[发明专利]用于燃气涡轮机的冷却系统和对应的操作方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于燃气涡轮机的一种方法及其相应的冷却系统；本发明还涉及包括这个冷却系统的燃气涡轮机。 

背景技术

在其主要特征方面，燃气涡轮机包括封闭在加压箱内的轴向压缩机、若干个燃烧室和膨胀涡轮。来自大气的空气进入压缩机中，并且被压缩，以供给到燃烧室中，在燃烧室中，空气与可燃物反应，形成处于高温(典型地约1000-1300℃)的气体；然后热气沿着膨胀线路供给到膨胀涡轮中，在膨胀涡轮中，热气膨胀，从而启动叶片而将其本身的热能转化成机械能。 

一般而言，建造燃烧室所用的材料需要强大的冷却器来避免破裂。它们在机器的这个区域中经受极高的温度。对于机器的效率和可靠性而言，直接经受高温气体的膨胀涡轮构件的冷却也是特别关键的。 

实际上，涡轮机的最大可分配功率基本上取决于过程气体可达到的最大温度，其基本上由制造与气体直接接触的构件所用的材料的抵抗力来限制。 

因此非常重要的是正确地冷却这些构件，以增大最大可分配功率，同时降低破裂的可能性，破裂对于机器而言将可能是灾难性的。 

注意到过程气体的温度沿着膨胀线路而降低，在该膨胀线路上，经受最高温度的构件在燃烧室附近布置在膨胀线路的上游。实际上，如果这些构件不被冷却，它们会比不直接经受热气的构件损坏得更快，即使是当在具有或不具有热障的情况下由特殊材料制成时也是如 此。 

具体而言，考虑到布置在膨胀线路的上游的这些构件的重要性，已经发展出尤其精制并且同时生产和维护昂贵的冷却技术，其中有例如薄膜冷却、冲击、受迫的湍流或适当的热障的使用(如本领域熟练人员众所周知的)。 

还注意到，用于直接经受处于最高温度的气体的构件的冷却系统大体上有助于冷却空气的流动调节；然而，为了修改这些构件中的一个的冷却，通常必须对系统作出大的修改或更换构件；从而导致维护和改造成本增加。 

另一方面，存在不直接经受过程气体的膨胀涡轮的构件和区域，并且通常它们不需要特殊材料来构造它们，而且，如果它们不被冷却，它们不会像直接经受过程气体的构件那样损坏的那么快。因此，这些构件较不关键，并且因此，用来冷却它们的技术更简单且较不昂贵。 

那么，目前，不管技术发展如何都是有问题的，并且存在以相对有限的成本制造具有不断改进的性能的燃气涡轮机的需要；这些机器一般设计成具有更好的性能，并且在满负载运行状态期间抵抗可达到的最大温度。 

发明内容

本发明有这样的目的：对用于燃气涡轮机的冷却系统作出一些改进，以克服上述缺点中的至少一些。 

本发明的特定目的通过以下事实给出：实现用于燃气涡轮机的一种方法及其有关冷却系统，达到在特定运行状态期间改进机器的某些构件或区域的冷却的程度。这些目的和好处在本质上是通过根据权利要求1的功能性方法、根据权利要求4的冷却系统和根据权利要求7的燃气涡轮机而获得的。 

根据第一方面，本发明的目的是一种至少包括以下阶段的用于燃气涡轮机的功能性方法：通过压缩机来压缩工作流体；将这个压缩工 作流体供给到至少一个燃烧室中，在该至少一个燃烧室中使压缩工作流体过热；在至少一个膨胀涡轮中使这个过热工作流体膨胀，以产生能量；执行来自压缩机的压缩工作流体的至少第一分流(tapping)，以将其供给到膨胀涡轮的第一空腔中，以进行冷却；在第一分流的下游执行工作流体的第二分流，以将其供给到置于第一空腔的上游的膨胀涡轮的至少第二空腔中，以进行冷却；以及将第一分流流体地连接到第二分流上，以在部分负载运行状态期间通过第二分流的一部分选择性地供给第一分流，以将第一空腔的温度保持在材料的抵抗力的可接受极限内。 

关于“膨胀涡轮的空腔”，在本描述和所附的权利要求书的范围内，其意指不直接经受在膨胀涡轮中流通的高温流体的所有空腔或叶片，且特别地理解为表示在涡轮机箱上制造的定子空腔或涡轮的叶轮空间。 

简而言之，将盘空腔或叶轮空间理解为表示定子结构和膨胀涡轮的叶片的支承盘之间的空间，或支承盘和相邻的盘之间的空间；因此其大体上包括显示的机器的所有构件或部件，同样见下面的描述。 

工作流体大体上通过将空气从大气中吸入压缩机来产生；因此，过热工作流体产生处于高温的大气空气和燃烧气体的混合物。 

在涉及本发明的特别有利的行为中，调节阶段(e)具有特定的应用，并且无论其是由于特定装置的故障的原因还是由于特定大气条件的原因(诸如，例如，当需要可分配功率的仅一小部分时，或在呈现突然的大气热范围时或在机器的启动期间等)，当第一分流的压力不足以产生足够强到冷却空腔的流体流时，启动该调节阶段。