[发明专利]用于涡轮机组的冷却及密封空气系统的混合器

说明书

技术领域

本发明大致涉及涡轮机式机组内的冷却及密封空气系统。具体地，本发明涉及另一种用在涡轮机组内的冷却及密封空气系统的混合器。

背景技术

涡轮机组(例如，涡轮机)内的冷却及密封空气系统利用来自压缩机(例如，轴流式压缩机)的空气来：(1)冷却燃气涡轮机的内部部分，(2)冷却涡轮机外壳和排气框架，(3)密封涡轮机轴承，(4)防止压缩机发生脉动，并且(5)为空气操作阀提供空气源。

以下示例介绍了示例性的燃气涡轮机内的冷却及密封空气系统的一些功能，但不以任何方式限制本发明的范围。在启动燃气涡轮机顺序期间，空气在轴流式压缩机的第9级和第13级被抽取出来，并且排放到大气中。该第9级和第13级的抽取，和在密封位置的入口导向轮叶一起，限制了通过压缩机的气流并且防止了压缩机的脉动。

在燃气涡轮机的正常运行期间，从第9级和第13级来的空气用于冷却和密封燃气涡轮的第2级和第3级。这通过使用外部管道和符合燃气涡轮机最坏运行要求(典型地冷天和热天的运行状态)的流控制孔来实现。经压缩的空气进入罩住集合管的第2级和第3级以净化从第2级和第3级机轮空间腔室来的热涡轮机空气。

当卸载或关闭涡轮机时，冷却及密封空气系统继续冷却并密封涡轮机轮空间腔室和涡轮机的内部部件。从压缩机第9级和第13级来的空气再次通过排气框架排出。这防止了压缩机在涡轮机减速期间的脉动。

从轴流式压缩机来的转向了的空气能够消耗大部分的通过压缩机的气流总量，例如多达20％。对寄生气流的管理和控制明显地提升了涡轮机的性能。抽取端口经常提供具有很高的压力和/或温度的冷却气流，而典型地该气流被节流，这导致了能量的净损失。通过使用喷射器，低压力/温度气流(例如来自压缩机第9级)可以和高压力/温度气流相混合，提供具有基本上和冷却涡轮机部件所需求的压力和温度相匹配的中间压力和温度的气流，与此同时利用了低压力和温度的空气，否则其将作为废弃的能量而浪费掉。

通过将高压力空气替换为相对低廉的低压力空气，在燃气涡轮机的冷却及密封空气系统内的喷射器有助于减少昂贵的(也即，从所消耗的功的角度来看)高压力空气的使用。由喷射器泵送的低压力空气总体流量与消耗的高压力空气的比率叫做携带率。为了将喷射器系统收益最大化，在所有燃气涡轮机运行状态下都期望有很高的携带率。依据涡轮机对冷却气流的需求，在若干运行状态下需要旁路流。高携带率全面地提高燃气涡轮机的性能(效率以及输出量)。

然而，喷射器不具有可移动的部分，并且设计成运行在特定的依据ISO白天状态的设计点。ISO标准白天状态指的是，59°F、14.7磅/平方英寸、60％相对湿度，或者说15℃(288°K)、101.3千帕斯卡、60％相对湿度。出于涡轮机的应用，涡轮机到喷射器入口的状态是涡轮机组运行的环境白天状态。由燃气涡轮看到的环境白天的变化可以改变，例如从-20°F到+120°F，其结果是给喷射器入口/出口状态带来大概50％的温度和50％压力变化。该变化对于喷射器的运行特性的范围有巨大的影响，在许多环境白天状态下，喷射器不能提供足够的冷却和/或净化气流。也就是说，喷射器在不同日期和每天不同的期间运转地不同，而在特定的日期，喷射器会提供不充足的收益。

发明内容

在本发明的一个方面，提供了一种系统，该系统用于引导来自压缩机内多个端口的空气，以把冷却和/或密封空气引导至相关涡轮机工站，以用于优化涡轮机性能。来自压缩机某个压力级(pressure stage)的第一气流具有第一压力和第一温度，来自压缩机另一个压力级的第二气流具有第二压力和第二温度。该第一压力和温度不同于第二压力和温度。喷射器具有用于接收第一气流的第一入口、用于接收第二气流的第二入口、和用于将第一气流和第二气流结合成第三气流的出口。第三气流具有第三压力和第三温度，其不同于第一、第二压力和第一、第二温度。包括两个圆柱形部分的混合器把第一气流和第三气流结合以提供第四气流。多个孔形成在内部圆柱形部分内。第四气流的压力和温度处于第一气流压力和温度与第三气流压力和温度之间。混合器具有用于接收第三气流的第一混合入口、和用于接收第一气流的第二混合入口。在两气流交汇时，第一气流和第三气流的方向之间的夹角小于90度。