[發明專利]用于渦輪機的流控制模塊

無效

• 申請號: 201210313846.1
• 申請日: 2012-08-29
• 公開（公告）號: CN103032108A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發明（設計）人: K.R.柯特利
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F01D17/00
• 分類號: F01D17/00;F01D5/18
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 肖日松;譚祐祥

技術領域

本發明的主題涉及渦輪機領域，并且更具體地，涉及朝向渦輪轉子軸引導冷卻流體流的被動受控流控制模塊。

背景技術

燃氣渦輪機包括可能經受高溫的旋轉部件。在渦輪中，轉子部件經受可能對系統性能和耐久性具有不利影響的高溫和溫度梯度。為了提高系統性能并且延長部件壽命，渦輪機包括朝向轉子部件輸送壓縮機排放空氣的冷卻空氣系統。通常，壓縮機排放空氣從壓縮機排氣增壓室通入至渦輪機轉子上。轉子的旋轉使壓縮機排放空氣運動，從而造成壓縮機排放空氣朝向其它的轉子部件遷移。旋轉部件的冷卻需求根據各種操作條件發生變化。在部分負載操作期間，所需的冷卻可能較少。此外，當環境空氣溫度低于正常操作條件時，所需的冷卻可能較少。

當前用于朝向轉子輸送冷卻空氣的系統包括：將壓縮機排放空氣直接噴射至轉子，并且使壓縮機排放空氣通過圍繞渦輪機的縱向軸線分布的多個噴射器。直接噴射對壓縮機排放空氣并不提供太多控制。即，直接噴射在使壓縮機排放空氣發生變化以適應各種操作條件方面并不提供太多的靈活性。基于操作條件，噴射器能夠受到控制，以改變冷卻空氣的輸送。在一些情況中，將雙金屬片結合到噴射器中，以對空氣流進行控制。溫度的改變使雙金屬片膨脹和收縮，由此改變排氣開口、并且使冷卻流輸送交替。通常，雙金屬片使噴射器的后緣部樞轉，以對冷卻流輸送進行控制。

發明內容

根據本發明示例性實施例的一個方面，一種用于渦輪機的流控制模塊包括入口，入口經由流動通路延伸至出口，流動通路具有至少一個側壁。流控制構件布置在流控制模塊內。流控制構件固定至入口與出口之間的至少一個側壁。流控制構件選擇性地、被動地被致動，以延伸到流動通路中，從而阻止流體通過流控制模塊。

所述至少一個側壁包括相對的第一側壁和第二側壁，相對的所述第一側壁和所述第二側壁通過相對的第三側壁和第四側壁連接，相對的所述第一側壁和所述第二側壁中的每一個側壁都具有曲線表面，所述曲線表面將冷卻流引導至輪空間中。所述流控制構件固定至相對的所述第一側壁和所述第二側壁中的一個側壁。相對的所述第三側壁和所述第四側壁包括基本線性表面。所述流控制構件固定至相對的所述第三側壁和所述第四側壁中的一個側壁。所述流控制構件延伸橫穿所述第三側壁和所述第四側壁中所述的一個側壁，并且與所述第一側壁和所述第二側壁中的每一個側壁連接。所述流控制構件嵌入所述至少一個側壁中。所述流控制構件包括雙金屬元件。

根據本發明示例性實施例的另一個方面，一種渦輪機包括具有壓縮機排氣部的壓縮機部分和具有第一級的渦輪部分。第一級包括輪空間部分、延伸通過輪空間部分的軸、安裝至軸的轉子、以及安裝至轉子的至少一個斗葉。流控制模塊相對于壓縮機排氣部布置在其下游，并且相對于渦輪的第一級布置在其上游。流控制模塊包括入口，入口經由流動通路延伸至出口，流動通路具有至少一個側壁。入口流體連接至壓縮機排氣部，并且出口流體連接至輪空間部分。流控制構件布置在流控制模塊內。流控制構件固定至入口與出口之間的至少一個側壁。流控制構件選擇性地、被動地被致動，以延伸到流動通路中，從而阻止冷卻流體通過流控制模塊。

所述至少一個側壁包括相對的第一側壁和第二側壁，相對的所述第一側壁和所述第二側壁通過相對的第三側壁和第四側壁連接，相對的所述第一側壁和所述第二側壁中的每一個側壁都具有曲線表面，所述曲線表面將冷卻流引導至輪空間中。所述流控制構件固定至相對的所述第一側壁和所述第二側壁中的一個側壁。相對的所述第三側壁和所述第四側壁包括基本線性表面。所述流控制構件固定至相對的所述第三側壁和所述第四側壁中的一個側壁。所述流控制構件延伸橫穿所述第三側壁和所述第四側壁中所述的一個側壁，并且與所述第一側壁和所述第二側壁中的每一個側壁連接。所述流控制構件嵌入所述至少一個側壁中。所述流控制構件包括雙金屬元件。

根據本發明示例性實施例的又一個方面，一種被動地控制流從壓縮機排氣部通向渦輪轉子的方法包括以下步驟：將來自壓縮機排氣部的空氣流導向位于渦輪輪空間上游的流控制模塊；使空氣流通過流動通路，流動通路延伸通過流控制模塊；以及基于空氣流的特性使形成流動通路的第一側壁朝向形成流動通路的第二側壁塌陷(collapsing)，以使流控制模塊收縮(constrict)。

所述方法進一步包括：向通過所述流控制模塊的空氣流引入渦流。基于空氣流的特性使所述第一側壁塌陷的步驟包括：基于空氣流的溫度使所述第一側壁塌陷；以及/或者使安裝在所述流動通路中的雙金屬片的一部分收縮。

通過下文結合附圖的描述，這些以及其它的優點和特征將變得更加顯而易見。