一种燃气轮机低工况的放气再利用系统的制作方法

本发明涉及机械领域，具体涉及燃气轮机。

背景技术：

在低工况时需对燃气轮机压气机部件进行放气运行，来避免燃气轮机喘振，这时放气量达到压气机进口空气流量的10％～25％。但是，由于和外界大气压力差值较大，压气机级间放气时，直接排放到机外的高压高速空气会对放气口附近叶片产生附加激振力作用，同时产生高频气动噪声，另外将10％～25％的压缩空气直接放到外界，也是能源的浪费。

技术实现要素：

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是克服现有燃气轮机存在的不足，提供一种燃气轮机低工况的放气再利用系统，该系统可以提高低工况燃气轮机效率、降低气动噪声。

为解决上述问题，本发明提供一种燃气轮机低工况的放气再利用系统，该系统包括：压气机引出管道、放气阀、单向阀、涡轮引入管道，其中压气机引出管道的一端连接着压气机的放气口，压气机引出管道的另一端连接着放气阀一端，放气阀的另一端连接着单向阀的进口端，单向阀的出口端与涡轮引入管道的一端连接，涡轮引入管道的另一端连接着动力涡轮。

上述燃气轮机低工况的放气再利用系统工作原理是，放气阀接到监控系统的防喘指令时开启，压气机的空气依次流过压气机引出管道、放气阀、单向阀之后，通过涡轮引入管道进入动力涡轮。空气和燃气混合，推动动力涡轮做功，也就得再利用。

燃气轮机低工况的放气再利用系统要求，压气机引气压力在扣除管道压力损失、放气阀压力损失、单向阀压力损失后要大于动力涡轮引入处该级的燃气工作压力，同时又要小于上一级的燃气工作压力。

为使压气机放出的压缩空气能够顺利进入涡轮膨胀做功，在整个放气工况范围内，涡轮引入端的位置设置，使得压气机引气压力在扣除压力损失后仍要大于动力涡轮引入处该级的燃气工作压力；同时，防止引入到涡轮的压缩空气在动力涡轮中产生逆流，增加损失，所以又要求进入动力涡轮的压缩空气压力必须小于上一级动力涡轮中的燃气工作压力，即：

式中：分别为动力涡轮引入处该级和上一级燃气工作压力，单位：mpa；pair为压气机引气压力，单位：mpa；pg,loss、pf,loss、pd,loss分别为管道压力损失、放气阀压力损失、单向阀压力损失，单位：mpa。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下优点：相比于现有的燃气轮机放气系统，燃气轮机低工况的放气再利用系统通过在放气阀和动力涡轮前设置的管道，将放气引入动力涡轮，进行做功(即再利用)，防止在放气防喘过程中，大量高能空气排入大气，造成浪费，提高低工况燃气轮机效率，降低气动噪声。

附图说明

图1是传统的燃气轮机放气系统的结构示意图。

图2是本发明一种燃气轮机放气再利用系统的结构示意图。

图3是放气量为8％时，传统的和本发明的燃气轮机放气工况输出功率增量的动态图。

图4是放气量为8％时，传统的和本发明的燃气轮机放气工况效率的动态图。

图5是传统的和本发明的燃气轮机效率增量随放气量变化图。

图6是传统的和本发明的燃气轮机功率增量随放气量变化图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

传统的燃气轮机放气系统的结构示意图如图1所示。该传统的燃气轮机放气系统仅包括：压气机引出管道11、放气阀12，压气机引出管道11一端连接着压气机2，压气机引出管道11的另一端连接着放气阀12。图1中的箭头表示空气气流的走向，空气经压气机2通流部分压缩后进入燃烧室4，与燃料混合燃烧，形成高温高压的燃气，依次进入增压涡轮5和动力涡轮3膨胀做功，其中增压涡轮5带动压气机2持续压缩空气，动力涡轮3输出轴功。为了防止压气机2在低工况下喘振，在压气机2中间级设置放气阀12，在低工况时放气阀12打开，将一部分空气排放到大气中，提高压气机2的喘振裕度。

图2是本发明一种燃气轮机放气再利用系统的结构示意图。该系统包括：压气机引出管道11、放气阀12、单向阀13、涡轮引入管道14，其中压气机引出管道11的一端连接着压气机2的放气口，压气机引出管道11的另一端连接着放气阀12一端，放气阀12的另一端连接着单向阀13的进口端，单向阀13的出口端与涡轮引入管道14的一端连接，涡轮引入管道14的另一端连接着动力涡轮3。图2中的箭头表示空气气流的走向。

本发明燃气轮机低工况的放气再利用系统工作原理是，放气阀12接到监控系统的防喘指令时开启，压气机2的空气依次流过压气机引出管道11、放气阀12、单向阀13，到达涡轮引入管道14，空气和燃气混合，推动动力涡轮3做功，也就是再利用。

为使压气机2放出的压缩空气能够顺利进入动力涡轮3膨胀做功，压气机2引气压力在扣除压力损失后仍要大于动力涡轮3引入处该级的燃气工作压力；同时，防止引入到动力涡轮3的压缩空气在动力涡轮3中产生逆流，增加损失，所以又要求进入动力涡轮3的压缩空气压力必须小于上一级动力涡轮3中的燃气工作压力，即：

式中：分别为动力涡轮3引入处该级和上一级燃气工作压力，单位：mpa；pair为压气机2引气压力，单位：mpa；pg,loss、pf,loss、pd,loss分别为管道压力损失、放气阀12压力损失、单向阀13压力损失，单位：mpa。

为了证明本发明能够提高低工况燃气轮机效率并且降低气动噪声，为此结合具体的实施例给出一些结果加以说明。

图3是当放气量为8％时，分别使用传统和本发明的燃气轮机放气工况输出功率增量的动态图。其中图3中的纵坐标燃气轮机输出功率增加量δne＝n-n′，其中n′表示放气未利用的燃气轮机输出功率，即传统的燃气轮机输出功率；n表示放气再利用的燃气轮机输出功率，即本发明的燃气轮机输出功率。从图3中可知，t＝0s时刻，燃气轮机放气阀打开，开始放气，时间段0s-50s为开始放气稳定工况，50s-99s为放气范围内降工况过程，t＝99s时刻，放气阀关闭，终止放气。图4是当放气量为8％时，分别使用传统和本发明的燃气轮机放气工况效率的动态图。在图4中的放气未利用是指采用传统燃气轮机的放气系统，放气再利用是指采用本发明的燃气轮机放气再利用系统。分析图3和图4可知，本发明的燃气轮机低工况放气再利用系统，最低提高了燃机效率0.53％，输出功率增加了39kw；最高提高了燃机效率1.2％，输出功率增加了305.3kw。

图5是本发明的燃气轮机效率增量随放气量变化图，燃气轮机效率增量δη＝η-η′，其中η′为放气未利用的燃气轮机效率，即传统的燃气轮机效率，η为放气再利用的燃气轮机效率，即本发明的燃气轮机效率。其中图6是传统的燃气轮机放气系统的燃气轮机效率增量随放气量变化图。从图5和图6可知，采用低工况放气再利用系统，燃机功率和效率增量随放气量变化基本呈现线性增加，在放气量为24％时，低工况放气再利用系统提高了燃机效率3.33％，功率增加了835.8kw。

鉴于压缩空气经过一般放气系统后，直接排入大气，压缩的气流与大气环境的压差非常大，进而将急速膨胀，形成高速气流，并产生高频气动噪声。而本发明将压缩空气引入到涡轮，避免了直接排放到环境中，因此消除了排气过程产生在外界环境中的气动噪声。