[发明专利]用于调节涡轮机器内的冷却流体的系统

说明书

这是部分继续申请，要求于2007年5月1日提交的、名称为“用于调节涡轮机器内的冷却流体的系统(System For Regulating A Cooling Fluid Within A Turbomachine)”的共同转让的美国专利申请11/799,162[GE档案号208397-1]的优先权；上述申请以全文引用方式并入本说明书中。

技术领域

本发明总体上涉及一种涡轮机器上的冷却系统；并且更特别地涉及一种用于调节涡轮机器的轮空间区域内的冷却流体的系统。

背景技术

在诸如燃气涡轮机的一些涡轮机器中，由压缩机压缩的空气的一部分典型地从燃烧转移为冷却各种固定部件和旋转部件或吹洗燃气涡轮机内的腔。转移的气流(以下称为“冷却流体”)消耗由压缩机压缩的总气流的相当多的量。转移的冷却流体不燃烧，降低了燃气涡轮机的性能。调节和控制冷却流体可以大大增加涡轮机的性能。

典型地，冷却流体从压缩机提取、旁路通过燃烧系统并且流动通过冷却回路。冷却回路典型地位于包括转子压缩机-涡轮机接头(以下称为“配合接头”)的各种涡轮机部件和各种轮空间区域附近。冷却回路典型地与密封系统形成一体。相对紧密的间隙可能存在于密封系统部件和燃气涡轮机转子之间。

密封系统可以包括位于旋转部件和固定部件之间的曲路密封件。可能通过曲路密封间隙发生的典型泄漏通常用于冷却或吹洗在密封件的下游的区域。例如，高压填料密封系统(HPPS)可以包括曲路和刷密封装置，其中经过HPPS的泄漏流冷却包括轮空间区域的下游部件。冷却回路的有效性在很大程度上取决于HPPS的性能。

冷却回路的配置确定是否足够的冷却流体流动到前述涡轮机部件。冷却回路可以包括将冷却流体流引导到特定轮空间区域的室。

目前已知的密封系统可能存在几个问题。磨损可能会扩大密封系统间隙。密封件可能在“跳闸(trip)”(涡轮机器的紧急停机)期间磨损。而且，密封件随着时间由燃气涡轮机操作逐渐磨损。磨损会允许过量冷却流体流到密封件的下游，从而会降低燃气涡轮机的总效率。密封系统磨损发生的不可预测性不允许冷却流体的确定的流通过冷却回路。此外，已知的密封系统不补偿密封系统磨损。所以，已知的密封系统不提供一种方式来调节流动到轮空间区域的冷却流体的量。

由于上述原因，即期望有一种系统，所述系统允许调节流入燃气涡轮机的轮空间区域中的冷却流体。所述系统应当充分地冷却，同时改善燃气涡轮机效率。所述系统也应当提供通过冷却回路的确定的流。

发明内容

下面概述了在范围上与原始所要求保护的发明相当的某些实施例。这些实施例不旨在限制所要求保护的发明的范围，而是这些实施例仅仅旨在提供本发明的可能形式的简单概括。实际上，本发明可以涵盖可以类似于或不同于下面所述的实施例的各种形式。

在本发明的实施例中，提供一种用于调节冷却流体的系统，所述系统包括：涡轮机，所述涡轮机包括：压缩机部段，所述压缩机部段包括内筒罩；压缩机排气罩；和旁路室(bypass chambers)，所述旁路室允许冷却流体从所述内筒罩流到所述压缩机排气罩；涡轮机部段，所述涡轮机部段包括旋转部件；固定部件；和轮空间区域，其中每个轮空间区域包括旋转部件和固定部件，并且每个旁路室允许冷却流体从所述压缩机部段流到所述轮空间区域；以及喷嘴冷却回路，所述喷嘴冷却回路包括都大致位于每个固定部件内的主通道和集管(header)，其中所述主通道的第一端部接收冷却流体，并且所述主通道的第二端部连接到所述集管，使得冷却流体从所述主通道流到所述集管；其中所述集管包括上游孔口和下游孔口，所述孔口允许冷却流体从所述集管排出。

每个孔口的下游端连接到调节塞，所述调节塞包括将所述冷却流体引导到所述喷嘴冷却回路之外的开口；所述调节塞确定所述冷却流体的机械性质。所述固定部件包括多个喷嘴冷却回路；所述多个喷嘴冷却回路的每一个包括：指定主通道和指定集管。每个孔口以一定的角度偏离所述集管，所述角度以有助于与工作流体混合的方式预旋所述冷却流体。所述角度在类似于所述工作流体和所述旋转部件的方向上定向所述冷却流体的流动。所述集管呈延伸通过所述固定部件的孔的形式；所述集管的每个端部由帽封闭。