專利名稱：聯合發(fā)電設備及其冷卻方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種設計為單軸設備的聯合發(fā)電設備，其基本上由燃氣輪機、蒸汽輪機和連接在它們之間的發(fā)電機組成，其中，在該發(fā)電機和蒸汽輪機之間設有離合器，另外，設有至少一個用于驅動該單軸聯合發(fā)電設備的驅動裝置。此外，本發(fā)明涉及一種用于冷卻加熱到運行溫度并設計為單軸設備的聯合發(fā)電設備的方法。
在1992年于香港召開的第9屆電力工業(yè)大會的報告“單軸聯合循環(huán)發(fā)電系統”中，記載并公開了設計為單軸設備的聯合發(fā)電設備。在此，發(fā)電機通過燃氣輪機和蒸汽輪機來驅動。設置在所述蒸汽輪機和燃氣輪機之間的離合器被設計成同步和自動接通的離合器。所述燃氣輪機因此可單獨運行。必須經過使燃氣輪機和蒸汽輪機的主要旋轉部件冷卻的時間之后才能在關停所述聯合發(fā)電設備后開始對其進行檢查或維修。在冷卻時間內必須借助盤車裝置使燃氣輪機轉子和蒸汽輪機轉子轉動起來，以避免它們因熱應力發(fā)生變形。通常，燃氣輪機在一天之后可冷卻到開始進行檢查的溫度，而蒸汽輪機則需要近一周的冷卻時間。
在德國的專利文獻DE 44 26 354 C2中記載了一種設計為單軸設備的聯合發(fā)電設備。設置在燃氣輪機和蒸汽輪機之間的離合器設計成在靜止狀態(tài)被斷開，只是在高于一定的極限轉速時才自動接通。這種在DE 44 26 354 C2中記載的聯合發(fā)電設備被設計成具有兩個用作驅動裝置的盤車裝置。其中的一個盤車裝置被設置成用于轉動蒸汽輪機轉子，另一個盤車裝置則被設置成用于轉動燃氣輪機轉子。
當蒸汽輪機轉速低于燃氣輪機轉速時，可以通過采用所述兩個盤車裝置使蒸汽輪機轉子和燃氣輪機轉子在冷卻過程中相互獨立地轉動。
僅僅具有一個共同的驅動裝置的聯合發(fā)電設備同樣已公知。在這種設計類型中，通過蒸汽輪機的驅動裝置使燃氣輪機軸系一同轉動。此時，燃氣輪機和蒸汽輪機的盤動轉速相同。在燃氣輪機軸和蒸汽輪機軸之間的離合器因此接合。
這樣一種離合器的軸向間隙只有少許的幾毫米。在冷卻過程期間需要所謂的盤動運行(Turnbetrieb)，使蒸汽輪機轉子轉動起來，以阻止它因熱應力引起的翹曲。當蒸汽輪機處于盤動運行期間時，為安全起見，禁止在燃氣輪機的轉子上或在該轉子附近的部件上進行檢查工作。但是當發(fā)生故障時，所述離合器則可能被不期望地操作。由于在盤動運行期間蒸汽輪機轉子有大的質量慣性和較高的轉速，也就是說存儲有很大的旋轉動能，因此，如果離合器在故障情況下被不期望地操作，則存在很大的潛在危險。
本發(fā)明的目的在于，給上述類型的聯合發(fā)電設備提供一種修正方案和一種方法，以便在關停所述聯合發(fā)電設備后，能更早地進入包括燃氣透平、發(fā)電機、滑環(huán)軸和激勵裝置的燃氣輪機軸系中。
所述有關修正方案的目的可通過權利要求1所述的設計為單軸設備的聯合發(fā)電設備實現。
所述有關方法的目的可通過權利要求6所述的用于冷卻加熱到運行溫度并設計為單軸設備的聯合發(fā)電設備的方法來實現。
本發(fā)明的優(yōu)點主要在于，可將蒸汽輪機轉子的轉速調節(jié)到這樣的低數值上，即，使得所述離合器在故障情況下的接通不會對所述由燃氣輪機、發(fā)電機和蒸汽輪機組成的軸系產生影響。
由此幾乎可消除工作人員在對燃氣輪機進行檢修時的危險。
另一優(yōu)點在于，不再需要采用迄今作為有效防護措施的閉鎖裝置。
又一優(yōu)點在于，沒有必要對現有的聯合發(fā)電設備的離合器進行重新設計。
本發(fā)明主要基于如下考慮即，對所述調節(jié)單元這樣設計，使得盤動運行在極低的轉速值時進行。在這種情況下，蒸汽輪機軸以每小時很少的轉動圈數轉動。這樣選擇低轉速，即，使得即便在離合器被不期望地接通而將蒸汽輪機的轉矩傳遞到所述軸系中的其余部分上時，所產生的加速力不足以使得在燃氣輪機上形成潛在危險。由此幾乎阻止了燃氣輪機的起動。
優(yōu)選將所述調節(jié)單元設計為具有用于輸入額定轉速的額定值輸入口。
由此可以從外面預先給定額定值。視蒸汽輪機和燃氣輪機的具體實施形式可選擇不同的轉速。
可適當地將所述驅動裝置設計為電動機或燃油驅動的發(fā)動機。由此，可以按照具體要求和現有的配備情況現場采用一種符合目的的驅動裝置。
按照本發(fā)明的聯合發(fā)電設備的另一有利設計，可將所述調節(jié)單元設計成在盤動運行期間沿兩個旋轉方向調節(jié)所述蒸汽輪機的轉速。
通過這些措施整體上可進一步縮短所述冷卻過程。
下面借助附圖所示實施例對本發(fā)明予以詳細說明，在所有附圖中相同或近似功能的部件都用同樣的附圖標記表示。附圖中

圖1是聯合發(fā)電設備的示意圖；圖2示出了調節(jié)單元的一實施形式；圖3是聯合發(fā)電設備的另一實施形式的示意圖。
如圖1所示，所述單軸設備的整個軸系1用附圖標記1來表示。設計為單軸設備的聯合發(fā)電設備2具有燃氣輪機3、發(fā)電機4、離合器5和蒸汽輪機6。所述軸系1通過未詳細示出的軸承7支承。將驅動裝置8與所述軸系1連接成使得轉矩從所述驅動裝置8傳遞到整個軸系1上。
所述驅動裝置8可被設計成盤車馬達。
所述驅動裝置8可被設計成燃油驅動的或電力驅動的馬達。
在按規(guī)定運行時，所述離合器5自動接通。由此，蒸汽輪機轉子的轉矩通過所述離合器5傳遞到所述發(fā)電機4和所述燃氣輪機3上。
為了避免蒸汽輪機6和燃氣輪機3因熱應力發(fā)生翹曲，在冷卻期間，必須借助驅動裝置8使蒸汽輪機轉子和燃氣輪機轉子轉動。在冷卻過程開始時，可保持離合器5接通，也就是說通過所述離合器5傳遞轉矩。此時，軸系1的轉速可在每分鐘3至200轉之間。該轉速也可在每分鐘3至50轉之間。如果對于燃氣輪機3達到了為檢查目的或維修目的所進行工作的條件，就斷開所述離合器5，也就是說不再通過離合器5傳遞轉矩。所述驅動裝置8從這時開始僅僅驅動蒸汽輪機轉子。
所述驅動裝置8的轉速通過調節(jié)單元9來調節(jié)。由此可使蒸汽輪機轉子在這樣低的速度下轉動，即，使得離合器5即便被不期望地接通也不會導致燃氣輪機轉子轉動。此時，蒸汽輪機轉子的轉速可在每小時1至240轉之間。
蒸汽輪機轉子的轉速也可在每小時1至50轉之間。
這個轉速比按規(guī)定運行時的轉速低。所述離合器可設計成公知的齒形離合器。該離合器5的任務是將蒸汽輪機軸系19和燃氣輪機軸系20相互耦連在一起或在需要時脫耦斷開。
為了阻止蒸汽輪機轉子或燃氣輪機轉子因熱應力而發(fā)生翹曲，這種盤車運行是必需的。
在圖3中簡略示出了聯合發(fā)電設備的另一種實施形式。與圖1所示的區(qū)別在于，本實施形式采用第二驅動裝置19來驅動燃氣輪機3。
由此，在盤動運行期間可以獨立于所述蒸汽輪機軸系19地驅動運行所述燃氣輪機軸系20，使之具有不同的轉速。例如，燃氣輪機3可按每分鐘120至200轉之間的轉速運行，蒸汽輪機可按每分鐘50至60轉之間的轉速運行。當然，此時所述離合器5保持斷開。
所述驅動裝置19另外還可與另一調節(jié)單元20連接。
在圖2中示出了調節(jié)單元9。該調節(jié)單元9具有與驅動裝置8的輸入口相連的調節(jié)輸出口10。所述調節(jié)單元9還具有調節(jié)輸入口11，可調節(jié)的輸入額定值信號可加載在該輸入口11上。作為所述額定值要么采用所述軸系1的轉速要么采用其轉矩?？蓪⒄{節(jié)單元核心部件12設計成比例積分調節(jié)器(所謂的PI調節(jié)器)或比例積分微分調節(jié)器(所謂的PID調節(jié)器)。在另一實施形式中，也可將調節(jié)單元核心部件12設計成比例調節(jié)器(所謂的P調節(jié)器)。
在該調節(jié)單元核心部件12的調節(jié)輸出口14上有一個調節(jié)輸出值作為調節(jié)輸出信號輸出，將該信號輸入變換器部件15的輸入口18。
所述調節(jié)單元9在此可被設計成通過所述調節(jié)輸入口11預先給定額定值，后者可在輸出口16形成關于轉速的調節(jié)輸出參數。利用該調節(jié)輸出參數可使盤轉運行期間的轉速保持恒定的低值。
在此，這樣選擇所述轉速，即，使得在盤動運行期間不期望地接通所述離合器也不會對軸系產生什么不良影響。
按照一種可選擇的實施形式，所述調節(jié)單元9可完全組裝結合在渦輪機控制系統中。通過完全自動化的控制幾乎可完全防止第三人在外面進行誤操作。
權利要求
1.一種設計為單軸設備的聯合發(fā)電設備(2)，其基本上由一個燃氣輪機(3)、一個蒸汽輪機(6)和一個連接在它們之間的發(fā)電機(4)組成，其中，在該發(fā)電機(4)和蒸汽輪機(6)之間設有一個離合器(5)，另外，設有至少一個用于驅動該單軸聯合發(fā)電設備的驅動裝置(8)，其特征在于，設有一個用于調節(jié)所述蒸汽輪機(6)轉速的調節(jié)單元(9)。
2.按照權利要求1所述的聯合發(fā)電設備(2)，其特征在于，所述調節(jié)單元(9)具有一個用于輸入一額定轉速的額定值輸入口(11)。
3.按照權利要求1或2所述的聯合發(fā)電設備(2)，其特征在于，所述驅動裝置(8)設計為電動機。
4.按照權利要求1或2所述的聯合發(fā)電設備(2)，其特征在于，所述驅動裝置(8)設計為燃油驅動的發(fā)動機。
5.按照權利要求1至4中任一項所述的聯合發(fā)電設備(2)，其特征在于，所述調節(jié)單元(9)設計成可調節(jié)兩個旋轉方向的轉速。
6.一種用于冷卻一個加熱到運行溫度并設計為單軸設備的聯合發(fā)電設備(2)的方法，該聯合發(fā)電設備包括一個燃氣輪機(3)、一個蒸汽輪機(6)和一個連接在它們之間的發(fā)電機(4)，其中，在該發(fā)電機(4)和蒸汽輪機(6)之間設有一個離合器(5)，另外，采用至少一個用于驅動所述單軸聯合發(fā)電設備的驅動裝置(8)，并在盤動運行期間，既使燃氣輪機又使蒸汽輪機以每分鐘1至200轉之間的轉速運行，其特征在于，在對于燃氣輪機(3)的冷卻過程結束后，在斷開所述離合器(5)的情況下所述蒸汽輪機(6)以每小時1至240轉之間的轉速運行，并用一個調節(jié)單元(9)調節(jié)該蒸汽輪機(6)的轉速。
7.按照權利要求6所述的方法，其特征在于，所述蒸汽輪機以每小時1至50轉之間的轉速運行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種設計為單軸設備的聯合發(fā)電設備(2)，其基本上由燃氣輪機(3)、蒸汽輪機(6)和連接在它們之間的發(fā)電機(4)組成，其中，在發(fā)電機(4)和蒸汽輪機(6)之間設有離合器(5)，另外，設有至少一個用于驅動該單軸聯合發(fā)電設備的驅動裝置(8)，其中，在盤動運行時斷開所述離合器(5)，另外還設有用于調節(jié)所述蒸汽輪機(6)的轉速的調節(jié)單元(9)。
文檔編號F01K23/10GK1977090SQ200580021469
公開日2007年6月6日 申請日期2005年4月27日 優(yōu)先權日2004年4月30日
發(fā)明者邁克爾·考夫, 伯恩德·倫伯格 申請人:西門子公司