СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ
METHOD OF MANUFACTURING GAS TURBINE ENGINE

Область техники, к которой относится изобретение
[0001]
Настоящее изобретение относится к способу изготовления газотурбинного двигателя.
Уровень техники
[0002]
В целом, в газотурбинном двигателе, которой сжигает низкокалорийный доменный газ (далее - доменный газотурбинный двигатель), для получения заданной мощности двигателя в камеру сгорания в качестве топлива подается большой объем низкокалорийного доменного газа, по величине сравнимый с обычным сжиженным природным газом (СПГ). Следовательно, объем рабочего тела в турбине возрастает по сравнению с газотурбинными двигателями простого цикла (стандартного цикла с использованием керосина, газойля, природного газа и т.п. в качестве топлива и без осуществления увлажнения всасываемого воздуха) и комбинированного цикла. Таким образом, когда указанный доменный газотурбинный двигатель проектируется и изготавливается на основе уже сконструированного газотурбинного двигателя простого цикла или комбинированного цикла, объем рабочего тела в компрессоре снижается с целью поддержания баланса между мощностью двигателя и производительностью генератора и мощностью, потребляемой компрессором.
[0003]
Однако, когда объем рабочего тела в компрессоре снижается, перепад давлений компрессора уменьшается. Поэтому, например, необходимо предпринять некоторые меры для увеличения указанного перепада давлений компрессора, как описывается в Источнике 1 патентной литературы.
Перечень цитируемых источников
Патентные документы
[0004]
Патентный документ 1: JP-A-11-22486
Сущность изобретения
Проблема, решаемая изобретением
[0005]
В доменной газотурбинном двигателе, поскольку состав доменного газа, подаваемого в камеру сгорания, всегда варьируется, калорийность и температура топлива меняются. Например, если калорийность доменного газа уменьшается, когда расход топлива увеличивают, чтобы мощность двигателя оставалась постоянной, в соответствии с уменьшением калорийности доменного газа, перепад давления компрессора увеличивается, а запас по помпажу уменьшается. Если температура доменного газа возрастает, температура всасываемого воздуха газового компрессора повышается, и мощность газового компрессора увеличивается. На данном этапе, когда расход топлива для увеличения мощности двигателя повышается, перепад давления компрессора увеличивается, а запас компрессора по помпажу уменьшается. Следовательно, когда проектируется и изготавливается доменный газотурбинный двигатель, необходимо и обязательно с точки зрения значительного удобства технического обслуживания и высокой надежности обеспечить запас по помпажу (допуск по помпажу) компрессора еще на стадии проектирования.
[0006]
К тому же, в качестве способа увеличения перепада давления и величины пикового давления уже сконструированного компрессора существует способ реконструирования всех лопаток с учетом удобства технического обслуживания. Однако, поскольку данный способ аналогичен проектированию компрессора с самого начала, этап и стоимость проектирования увеличиваются. Кроме того, так как указанный способ не отличается от создания нового проекта, является необходимым доказать надежность лопаток. Чрезвычайно долгий период времени требуется для разработки, когда данный процесс включен в указанную разработку. Также существует способ добавления ступени с лопатками на стороне выше по потоку исходной ступени компрессора. Однако, в данном способе, когда перепад давления и величина пикового давления увеличиваются, расход рабочего тела также возрастает в то же время. Следовательно, является затруднительным применение указанного способа в случае доменного газотурбинного двигателя.
[0007]
Настоящее изобретение было разработано с учетом вышесказанного, и целью настоящего изобретения является предоставление способа изготовления газотурбинного двигателя, который может обеспечить запас по помпажу компрессора, принимая во внимание колебания в составе топлива.
Средства для решения данной проблемы
[0008]
Для того, чтобы достигнуть указанной цели, настоящее изобретение предлагает способ изготовления газотурбинного двигателя для изготовления модифицированного газотурбинного двигателя, имеющего отличающийся цикл, на основе базового газотурбинного двигателя, содержащего базовый компрессор. Указанный способ изготовления газотурбинного двигателя включает в себя: проектирование компрессора модифицированного газотурбинного двигателя с целью добавления по меньшей мере одной дополнительной ступени на стороне выше по потоку, чем последняя ступень указанного базового компрессора, и на стороне ниже по потоку щели отбора воздуха из камеры отбора воздуха указанного базового компрессора; и изготовление компрессора модифицированного газотурбинного двигателя на основании данного проекта и изготовление указанного модифицированного газотурбинного двигателя.
Преимущества изобретения
[0009]
В соответствии с настоящим изобретением, является возможным предложить способ изготовления газотурбинного двигателя, который может обеспечить запас по помпажу компрессора с учетом колебания в составе топлива.
Краткое описание чертежей
[0010]
[Фиг. 1] На Фиг. 1 изображена блок-схема базового устройства, в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
[Фиг. 2] На Фиг. 2 изображена блок-схема доменного газотурбинного двигателя, в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
[Фиг. 3] На Фиг. 3 изображена блок-схема, иллюстрирующая совокупную конфигурацию примерной компоновки базового компрессора, в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
[Фиг. 4] На Фиг. 4 изображена диаграмма, иллюстрирующая зависимость между расходом топлива в компрессоре и перепадом давлений доменного газотурбинного двигателя, изготовленного путем непосредственной перенастройки базового компрессора.
[Фиг. 5] На Фиг. 5 изображена блок-схема, иллюстрирующая совокупную конфигурацию примерной компоновки модифицированного компрессора, в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
[Фиг. 6] На Фиг. 6 изображена схема-алгоритм, иллюстрирующая процесс изготовления указанного модифицированного компрессора, в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
[Фиг. 7] На Фиг. 7 изображен схематический чертеж лопаток ротора седьмой ступени с лопатками и последней ступени базового компрессора, в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
[Фиг. 8] На Фиг. 8 изображен схематический чертеж лопаток ротора седьмой ступени с лопатками, дополнительной ступени и последней ступени модифицированного компрессора, в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
[Фиг. 9] На Фиг. 9 изображен график, иллюстрирующий угловые распределения выходящего потока лопаток статора базового компрессора и модифицированного компрессора, в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
[Фиг. 10] На Фиг. 10 изображена блок-схема газотурбинного двигателя, использующего пар теплоутилизационного парогенератора, в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Варианты осуществления настоящего изобретения
[0011]
<Первый вариант осуществления>
Один вариант осуществления настоящего изобретения для проектирования или изготовления модифицированного газотурбинного двигателя на основе базового газотурбинного двигателя описывается ниже со ссылкой на чертежи. Во-первых, указанный модифицированный газотурбинный двигатель является целевым объектом проектирования или изготовления, согласно настоящему изобретению. Типичный пример указанного модифицированного газотурбинного двигателя представляет собой доменный газотурбинный двигатель и т.п.Однако, другие модели, кроме указанных газотурбинных двигателей также могут представлять модифицированный газотурбинный двигатель. Базовый газотурбинный двигатель является газотурбинным двигателем, формирующем основу проекта или изготовления указанного модифицированного газотурбинного двигателя. Помимо существующего газотурбинного двигателя, расчетные данные газотурбинных двигателей, спроектированных или изготовленных в прошлом, также составляют часть базового газотурбинного двигателя. Наиболее универсальным примером указанного базового газотурбинного двигателя является одновальный газотурбинный двигатель простого цикла. Однако, базовый газотурбинный двигатель не всегда ограничивается указанной одновальным газотурбинным двигателем. В зависимости от типа модифицированного газотурбинного двигателя, газотурбинные двигатели других типов, такие как комбинированного цикла или двухвальный газотурбинный двигатель, могут быть базовым газотурбинным двигателем.
[0012]
1. Базовое устройство
Описывается базовый газотурбинный двигатель (базовое устройство).
[0013]
На Фиг. 1 изображена блок-схема базового устройства, в соответствии с данным вариантом осуществления. Как иллюстрирует Фиг. 1, базовое устройство 100 включает в себя компрессор (базовый компрессор) 1, камеру 2 сгорания и турбину 3.
[0014]
Базовый компрессор 1 сжимает рабочее тело (воздух) 11, всасываемый через участок впуска (не показан на чертеже) с целью образования сжатого воздуха 12 высокого давления и подает указанный сжатый воздух 12 высокого давления в камеру 2 сгорания. Указанная камера сгорания 2 смешивает и сжигает сжатый воздух, полученный базовым компрессором 1, и топливо 13, генерирует газ 14 высокотемпературного горения и подает указанный газ 14 высокотемпературного горения в турбину 3. Горючий газ 14, полученный из камеры 2 горения, расширяется, тем самым приводя в действие турбину 3. Базовый компрессор 1 приводится в действие энергией, получаемой посредством двигателя 3. Генератор 4 приводится в действие оставшейся энергией, и вырабатывается электрическая энергия. Горючий газ 14, который привел в действие турбину 3, выделяется из указанной двигателя 3 в качестве выхлопного газа 15. В данном варианте осуществления, указанные базовый компрессор 1, турбина 3 и генератор 4 соединяются друг с другом посредством вращающегося вала 5.
[0015]
В базовом компрессоре 1, имеющем расход топлива постоянного объема и постоянную частоту вращения, который обычно применяется в базовом устройстве 100, когда температура воздуха 11 возрастает, например, летом, плотность воздуха 11 уменьшается, и удельный массовый расход воздуха 11, всасываемого базовым компрессором 1, снижается. Следовательно, расход топлива 13, подаваемого в камеру 2 сгорания, также должен уменьшаться, в соответствии со снижением удельного массового расхода воздуха 11. Таким образом, в базовом устройстве 100, по мере повышения температуры воздуха 11, всасываемого в базовый компрессор 1, мощность двигателя 3 еще более снижается.
[0016]
2. Модифицированное устройство
Описывается модифицированный газотурбинный двигатель (модифицированное устройство).
[0017]
На Фиг. 2 изображена блок-схема доменного газотурбинного двигателя, в соответствии с данным вариантом осуществления. На Фиг. 2, участки, эквивалентные участкам базового устройства 100, изображенного на Фиг. 1, обозначены теми же номерами позиций, и пояснения касательно данных участков опущены, соответственно. Как изображено на Фиг. 2, доменный газотурбинный двигатель 200 включает в себя газовый компрессор 21, мокрый электрофильтр 22 и зубчатую передачу 24, в дополнение к компонентам базового устройства 100.
[0018]
Доменный газ 16, производимый в значительных количествах на металлургическом заводе и т.п., характеризуется тем, что, например, указанный доменный газ 16 имеет низкую калорийность и низкое давление газа и содержит много примесей. Является затруднительным напрямую подавать указанный доменный газ 16 в камеру 2 сгорания. Следовательно, доменный газ 16 подается в камеру 2 сгорания через мокрый электрофильтр 22, газовый компрессор 21 и т.п. В частности, мокрый электрофильтр 22 удаляет примеси (пыль и т.д.) подаваемого доменного газа 16 с целью образования доменного газа 17 низкого давления и подает указанный доменный газ 17 низкого давления в газовый компрессор 21. Указанный газовый компрессор 21 сжимает доменный газ 17 низкого давления, образуя доменный газ 18 высокого давления, и подает указанный доменный газ 18 высокого давления в камеру 2 сгорания. Указанная камера сгорания 2 смешивает и сжигает сжатый воздух 12, полученный из модифицированного компрессора 201, и доменный газ 18 высокого давления, генерирует газ 14 высокотемпературного горения и подает указанный газ 14 высокотемпературного горения в турбину 3. Горючий газ 14, полученный из камеры 2 горения, расширяется, тем самым приводя в действие турбину 3. Модифицированный компрессор 201 приводится в действие энергией, получаемой посредством двигателя 3. Генератор 4 и газовый компрессор 21 приводятся в действие оставшейся энергией. В данном варианте осуществления, зубчатая передача 24 прикреплена к вращающемуся валу 5 между модифицированным компрессором 201 и генератором 4. Газовый компрессор 21 соединяется с модифицированным компрессором 201 параллельно с генератором 4 посредством указанной зубчатой передачи 24.
[0019]
3. Проектирование и изготовление модифицированного устройства
3-1. Базовый компрессор
На Фиг. 3 изображена блок-схема, иллюстрирующая совокупную конфигурацию примерной компоновки базового компрессора 1, в соответствии с данным вариантом осуществления. Как изображено на Фиг. 3, указанный базовый компрессор 1 включает в себя корпус 54, короткий вал 61, диски 62а-62е, дистанцирующий элемент 63, лопатки 51a-51h ротора, лопатки 52a-52h статора и камеры 73,74 отбора воздуха.
[0020]
Указанный корпус 54 представляет собой цилиндрический элемент, который образует внешнюю периферийную стенку базового компрессора 1. Указанные короткий вал 61, диски 62а-62е, дистанцирующий элемент 63, лопатки 51a-51h ротора и лопатки 52а-52h статора помещаются внутри корпуса 54.
[0021]
Указанный короткий вал 61 располагается на стороне впуска корпуса 54 (на стороне выше по потоку в направлении движения воздуха 11). Указанные диски 62а-62е размещаются на стороне ниже по потоку в направлении движения воздуха 11 по отношению к короткому валу 61. Указанный дистанцирующий элемент 63 находится на стороне ниже по потоку в направлении движения воздуха 11 по отношению к дискам 62а-62е. Указанный дистанцирующий элемент 63 содержит соединительный участок 67, проходящий к боковой стороне двигателя и соединенный с ротором двигателя. Короткий вал 61, диски 62а-62е и дистанцирующий элемент 63 располагаются с возможностью накладываться друг на друга в направлении движения воздуха 11 и фиксироваться с образованием единого целого с помощью стопорных болтов 64 и гаек 65. Множество стопорных болтов 64 предусмотрено с равными промежутками на одной окружности, центр которой находится на центральной оси L базового компрессора 1. Короткий вал 61, диски 62а-62е и дистанцирующий элемент 63 формируют ротор 56 вместе с лопатками 51a-51h ротора. Следует отметить, что в конфигурации, изображенной на Фиг. 3, базовый компрессор 1 содержит пять дисков 62a-62e. Однако, количество дисков может составлять шесть и более либо четыре и менее.
[0022]
Кольцевой канал 66 компрессора образован между внешними периферийными поверхностями указанных короткого вала 61, дисков 62a-62e и дистанцирующего элемента 63 и внутренней периферийной поверхностью корпуса 54. Другими словами, указанный канал 66 компрессора имеет внутреннюю периферийную поверхность корпуса 54 в качестве наружной периферийной стенки и имеет наружные периферийные поверхности короткого вала 61, дисков 62а-62е и дистанцирующего элемента 63 в качестве внутренней периферийной стенки. Воздух 11, всасываемый базовым компрессором 1, сжимается в процессе прохождения воздуха 11 через указанный канал 66 компрессора.
[0023]
Множество лопаток 51a-51h ротора соответствующим образом предусмотрены на наружных периферийных поверхностях короткого вала 61, дисков 62а-62е и дистанцирующего элемента 63 с равными промежутками в направлении по окружности ротора 56. Указанные лопатки 51а-51h ротора отходят от наружных периферийных поверхностей короткого вала 61, дисков 62а-62е и дистанцирующего элемента 63 в направлении наружной периферийной стороны базового компрессора 1 (внутренней периферийной поверхности корпуса 54). Следует отметить, что в данном варианте осуществления лопатки 51а, 51b ротора предусмотрены на наружной периферийной поверхности короткого вала 61, лопатки 51с-51g ротора предусмотрены, соответственно, на наружных периферийных поверхностях дисков 62а-62е, а лопатка 51h ротора предусмотрена на наружной периферийной поверхности дистанцирующего элемента 63. Указанные лопатки 51a-51h ротора вращаются по часовой стрелке, если смотреть со стороны ниже по потоку, вокруг центральной оси L вместе с коротким валом 61, дисками 62а-62е и дистанцирующим элементом 63 посредством энергии, полученной с помощью двигателя.
[0024]
Множество лопаток 52a-52h статора соответствующим образом предусмотрены на внутренней периферийной поверхности корпуса 54 с равными промежутками в направлении по окружности ротора 56. Указанные лопатки 52a-52h статора отходят от внутренней периферийной поверхности корпуса 54 в направлении внутренней периферийной стороны базового компрессора 1 (внешних периферийных поверхностей короткого вала 61, дисков 62а-62е и дистанцирующего элемента 63). В данном варианте осуществления, лопатка 52а статора предусмотрена на внутренней периферийной поверхности корпуса 54 с использованием регулируемого механизма 70. Другими словами, указанная лопатка 52а статора предусмотрена с возможностью вращения внутри канала 66 компрессора вокруг оси, проходящей в направлении длины лопатки, и обладает функцией подавления вращающегося срыва в компрессоре во время запуска двигателя. Следует отметить, что на чертеже для данного варианта осуществления указанная лопатка 52а статора предусмотрена на внутренней периферийной поверхности корпуса 54 с использованием регулируемого механизма 70. Однако, множество лопаток статора могут быть предусмотрены на внутренней периферийной поверхности корпуса 54 с использованием регулируемого механизма 70.
[0025]
Лопатки 51a-51h ротора и лопатки 52a-52h статора предусмотрены поочередно в направлении движения воздуха 11. Это означает, что указанные лопатки ротора и лопатки статора чередуются в следующем порядке: лопатка 51а ротора, лопатка 52а статора, лопатка 51b ротора, лопатка 52b статора и так далее, от входного отверстия канала 66 компрессора в направлении ниже по потоку. Одна пара, состоящая из лопатки ротора и лопатки статора (указанная лопатка статора расположена на стороне ниже по потоку указанной лопатки ротора), соседних друг с другом в направлении движения воздуха 11, образует одну ступень с лопатками. В случае конфигурации, изображенной на Фиг. 3, лопатки 51a-51h ротора и лопатки 52a-52h статора образуют с первой ступени 53а с лопатками по восьмую ступень 53h с лопатками, начиная от входного отверстия канала 66 компрессора. Следует отметить, что в нижеследующем описании, в некоторых случаях, указанная первая ступень 53а с лопатками называется исходной ступенью, а указанная восьмая ступень 53h с лопатками называется последней ступенью.
[0026]
Направляющие лопатки 55 на входе (НЛВ) предусмотрены на стороне выше по потоку в направлении движения воздуха 11 по отношению к лопатке 51а ротора первой ступени 53а с лопатками. Множество НЛВ 55 предусмотрены на внутренней периферийной поверхности корпуса 54 с использованием регулируемого механизма 70 с равными промежутками в направлении по окружности ротора 56. Указанные НЛВ 55 выполняют функцию контролирования расхода воздуха 11 на входе и регулирования загрузки двигателя. Направляющие лопатки 46 на выходе предусмотрены на стороне ниже по потоку в направлении движения воздуха 11 по отношению к лопатке 52h статора последней ступени 53h. Следует отметить, что на чертеже к данному варианту осуществления указанные направляющие лопатки 46 на выходе расположены в один ряд. Однако, указанные направляющие лопатки 46 на выходе могут быть предусмотрены в виде множества рядов в направлении движения воздуха 11.
[0027]
Камеры 73, 74 отбора воздуха располагаются рядом друг с другом внутри корпуса 54 в направлении движения воздуха 11. Указанные камеры 73, 74 отбора воздуха содержат, соответственно, щели 71, 72 отбора воздуха. Камеры 73, 74 отбора воздуха сообщаются с каналом 66 компрессора посредством указанных щелей 71, 72 отбора воздуха. В данном варианте осуществления, щель 71 отбора воздуха выходит в канал 66 компрессора между лопаткой 52b статора второй ступени 53b с лопатками и лопаткой 51 с ротора третьей ступени 53с с лопатками. Щель 72 отбора воздуха выходит в канал 66 компрессора между лопаткой 52е статора пятой ступени 53е с лопатками и лопаткой 51f ротора шестой ступени 53f с лопатками. Другими словами, указанная щель 72 отбора воздуха образована в самой нижней точке на стороне ниже по потоку канала 66 компрессора. Следует отметить, что в данном варианте осуществления на чертежах иллюстрируется конфигурация, в которой базовый компрессор 1 содержит две камеры 73, 74 отбора воздуха. Однако, может быть принята конфигурация, в которой указанный базовый компрессор 1 содержит одну или три, или больше камер отбора воздуха.
[0028]
Часть воздуха 11, прошедшего через лопатку 52b статора второй ступени 53b с лопатками, втекает в камеру 73 отбора воздуха через щель 71 отбора воздуха. Часть воздуха 11, прошедшего через лопатку 52е статора пятой ступени 53е с лопатками, втекает в камеру 74 отбора воздуха через щель 72 отбора воздуха. Данный воздух (отбираемый воздух), попавший в камеры 73, 74 отбора воздуха, используется в качестве охлаждающего воздуха для лопаток двигателя и воздушного контактного уплотнения с использованием трубки (не показано на чертеже), предусмотренной внутри корпуса 54. Во время номинальной работы двигателя, часть (например, приблизительно 4-5%) расхода воздуха 11 на входе используется в качестве отбираемого воздуха. Во время запуска двигателя, сжатый воздух в канале 66 компрессора отбирается, с тем чтобы не допустить вращающегося срыва лопаток двигателя. Часть (например, приблизительно 30%) расхода воздуха 11 на входе выпускается.
[0029]
Щели 71, 72 отбора воздуха камер 73, 74 отбора воздуха и лопатки 51с, 51f ротора (то есть лопатки ротора, предусмотренные в местах, ближайших к щелям 71, 72 отбора воздуха среди лопаток ротора на стороне ниже по потоку, чем щели 71, 72 отбора воздуха), предпочтительно, выполнены с возможностью сокращения величины наложения в направлении движения воздуха 11, чтобы не допустить самовозбуждающихся колебаний резонансной частоты в камерах 73, 74 отбора воздуха и собственных колебаний лопаток 51с, 51f ротора, а также сокращения влияние, оказываемого на участки дистальных концов в направлении длины лопаток 51с, 51f ротора пульсирующим давлением рабочего тела в щелях 71, 72 отбора воздуха.
[0030]
Внутренняя периферийная щель 31 отбора воздуха образована между лопаткой 51h ротора и лопаткой 52h статора последней ступени 53h. Структура внутренней периферийной щели отбора воздуха образована на внутренней периферийной стороне канала 66 компрессора. Воздух, проходящий через лопатку 51h ротора, отбирается во внутреннюю периферийную щель 31 отбора воздуха и используется в качестве, например, охлаждающего воздуха для дисков 62a-62e или уплотняющего воздуха для подавления утечек воздуха 11 из канала 66 компрессора в пространства между дисками 62a-62e. Во внутренней периферийной щели 31 отбора воздуха, в отличие от щелей 71, 72 отбора воздуха камер 73, 74 отбора воздуха, воздух проходит в пространство между ротором 56, вращающимся с высокой скоростью, и неподвижной частью. Следовательно, предполагается, что поток чрезвычайно затруднен, и пульсирующее давление рабочего тела возрастает по отношению к лопатке 51h ротора и лопатке 52h статора последней ступени 53h. Таким образом, указанная лопатка 51h ротора сконструирована так, чтобы жесткость лопатки была повышена в сравнении с лопаткой 51g ротора седьмой ступени 53g с лопатками, которая является предварительной ступенью. Лопатка 52h статора также сконструирована так, чтобы жесткость лопатки была повышена, посредством обеспечения бандажа 75 с внутренней периферийной стороны.
[0031]
Воздух 11, втекающий внутрь через участок впуска (не показан на чертеже), поворачивает поток в направлении вокруг оси L вращения по форме воздухозаборной камеры 33, предусмотренной на стороне выше по потоку базового компрессора 1 (в конфигурации, изображенной на Фиг. 3, воздух 11 поворачивает на 90 градусов по форме воздухозаборной камеры 33) и втекает в канал 66 компрессора. Воздуху 11, втекающему внутрь канала 66 компрессора, придается кинетическая энергия посредством лопаток ротора, вращающихся вокруг центральной оси L, и он вытекает из лопаток ротора в состоянии, в котором общее давление и общая температура возрастают. Воздух 11, вытекающий из лопаток ротора, поворачивает поток в направлении по форме лопаток статора на стороне ниже по потоку. На данном этапе, поскольку скорость воздуха 11 снижается до скорости меньшей, чем когда воздух 11 втекает внутрь лопаток статора, кинетическая энергия, приданная лопатками ротора, превращается в давление. В результате, давление воздуха 11 возрастает. После этого, воздух 11 сжимается лопатками ротора и лопатками статора, попеременно расположенными в направлении потока воздуха 11. Таким образом, градиент давления противоположен потоку воздуха 11 в канале 66 компрессора. Следовательно, воздух 11 более легко обтекает поверхность лопаток по мере того, как воздух 11 далее течет к стороне ниже по потоку в канале 66 компрессора.
[0032]
3-2. Исследование касательно перенастройки базового устройства.
Предполагается, что базовый компрессор 1 является непосредственно перенастроенным на основе базового устройства 100 с целью изготовления доменного газотурбинного двигателя.
[0033]
На Фиг. 4 изображена диаграмма, иллюстрирующая зависимость между расходом топлива в компрессоре и перепадом давления доменного газотурбинного двигателя, изготовленной путем непосредственной перенастройки базового компрессора 1. Линия А обозначает критический перепад давления компрессора, при котором может быть обеспечен запас по помпажу с учетом расхода топлива в компрессоре в рабочем диапазоне. Если доменный газотурбинный двигатель функционирует в рабочей точке I, находящейся еще дальше с нижней стороны (стороны низкого перепада давления), чем линия А, то имеется достаточный запас по помпажу. Если калорийность доменного газотурбинного двигателя увеличивается до большего значения, чем при работе указанного доменного газотурбинного двигателя в рабочей точке I, расход горючего газа, подаваемого в турбину, уменьшается, когда расход топлива уменьшается, чтобы мощность двигателя оставалась постоянной. Таким образом, если расход топлива в компрессоре поддерживается, перепад давления базового компрессора 1 уменьшается, и рабочая точка падает из точки I в точку II. Однако, если калорийность доменного газотурбинного двигателя снижается до меньшего значения, чем при работе указанного доменного газотурбинного двигателя в рабочей точке I, расход горючего газа, подаваемого в турбину, увеличивается, когда расход топлива возрастает, чтобы мощность двигателя оставалась постоянной. Следовательно, перепад давления базового компрессора 1 увеличивается, и рабочая точка поднимается из точки I в точку III, превосходящую линию А. Таким образом, когда доменный газотурбинный двигатель функционирует в рабочей точке III, находящейся еще дальше с верхней стороны (стороны высокого перепада давления), чем линия А, то представляется вероятным, что имеет место помпаж базового компрессора 1. В случае действующей установки, когда принимается во внимание, что запас по помпажу уменьшается из-за изменения температуры атмосферного воздуха, загрязнения лопаток ротора и лопаток статора компрессора по причине изнашивания, и т.п., если рабочая точка может быть точкой III, достаточная надежность газотурбинной двигательной установки не достигается. При этом, из-за влияния примесей, входящих в состав доменного газа, вероятно, что газовый компрессор, который сжимает доменный газ, подвергается воздействию коррозионной среды, и мощность, потребляемая газовым компрессором, увеличивается, так как лопатки ротора и лопатки статора газового компрессора загрязнены. В таком случае, также является вероятным, что перепад давления базового компрессора 1 увеличивается, а запас по помпажу уменьшается, когда повышается расход топлива, чтобы мощность двигателя оставалась постоянной.
[0034]
Таким образом, важно изготовить модифицированный компрессор для повышения критического перепада давления запаса по помпажу в сторону значения перепада давления выше, чем перепад давления базового компрессора 1 (в случае, изображенном на Фиг. 4, повышение критического перепада давления запаса по помпажу с линии А до линии В), при увеличении перепада давления до значения выше, чем перепад давления базового компрессора 1.
[0035]
3-3. Изготовление модифицированного компрессора
На Фиг. 5 изображена блок-схема, иллюстрирующая совокупную конфигурацию примерной компоновки модифицированного компрессора 201, в соответствии с данным вариантом осуществления. На Фиг. 6 изображена схема-алгоритм, иллюстрирующая процесс изготовления модифицированного компрессора 201, в соответствии с данным вариантом осуществления. На Фиг. 5, участки, эквивалентные участкам базового компрессора 1, обозначены теми же номерами позиций и значками, и пояснения касательно данных участков опущены, соответственно. Проект и процедура изготовления модифицированного компрессора 201 описываются ниже.
[0036]
Этап S1
Выбирается базовое устройство 100. Например, в качестве базового устройства 100 должна быть выбрана только модель с такой же мощностью двигателя, какая требуется от модифицированного устройства 200. Следует отметить, что при изготовлении модифицированного устройства на основе действующего базового устройства, данный этап опускается.
[0037]
Этап S2
Рассчитывается количество ступеней дополнительной ступени, добавляемой к базовому компрессору 1. В данном варианте осуществления, указанное количество ступеней дополнительной ступени рассчитывается на основании увеличенного значения перепада давления в модифицированном компрессоре 201 из-за колебания в составе топлива. В частности, оценивается диапазон колебания перепада давления по причине колебания в составе топлива. Количество ступеней дополнительной ступени рассчитывается таким образом, чтобы критический перепад давления был больше указанного увеличенного значения перепада давления. Например, когда диапазон колебания перепада давления по причине колебания в составе топлива оценивается приблизительно в ±3-5%, максимальное колебание увеличенного значения перепада давления составляет приблизительно 5%. Следовательно, когда учитывается, что перепад давления ступени возле последней ступени стандартного базового компрессора составляет приблизительно 1,1, количество ступеней дополнительной ступени рассчитывается как одна или две, хотя на него оказывает влияние перепад давления всего базового компрессора.
[0038]
Этап S3
Определяется местоположение добавления дополнительной ступени. В данном варианте осуществления, дополнительная ступень добавляется в месте, которое удовлетворяет требованию (i), описываемому ниже.
[0039]
(i) Между последней ступенью базового компрессора и ступенью с лопатками, непосредственно предшествующей последней ступени
Обоснование
На Фиг. 7 изображен схематический чертеж лопаток 51g, 51h ротора седьмой ступени 53g с лопатками и последней ступени 53h базового компрессора 1, в соответствии с данным вариантом осуществления. На Фиг. 8 изображен схематический чертеж лопатки 51g ротора, лопатки 51i ротора и лопатки 51h ротора седьмой ступени 53g с лопатками, дополнительной ступени 53i и последней ступени 53h модифицированного компрессора 201, в соответствии с данным вариантом осуществления.
[0040]
Как пояснялось выше, в данном варианте осуществления, жесткость лопатки 51h ротора последней ступени 53h задается высокая, по сравнению с жесткостью лопатки 51g ротора верхней ступени (седьмой ступени 53g с лопатками). В частности, как изображено на Фиг. 7, если максимальную толщину лопаток 51g, 51h ротора представить как Т1 и Т2, а длины хорд лопаток 51g, 51h ротора представить как L1 и L2, то лопатки 51g, 51h ротора формируются так, что Т1<Т2 и L1<L2. Если длины шагов лопаток (элементов, соответствующих количеству лопаток вдоль направления по окружности ротора 56) лопаток 51g, 51h ротора представить как Р1 и Р2, то лопатки 51g, 51h ротора предусмотрены таким образом, что величины густоты (отношения L1/P1 и L2/P2 длин L1, L2 хорд лопаток и длин P1, Р2 шагов лопаток) лопаток 51g, 51h ротора являются по существу эквивалентными. Другими словами, лопатки 51g, 51h ротора предусмотрены таким образом, что количество лопаток лопатки 51h ротора в направлении по окружности ротора 56 меньше, чем количество лопаток лопатки 51h ротора.
[0041]
Если дополнительная ступень 53i добавляется к стороне ниже по потоку последней ступени 53h, когда учитывается внутренний периферийный отбор воздуха, максимальную толщину лопатки 51i ротора дополнительной ступени 53i нужно установить на Т2, а длину хорды лопатки 51i ротора нужно установить на L2. Однако, когда максимальная толщина увеличивается, коэффициент полезного действия компрессора уменьшается, так как возрастают аэродинамические потери лопаток. С другой стороны, когда максимальная толщина лопатки 51i ротора дополнительной ступени 53i устанавливается на Т1, а длина хорды лопатки 51i ротора устанавливается на L1, с целью устранения аэродинамических потерь лопаток, вполне вероятно, что лопатка 51i ротора дополнительной ступени 53i будет повреждена воздействием пульсирующего давления рабочего тела из-за внутреннего периферийного отбора воздуха. К тому же, когда дополнительная ступень 53i добавляется к стороне ниже по потоку последней ступени 53h, такие структуры как участок втулки, участок крепления стопорных болтов, а также участок дистанцирующего элемента 63 для установки лопатки ротора, на котором предусмотрена лопатка 51h ротора, нуждаются в изменении. Следовательно, этап и стоимость проектирования увеличиваются. Если дополнительная ступень 53i добавляется к стороне ниже по потоку последней ступени 53h и длина хорды лопатки и максимальная толщина лопатки 51h ротора последней ступени 53h установлены на L1 и Т1, то величина густоты (L1/P2) мала по сравнению с ситуацией, когда длина хорды лопатки и максимальная толщина лопатки установлены на L2 и Т2. Значит, поскольку нагрузка на лопатку увеличивается и аэродинамические потери лопатки возрастают, коэффициент полезного действия компрессора уменьшается.
[0042]
С другой стороны, в целом, осевой компрессор конфигурируется так, что канал компрессора уменьшается в направлении ниже по потоку, начиная от исходной ступени. Таким образом, например, если дополнительная ступень добавляется на стороне ниже по потоку канала компрессора как можно дальше, то является возможным сократить длину лопатки 51i ротора дополнительной ступени 53i.
[0043]
Следовательно, в данном варианте осуществления, дополнительная ступень 53i добавляется между последней ступенью 53h и ступенью (седьмой ступенью 53g с лопатками), непосредственно предшествующей последней ступени 53h. Как изображено на Фиг. 8, максимальная толщина лопатки и длина хорды лопатки 51i ротора дополнительной ступени 53i установлены на Т1 и L1. Следует отметить, что лопатка 52g статора седьмой ступени 53g с лопатками и ей подобные могут быть перенастроены в лопатки 52i статора дополнительной ступени 53i.
[0044]
Если базовый компрессор включает в себя область, в которой внутренний диаметр и внешний диаметр канала компрессора являются неизменными, дополнительная ступень может быть также добавлена в место, которое удовлетворяет требованию (ii), описываемому ниже.
[0045]
(ii) Область на стороне выше по потоку последней ступени базового компрессора, где внутренний диаметр и внешний диаметр канала компрессора являются неизменными.
Обоснование
В целом, поскольку пограничные слои увеличиваются на внутренней периферийной стенке и наружной периферийной стенке канала компрессора базового компрессора, вторичная потеря расхода возрастает на стороне ступени базового компрессора ниже по потоку. Следовательно, на стороне ступени базового компрессора ниже по потоку, относительное удлинение (отношение длины лопатки к длине хорды лопатки) должно быть установлено на фиксированное значение (например, 1, 2) или выше. Так как воздух имеет высокую температуру на стороне ступени базового компрессора ниже по потоку, когда учитываются начало времени работы в номинальном режиме и время остановки двигателя, имеет место разница во времени между значениями теплового удлинения ротора и корпуса из-за разницы между теплоемкостями ротора и корпуса. В частности, когда значение теплового удлинения корпуса уменьшается раньше, чем значение теплового удлинения ротора, во время остановки двигателя, вероятно, что лопатки ротора и внутренняя периферийная поверхность корпуса входят в контакт друг с другом, и лопатки ротора повреждаются. С другой стороны, когда обеспечивается достаточный зазор между дистальными конечными участками по направлению длины лопаток ротора и внутренней периферийной поверхности корпуса, вероятно, что указанный зазор увеличивается во время номинальной работы двигателя, и коэффициент полезного действия компрессора уменьшается. Таким образом, необходимо установить оптимальную величину указанного зазора. Поэтому, на стороне ступени базового компрессора ниже по потоку, является полезным зафиксировать внутренний диаметр и наружный диаметр канала компрессора так, чтобы зазор между дистальными конечными участками по направлению длины лопаток ротора и лопаток статора и внутренней периферийной поверхности корпуса мог быть легко установлен.
[0046]
Это обусловлено тем, что, когда базовый компрессор включает в себя область, в которой внутренний диаметр и внешний диаметр канала компрессора являются неизменными, если дополнительная ступень добавляется на стороне последней ступени базового компрессора выше по потоку и в данной области, то ступень с лопатками базового компрессора может быть перенастроена в дополнительную ступень.
[0047]
Когда базовый компрессор включает в себя щель отбора воздуха, дополнительная ступень может быть также добавлена в месте, которое удовлетворяет требованию (iii), описываемому ниже.
[0048]
(iii) Еще дальше на стороне выше по потоку, чем последняя ступень базового компрессора, и на стороне ниже по потоку щели отбора воздуха камеры отбора воздуха. Обоснование
Когда базовый компрессор включает в себя щель отбора воздуха, если дополнительная ступень добавляется еще дальше на стороне выше по потоку, чем щель отбора воздуха, то местоположение указанной щели отбора воздуха необходимо изменить. Следовательно, компоненты (например, корпус 54) вокруг щели 72 отбора воздуха необходимо изменить. Значит, этап и стоимость проектирования увеличиваются.
[0049]
Таким образом, когда базовый компрессор включает в себя щель отбора воздуха, дополнительная ступень добавляется еще дальше на стороне выше по потоку, чем последняя ступень базового компрессора, и на стороне щели отбора воздуха ниже по потоку. Следует отметить, что, когда базовый компрессор включает в себя множество щелей отбора воздуха, по причинам, описанным выше, дополнительная ступень добавляется еще дальше на стороне выше по потоку, чем последняя ступень базового компрессора, и на стороне щели отбора воздуха ниже по потоку.
[0050]
С другой стороны, когда дополнительная ступень добавляется на стороне выше по потоку последней ступени базового компрессора и на стороне ниже по потоку щели отбора воздуха в самой дальней точке ниже по потоку, вероятно, что разность давлений (которая учитывает потери давления в трубах и потери давления на охлаждение лопаток) между воздухом со стороны компрессора и воздухом на стороне двигателя охлаждающего воздуха лопаток двигателя не может быть обеспечена. В таком случае, щель отбора воздуха всего лишь должна быть перенесена на сторону ниже по потоку, чтобы было возможно подавать охлаждающий воздух лопаток двигателя, имеющий оптимальную разность давлений, так что указанная разность давлений, которая учитывает потери давления в трубах и потери давления на охлаждение лопаток, может быть обеспечена. В случае такой конфигурации, является возможным сократить количество охлаждающего воздуха и увеличить коэффициент полезного действия газотурбинного двигателя.
[0051]
В случае конфигурации, которую иллюстрирует чертеж на Фиг. 5, базовый компрессор 1, изображенный на Фиг. 3, включает в себя область (с шестой ступени 53f с лопатками по седьмую ступень 53g с лопатками), в которой внутренний диаметр и внешний диаметр канала 66 компрессора являются неизменными, и содержит множество щелей отбора воздуха 71 и 72. Следовательно, добавляется дополнительная ступень 53i, включающая в себя лопатку 51i ротора, лопатку 52i статора и диск 62f, между последней ступенью 53h и ступенью 53g с лопатками, непосредственно предшествующей указанной последней ступени 53h, в области, в которой внутренний диаметр и внешний диаметр канала 66 компрессора являются неизменными, и на стороне щели 72 забора воздуха ниже по потоку, предусмотренной в самой нижней точке по потоку. Следует отметить, что Фиг. 5 иллюстрирует конфигурацию, в которой добавляется одна дополнительная ступень. Однако, когда добавляются две или более дополнительные ступени, указанные дополнительные ступени должны быть добавлены только в местах, которые удовлетворяют требованиям (i)-(iii), описанным выше.
[0052]
Этап S4
Среди компонентов (например, корпус 54, короткий вал 61, диски 62a-62e, дистанцирующий элемент 63, лопатки 51a-51h ротора и лопатки 52a-52h статора) базового компрессора 1, в компоненты, отклоняющиеся от технических требований, в соответствии с добавлением дополнительной ступени 53i на этапе S3, вносятся изменения, чтобы они соответствовали указанным техническим требованиям. Компоненты, имеющие общие технические требования, перенастраиваются с целью проектирования модифицированного компрессора 201. Следует отметить, что в данном варианте осуществления, указанные технические требования являются необходимыми, и компоненты должны им соответствовать.
[0053]
(а) Компоненты, подлежащие внесению изменений
В случае конфигурации, изображенной на Фиг. 5, необходимо удлинить ротор 56 в направлении потока воздуха 11 путем добавления дополнительной ступени 53i. С другой стороны, когда вибрация ротора 56 подавляется для обеспечения надежности модифицированного компрессора 201, длина ротора 56 иногда ограничивается. С другой стороны, в данном варианте осуществления, длина соединительного участка 67 от дистанцирующего элемента 63 к боковой стороне двигателя уменьшается за счет длины указанной дополнительной ступени 53i. Это означает, что длина между модифицированным компрессором 201 и турбиной уменьшается за счет длины дополнительной ступени 53i.
[0054]
Более того, в случае конфигурации, изображенной на Фиг. 5, корпус 54 удлиняется в направлении потока воздуха 11 за счет длины дополнительной ступени 53i.
[0055]
(b) Компоненты, подлежащие перенастройке
В случае конфигурации, изображенной на Фиг. 5, диск 62f дополнительной ступени 53i имеет такую же конструкцию, что и диск 62е предварительной ступени (седьмой ступени 53g с лопатками) последней ступени 53h. Лопатка 51i ротора дополнительной ступени 53i имеет такую же конструкцию, что и лопатка 51g ротора предварительной ступени (седьмой ступени 53g с лопатками) дополнительной ступени 53i.
[0056]
Более того, в случае конфигурации, изображенной на Фиг. 5, лопатка 52h статора последней ступени 53h и выходная направляющая лопатка 46 базового компрессора 1 являются перенастроенными. Подробное пояснение следует ниже.
[0057]
На Фиг. 9 изображен график, иллюстрирующий угловые распределения выходящего потока лопаток статора базового компрессора 1 и модифицированного компрессора 201, в соответствии с данным вариантом осуществления.
[0058]
В целом, в компрессоре, поскольку поток воздуха поворачивается посредством лопаток статора, угол выходящего потока лопаток статора еще больше на стороне ступени ниже по потоку. Следовательно, как изображено на Фиг. 9, угол выходящего потока лопаток статора является максимальным у лопатки 52h статора последней ступени 53h обоих компрессоров - базового 1 и модифицированного 201. Воздух 11, прошедший через лопатку 51h ротора последней ступени 53h, поворачивает поток в лопатку 52h статора. Поворотный компонент воздуха 11 уменьшается до нуля с помощью выходной направляющей лопатки 46, предусмотренной на стороне лопатки 52h статора ниже по потоку. Воздух 11 подается в диффузор, предусмотренный на стороне ниже по потоку.
[0059]
В данном варианте осуществления, дополнительная ступень 53i добавляется на стороне выше по потоку, чем последняя ступень 53h. Угол выходящего потока лопатки 52h статора последней ступени 53h устанавливается один и тот же до и после добавления дополнительной ступени 53i. Таким образом, угол поворота выходной направляющей лопатки модифицированного компрессора 201 может быть установлен такой же, как угол поворота выходной направляющей лопатки 46 базового компрессора 1. Следовательно, считается, что имеется целесообразность в перенастройке лопатки 52h статора последней ступени 53h и выходной направляющей лопатки 46 базового компрессора 1 в лопатку статора последней ступени и выходную направляющую лопатку модифицированного компрессора 201.
[0060]
Этап S5
Модифицированный компрессор 201 изготавливается на основе проекта этапа S4. Следует отметить, что, когда модифицированное устройство изготавливается на основе действующего базового устройства, компоненты, проиллюстрированные в пункте (а) на этапе S4 должны быть только усовершенствованы и встроены в базовый компрессор действующего базового устройства.
[0061]
Следует отметить, что модифицированное устройство 200 изготавливается с использованием модифицированного компрессора 201, изготовленного на этапе S4.
[0062]
(Полезные эффекты)
(1) В данном варианте осуществления, по меньшей мере одна дополнительная ступень 53i добавляется между последней ступенью 53h и ступенью, непосредственно предшествующей последней ступени 53h, базового компрессора 1, с целью проектирования и изготовления модифицированного компрессора 201. Следовательно, является возможным увеличить значение пикового давления модифицированного компрессора 201, по сравнению с базовым компрессором 1. Является возможным обеспечить запас по помпажу компрессора с учетом колебания в составе топлива. Кроме того, является возможным сдерживать увеличение размеров дополнительной ступени 53i.
[0063]
(2) В данном варианте осуществления, когда базовый компрессор 1 включает в себя область, в которой внутренний диаметр и внешний диаметр канала 66 компрессора являются неизменными, по меньшей мере одна дополнительная ступень 53i добавляется на стороне последней ступени 53h базового компрессора 1 выше по потоку и в области, в которой внутренний диаметр и внешний диаметр канала 66 компрессора являются неизменными. Следовательно, дополнительная ступень 53i может иметь такую же конструкцию, что и предварительная ступень и пост-ступень дополнительной ступени 53i. Ступень с лопатками, реально используемая для проектирования или изготовления базового компрессора 1, может быть перенастроена в дополнительную ступень 53i. Таким образом, в дополнение к вышеописанному полезному эффекту, является возможным сдерживать рост стоимости. Что касается ступени с лопатками, перенастроенной на основе базового компрессора 1, является возможным обеспечить надежность без повторного выполнения верификации или тому подобного. Следовательно, также возможно сократить этап проектирования.
[0064]
(3) В данном варианте осуществления, по меньшей мере одна дополнительная ступень 53i добавляется на стороне выше по потоку, чем последняя ступень 53h базового компрессора 1, и на стороне щели 72 отбора воздуха ниже по потоку. Следовательно, нет необходимости менять местоположение указанной щели 72 отбора воздуха. Компоненты, реально используемые для проектирования или изготовления базового компрессора 1, могут быть перенастроены в компоненты, располагающиеся вокруг щели 72 отбора воздуха. Таким образом, в дополнение к вышеописанным полезным эффектам, является возможным сдерживать рост стоимости. Что касается компонентов, перенастроенных на основе базового компрессора 1, является возможным обеспечить надежность без повторного выполнения верификации или тому подобного. Следовательно, также возможно сократить этап проектирования.
[0065]
(4) В данном варианте осуществления, максимальная толщина лопатки и длина хорды лопатки 51i ротора дополнительной ступени 53i устанавливаются на Т1 и L1. Таким образом, например, лопатка 51g ротора предварительной ступени (седьмой ступени 53g с лопатками) дополнительной ступени 53i может быть перенастроена в лопатку 51i ротора. Следовательно, является возможным сдерживать снижение коэффициента полезного действия модифицированного компрессора 201 и обеспечить надежность лопаток. Длина хорды лопатки 51i ротора дополнительной ступени 53i устанавливается короче, чем длина хорды лопатки 51h ротора последней ступени 53h. Таким образом, является возможным сдерживать рост величины длины ротора 56 из-за добавления дополнительной ступени 53i и подавлять вибрацию указанного ротора 56.
[0066]
(5) В данном варианте осуществления, диск 62f дополнительной ступени 53i имеет такую же конструкцию, что и диск 62е предварительной ступени (седьмой ступени 53g с лопатками) последней ступени 53h базового компрессора 1. Участок диска дистанцирующего элемента модифицированного компрессора 201 имеет такую же конструкцию, что и участок диска дистанцирующего элемента 63 базового компрессора 1. Лопатка 51i ротора дополнительной ступени 53i имеет такую же конструкцию, что и лопатка 51g ротора предварительной ступени (седьмой ступени 53g с лопатками). Лопатка 52h статора последней ступени 53h и выходная направляющая лопатка 46 базового компрессора 1 перенастраиваются в модифицированный компрессор 201. Следовательно, что касается поясняемых выше компонентов модифицированного компрессора 201, нет необходимости выполнять заново проектирование и тому подобное. Поэтому, является возможным сдерживать увеличение стоимости. Является возможным обеспечить надежность без повторного осуществления верификации надежности или тому подобного. Следовательно, также возможно сократить этап проектирования.
[0067]
(6) В данном варианте осуществления, длина соединительного участка 67 от дистанцирующего элемента 63 к боковой стороне двигателя может быть сокращена. Следовательно, даже когда длина ротора 56 ограничена, посредством сокращения длины указанного соединительного участка 67 от дистанцирующего элемента 63 к боковой стороне двигателя за счет длины дополнительной ступени 53i, является возможным добавить дополнительную ступень 53i при минимизации усовершенствованных деталей компонентов базового компрессора 1.
[0068]
<Второй вариант осуществления> (Конфигурация)
На Фиг. 10 изображена блок-схема газотурбинного двигателя, использующего пар теплоутилизационного парогенератора (далее газотурбинный двигатель, использующий тепло выхлопа). Данный газотурбинный двигатель, использующий тепло выхлопа, выполнен с возможностью введения всего количества паровой энергии теплоутилизационного парогенератора в газотурбинный двигатель. Является возможным достигнуть более высокого коэффициента полезного действия без использования паровой двигателя, например, комбинированного цикла. На Фиг. 10, участки, эквивалентные участкам базового устройства 100, изображенного на Фиг. 1, обозначены теми же номерами позиций, и пояснения касательно данных участков опущены, соответственно. Как изображено на Фиг. 10, газотурбинный двигатель 300, использующий тепло выхлопа, включает в себя модифицированный компрессор 201 в качестве компрессора, а также содержит теплоутилизационный парогенератор 81 и систему 82 регенерации воды в дополнение к компонентам базового устройства 100.
[0069]
Указанный теплоутилизационный парогенератор 81 восстанавливает тепло выхлопа из выхлопного газа 15, выпускаемого из двигателя 3, и производит пар 94 высокой температуры из конденсата 93, подаваемого из системы 82 регенерации воды. Теплоутилизационный парогенератор 81 выталкивает произведенный пар 94 высокой температуры в камеру 2 сгорания. Указанная камера сгорания 2 смешивает и сжигает выпущенный пар 94 высокой температуры и топливо 13, генерирует газ 14 высокотемпературного горения и подает указанный газ 14 высокотемпературного горения в турбину 3. Горючий газ 14, который привел в действие турбину 3, выпускается из двигателя 3 как выхлопной газ 15 и подается в теплоутилизационный парогенератор 81. Тепло выхлопного газа 15, подаваемого в теплоутилизационный парогенератор 81, восстанавливается путем теплообмена. Выхлопной газ 15 испускается из теплоутилизационного парогенератора 81 как выхлопной газ 91. Указанный выхлопной газ 91, выпущенный из теплоутилизационного парогенератора 81, подается в систему 82 регенерации воды. Указанная система 82 регенерации воды охлаждает количество влаги, содержащееся в выхлопном газе 91, с помощью воды для охлаждения, конденсирует указанное количество влаги и восстанавливает влажность. Выхлопной газ 91, влажность которого восстанавливается посредством системы 82 регенерации воды, выпускается из указанной системы 82 регенерации воды как выхлопной газ 92. Конденсат 93, восстановленный с помощью системы 82 регенерации воды, подлежит водообработке. После этого, часть конденсата 93 используется в качестве впрыскиваемой воды в системе 82 регенерации воды. Часть конденсата 93 подается в теплоутилизационный парогенератор 81 и используется для производства пара 94 высокой температуры.
[0070]
(Полезные эффекты)
Если базовый компрессор 1 непосредственно перенастраивается в компрессор газотурбинного двигателя 300, использующего тепло выхлопа, иллюстрируемого на примере, изображенном на Фиг. 10, пар 94 высокой температуры выталкивается в сжатый воздух 12, получаемый с помощью базового компрессора 1. Следовательно, расход горючего газа 14, подаваемого в турбину 3, возрастает по сравнению с расходом на входе базового компрессора 1. Таким образом, представляется вероятным, что перепад давления базового компрессора 1 увеличивается, а запас по помпажу уменьшается. Также вероятно, что запас по помпажу уменьшается из-за изменения температуры атмосферного воздуха, загрязнения лопаток ротора и лопаток статора компрессора по причине изнашивания, и т.п. Следовательно, является важным повысить критический перепад давления запаса по помпажу в сторону значения перепада давления еще выше, чем в базовом компрессоре 1, и обеспечить достаточный запас по помпажу.
[0071]
С другой стороны, как описывается в первом варианте осуществления, модифицированный компрессор 201, в соответствии с настоящим изобретением, может обеспечить запас по помпажу, по сравнению с базовым компрессором 1, и обеспечить надежность газотурбинного двигателя. Таким образом, настоящее изобретение не ограничивается доменным газотурбинным двигателем и также может применяться к газотурбинному двигателю, использующему тепло выхлопа, без проблем. Это означает, что целью применения настоящего изобретения является газотурбинный двигатель, содержащий осевой компрессор. Форма указанного газотурбинного двигателя не имеет конкретного ограничения.
[0072]
<Другое>
Настоящее изобретение не ограничивается вариантами осуществления, описанными выше, и включает в себя различные модификации. Например, варианты осуществления описываются подробно, чтобы полностью пояснить настоящее изобретение. Варианты осуществления не всегда ограничены вариантами осуществления, включающими в себя все вышеописанные компоненты. Например, компоненты другого варианта осуществления также могут быть добавлены к компонентам того или иного варианта осуществления. Часть компонентов того или иного варианта осуществления также может быть удалена.
[0073]
В случае примера в первом варианте осуществления, дополнительная ступень 53i добавляется в месте, удовлетворяющем требованию (i), в месте, удовлетворяющем требованию (i) и (ii) и в месте, удовлетворяющем требованию (i), (ii) и (iii). Однако, основной полезный эффект настоящего изобретения состоит в предложении способа изготовления газотурбинного двигателя, который может обеспечить запас по помпажу компрессора с учетом колебания в составе топлива. До тех пор пока указанный основной полезный эффект достигается, настоящее изобретение не всегда ограничивается случаями, описанными выше. Например, дополнительная ступень 53i может быть добавлена в месте, которое удовлетворяет только требованию (ii), и в месте, которое удовлетворяет только требованию (iii). Одним словом, дополнительная ступень 53i может быть добавлена в месте, которое удовлетворяет по меньшей мере одному из требований (i), (ii) или (iii).
[0074]
В первом варианте осуществления иллюстрируется конфигурация, в которой длина соединительного участка от дистанцирующего элемента 63 к боковой стороне двигателя сокращена за счет длины дополнительной ступени 53i. Однако, до тех пор пока основной полезный эффект достигается, настоящее изобретение не всегда ограничивается указанной конфигурацией. Например, компоненты, находящиеся дальше на стороне выше по потоку, чем место, в которое добавляется дополнительная ступень 53i базового компрессора 1, могут быть перемещены в направлении выше по потоку на величину длины дополнительной ступени 53i, чтобы добавить дополнительную ступень 53i. В данном случае, поскольку нет необходимости уменьшать длину соединительного участка от дистанцирующего элемента 63 к боковой стороне двигателя, является возможным перенастроить указанный дистанцирующий элемент 63 базового компрессора 1. Длина указанного соединительного участка от дистанцирующего элемента 63 к боковой стороне двигателя может быть сокращена и, в то же самое время, компоненты, находящиеся дальше на стороне выше по потоку, чем место, в которое добавляется дополнительная ступень 53i базового компрессора 1, могут быть перемещены в направлении выше по потоку, с целью обеспечить промежуток для дополнительной ступени 53i во всем роторе 56, и добавить указанную дополнительную ступень 53i.
Перечень ссылочных позиций
[0075]
1 базовый компрессор
46 направляющие лопатки на выходе
51а-51i лопатка ротора
52а-52i лопатка статора
53а-53h первая ступень с лопатками - восьмая ступень с лопатками (последняя ступень)
53i дополнительная ступень
62а-62f диск
63 дистанцирующий элемент
66 канал компрессора
67 соединительный участок
71, 72 щели отбора воздуха
73, 74 камеры отбора воздуха
100 базовый газотурбинный двигатель (базовое устройство)
200 модифицированный газотурбинный двигатель (модифицированное устройство)
201 модифицированный компрессор