涡轮设备 技术领域 本发明涉及包括同心设置的燃气涡轮部和蒸汽涡轮部的涡轮设备的改进。 本发明 还涉及用于调节包括这种涡轮设备的涡轮发动机的方法。
背景技术 燃气涡轮发动机在很多场合中被用于将燃料的化学能转变成机械能。其中， 燃气 涡轮由燃料燃烧所产生的气流驱动。燃气涡轮通常驱动压缩机， 以便压缩空气和向燃烧室 提供加量的氧气。
一般来说， 燃气涡轮发动机的优点是该发动机能够在低重量下提供高功率。缺点 通常是效率 ( 即燃料化学能的利用率 ) 低下。
在 SE530142 C2 号瑞典专利、 60/969997 号美国临时申请和 PCT/SE2008/050258 号 PCT 申请中公开了包括同心的燃气涡轮部和蒸汽涡轮部的高效涡轮设备。
这种涡轮设备可以在很多场合中替代现有的涡轮， 如在上述现有技术中讨论的那 些。 如果利用包括同心的燃气涡轮部和蒸汽涡轮部的涡轮设备对现有的燃气涡轮发动机进 行改造， 则必须在设计上作一些考虑以使利用率最大化。
发明内容
本发明的目标是提供一种用于优化利用包括同心设置的燃气涡轮部和蒸汽涡轮 部的涡轮设备已翻新过的涡轮发动机的方法。
该目标通过用于将燃气涡轮发动机改造成具有组合的燃气和蒸汽涡轮设备的涡 轮发动机的方法来实现。 其中， 燃气涡轮发动机包括压缩机， 燃烧室， 其由压缩机提供空气， 压气涡轮和动力涡轮。压气涡轮驱动压缩机， 动力涡轮提供输出功率。压气涡轮为包括多 个燃气级的燃气涡轮。在改造过程中， 用包括燃气涡轮部和蒸汽涡轮部的涡轮设备替换压 气涡轮。燃气涡轮部和蒸汽涡轮部是同心设置的。现在， 涡轮设备内的燃气涡轮部的级数 被选择成小于被替换的压气涡轮的级数。另外， 蒸汽涡轮部内的级数大于包括在涡轮设备 内的燃气涡轮部的级数。
通过减少压气涡轮内的燃气级， 在燃烧气体中保持更多数量的用于动力涡轮的能 量。另外， 压气涡轮的蒸汽部入口处的蒸汽压力可以高于压气涡轮的燃气部入口处的燃气 压力。因此， 来自蒸汽涡轮部的功率贡献可被提高。
本发明还涉及提高具有同心设置的燃气和蒸汽涡轮部的涡轮设备的利用率的问 题。还需要对涡轮叶片进行有效冷却。
这已通过用于包括燃气涡轮部和同心设置的蒸汽涡轮部的涡轮设备的转子叶片 实现。 涡轮转子叶片包括通道， 其适于引导蒸汽从蒸汽涡轮部到达燃气涡轮部， 并且返回转 子叶片内的蒸汽涡轮部。因此实现了简单的叶片设计、 对叶片的有效冷却以及对蒸汽涡轮 部的能量供应。
该目标还已经通过用于包括燃气涡轮部和同心设置的蒸汽涡轮部以及蒸汽发生器的涡轮设备的涡轮定子叶片实现。 现在， 涡轮定子叶片包括蒸汽通道， 其适于引导蒸汽从 蒸汽发生器通过燃气涡轮部并且到达蒸汽涡轮部。 通过这种方式， 定子叶片获得有效冷却。
在具有同心设置的燃气和蒸汽涡轮部的涡轮设备中， 期望从涡轮设备的毂排出空 气。这可以通过适于引导空气从毂通过蒸汽涡轮部并且到达燃气涡轮部的空气通道来实 现。
在具有同心设置的燃气和蒸汽涡轮部的涡轮设备中， 涡轮叶片上的负载变大， 因 为该同一叶片贯穿这两个部。 这个问题可以通过引入将燃气涡轮部与蒸汽涡轮部分开的间 隔壁来解决。如果燃气涡轮转子叶片被附连在间隔壁上， 则由燃气涡轮转子叶片的旋转引 起的离心力部分由间隔壁承受和相互抵消。
另外， 根据本发明， 具有同心设置的燃气和蒸汽涡轮部的涡轮设备的利用率可以 通过使用具有不同横截面的蒸汽涡轮转子叶片和燃气涡轮转子叶片来提高。于是， 蒸汽涡 轮转子叶片的横截面可以用于使蒸汽涡轮部的蒸汽流得到优化， 燃气涡轮转子叶片的横截 面可以用于使燃气涡轮部的燃气流得到优化。
任何一个蒸汽涡轮转子叶片均可被分成第一和第二转子叶片部， 因而在转子叶片 中形成流通通道， 或者蒸汽涡轮转子叶片可以具有较小的横截面， 从而允许设置比燃气涡 轮转子叶片多的蒸汽涡轮转子叶片。 通过用于调节包括压缩机、 燃烧室、 压气涡轮和动力涡轮的涡轮发动机的方法来 确保对叶片进行有效地冷却。压气涡轮和 / 或动力涡轮为包括燃气涡轮部和同心设置的蒸 汽涡轮部的涡轮设备。压气涡轮和 / 或动力涡轮还包括具有流体通道的转子叶片和定子叶 片， 以及蒸汽发生器， 其为流体通道产生蒸汽以冷却叶片和驱动蒸汽涡轮部。根据该方法， 来自压缩机的压缩空气在启动期间被引导至涡轮设备的叶片。
如果在关闭期间中断向涡轮设备的蒸汽涡轮部提供蒸汽， 并且相对较少量的空气 从压缩机被引导至涡轮设备的蒸汽涡轮部， 则还可以确保有效冷却， 并且防止过速。
附图说明 现在将参考附图对本发明作更详细的描述， 其中 ：
图 1 示出了包括燃气涡轮部 2 和蒸汽涡轮部 4 的已知涡轮设备 1 的轴向横截面 ；
图 2 示意性地示出了包括压缩机 46、 燃烧室 43、 压气涡轮 31 和动力涡轮 41 的涡 轮发动机 37 ；
图 3a 示出了现有的压气涡轮 31 和动力涡轮 41
图 3b 示出了现在包括燃气涡轮部 2 和蒸汽涡轮部 4 的经改造的压气涡轮 32 和动 力涡轮 41 ；
图 3c 示出了经改造的压气涡轮 33 和动力涡轮 41， 其中在压气涡轮 33 中， 燃气涡 轮部 2 和蒸汽涡轮部 4 的级数得到了优化 ；
图 4 示出了包括通道 101、 103 的涡轮转子叶片 7、 17， 所述通道用于引导蒸汽从蒸 汽涡轮部 4 到达燃气涡轮部 2， 并且返回蒸汽涡轮部 4 ；
图 5 示出了涡轮定子叶片 9、 19， 其包括用于向涡轮设备的蒸汽涡轮部 4 供应蒸汽 的蒸汽通道 201 和用于引导空气从涡轮设备的毂 205 到达燃气涡轮部 2 的空气通道 203 ；
图 6 示出了多个涡轮转子叶片 7、 17， 以及设在燃气涡轮部 2 和蒸汽涡轮部 4 之间
的间隔壁 301 ；
图 7 示出了用于在蒸汽涡轮转子叶片和燃气涡轮转子叶片采用不同横截面时设 计蒸汽涡轮转子叶片的两种替换方式 ； 以及
图 8 为方框图， 其示出了用于调节包括具有燃气部和蒸汽部的涡轮设备的涡轮发 动机的方法。
无论是这些附图、 还是下面的描述都将不对本发明的范围形成限制。在全部附图 中， 相同的附图标记用于相同的部件。 具体实施方式
图 1 示出了一种包括燃气涡轮部 2 和蒸汽涡轮部 4 的涡轮设备 1， 其中燃气涡轮部 2 和蒸汽涡轮部 4 同心设置。这种原理在 SE530142 C2 号瑞典专利、 60/969997 号美国临时 申请和 PCT/SE2008/050258 号 PCT 申请中公开了。
燃烧气体从燃烧室进入 ( 如箭头 3 所示 ) 涡轮设备 1 的燃气涡轮部 2。在图 1 中， 燃烧气体从左至右地 ( 如箭头 3 和 5 所示 ) 穿过燃气涡轮部 2， 因此气体通过作用在多个燃 气涡轮转子叶片 7 上来驱动涡轮轴 6。燃气涡轮部 2 还包括多个引导翼或燃气涡轮定子叶 片 9。转子叶片 7 和定子叶片 9 沿涡轮纵轴 11 间隔设置。 流体通道 13 被设在燃气涡轮转子叶片 7 和燃气涡轮定子叶片 9 内。借助在所述 通道 13 中流动的流体， 从燃气涡轮部 2 中的燃烧气体中吸收热量。流体通道 13 通向蒸汽 涡轮部 4 的入口 15。 通过这种方式， 流过燃气涡轮部 2 的流体的温度升高， 高压流体被喷入 蒸汽涡轮部 4 的入口 15。此时， 流体一般为蒸汽形式。
在图 1 中能够看到， 蒸汽涡轮部 4 沿径向设在燃气涡轮部 2 内部。蒸汽从左至右 地 ( 如蒸汽入口 15 处的箭头和箭头 16 所示 ) 通过蒸汽涡轮部 4， 因此蒸汽通过作用在多 个蒸汽涡轮转子叶片 17 上来驱动涡轮轴 6。因此， 蒸汽和燃烧气体均驱动相同的涡轮轴 6。 蒸汽涡轮部 4 还包括多个引导翼或蒸汽涡轮定子叶片 19。如同燃气涡轮部 2 中那样， 蒸汽 涡轮转子叶片 17 和蒸汽涡轮定子叶片 19 间隔设置。
转子叶片 7、 17 被安装在转子 21 上， 定子叶片 9、 19 被安装在定子 23 上。
在图 1 的示意性示图中， 最上游的叶片为转子叶片 7、 17， 其后面是定子叶片 9、 19。 位置也可以是颠倒的， 即最上游的叶片可以是定子叶片， 参见图 3。
现在参见图 2 和 3。 本发明的一个方面涉及将燃气涡轮发动机 37 改造成具有组合 的燃气和蒸汽涡轮设备 33 的涡轮发动机的方法。从而能够提高含有燃气涡轮 31 的涡轮发 动机的利用率。
现有的涡轮发动机 37 的燃气涡轮 35 可分为压气涡轮 31 和动力涡轮 41。压气涡 轮 31 由来自燃烧室 43 的燃烧气体驱动， 继而又驱动压缩机 45， 压缩机 45 向燃烧室 43 提供 空气。动力涡轮 41 被设在压气涡轮 31 的下游， 将燃烧气体的剩余能量转变成轴功率。此 时， 压气涡轮 31 可以借助第一涡轮轴 47 与压缩机 45 耦联。动力涡轮 41 能够借助第二涡 轮轴 49 与发电机或变速箱 ( 未示出 ) 耦联。这种涡轮发动机通常被称作双轴发动机。
本实例的压气涡轮 31 最初为两级燃气涡轮， 即， 压气涡轮 31 包括两套轴向分离的 燃气涡轮叶片， 参见图 3a。在图 3a、 3b 和 3c 中， 燃气涡轮级标为 G， 蒸汽涡轮级标为 S。
提高涡轮发动机 37 的功率的最直接的方法是通过利用包括燃气涡轮部 2 和同心
的蒸汽涡轮部 4 的涡轮设备 1 替代压气涡轮 31 和动力涡轮 41 来对其进行改造。在图 3b 中示出了这种改造的结果， 其中压气涡轮 32 包括两个燃气级 G 和两个蒸汽级 S。 然而， 增加 的压气涡轮 32 的功率将无需用于驱动压缩机 45， 因此最好不被使用。
图 3c 示出了本发明的用于提高涡轮发动机 37 的功率的方法。其中， 采用了包括 一个燃气涡轮级 G 和三个蒸汽涡轮级 S 的压气涡轮 33。三级蒸汽涡轮部 4 的引入使得燃气 级中的一个是多余的。一个燃气级 G 和三个蒸汽级 S 足以产生压缩机所需要的功率。因此 可以去除压气涡轮 31、 32 的燃气涡轮级中的一个。涡轮级的去除意味着去除一组多个转子 叶片和多个定子叶片。
如果以这种方式 ( 即从图 3a 的设计到图 3c 的设计 ) 对已有的涡轮发动机 37 进 行改造， 压气涡轮 33 出口处的气体温度和气体压力被提高。因此， 动力涡轮 41 入口处的气 体温度和气体压力被提高， 因此动力涡轮 41 能够产生更多功率。
在具有同心设置的燃气涡轮部 2 和蒸汽涡轮部 4 的涡轮设备 1 中， 期望将该设备 设计成燃气涡轮部 2 的气体压力沿涡轮纵轴 11 与蒸汽涡轮部 4 的蒸汽压力基本相同。如 果将燃气涡轮部 2 和蒸汽涡轮部 4 设置成具有轴向重合的入口和出口， 参见图 1， 各自的气 体和蒸汽压力必须相匹配。然而， 如参考图 3b 和 3c 描述过的那样， 燃气涡轮级和蒸汽涡轮 级的数量可以改变， 例如， 在需要的情况下， 蒸汽涡轮级的数量可高于燃气涡轮级。 典型地， 燃烧室 43 的燃烧气体压力、 因此燃气涡轮部 2 的入口压力约为 1.5MPa。 因此， 涡轮设备 1 应被设计成蒸汽涡轮部 4 入口处的蒸汽压力也约为 1.5MPa。 然而， 通过添 加更多的蒸汽涡轮级 ( 图 3c)， 蒸汽涡轮部 4 入口处的蒸汽压力可被提高至例如 5MPa。从 而大大提高了蒸汽涡轮的功率贡献。由于每个涡轮级均需要一个压降， 因此额外的蒸汽涡 轮级将在燃气涡轮部 2 入口所在的轴向位置上将蒸汽压力降至期望的 1.5MPa。
蒸汽压力受到流体通道 13 的设计的影响。单独的蒸汽发生器也可以被用来在预 定压力下生成足够的蒸汽。
图 3b 和 3c 的动力涡轮 41 可以是现有的燃气涡轮， 或者如此处示出的那样， 是包 括燃气涡轮部 2 和同心的蒸汽涡轮部 4 的涡轮设备 1。如果动力涡轮 41 是包括燃气涡轮部 2 和同心的蒸汽涡轮部 4 的涡轮设备 1， 则可以通过在蒸汽涡轮部 4 的末端增加蒸汽涡轮级 来加长蒸汽涡轮部 4。通过这种结构能够利用更多的蒸汽能量。
在去除燃气级时， 如图 3c 所示， 内部定子壁 34 可以被设置成构成不沿径向位于燃 气涡轮部内的蒸汽涡轮部的外壁。 内部定子壁 34 可以由沿径向从定子壁向内延伸的杆 ( 未 示出 ) 保持。类似的方案用于在涡轮设备之前和 / 或之后额外添加蒸汽级的情形。
图 4 示出了本发明的另一方面。假定具有同心的燃气涡轮部 2 和蒸汽涡轮部 4 的 涡轮设备 1( 图 1)。其中， 蒸汽从蒸汽涡轮部 4 被引至燃气涡轮部 2， 并且借助转子叶片 7、 17 内的通道 101、 103 返回蒸汽涡轮部 4。 通过这种方式， 叶片 7、 17 被冷却， 蒸汽涡轮部 4 的 蒸汽过度受热。该流在叶片前缘和后缘之间的压力差的作用下被推动通过通道 101、 103。
在蒸汽涡轮部 4 中， 蒸汽通过位于叶片 17 的前缘 ( 即上游边缘 ) 上的入口 105 进 入蒸汽涡轮转子叶片 17。蒸汽沿叶片 7、 17 的纵向方向径向向外地通过外侧通道 101 从蒸 汽涡轮部 4 传至燃气涡轮部 2。
然而也可以想到其它实施例 ( 例如参见图 7)， 在图 4 中， 蒸汽涡轮转子叶片 17 和 燃气涡轮转子叶片 7 各自的横截面是相等的。 外侧通道 101 从蒸汽涡轮转子叶片 17 延伸至
燃气涡轮转子叶片 7。在燃气涡轮转子叶片 7 内， 外侧通道 101 分成多个内侧通道 103。内 侧通道引导蒸汽径向向内地返回蒸汽涡轮转子叶片 17， 并且终止在出口 107 处。出口 107 位于蒸汽涡轮转子叶片 17 的后缘 ( 即， 下游边缘 )。在该示例中， 使用了一个外侧通道 101 和四个内侧通道 103， 但是也可以采用任何期望的提供高热传导性的流动几何形状。
为使从燃烧气体到燃气涡轮转子叶片 7 且因此到流动于外侧通道 101 和内侧通道 103 中的蒸汽的热传导性最大， 所述通道基本覆盖燃气涡轮转子叶片 7 的整个长度。
用于从燃气涡轮部 2 收集热量并将所述热量提供给蒸汽涡轮部 4 的结构 105、 101、 103、 107 意味着蒸汽在蒸汽涡轮部 4 的入口 15 处被注入。 蒸汽可以在单独的蒸汽发生器中 生成， 这将在下面进行讨论。
结构 105、 101、 103、 107 也可以与上述流体通道 13 结合使用。于是， 每个涡轮转子 叶片 7、 17 包括外侧通道 101、 内侧通道 103 和流体通道 13。或者， 涡轮转子叶片 7、 17 可以 包括外侧通道 101 和内侧通道 103， 如图 4 所示， 但是只有涡轮定子叶片 9、 19 包括流体通道 13， 如图 1 所示。
图 5 涉及本发明的又一方面。 这一方面解决了例如冷却定子叶片 9、 19 的问题。 在 具有同心设置的燃气涡轮部 2 和蒸汽涡轮部 4 的涡轮设备中 ( 参见图 1)， 根据图 5， 燃气涡 轮部 2 内的定子叶片 9 能够被流动于叶片 9 内部的蒸汽冷却。该蒸汽流过燃气涡轮部 2， 到 达蒸汽涡轮部 4。为此， 可将蒸汽通道 201 设在涡轮定子叶片 9、 19 内。蒸汽可以在单独的 蒸汽发生器中生成， 这将在下面讨论。可替代地， 蒸汽可以在涡轮叶片的流体通道 13 内生 成。
在图 5 中可以看到， 涡轮定子叶片 9、 19 包括蒸汽通道 201。所述通道 201 贯穿定 子叶片 9、 19， 且适于引导蒸汽从定子壁外侧通过燃气涡轮部 2， 到达蒸汽涡轮部 4。通过这 种方式， 蒸汽被加热， 叶片 9、 19 被冷却。在蒸汽涡轮部 4 中， 蒸汽可以通过位于蒸汽涡轮定 子叶片 19 的后缘上的开口 ( 未示出 ) 离开叶片 19。或者， 可以通过管道 ( 未示出 ) 将蒸汽 引向上游， 并且在定子叶片 9、 19 之前将其释放到蒸汽涡轮部 4 中。箭头 207 以说明性方式 示出了蒸汽流过定子叶片 19。
蒸汽通道 201 可以设在涡轮设备 1 的最上游的涡轮叶片内。沿涡轮轴线 11 的后 续定子叶片可以设有类似的蒸汽通道 201， 或者设有图 1 所示的流体通道 13。叶片内的蒸 汽流动几何形状被优化以便获得高热传导性。
在图 5 中用附图标记 205 指示涡轮毂。压缩空气可以从压缩机 45， 例如， 通过轴 47 的密封件 ( 未示出 ) 和后轴轴承 ( 未示出 ) 泄漏到涡轮设备 1 的毂 205。该空气可以借 助定子叶片 9、 19 内的空气通道 203 排出。尽管未示出， 但作为替换方式， 可以将这种空气 通道 203 设在转子叶片 7、 17 内。
空气通道 203 的作用是引导空气从毂 205 通过蒸汽涡轮部 4， 并且到达燃气涡轮部 2。从而使涡轮叶片 7、 17、 9、 19 的后缘得到冷却。有利的是， 空气通道可以终止于设在涡轮 叶片的后缘或尾端上的多个出口 209 或开槽 209。这种开槽 209 可以沿基本整个涡轮叶片 边缘设置， 从而沿整个边缘上实现有效的冷却。
图 6 示意性地示出了本发明的另一方面。该方面解决了设计一种所述涡轮设备具 有同心设置的燃气和蒸汽涡轮部 2、 4 的涡轮设备的问题， 同时避免转子叶片 7、 17 承受高的 机械负载。同心设置的涡轮部 2、 4 意味着转子叶片 7、 17 要比现有燃气涡轮的转子叶片长，因此作用在叶片 7、 17 的径向内侧段上的离心力增大。增加的负载在一定程度上由上述对 转子叶片 7、 17 的冷却补偿。较低的温度引起较高的强度。在图 6 中示出了用于降低转子 叶片 7、 17 上的机械负载的补充方案。
在燃气涡轮部 2 和蒸汽涡轮部 4 之间设有间隔壁 301。间隔壁或外密封环 301 起 到将燃气涡轮部 2 与蒸汽涡轮部 4 分开的作用， 并且可以由附连在叶片上的多个板 ( 在图 4 和 5 中示出 ) 构成。然而， 通过将间隔壁 301 制成整环和将燃气涡轮转子叶片 7 附连在所 述间隔壁 301 上， 由围绕转子的各个燃气涡轮转子叶片 7 引起的离心力的一部分被间隔壁 301 吸收。
图 6 还示出了定子壁 303、 内密封环 305 和涡轮叶片脚 307。燃气涡轮部 4 由间隔 壁 301 和内密封环 305 限定。相应的间隔壁和内密封环由定子叶片 9、 19 承载。
图 7 涉及本发明的另一方面。其中， 分别用于使涡轮设备 1 的气流和蒸汽流对燃 气涡轮叶片 7、 9 和蒸汽涡轮叶片 17、 19 进行优化。假设具有同心的燃气涡轮部 2 和蒸汽涡 轮部 4 的涡轮设备 1( 图 1)。
例如图 6 所示， 蒸汽涡轮部 4 的体积远小于燃气涡轮部 2 的体积。这由间隔壁 301 的径向位置来指示。通过蒸汽部 4 的蒸汽流实际上只构成通过燃气部 2 的气流的约 10％。 因此， 蒸汽涡轮叶片 17、 19 的径向长度小于燃气涡轮叶片 7、 9 的径向长度。 如果蒸汽涡轮转子叶片 17 将能够承载燃气涡轮转子叶片 7 的离心负载 ( 即， 如果 不使用承载间隔壁 301)， 则蒸汽涡轮叶片 17 的横截面必须与燃气涡轮叶片 7 的横截面基本 相同。
假设蒸汽涡轮转子叶片 17 和燃气涡轮转子叶片 7 采用相同的横截面， 蒸汽涡轮转 子叶片 17 将具有相当大的弦 401 与叶片长度的比值。 长度指的是转子叶片 17 的径向长度。 大的弦 401 与叶片长度的比值意味着高流阻， 因此不受欢迎。
因此， 希望采用不同的蒸汽涡轮转子叶片 17 和燃气涡轮转子叶片 7 的设计， 以便 用于使蒸汽涡轮部 4 和燃气涡轮部 2 中的流对相应叶片 17、 7 进行优化。具体地， 避免形成 大的弦 401 与叶片长度的比值。
在图 7 的左部示出了建议用于蒸汽涡轮转子叶片的横截面第一种设计。燃气涡轮 转子叶片 7 的横截面也被示出。每个蒸汽涡轮转子叶片被分成第一叶片部 17a 和第二叶 片部 17b。从而在转子叶片中形成流通通道 403。流通通道 403 降低了蒸汽涡轮转子叶片 17a、 17b 的流阻。此外还降低了弦与叶片长度的比值。
图 7 还在右手侧示出了用于蒸汽涡轮转子叶片的横截面的第二种可能设计。作为 比较， 同样示出了燃气涡轮转子叶片 7 的横截面。其中， 一个较大的涡轮叶片用多个较小的 蒸汽涡轮叶片 17c、 17d、 17e 来代替。因此， 弦被减短， 同时蒸汽涡轮转子叶片的径向长度不 发生变化， 这意味着弦与叶片长度的比值降低了。
根据本发明， 每个相应的燃气涡轮叶片使用 2-5 个较小的蒸汽涡轮叶片， 这提供 了合适的弦与叶片长度的比值。三个较小的蒸汽涡轮叶片 17c、 17d、 17e 形成特别合适的弦 与叶片长度的比值。
蒸汽涡轮转子叶片的优化可以结合间隔壁 301( 已参见图 6 对其进行了描述 ) 的 使用来实现。通过这种方式， 蒸汽涡轮叶片 17a、 17b、 17c、 17d、 17e 不必承受由燃气涡轮叶 片 7 产生的所有离心力。然而， 所述优化也可以在没有间隔壁 301 的情况下实现， 蒸汽涡轮
叶片 17a、 17b、 17c、 17d、 17e 则必须被设计成它们能够承受由燃气涡轮叶片 7 产生的所有离 心力。
图 8 的方框图示出了用于调节包括具有燃气部 2 和蒸汽部 4 的涡轮设备 1 的发电 厂涡轮发动机的方法。 该方框图与图 2 的图示一致， 但图 8 还公开了蒸汽发生器 51、 冷凝器 53、 发电机 55 和阀门 V1-V5。压气涡轮 31 和动力涡轮 41 均为图 1 所示那种涡轮设备。
蒸汽发生器 51 连接动力涡轮 41 的燃气涡轮部 2 的出口。另外， 蒸汽发生器 51 经 由阀门 V1 连接压气涡轮 31 的蒸汽部入口。蒸汽发生器 51 还经由阀门 V2 连接动力涡轮 41 的蒸汽部入口。因此， 蒸汽发生器 51 利用来自燃烧气体的热量来产生蒸汽， 其被供应给压 气涡轮 31 和动力涡轮 41。图 8 中位于蒸汽发生器 51 上方的箭头指示燃烧气体出口。蒸汽 发生器 51 还可以由单独的燃烧器或通过电气装置提供功率。
阀门 V1、 V2 为控制阀， 其确保最大数量的蒸汽被供应给压气涡轮 31 和动力涡轮 41 的蒸汽涡轮部 4， 而基本没有蒸汽从各个涡轮 31、 41 的蒸汽部 4 泄漏至燃气部 2。阀门 V1、 V2 分别由压气涡轮 31 和动力涡轮 41 前方的燃烧气体压力控制。在蒸汽发生器 51 的蒸汽 出口处设有排泄阀 V4。
冷凝器 53 连接蒸汽发生器 51， 并且能够向蒸汽发生器 51 提供冷凝液， 诸如水。 所 述蒸汽通过与动力涡轮 41 的蒸汽涡轮部 4 的连接被引至冷凝器 53。如在图 8 中能够看到， 动力涡轮 41 和冷凝器 53 之间的所述连接包括排泄阀 V5。 冷凝期间产生的热量可以被用于 加热的目的。 图 8 中位于冷凝器左边的箭头示出了与例如区域加热系统的连接。
发电机 55 经由第二涡轮轴 49 与动力涡轮 41 连接。
压缩机 45 的出口连接压气涡轮 31 的蒸汽入口。在图 8 中能够看到， 阀门 V3 被设 置成调节从压缩机 45 到压气涡轮 31 的气流。压缩机 45 还可以连接动力涡轮 41 的蒸汽入 口。
本涡轮发动机的调节在原理上与现有的组合式燃气和蒸汽涡轮发动机的调节一 致。然而， 由于 ( 分别位于压气涡轮 31 和动力涡轮 41 内的 ) 燃气涡轮部 2 和蒸汽涡轮部 4 被设在同一壳体内且共用相同的转子， 因此， 即使在燃气涡轮部 2 不产生蒸汽的情况下， 蒸 汽涡轮部 4 也将工作。这是处于瞬态条件下的情形， 诸如启动或紧急关闭。在这种条件下， 缺乏蒸汽则意味着压气涡轮 31 和动力涡轮 41 未得到充分冷却。
为了在启动阶段获得充分冷却， 蒸汽发生器 51 与压气涡轮 31 和动力涡轮 41 之间 的阀门 V1、 V2 被关闭。其余的阀门 V3、 V4、 V5 打开， 使得来自压缩机 45 的空气被引导通过 压气涡轮 31 和动力涡轮 41， 并且为它们提供冷却。空气被引导通过设在涡轮 31、 41 的涡 轮叶片内的流体通道 13( 参见图 1)。用启动马来帮助使涡轮 31、 41 空转 (idle)， 这通常花 费约 2-3 分钟。接着， 通过蒸汽发生器 51 并且借助压气涡轮 31 和动力涡轮 41 内的流体通 道 13 产生蒸汽。现在， 蒸汽发生器 51 与压气涡轮 31 和动力涡轮 41 之间的阀门 V1、 V2 可 以被打开， 其余的阀门 V3、 V4、 V5 可以被关闭。
在紧急关闭 ( 例如因轴 49 上的负载突然丢失引起 ) 时， 必须防止涡轮 31、 41 过 速。此时， 立即切断燃料供应。向压气涡轮 31 和动力涡轮 41 的蒸汽涡轮部 4 供应的蒸汽 通过关闭蒸汽发生器 51 和涡轮 31、 41 之间的阀门 V1、 V2 而中断。蒸汽发生器 51 的蒸汽出 口处的排泄阀 V4 被打开以使蒸汽发生器 51 通风。其余的阀门 V3 和 V5 逐渐被打开， 以便
引导空气从压缩机通过涡轮 31、 41 的蒸汽涡轮部 4 来进行冷却。空气被引导通过设在涡轮 31、 41 的涡轮叶片内的流体通道 13( 参见图 1)。通过这种逐渐打开， 空气流足以用于进行 冷却， 但是又不会强到足以给涡轮 31、 41 提供不希望的驱动力。