燃气轮机启动结构
技术领域
本发明涉及燃气轮机技术领域，具体涉及一种燃气轮机启动结构。
背景技术
燃气轮机是一种通过连续气流带动叶轮高速旋转做功，将燃料的化学能转化为机械能的内燃动力机械。
燃气轮机一般由压气机、燃烧室、涡轮三部件组成。燃气轮机正常工作时，压气机吸入外界空气并压缩，高压的空气进入燃烧室与雾化的燃料进行掺混后燃烧生成高温高压的燃气，燃气冲击涡轮做功，带动压气机和涡轮等外载荷转子高速旋转，将燃料的能量持续的转化成为机械能。
压气机压缩空气消耗的功量需要由涡轮提供。在燃气轮机起动过程中的点火前及点火后涡轮产生的功率小于压气机所需功率的这段时间内，燃气轮机需要额外动力来带动其转子系统。因此，燃气轮机需要外部动力设备的辅助进行起动。
目前，燃气轮机的启动方式主要有电机带动、吹风启动、爆炸启动几种。前两种方式不可避免地在燃气轮机机组外附有额外的启动装置，占据整体空间，增加机组重量。爆炸启动则会对燃气轮机整体安全运行造成一定隐患。且上述的启动装置仅作为启动装置独立于燃气轮机组中，对燃气轮机在启动后的正常运转没有实质性的帮助。
因此，如何提出一种结构，能够至少部分地解决现有技术中存在的缺陷，具有十分重要的意义。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明实施例提供一种燃气轮机启动结构，包括：
压气机机匣1，内侧设置有压气机叶轮5，所述压气机叶轮5绕位于所述压气机机匣1内侧中心的旋转轴R旋转;
引气通道机匣2，位于所述压气机机匣1外部且与所述压气机机匣1轴向配合，以与所述压气机机匣1之间形成环形气流通道3;
其中，所述压气机机匣1上周向设置有引气缝4。
在一个实施例中，所述引气缝4的总横截面积小于所述环形气流通道3的横截面积。
在一个实施例中，所述引气缝4的数量为多个，且沿所述压气机机匣1周向等距排列。
在一个实施例中，所述引气缝4的数量为x=Nm，其中，N为预设密集系数，m为所述压气机叶轮5具有的叶片数量。
在一个实施例中，所述引气缝4包括内开口41以及外开口42;
所述内开口41朝向所述压气机机匣1内侧，所述外开口42朝向所述环形气流通道3。
在一个实施例中，所述引气缝4的高度Df为：
其中，Di为压气机机匣的进气口直径;L为所述引气缝4沿所述旋转轴R的轴向宽度;N1为预设流速系数;N2为预设流量系数。
在一个实施例中，所述内开口41与所述压气机机匣1的内壁面切线的夹角θi为：
其中，Dm为所述压气机机匣1与所述压气机叶轮5之间的最小叶间间隙。
在一个实施例中，所述外开口42与所述压气机机匣1的外壁面切线的夹角θo为：
在一个实施例中，所述压气机机匣1上向外突出设置有配合面11，以与所述引气通道机匣2轴向配合。
在一个实施例中，所述压气机机匣1与所述引气通道机匣2通过法兰12固定。
在燃气轮机启动时，本发明实施例提供的燃气轮机启动结构中的环形气流通道3中由外部风机吹入高速高压气流，该高速高压气流通过引气缝4进入压气机机匣1内侧形成高速射流，该高速射流冲击位于压气机机匣1内侧的压气机叶轮5，以使压气机叶轮5开始绕旋转轴R旋转，从而实现燃气轮机的吹气启动。
而当燃气轮机变工况工作时，本发明实施例提供的燃气轮机启动结构中的环形气流通道3则由外部风机抽气，使环形气流通道3内部形成负压，以使压气机机匣1内侧的空气经由引气缝4被抽出到环形气流通道3，从而达到稳定压气机工作状态的目的，以便增强燃气轮机变工况的稳定性。
因此，本发明实施例提供的燃气轮机启动结构，一方面仅需额外设置引气通道机匣2而不会过多增加机组重量，具有结构简单、轻便的优点。另一方面，由于在燃气轮机启动后，该结构仍能起到增强燃气轮机变工况的稳定性的作用，因此还解决了现有技术中存在的燃气轮机启动装置无法再利用的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为根据本发明实施例的燃气轮机启动结构的示意图;
图2为根据本发明实施例的燃气轮机启动结构的轴向剖视图;
图3为图1中Ⅰ部分的放大图;
图4为图2中Ⅱ部分的放大图;
图5为根据本发明实施例的燃气轮机启动结构进行燃气轮机启动时的工作原理示意图;
图6为根据本发明实施例的燃气轮机启动结构进行燃气轮机扩稳时的工作原理示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接;可以是机械连接，也可以是电连接;可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
图1为本发明实施例提供的燃气轮机启动结构的示意图，参照图1，该结构包括：
压气机机匣1，内侧设置有压气机叶轮5，压气机叶轮5绕位于压气机机匣1内侧中心的旋转轴R旋转;
引气通道机匣2，位于压气机机匣1外部且与压气机机匣1轴向配合，以与压气机机匣1之间形成环形气流通道3;
其中，压气机机匣1上周向设置有引气缝4。
在燃气轮机启动时，本发明实施例提供的燃气轮机启动结构中的环形气流通道3中由外部风机吹入高速高压气流，该高速高压气流通过引气缝4进入压气机机匣1内侧形成高速射流，该高速射流冲击位于压气机机匣1内侧的压气机叶轮5，以使压气机叶轮5开始绕旋转轴R旋转，从而实现燃气轮机的吹气启动。
而当燃气轮机变工况工作时，本发明实施例提供的燃气轮机启动结构中的环形气流通道3则由外部风机抽气，使环形气流通道3内部形成负压，以使压气机机匣1内侧的空气经由引气缝4被抽出到环形气流通道3，从而达到稳定压气机工作状态的目的，以便增强燃气轮机变工况的稳定性。
因此，本发明实施例提供的燃气轮机启动结构，一方面仅需额外设置引气通道机匣2而不会过多增加机组重量，具有结构简单、轻便的优点。另一方面，由于在燃气轮机启动后，该结构仍能起到增强燃气轮机变工况的稳定性的作用，因此还解决了现有技术中存在的燃气轮机启动装置无法再利用的问题。
进一步地，在一个实施例中，压气机机匣1还包括沿旋转轴R方向开口的进气口10以及与该进气口10相连的进气通路。
压气机叶轮5包括叶片气流通道入口51以及叶片气流通道出口52;气流经过叶片气流通道入口51进入压气机叶轮5，经过压气机叶轮5增压后通过叶片气流通道出口52排出。
在该实施例中，压气机叶轮5可以与压气机机匣1配合，以控制两者形成的叶尖间隙C。
在一个实施例中，引气缝4的总横截面积小于环形气流通道3的横截面积。
通过使引气缝4的总横截面积小于环形气流通道3的横截面积，可使得气流从环形气流通道3进入引气缝4后，可以被继续加速，从而形成强度更大的高速射流，进而提高燃气轮机的启动效率。
进一步地，引气缝4的数量为多个，且沿压气机机匣1周向等距排列，如图2所示。
通过均匀设置多个引气缝4，可使得高速射流的数量显著增加，且使得压气机叶轮5的受力更加均匀，从而进一步提高了燃气轮机启动的稳定性和效率。
具体地，引气缝4的数量可以为x=Nm，其中，N为预设密集系数，m为压气机叶轮5具有的叶片数量。
可以理解的是，当压气机叶轮5具有的叶片数量一定时，预设密集系数越大，则引气缝4的数量越多。
例如，在一个实施例中，N的值为1.5。当然，预设密集系数的具体大小可以根据实际情况进行调整，本发明实施例对此不做限定。
进一步地，引气缝4可以包括内开口41以及外开口42，内开口41朝向压气机机匣1内侧，而外开口42朝向环形气流通道3，如图4所示。
在一个实施例中，如图1、3和4所示，引气缝4的高度Df为：
其中，Di为压气机机匣1的进气口10直径;L为引气缝4沿旋转轴R的轴向宽度;N1为预设流速系数;N2为预设流量系数。
其中，N1可以是从内开口41进入的气流的流速与从进气口10进入的气流的流速的比值，N2可以是从内开口41进入的气流的流量与从进气口10进入的气流的流量的比值。
当然，N1与N2的具体大小也可以根据实际需要，对其重新进行定义，本发明实施例对此不作具体限定。
内开口41与压气机机匣1的内壁面切线的夹角θi为：
其中，Dm为压气机机匣1与压气机叶轮5之间的最小叶尖间隙。
外开口42与压气机机匣1的外壁面切线的夹角θo为：
上述引气缝4的高度、内开口41与压气机机匣1的内壁面切线的夹角以及外开口42与压气机机匣1的外壁面切线的夹角的确定，可精确确定引气缝4的设置角度和位置，从而利于具体的实施。
在上述各实施例的基础上，如图3所示，压气机机匣1上可以向外突出设置有配合面11，以与引气通道机匣2轴向配合，并且压气机机匣1可以与引气通道机匣2通过法兰12固定。
例如，压气机机匣1可以先与法兰12焊接，然后压气机机匣1再与引气通道机匣2通过法兰12固定。
上述压气机机匣1与引气通道机匣2的联接方式，无需破坏两者的整体构造，且连接牢固，使得燃气轮机启动结构可以适应高强度的工况。
在燃气轮机启动时，本发明实施例提供的燃气轮机启动结构中的环形气流通道3中由外部风机吹入高速高压气流，而环形气流通道3相对封闭，气流进入引气缝4的外开口42，自环形气流通道3向压气机机匣1内部流动，如图5所示。
引气缝4的总横截面积小于环形气流通道3的横截面积，气流流入引气缝4中后被继续加速，从而在引气缝4的内开口41处形成高速射流。高速射流通过叶尖间隙C冲击压气机叶轮5的叶片的背部，使压气机叶轮5开始绕旋转轴R旋转。待压气机叶轮5加速到特定转速后，断开外部风机，从而实现燃气轮机的吹气启动。
在燃气轮机变工况工作时，本发明实施例提供的燃气轮机启动结构中的环形气流通道3由外部风机抽气，使环形气流通道3形成负压。主流气流在引气缝4的内开口41处的压强大于引气缝4的外开口42处的压强。流经叶尖间隙C的部分气流经过引气缝4，自压气机机匣1内部向环形气流通道3流动，如图6所示。
当叶尖位置出现泄漏流时，泄漏流不会从叶片的压力面流向吸力面，转而从引气缝4中流入环形气流通道3，进而排出至环境中。
综上所述，本发明实施例提出的燃气轮机启动结构，在燃气轮机启动时通过在引气缝4中加速形成高速射流冲击叶片背部，以使燃气轮机启动。而在启动完成后，通过在环形气流通道3中呈现负压状态，将叶尖处的泄漏流抽出，避免泄漏流造成压气机通道堵塞，从而达到稳定压气机工作状态的目的，增加了燃气轮机变工况的稳定性。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
