阅读说明：本技术 一种相变控温的燃气轮机涡轮预热装置 (Phase-change temperature control gas turbine preheating device ) 是由 刘江 范进宇 项文威 付在国 翁培奋 王蕴云 于 2020-05-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种相变控温的燃气轮机涡轮预热装置,此预热装置包括涡轮预热组件和外部连接组件,其中,涡轮预热组件,设置于燃气轮机的外缸表面上,其包括导热层和储热层,储热层设置于导热层的一侧；外部连接组件,设置于涡轮预热组件的两端,其包括连接件和紧固件,紧固件与连接件配合连接；本发明中通过涡轮预热组件在燃气轮机工作时吸收并存储热量,对燃气轮机壳体保温,使得燃气轮机由冷启动变为热启动,缩短启动时间；而外部连接组件用于固定涡轮预热组件,可适配不同直径的燃气轮机壳体。(The invention discloses a phase-change temperature control gas turbine preheating device, which comprises a turbine preheating assembly and an external connecting assembly, wherein the turbine preheating assembly is arranged on the surface of an outer cylinder of a gas turbine and comprises a heat conduction layer and a heat storage layer, and the heat storage layer is arranged on one side of the heat conduction layer; the external connecting components are arranged at two ends of the turbine preheating component and comprise connecting pieces and fastening pieces, and the fastening pieces are connected with the connecting pieces in a matching way; according to the invention, the turbine preheating assembly absorbs and stores heat when the gas turbine works and preserves heat of the gas turbine shell, so that the gas turbine is changed from cold start to hot start, and the starting time is shortened; and the external connecting assembly is used for fixing the turbine preheating assembly and can be matched with gas turbine shells with different diameters.)

一种相变控温的燃气轮机涡轮预热装置

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，尤其涉及一种相变控温的燃气轮机涡轮预热装置。

背景技术

现阶段，一般重型燃气轮机启动时间约需要几个小时，大概可分为四个阶段：①冷拖、清吹，②点火、暖机，③升速、脱扣，④自升速，燃气轮机启动时为确保机体热应力处于安全水平，需要严格控制升温率和升速率。若升温率和升速率过快，会导致机组产生严重的疲劳损伤，进而影响机组安全性和可靠性。

在确保机组热应力处于安全水平的前提下，一般都是直接采用冷启动，但是启动时间较长，现在想通过减少燃气轮机启动时间，来提高燃气轮机整体效率；而分析燃气轮机启动的四个阶段，可从暖机、预热入手来缩短启动时间，提高效率。现提出一种针对燃气轮机的预热装置，来解决燃气轮机启动时间偏长的问题。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有燃气轮机启动存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明要解决的技术问题是提供一种相变控温的燃气轮机涡轮预热装置，其目的在于通过预热装置来对涡轮预热，进而缩短燃气轮机启动时间的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种相变控温的燃气轮机涡轮预热装置，此预热装置包括涡轮预热组件和外部连接组件，其中，涡轮预热组件，设置于燃气轮机的外缸表面上，其包括导热层和储热层，所述储热层设置于所述导热层的一侧；外部连接组件，设置于所述涡轮预热组件的两端，其包括连接件和紧固件，所述紧固件与所述连接件配合连接。

作为本发明所述相变控温的燃气轮机涡轮预热装置的一种优选方案，其中：所述涡轮预热组件还包括保温层和防护外壳，所述保温层和防护外壳包覆于所述储热层的外侧，且位于所述储热层远离所述导热层的一侧，且所述保温层位于所述储热层与防护外壳之间。

作为本发明所述相变控温的燃气轮机涡轮预热装置的一种优选方案，其中：所述导热层采用高导热性的材料制成。

作为本发明所述相变控温的燃气轮机涡轮预热装置的一种优选方案，其中：所述储热层采用相变材料制成。

作为本发明所述相变控温的燃气轮机涡轮预热装置的一种优选方案，其中：所述保温层采用具有热阻性和保温性的材料制成。

作为本发明所述相变控温的燃气轮机涡轮预热装置的一种优选方案，其中：所述连接件包括连接带和开设于所述连接带一侧侧壁上的限位齿槽。

作为本发明所述相变控温的燃气轮机涡轮预热装置的一种优选方案，其中：所述紧固件包括紧固盒，所述紧固盒固定于所述连接带的一端，其盒体内腔沿长度方向开有通腔，且位于其内腔中部设置有限位扣。

作为本发明所述相变控温的燃气轮机涡轮预热装置的一种优选方案，其中：所述连接带的径向截面小于所述通腔的径向截面，且所述限位扣与限位齿槽配合连接。

作为本发明所述相变控温的燃气轮机涡轮预热装置的一种优选方案，其中：所述限位扣包括转轴、扭簧和扣板，所述转轴设置于所述通腔的两侧侧壁上，所述扭簧套设于所述转轴上，且位于所述转轴的中部，其两端分别与所述通腔的侧壁和所述扣板抵接，所述扣板固定于所述转轴上，其长度大于所述通腔的高度。

作为本发明所述相变控温的燃气轮机涡轮预热装置的一种优选方案，其中：所述限位扣中还包括拨片，所述拨片固定于所述转轴贯穿所述紧固盒侧壁的一端。

本发明的有益效果：

本发明中通过涡轮预热组件在燃气轮机工作时吸收并存储热量，对燃气轮机壳体保温，使得燃气轮机由冷启动变为热启动，缩短启动时间；而外部连接组件用于固定涡轮预热组件，可适配不同直径的燃气轮机壳体。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明相变控温的燃气轮机涡轮预热装置的整体结构示意图。

图2为本发明相变控温的燃气轮机涡轮预热装置的应用位置示意图。

图3为本发明相变控温的燃气轮机涡轮预热装置的外部连接组件结构示意图。

图4为本发明相变控温的燃气轮机涡轮预热装置的外部连接组件局部放大结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

再其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

实施例1

参照图1和2，为本发明第一个实施例，提供了一种相变控温的燃气轮机涡轮预热装置，此预热装置包括涡轮预热组件100和外部连接组件200，其中，涡轮预热组件100，设置于燃气轮机M的外缸表面上，其包括导热层101和储热层102，储热层102设置于导热层101的一侧；外部连接组件200，设置于涡轮预热组件100的两端，其包括连接件201和紧固件202，紧固件202与连接件201配合连接。

其中，燃气轮机M在正常运行时，高温烟气的热量会被燃气轮机M的外壳吸收，而涡轮预热组件100包覆于燃气轮机M的外壳上，用于将燃气轮机M的壳体中的热量吸收并存储，具体为，通过导热层101传导热量存储于储热层102中；而外部连接组件200为涡轮预热组件100的固定结构，用于将涡轮预热组件100固定在不同直径位置的燃气轮机M外壳上，连接件201需要同紧固件202配合，可方便此涡轮预热组件100的安装、拆卸和调节。

实施例2

参照图1，为本发明的第二个实施例，该实施例不同于第一个实施例的是：涡轮预热组件100还包括保温层103和防护外壳104，保温层103和防护外壳104包覆于储热层102的外侧，且位于储热层102远离导热层101的一侧，且保温层103位于储热层102与防护外壳104之间。

相较于实施例1，进一步的，结合附图2，涡轮预热组件100共设置有四层，各层之间相互贴附，自燃气轮机M壳体一侧逐层向外分布，依次为导热层101、储热层102、保温层103和防护外壳104；其中，导热层101用于燃气轮机M壳体与储热层102之间的热量传导，提高二者之间热量传导的速率和效果；需要说明的是，在导热层101安装时，可用导热硅胶填补燃气轮机M壳体与导热层101之间的空隙，以保持最佳的导热效果；储热层102则用于存储热量，并在燃气轮机M启动时，反向释放存储的热量，进而对包覆的壳体进行预热和保温，进而减短燃气轮机M涡轮启动所需的时间；而保温层103用于阻止储热层102存储热量向外界散失，确保储热层103的保温和储热效果；防护外壳104用于对其他三层提供防护，避免材料破坏导致事故。

其余结构与实施例1的结构相同。

实施例3

参照图1，为本发明的第三个实施例，该实施例不同于第二个实施例的是：导热层101采用高导热性的材料制成。

储热层102采用相变材料制成。

保温层103采用具有热阻性和保温性的材料制成。

相较于实施例2，进一步的，导热层101采用高导热性的合金材料制成，以使得燃气轮机M壳体与储热层102之间具有良好的接触和热传导效果，此类合金材料有多种可供选择，例如硅合金铝、氮化铝、氮化硼、黄铜或碳化硅等材料。

参照表1，各导热材料在储热层102和保温层103材料相同的前提下，随燃气轮机M关闭时间不同重启所需时间的统计表。

表1：燃气轮机M重启时间的对照统计表(一)

因而硅合金铝为本方案导热层101的优选材料。

进一步的，储热层102采用相变材料制成，相变材料具有在温度不变的情况下，改变物质状态并能提供潜热的特性，储热层102包覆在燃气轮机外壳上，相变材料吸收导热层101传导的热量并存储；当燃气轮机涡轮因停机而温度降低时，相变材料不再吸热，并且因涡轮停机后，相变材料的状态发生变化，热量逐渐放出，从而对燃气轮机涡轮进行预热或热环境保持。进而使得涡轮部分有一定的温度基础，再次启动时有更好的热应力变化处理能力。较佳的，选取的相变材料相变范围为210～270℃，此类相变材料具有多种，例如季戊四醇、50％NaCl+50％MgCl2、60％NaNO3+40％KNO3、铝基/NaNO3复合材料、天然膨胀石墨/NaNO3-KNO3复合材料等。

参照表2，对比传统未装有涡轮预热组件100和装有不同相变材料的涡轮预热组件100的燃气轮机涡轮局部模型进行试验，对比在正常运转后关闭燃气轮机涡轮，间隔一段时间后再次启动，从启动到正常运转所需时间进行记录，测试结果如下表2所示。

表2：燃气轮机M重启时间的对照统计表(二)

因而铝基/NaNO3复合材料为本方案储热层102的优选相变材料。

更进一步的，保温层103采用具有热阻性和保温性的材料制成，用于减少燃气轮机涡轮外壳与外界的换热，从而保障储热层102的保温和储热效果。保温层103可选择的保温材料有多种，包括以下几种：真空绝热板、气凝胶绝热板、发泡聚氨酯、挤塑聚苯板和无机质高分子保温板，优选为真空绝缘板。

参照表3，各保温材料在导热层101和储热层102材料相同的前提下，随燃气轮机M关闭时间不同重启所需时间的统计表。

表3：燃气轮机M重启时间的对照统计表(三)

因而真空绝热板为本方案保温层103的优选保温材料。

结合上述优选材料可得出如下测试表4：

表4：燃气轮机M重启时间的对照统计表(四)

在三种优选材料下的该预热装置，可使得燃气轮机M达到较为理想的再启动时间，为电厂节约了燃料成本，并快速将机组投入到再生产中。

其余结构与实施例2的结构相同。

实施例4

参照图3和4，为本发明的第四个实施例，该实施例不同于第三个实施例的是：连接件201包括连接带201a和开设于连接带201a一侧侧壁上的限位齿槽201b。

紧固件202包括紧固盒202a，紧固盒202a固定于连接带201a的一端，其盒体内腔沿长度方向开有通腔，且位于其内腔中部设置有限位扣202b。

连接带201a的径向截面小于通腔的径向截面，且限位扣202b与限位齿槽201b配合连接。

限位扣202b包括转轴202b-1、扭簧202b-2和扣板202b-3，转轴202b-1设置于通腔的两侧侧壁上，扭簧202b-2套设于转轴202b-1上，且位于转轴202b-1的中部，其两端分别与通腔的侧壁和扣板202b-3抵接，扣板202b-3固定于转轴202b-1上，其长度大于所述通腔的高度。

限位扣202b中还包括拨片202b-4，拨片202b-4固定于转轴202b-1贯穿紧固盒202a侧壁的一端。

相较于实施例3，进一步的，结合附图3，连接件201用于涡轮预热组件100的连接限位，包括连接带201a和限位齿槽201b，连接带201a对称设置在涡轮预热组件100的两侧，可与之连接为一体。在涡轮预热组件100安装时，通过连接带201a将涡轮预热组件100缠绕包裹在燃气轮机M涡轮外缸的表面，使得涡轮预热组件100完全展开，并能够与燃气轮机M涡轮外缸的表面紧密贴合，连接带201a的长度长于燃气轮机M涡轮外缸的周长，目的在于连接带201a可适配不同径向直径的燃气轮机M壳体；限位齿槽201b开设于连接带201a远离燃气轮机M外壳一侧的侧壁上，配合紧固件202对连接带201a进行限位，使得连接带201a形成不同大小的环体。

更进一步的，结合附图4，紧固件202包括紧固盒202a和限位扣202b，紧固盒202a用于设置限位扣202b，进而对连接带201a限位，紧固盒202沿长度方向贯通，连接带201a可自由贯穿紧固盒202的内腔，而位于紧固盒202的内腔中，限位扣202b与限位齿槽201b配合，进而限制连接带201a形成环体的大小。

具体的，转轴202b-1垂直于紧固盒202的长度方向转动安装在其内腔中，扭簧202b-2可转动套接在转轴202b-1的杆体上，且扭簧202b-2位于转轴202b-1的中部，其一端抵接于紧固盒202通腔的顶部，另一端抵接于扣板202b-3的上表面上；而扣板202b-3固定于转轴202b-1上，位于转轴202b-1两端的长度可相同也可以不同；限位扣202b中的转轴202b-1用于限制扣板202b-3的偏转，而扭簧202b-2用于扣板202b-2的状态保持，而扣板202b-3则与限位齿槽201b相配合卡合，对连接带201a进行长度限位。由于扣板202b-3的长度大于通腔的高度，扣板202b-3始终在通腔内处于倾斜的状态，并且在扭簧202b-2的作用下，则翘起的一端与通腔的顶部活动接触，偏下的一端可抵接于限位齿槽201b内。

转轴202b-1端部设置拨片202b-4的作用在于，通过拨动拨片202b-4，来调节扣板202b-3所处的状态，可用于释放拨片202b-4与限位齿槽201b卡合的状态。

其余结构与实施例3的结构相同。

使用前，将涡轮预热组件100和外部连接组件200组合成型，在安装过程中，将涡轮预热组件100缠绕包覆在燃气轮机M涡轮外缸的壳体上，将连接带201a的自由端穿过紧固盒202内的通腔，过程中，位于紧固盒202内的限位扣202b与限位齿槽201b接触，当达到最佳配合位置时，扣板202b-3的一端卡合在对应位置的限位齿槽201b内，连接带201a形成的环体内径与涡轮外缸壳体的外径相等。

本装置与燃气轮机M组合工作过程为：当燃气轮机M正常运行时，空气经空气压缩机压缩后流入燃气轮机M的燃烧室与燃料混合并燃烧，产生高温烟气并涌进燃气轮机M的涡轮做功，储热层102通过导热层101和燃气轮机M涡轮外壳从高温烟气中吸收热量，并存储。

当燃气轮机M停机后，涡轮外壳因停机而温度逐渐降低，储热层102中相变材料由于不再吸热，其状态发生变化，虽温度不变，但热量逐渐放出，通过释放储存的热量来对燃气轮机M涡轮外壳进行保温预热，以维持燃气轮机M涡轮具有一定的温度。在此温度基础上，再次启动燃气轮机M，涡轮在升温升速过程中具备更好的热应力变化处理能力。从而在确保热应力处于安全水平的前提下，缩短启动时间，提高燃气轮机M的整体效率。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。