一種多項能量輸出燃氣輪機動力站的製作方法
2023-06-12 01:49:16
專利名稱：一種多項能量輸出燃氣輪機動力站的製作方法
一種多項能量輸出燃氣輪機動力站，它屬於機械動力設備，可用做石油及天然氣開發、輸送以及處理的動力裝置，特別適合於遠離電網的邊遠油氣田開發區使用。
在天然氣及石油的開發、輸送以及處理過程中，都需要大量的多種形式的動力能源。如在石油、天然氣的開採和傳輸中需要對石油、天然氣進行加壓的機械動力;需要對石油進行加熱以防止結蠟和增加流動性的熱源;提供各種風動機械或製冷使用的壓縮空氣源。而現在採用的方法多是二次能量轉換的形式，即使用電力來驅動各種電動機械。如驅動電動輸送泵來給石油及天然氣增壓，使用電動空氣壓縮機來提供壓縮空氣或者使用其它電動製冷壓縮機，而使用普通鍋爐來提供熱源。由於石油天然氣開發、處理所需能量很大，而多數的油氣田開發地、輸送站等都遠離大電網覆蓋地區，這使得這些地區的電力相當緊張，一般只能使用各自備電站自己提供電力。為適應油氣田開發的流動性，減少投資，多使用輕便、易安裝的燃氣輪機電站做動力源，輸出電力為所有設備提供能量。由於在石油及天然氣處理中需要多種形式的能量，這就要經過多種形式的能量轉換。如用於石油、天然氣輸送中進行增壓的機械能就必然經過機械能-電能-機械能的兩項轉換。而風動或制所需的壓縮空氣源則需要經過外涵氣流內能-渦輪機械能-電能-壓縮機機械能-空氣內能這樣四項變換，能量利用率大大降低。
現在的燃氣輪機電站所用的燃氣輪機，多的是由航空發動機改型而來的。由於航空噴氣發動機是以噴氣推力為動力輸出，而地面用燃氣輪機電站則要求高的軸輸出功率，以帶動發電機。這就使得這兩者的運行狀態和參數都很不相同，因此不能直接利用現有的先進航空噴氣發動機，而必須對其進行重大的改型設計才能得到。進行改型設計一方面是生產研製周期長，一般的改型周期需5至10年，等到改型完成後，作為改型基礎的原發動機已失去技術先進性;另一方面，改型的投資也很大，使得改型產品成本增高，同時也不能利用現在已有的，還有剩餘使用壽命的退役航空發動機。
本發明的目的是發明一種可同時提供壓縮空氣，機械扭矩和低壓飽和蒸氣的多種能量輸出的燃氣輪機動力站。它可以使用現有退役航空渦扇發動機進行改造，而不用改變原發動機的運行狀態和參數。
本發明的剖視結構示意如附
圖1所示。它有由風扇及低壓壓氣機(1)、高壓壓氣機(2)、燃燒室(3)、高壓渦輪(4)、低壓渦輪(5)、高壓渦輪軸(7)、低壓渦輪軸(6)和機匣(8)組成的核心發動機(9)，由動力渦輪(10)、動力渦輪輸出軸(11)和動力渦輪機匣(12)組成的動力渦輪組(13)以及餘熱鍋爐(14)，其特徵在於在核心發動機(9)的風扇外涵道出口與排氣口之間有封閉外涵氣流進入排氣口並把外涵氣流引出發動機外的渦殼(15)，渦殼可以是一個密封外涵道與排氣口之間開口的環形密封堵和在外涵道尾部開的一個帶有連接法蘭的開口。
本發明的動力產生部分與現在的航空渦扇發動機一樣，由風扇及低壓壓氣機(1)壓縮空氣後，氣流分為外涵和內涵兩部分，分別進入外涵道和高壓壓氣機(2)，經高壓壓氣機壓縮後的空氣在燃燒室(3)中燃燒產生高溫高壓燃氣。高溫高壓燃氣分別在高壓渦輪(4)和低壓渦輪(5)處膨脹做功，通過低壓渦輪軸(6)和高壓渦輪軸(7)分別帶動風扇及低壓壓氣機(1)和高壓壓氣機(2)轉動，以維持正常運轉。通過低壓渦輪(5)後的燃氣還含有大量的內能，用於通過動力渦輪(10)膨脹做功，能量由動力渦輪(10)吸收，轉變為機械能後由動力渦輪輸出軸(11)作為一種能量形式輸出。通過動力渦輪(10)後的燃氣，還含有一定的餘熱，通過餘熱鍋爐(14)回收餘熱，用以提供石油天然氣處理所需的低壓蒸汽。由涵道引出的壓縮空氣，可用於油田等使用壓縮空氣驅動的機械(如風泵、各種氣動閥等)，也可以使用壓縮空氣製冷，用於輕烴回收以及天然氣的液化。輸出的壓縮空氣經絕熱膨脹後，可以得到大約70℃的溫差。
本發明中，發動機部分直接採用現有先進航空渦扇發動機的設計，甚至直接利用現成的航空渦扇發動機(包括退役的或存儲備件)實體，只需在外涵道尾端與排氣口之間加一個渦殼(15)，使外涵氣流不是進入排氣口與燃氣混合，而是被引出發動機外做為一種動力輸出。在排氣口接有一個已標準化了的動力渦輪組(13)和餘熱鍋爐(14)，使輸出燃氣內能轉換成機械能和熱能輸出。這樣做到了在一臺原動機上的多種能量輸出，滿足石油天然氣開發、輸送以及處理中所需要的各種動力形式。由於是採用了現有的航空渦扇發動機做核心發動機，可以利用原渦扇發動機的設計參數，不用對發動的運行狀態和參數進行任何改動。附圖2給出了一種原航空渦扇發動機各部位流程參數圖。附圖3給出了由該發動機改裝的多種能量輸出燃氣輪機動力站核心發動機各部位流程參數圖。從兩圖中可看出，核心發動機仍是運行在原發動機的最佳工作狀態，因而可得到最高的運行效率，也免除了改型設計製造的周期。這不僅可以節約費用，而且也可利用最新技術，得到最佳動力機組。
本發明中的動力渦輪組(13)和餘熱鍋爐(14)是一種標準化設計構件。市場上已有專門的配套商品提供，供各種燃氣輪機改裝用。在本發明中只需選用即可，一般可不用自行設計製造。而對於使用航空渦扇發動機做核心發動機(9)的改裝是很簡單的，只須去除原發動機外涵與排氣口處的連接圈，換為一個堵住外涵氣流進入排氣口並把外涵氣流引出發動機的渦殼(15)即可。原發動機的運動控制機構。運行控制軟體，包括運行控制參數都不用變動。
本發明改裝用的核心發動機可以是採用英國羅·羅(ROLLS-ROYCE)公司的斯貝512(SOEY512)型渦扇發動機。改裝後，有壓力為0.26MPa，流量為39kg/sec的壓縮空氣能量輸出。同時，動力渦輪輸出5500KW的軸功率，而餘熱鍋爐還可提供每小時27噸的壓力為0.8MPa的低壓飽和水蒸汽。
權利要求
1.一種多項能量輸出燃氣輪機動力站，它有由風扇及低壓壓氣機(1)、高壓壓氣機(2)、燃燒室(3)、高壓渦輪(4)、低壓渦輪(5)、高壓渦輪軸(7)、低壓渦輪軸(6)和機匣(8)組成的核心發動機(9)，由動力渦輪(10)、動力渦輪輸出軸(11)和動力渦輪機匣(12)組成的動力渦輪組(13)以及餘熱鍋爐(14)，其特徵在於在核心發動機(9)的風扇外涵道出口與排氣口之間有封閉外涵氣流進入排氣口並把外涵氣流引出發動機外的渦殼(15)，渦殼可以是一個密封外涵道與排氣口之間開口的環形密封堵和在外涵道尾部開的一個帶有連接法蘭的開口。
全文摘要
一種多項能量輸出燃氣輪機動力站，它用於做石油及天然氣的開發、輸送以及處理的動力裝置。它有核心發動機(9)，動力渦輪組(13)和餘熱鍋爐(14)。其特徵在於核心發動機後部有封閉外涵氣流進入排氣口並把它引出發動機外的渦殼(15)。該動力站除提供普通形式的機械能和低壓飽和蒸汽的熱能外，還提供壓縮空氣源，用於驅動風動機械或用於製冷，達到多項能量輸出的目的。
文檔編號F02C6/00GK1062400SQ9010990
公開日1992年7月1日 申請日期1990年12月14日 優先權日1990年12月14日
發明者史航, 蔡睿賢, 鍾杭 申請人:北京市西城區新開通用試驗廠