空气流引入到热气体路径内；使得基本上无灰的压缩器空气流和含灰热气体流。
10、穿过多个第一级翼型构件；从多个第一级翼型构件中的每一个引导基本上无灰的压缩器空气流，在多个第一级喷嘴中的每一个的尾缘部的下游形成少灰空气流；将少灰空气流朝向多个第二级翼型构件中的相邻翼型构件导向；以及使少灰空气流穿过多个第二级翼型构件中的相应相邻翼型构件传递。0005 从下文的描述，结合附图，这些和其它优点及特征将变得更显而易见。附图说明0006 被认为是本发明的主题在说明书的总结处的权利要求中特别地指出且明确地要求保护。结合附图，从下文的详细描述中，本发明的的前述和其它特征及优点将显而易见，其中：图1为配置成焚烧带灰燃油的燃气涡轮机的示意图；以及图2为图1的燃气涡轮机的涡轮部的第一级和第二级。
11、翼型构件的示意图。0007 详细描述参看附图以举例的方式解释了本发明的实施例，以及优点和特征。说 明 书CN 103075256 A2/4页50008 部件列表2 涡轮机4 压缩器部6 涡轮部10 燃烧器部20 第一级24 第二级30 多个第一级定子翼型构件32 多个第一级定子翼型构件40 多个第二级定子翼型构件42 多个第二级定子翼型构件50 含灰气体55 压缩器空气排放构件57 第一基本上无灰的压缩器空气流58 弦长63 压缩器空气排放构件67 第二基本上无灰的压缩器空气流。具体实施方式0009 一般而言，大部分涡轮机配置成焚烧清洁、非重的精炼燃油。精炼、不带灰燃油清洁地焚烧且当在涡轮机燃。
12、烧器中燃烧时大体上很少或不产生灰。目前，精炼、不带灰燃油的成本升高。这种燃料成本升高导致了涡轮机操作成本的显著增加。由于许多涡轮机由电力公司用于发电，以及用于很多其它工业中，燃料成本中的升高将导致与电力、天然气有关的任何事物以及多种其它商品增加的消费者成本。术语带灰燃油应被理解为描述当焚烧时产生灰的燃油。0010 为了避免或补偿升高的燃油成本，许多公司转向带灰燃油来为他们的涡轮机提供功率。带灰燃油，诸如重燃油、重原油和轻原油或者精炼之后剩下的燃料，通常包括腐蚀性材料，诸如钒、镍、铁、锌、铅、钙、镁和硅，所有这些在燃烧时都导致灰形成。此外，腐蚀抑制剂也常常添加到燃料来防止可能由于钒元素或钒燃烧产。
13、物造成的腐蚀。腐蚀抑制剂也对燃烧之后进入涡轮机2的燃烧产物中的灰含量有贡献。灰沉积到诸如喷嘴和动叶的内涡轮机部件上。随着时间推移，灰将会对内涡轮机部件的表面具有不利影响。直到现在，由于与清洁/替换内涡轮机构件相关联的高维护成本，带灰燃油的使用，尽管更便宜，但已经被避免。0011 首先参看图1，根据示例性实施例构造的涡轮机大体上以2示出。涡轮机2包括压缩器部4，压缩器部4通过燃烧器部10操作地连接到涡轮部6。燃烧器部10配置成接收带灰燃油，带灰燃油在燃烧时通常产生灰。压缩器部4也经由共用压缩器涡轮轴12与涡轮部6操作地连接。0012 在图示的示例性实施例中，涡轮部6包括第一级20和第二级24。如。
14、图所示，第二级24位于第一级20的下游。这里，应意识到在涡轮部6中级的数量可不同。第一级20包说 明 书CN 103075256 A3/4页6括多个第一级定子翼型构件，其中之一以30指示，和多个第一级转子翼型构件，其中之一以32指示。第一级转子翼型构件32定位于第一级定子翼型构件30的下游。类似地，第二级24包括多个第一级定子翼型构件，其中之一以40指示，和多个第二级转子翼型构件，其中之一以42指示。第二级转子翼型构件42定位于第二级定子翼型构件40的下游。0013 利用该布置，热、含灰气体50从燃烧器部10朝向第一级20传递。热含灰气体50流过多个第一级定子翼型构件30朝向多个第一级转子翼型。
15、构件32。多个第一级定子翼型构件30调节热含灰气体50沿着期望流动路径流动以便冲击多个第一级转子翼型构件32。响应于热含灰气体50的流动，多个第一级转子翼型构件32开始旋转。热含灰气体50然后沿轮廓移动以在随后的级上膨胀以形成从涡轮部6输出的旋转能。如在下文中将更全面地讨论地，多个第一级定子翼型构件30、第一级转子翼型构件32、第二级定子翼型构件40和第二级转子翼型构件42配置和布置成减轻在翼型件表面(未单独地标记)上的灰沉积。以此方式，示例性实施例提供用于焚烧HFO同时避免了与灰沉积相关联的维护问题(诸如点状腐蚀、腐蚀等)的系统。0014 根据示例性实施例，多个第一级定子翼型构件30中的每一。
16、个包括压缩器空气排放构件，诸如图2中55所示。压缩器空气排放构件55定位于多个第一级定子翼型构件30中的每一个的尾缘(未单独地标记)且与压缩器部4流体地连接。以此方式，基本上无灰的压缩器空气流57引入于涡轮部6中。如将在下文中更全面地讨论地，基本上无灰的压缩器空气流57在多个第二级定子翼型构件40的随后相邻翼型构件周围形成无灰层，从而防止或至少基本上减少到翼型件表面上的灰沉积。0015 此外，多个第一级定子翼型构件30中的每一个形成为具有弦长58，其比用于燃烧不带灰燃油的燃气涡轮机的定子翼型件的弦长更长。根据示例性实施例的一方面，多个第一级定子翼型构件30中的每一个的弦长58长度达到用于非HF。
17、O焚烧燃气涡轮机中的定子翼型件的弦长的两倍。弦长的增加便于下游基本上无灰的压缩器空气流。0016 另外根据示例性实施例，多个第二级定子翼型构件40与多个第一级定子翼型构件30中的相对应的翼型构件呈时序布置或在周向偏移。根据示例性实施例的一方面，通过将多个第二级定子翼型构件40中的每一个旋转地定位于在多个第一级定子翼型构件30中的每一个的相对应翼型件之间的轴向位置处而实现时序布置。根据示例性实施例的另一方面，通过减小多个第一级定子翼型构件30和多个第二级定子翼型构件40的数量同时还增加翼型构件的总弦长来实现时序布置。大体上，在每一级中的定子翼型构件的数量应相等或为其整数倍。多个第二级定子翼型构件。
18、40相对于多个第一级定子翼型构件30的时序布置引导基本上无灰的压缩器空气流57在随后的相邻的翼型件表面上传递来显著地减少灰沉积。0017 根据示例性实施例的另一方面，多个第一级转子翼型构件32中的每一个包括诸如在63示出的压缩器空气排放构件。压缩器空气排放构件63定位于多个第一级转子翼型构件32中的每一个的尾缘(未单独地标记)且与压缩器部4流体地连接。以此方式，第二基本上无灰的压缩器空气流67进一步引入于涡轮部6中。如将在下文中更全面地讨论地，第二基本上无灰的空气流67在多个第二级转子翼型构件42中随后的相邻翼型构件周围形成无灰层，从而防止或至少基本上减少到翼型件表面上的灰沉积。0018 另外。
19、根据示例性实施例，多个第二级转子翼型构件42与多个第一级转子翼型构说 明 书CN 103075256 A4/4页7件32中的每一个的相对应的翼型构件呈时序布置或周向偏移。根据示例性实施例的一方面，通过将多个第二级转子翼型构件42中的每一个旋转地定位于在多个第一级转子翼型构件32中的每一个的相对应翼型构件之间的轴向位置处而实现时序布置。根据示例性实施例的另一方面，通过相对于多个第一级转子翼型构件32的数量来减小多个第二级转子翼型构件42的数量来实现时序布置。根据一个示例性方面，可将多个第二级转子翼型构件42的数量减小为多个第一级转子翼型构件32的数量一半那样多。以与上文所述的方式类似的方式，多个。
20、第二级转子翼型构件42相对于多个第一级转子翼型构件32的时序布置引导第二基本上无灰的压缩器空气流67在随后的相邻的翼型件表面上传递来显著地减少灰沉积。0019 这里，应了解示例性实施例描述了配置成焚烧带灰燃油或当燃烧时产生灰的燃油的涡轮机。涡轮机配置成将基本上无灰的空气流在涡轮部中的翼型件表面上导向以减轻灰沉积并且从而减少对于灰相关的维护的需要。引入基本上无灰的压缩器空气以及翼型构件的特定构造和方位造成了在随后的相邻下游翼型件表面上传递的广泛的无灰冷却流率从而减轻了灰沉积。此外，应了解虽然仅第一级定子翼型构件和转子翼型构件被描述为具有增加的弦长和压缩器排放构件，但是额外下游级可包括类似构造的翼。
21、型构件。最后，除了上文所述之外，示出了通过减少热含灰气体的通流速度(热气体以比在不带灰燃油涡轮机中更低的马赫数通过热气体路径传递)，仍进一步减小灰沉积。即，热含灰流将具有更低动能，导致更低冲击速度，而这继而导致减小的灰沉积。0020 虽然仅关于有限数目的实施例详细描述了本发明，但应易于了解本发明并不限于这些公开的实施例。而是，可修改本发明以合并之前未描述的、但仍与本发明的精神和范围相称的任意数目的变型、更改、替代或等效布置。此外，虽然描述了本发明的各种实施例，但是应了解本发明的方面可仅包括所描述的实施例中的一些。因此，本发明不应视为受前文描述的限制，而是仅受所附权利要求的范围限制。说 明 书CN 103075256 A1/2页8图 1说 明 书 附 图CN 103075256 A2/2页9图 2说 明 书 附 图CN 103075256 A。