[發明專利]位于燃氣輪機發動機中的外部冷卻流體噴射系統

無效

• 申請號: 201380057715.4
• 申請日: 2013-11-01
• 公開（公告）號: CN104769222A
• 公開（公告）日: 2015-07-08
• 發明（設計）人: K-M.撒姆;李經邦;V.P.勞雷洛;A.M.切哈布;D.A.肯普;J.A.福斯納;Y.尹;B.K.休爾塔尼恩;W.蔡
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: F01D5/08
• 分類號: F01D5/08;F01D21/00;F01D25/12;F01D25/34
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 曲瑩

技術領域

本發明涉及一種位于燃氣輪機發動機中的外部冷卻流體噴射系統，其中，該系統可在低于全負荷操作期間操作，以在發動機的選定區域內產生更均勻的溫度分布。

背景技術

在燃氣輪機發動機操作期間，空氣在壓縮器部分中壓縮，然后在燃燒部分中與燃料混合并燃燒，以產生熱燃燒氣體。在筒環形燃氣輪機發動機中，燃燒部分包括燃燒器設備的環形陣列，有時稱為“筒”或“燃燒器”，其均將熱燃燒氣體供應到發動機的渦輪部分，在渦輪部分，熱燃燒氣體膨脹以從中提取能量來提供輸出功率，輸出功率又用于發電。

發明內容

根據本發明，提供了一種燃氣輪機發動機，包括壓縮器部分、燃燒部分和渦輪部分，在壓縮器部分中壓縮拉入發動機中的空氣，在燃燒部分中，燃料與來自壓縮器部分的壓縮空氣的至少一部分混合并燃燒，以產生熱燃燒氣體，在渦輪部分中，來自燃燒部分的熱燃燒氣體膨脹以從中提取能量，其中，提取的能量的至少一部分用于在包括全負荷操作的第一發動機操作模式期間使渦輪轉子旋轉。發動機還包括轉子室、至少一個轉子冷卻管和冷卻流體噴射系統，轉子室與在渦輪部分內要冷卻的結構連通，至少一個轉子冷卻管在第一發動機操作模式期間將從發動機中提取的冷卻空氣噴射進轉子室中。冷卻流體噴射系統包括外部冷卻流體源、至少一個轉子冷卻管、管道系統、鼓風系統和閥系統，外部冷卻流體僅在包括低于全負載操作的第二發動機操作模式期間噴射進轉子室中，至少一個轉子冷卻管用于在第二發動機操作模式期間將來自外部冷卻流體源的冷卻流體噴射進轉子室中，管道系統提供外部冷卻流體源與至少一個轉子冷卻管之間的流體連通，鼓風系統用于將來自外部冷卻流體源的冷卻流體輸送通過管道系統和至少一個轉子冷卻管，進入轉子室。閥系統在第一發動機操作模式期間閉合，以防止來自外部冷卻流體源的冷卻流體被鼓風系統輸送通過管道系統，閥系統在第二發動機操作模式期間打開，以允許來自外部冷卻流體源的冷卻流體被鼓風系統輸出通過管道系統。

根據本發明的第二方面，提供了一種用于操作燃氣輪機的方法。空氣在發動機的壓縮器部分中壓縮。燃料與壓縮空氣的至少一部分混合，該混合物在發動機的燃燒部分中燃燒，以產生熱燃燒氣體。熱燃燒氣體在發動機的渦輪部分中膨脹以從中提取能量，其中，提取的能量的至少一部分用于在包括全負荷操作的第一發動機操作模式期間使渦輪轉子旋轉。在第一發動機操作模式期間經由至少一個轉子冷卻管將從發動機提取的空氣噴射進轉子室中。噴射的空氣提供對渦輪部分內的要冷卻結構的冷卻。在包括低于全負荷操作的第二發動機操作模式期間，鼓風系統的操作使得可將來自外部冷卻流體源的冷卻流體輸出通過管道系統，到達至少一個轉子冷卻管，并經由至少一個轉子冷卻管將來自外部冷卻流體源的冷卻流體噴射進轉子室中。

附圖說明

盡管說明書以特別指出并明確要求本發明的權利要求結束，但是應認為，結合附圖，通過以下描述可更好地理解本發明，在附圖中，類似的參考標號表示類似的元件，附圖中：

圖1是根據本發明實施例的包括冷卻流體噴射系統的燃氣輪機發動機的部分截面側視圖；

圖1A是圖1的放大部分，示出用于將冷卻流體傳輸到發動機渦輪部分內要冷卻結構的流體回路；以及

圖2是圖1所示冷卻流體噴射系統的示意圖。

具體實施方式

在下面對優選實施例的詳細描述中，參考形成本發明一部分的附圖，在附圖中，僅以說明性方式而不以限制性方式示出可實施本發明的指定優選的實施例。應理解，可使用其它實施例，在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，可以進行改變。

參見圖1，示出根據本發明的燃氣輪機發動機10。發動機10包括壓縮器部分12、包括多個燃燒器16(本文中還稱為“燃燒器設備”)的燃燒部分14和渦輪部分18。應注意，根據本發明的發動機10優選地包括布置在發動機10的縱向軸線L_A周圍的燃燒器16環形陣列，縱向軸線限定出發動機10內的軸向方向。這種構造通常稱為“筒環形燃燒系統”。

壓縮器部分12引入并加壓進入空氣，進入空氣的至少一部分被引導至燃燒器殼體20，以傳輸至燃燒器16。燃燒器殼體20中的空氣在下文中稱為“殼體空氣”。加壓空氣的其它部分可從壓縮器部分12提取出，以冷卻發動機10內的各部件，比如渦輪部件18中的部件。