专利名称：燃气－蒸汽联合循环电站燃气轮机的双水内冷系统的制作方法
火力电站是消耗化石燃料的大户。在当今环保与节能的时代潮流迫切要求下，燃气—蒸汽联合循环电站热力系统无疑是一项有广阔发展空间的创新。
联合循环系统有别于传统的蒸汽发电系统，在于它先将燃料燃烧时爆发性瞬间气体热膨胀所孕育的冲动性能量加以充分利用，在燃烧室出口布置了喷嘴，使高温燃烧产物(烟气)以高速冲向燃气轮机叶片阵列，使之产生旋转机械能，带动发电机，产生第一波电能。烟气经过这一阶段的能量释放后，才被导入锅炉以吸收其焓，产生蒸汽以推动汽轮发电机组产生第二波电能(见
图1B)。由于联合循环综合利用了第一和第二两波的能量，因此比之于传统的以锅炉一汽轮发电机为主体的火力电站(见图1A)，将燃料爆发性引燃所产生的能量弃之不顾，任其自由扩散流失，而只是单纯地用锅炉吸收燃烧产物的焓这一项能量而言，联合循环热力系统具有显着的较高热效率，是不容置疑的。
但我国在设计、建设联合循环电站时沿用了某些国外技术的一贯方法，即为了防止燃气轮机主要部件(例如喷嘴、叶片等)免于受到燃料燃烧后烟气高温(超出了这些关键部件工程材料所能承受的程度)而损坏，故而采用了大量的冷空气将烟气温度预先降低到600～650℃左右，然后才导入燃气轮机(见图1B)。经过这一姑息性措施后，烟气进入锅炉时其温度只有600℃左右，而同时烟气流量却猛增了200～400％。烟气低温和超大流量对锅炉而言不啻是一项无可逾越的障碍，使联合循环这项创新对大型高效电站而言是不可接受的。
本专利提出燃气轮机的双水内冷，其目的就是不用大量冷空气以降低烟温，而是采用水冷却的方法，以保护燃气轮机主要部件免受高温的损害，因而可以保持烟气的理论高温和烟气理论最低流量进入锅炉，使锅炉的设计更加合乎理想。同时也保持了联合循环的全部优点。其结果是降低了电站的燃料消耗量，简化了电站的设施配置，因而也就降低了电站的总造价和日常的生产成本。(见图1C)本专利提出的双水内冷新技术，其含义是燃气轮机的定子(即不转动部份)和转子(即转动的部份)双双实行水内冷。
定子的水内冷有两种主要方式。其一，如图2所示，件21为需要冷却的燃气轮机部件，件24为水夹套，件22为进水管，件23为出水管。件21为周围的流动水所冷却，受到有效的保护。其二，如图3所示，件21为需要冷却的燃气轮机部件，件22为冷却水进水管，件26为进水集箱，件25为冷却水管，件27为出水集箱，件23为出水管。图中，件25冷却水管为环形管件，以密集节距排列在件21的外侧。冷却水由进水管(件22)起，经过件26、件25、件27与件23，形成一个完整的冷却水流通渠道，完成其冷却任务。
无论是图2抑或图3所示结构，在某些场合(例如燃烧室)还可结合使用耐火材料。定子的水内冷可以按需要冷却部件的具体情况，采用各种不同的方式。
转子的水内冷系统见图4所示。件1为燃气轮机心轴，其一端带动叶轮主体(件2)，另一端则带动发电机。件3为叶片阵列，是高温烟气的冲刷对象，牢固地附着在叶轮本体(件2)的外圈基座(件4)上。冷却水的流程由进水管(件5)开始，经过进水压盖(件6)和心轴(件1)的导水孔进入叶轮本体(件2)的内腔，再经过内腔中的导水管(件7)、分水集箱(件8)和分水管(件9)，穿过叶轮本体的外圈基座(件4)上的小孔，将冷却水送入每个叶片(件3)的内腔，直达其顶部近处的位置。冷却水在叶片内腔中，由于叶轮高速旋转的离心作用，倾向于粘附在叶片内腔的顶部。但在冷却水的压力推挤下，才被迫流向叶片内腔底部，经过叶片基座(件4)上的小孔，流入叶轮本体(件2)的内腔。基于同样原理，冷却水在叶轮本体内腔中也是被迫流向叶轮本体(件2)的底部，经过其右端板(件10)上的小孔，流入冷却水出口压盖(件11)，经出水管(件12)排出。至此，完成了冷却水的流动行程。
图5为叶片两种设计方式的示意图。详图A为空心叶片，运行时内腔中充满了流动的冷却水。详图B为实心叶片，经钻孔后形成多个冷却水的流通渠道，以达到叶片的冷却目的。
本专利实施时，不同于目前国产的和引进国外技术的联合循环电站。在电站热力系统上都必要作自主知识产权的更新，使其达到理想的紧凑和简化。目前沿用的联合循环系统只有经过双水内冷的改型，才有可能为大型和超大型电站单元机组所接受。
权利要求
本专利申请要求保护以下权利
1.本专利申请提出了燃气轮机的双水内冷系统新概念，其“双水内冷”是本专利申请的核心。该技术从未见之于国内、国外燃气轮机设备设计或理论刊物及媒体的报导，是一项全新的技术，有必要申请国家专利的保护。
2.本专利申请提出了燃气轮机定子的水内冷两种设计方案，可以单独地和综合性地应用于燃气轮机定子的设计中。该设计方案从未见之于国内、国外燃气轮机的设计，是一项全新的技术，有必要申请国家专利的保护
3.本专利申请提出了燃气轮机转子的水内冷设计方案，其整体设计方案和诸多设计细节，从未见之于国内、国外燃气轮机设备设计或理论刊物及媒体的介绍，是一项全新的技术，有必要申请国家专利的保护。
全文摘要
燃气—蒸汽联合循环电站是近年来电站设计的重大创新。但目前我国引进的技术乃是世界各国通用的低温燃气的方式，以避免燃气轮机的过早烧毁，这种先进的技术因此不能在电站热能利用率方面有显著的贡献。本申请“燃气—蒸汽联合循环电站燃气轮机的双水内冷系统”提出燃气轮机转子和定子双双进行水冷却的方式，使燃气轮机有可能在高温燃气的条件下进行可靠的运作，使电站热工系统更趋合理，电站的热能利用效率才可能有大幅提升。可以认为，只有燃气机进行了双水内冷的改造，才有可能充分显示燃气—蒸汽联合循环的优越性。图1示电站热工系统三种热工系统的对比。图2～图5示燃气轮机双水内冷设计中各主要部件的结构示意。
文档编号F01D5/18GK101037950SQ20061007962
公开日2007年9月19日 申请日期2006年4月28日 优先权日2006年4月28日
发明者戴克发 申请人:戴克发