[發明專利]壓氣機裝置和燃氣渦輪發動機

在審

• 申請號: 201680057901.1
• 申請日: 2016-08-08
• 公開（公告）號: CN108138659A
• 公開（公告）日: 2018-06-08
• 發明（設計）人: M·安德森;A·曼里克卡雷拉
• 申請（專利權）人: 西門子股份公司
• 主分類號: F02C9/18
• 分類號: F02C9/18;F04D27/02;F02C6/08;F02C9/28
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華

本發明涉及壓氣機裝置(100)和包括該壓氣機裝置(100)的燃氣渦輪發動機。壓氣機裝置(100)包括主壓氣機部段(10)，該主壓氣機部段再包括穿過主壓氣機部段(10)的主流體路徑(13)的邊界壁(11、12)。主壓氣機部段(10)還包括多排動葉(16)和多排靜葉(17)，主壓氣機部段(10)并分段成上游子部段(14)和下游子部段(15)，上游子部段(14)和下游子部段(15)中的每一個包括布置在主流體路徑(13)內的至少一排動葉(16)和至少一排靜葉(17)。過渡件(20)被提供并且位于主壓氣機部段(10)的多排動葉(16)的下游，過渡件(20)包括穿過過渡件(20)的主流體路徑(13)的另外的邊界壁(21、22)。壓氣機裝置(100)包括環形腔體(30)、將下游子部段(15)或過渡件(20)與腔體(30)連接的溢流開口(48)、在操作期間控制從主流體路徑(13)經由溢流開口(48)到腔體(30)中的壓氣機流體(41)的溢流的至少一個閥(40)、以及連接腔體(30)與主壓氣機部段(30)的在操作期間引導腔體(30)和主壓氣機部段(10)的主流體路徑(13)之間的流體的通道(50)，其中通道(50)位于上游子部段(14)和下游子部段(15)之間，并且通道(50)位于溢流開口(48)的上游的至少一排動葉(16)和至少一排靜葉(17)處。

技術領域

本發明涉及一種壓氣機裝置，即燃氣渦輪發動機的子部段，其允許將轉移的主流體再注入回到壓氣機部段中的位置處的主流體路徑中。此外，本發明涉及一種燃氣渦輪發動機。

背景技術

燃氣渦輪發動機像其它旋轉機械或渦輪機一樣需要在一系列的操作模式下運行。特別是，可能需要在寬負載范圍上操作燃氣渦輪發動機。此外，可能需要在不同環境溫度水平下操作燃氣渦輪發動機。此外，可能需要針對所有不同操作模式滿足排放要求。

在燃氣渦輪發動機中，通常環境空氣作為相對冷的流體可以被壓氣機壓縮(例如，燃氣輪機的壓氣機部段)并且被提供給燃燒裝置，在該燃燒裝置中仍然基本上冷的流體(溫度在壓氣機部段的排出處可以是幾百攝氏度，但至少比燃氣渦輪發動機的燃燒裝置內的作業條件要冷得多)將與燃料一起反應，以為后續的渦輪機部段提供驅動力，在后續的渦輪機部段中來自燃燒裝置的熱和經加壓的流體將驅動渦輪機的轉子動葉，以再驅動軸。軸可以再驅動壓氣機部段的動葉，以執行環境空氣的壓縮，并且剩余的動力將驅動附接至燃氣渦輪發動機的軸的發電機或旋轉負載。

在燃燒裝置中或在越過燃燒裝置的下游部段中，高溫可能出現在引導熱流體通過燃氣渦輪發動機的部件上。溫度可以高達1500℃或者甚至更高。關于排放，例如對于一氧化碳(化學符號：CO)和未燃燒的碳氫化合物的排放，高的燃燒溫度可以是有利的。

此外，應當注意的是，即使這可能降低壓氣機的效率，但是已知并非所有的壓縮空氣都可以被用于燃燒。一部分空氣可以以其它不同方式而被使用，如在壓氣機的進口或燃氣渦輪發動機的入口處的除冰，或者渦輪機動葉冷卻，或者其它部件的冷卻。因此，根據應用，通常在壓氣機級之中或之后從發動機內取得經壓縮的空氣。這種轉移的壓縮空氣通常被稱為引氣，并且通常不被提供給燃燒器用于燃燒。

還可以有理由從壓氣機提取空氣并將其直接引導至燃氣渦輪發動機的排氣。盡管這是有計劃的措施，但這導致整體效率降低。此外，潛在的空氣提取可能在壓氣機的流動中產生不平衡，這可能引發壓氣機不穩定(例如壓氣機喘振、失速)或發動機不穩定(例如，不均勻的發動機溫度、在燃燒器中火焰閃滅)。

應當注意的是，作為通常在燃氣輪機設計中的一般目標，力求于在滿負載下利用盡可能少的燃料供應進行稀薄燃燒，特別是為了減少燃料的消耗。稀薄燃燒通常可以針對滿負載操作而被配置和被優化。

由于低負載操作通常遠離最佳設計條件，在連續的低負載操作中運行燃氣渦輪發動機可能是有問題的。對于瞬態低負載操作，短時間的超過法定排放可能不是問題，但對于連續的低負載操作，應當符合給定的排放要求。

目標是提供一種解決方案，用以擴展充分滿足排放要求的操作模式的范圍。