[发明专利]用于冷却涡轮机排气框架的压缩器抽气流的主动控制

说明书

技术领域

本发明总体上涉及用于涡轮机械的冷却装置，并且更具体地，涉及使用来自压缩器的排出空气冷却涡轮发动机排气框架。

背景技术

燃气涡轮机系统中的涡轮机冷却流管理对于在包括部分负荷状态所有操作状态下获得增加的使用寿命和性能是至关重要的。已发现相比于基本负荷状态，排气温度在部分负荷和调低状态较高。因此，排气框架冷却需求在部分负荷和调低下较高。

在常规系统中，考虑到主流动路径中的较高压力由于较高二次流动阻力，冷却剂供应在部分负荷状态下减小。备选地，一些排气框架冷却系统使用外部吹风机，但是吹风机典型地尺寸被确定用于基本负荷操作状态，并且以大致恒定的速率供应冷却流，不考虑涡轮机状态。可以领会，当冷却需求高于在基本负荷状态下需要的冷却需求时，该类型的吹风机不足以提供所需的排气框架冷却。

其它已知配置使用一个或多个引射器将来自压缩器或来自涡轮机壳体的内部的空气吸引到气流中或形成于壳体中的冷却孔中。例如参见美国专利第5,450,719和3,631,672号。然而，不存在取决于特定发动机状态调节通过（一个或多个）引射器的空气流。

所以仍然需要提供一种用于涡轮机排气框架的冷却装置，其满足在包括部分负荷和调低状态的所有涡轮机状态下的冷却要求，从而优化排气框架的使用寿命。

发明内容

在第一示例性但非限定性实施例中，提供一种涡轮机排气框架冷却装置，其包括：至少一个燃烧器和排气框架；压缩器，所述压缩器适合于将空气供应到所述至少一个涡轮机燃烧器并且将排出空气供应到所述排气框架；冷却空气供应管道，所述冷却空气供应管道布置成将环境空气供应到所述排气框架；至少一个喷射器，所述至少一个喷射器布置成将压缩器排出空气供应到在所述排气框架的上游的所述冷却空气供应管道；以及控制阀，所述控制阀配置成根据涡轮机负荷状态和在所述负荷状态下的冷却要求控制压缩器排出空气到所述冷却空气供应管道和所述排气框架的供应。

在又一个方面中，本发明提供一种燃气涡轮机，其包括：压缩器；涡轮机，所述涡轮机具有至少一个燃烧器和排气框架，其中所述排气框架由环境空气和来自所述压缩器的排出空气冷却；冷却空气供应管道，所述冷却空气供应管道布置成将环境空气供应到所述排气框架，所述冷却空气供应管道形成有横截面减小的喉部区域；位于所述喉部区域内的至少一个喷射器，所述至少一个喷射器连接到管路，所述管路布置成将来自所述压缩器的排出空气供应到所述冷却空气供应管道；以及控制阀，所述控制阀配置成根据涡轮机负荷和/或排气温度主动地控制来自所述压缩器的排出空气经由所述至少一个喷射器到所述冷却空气供应管道的流动。

在又一个方面中，提供一种冷却涡轮机的排气框架的方法，包括：将环境空气供应到所述涡轮机排气框架；供应来自压缩器的排出空气以与所述排气框架的上游的环境空气混合；以及根据发动机负荷状态和在所述负荷状态下的冷却要求控制来自所述压缩器的排出空气的流动。

现在将结合下面识别的附图详细地描述本发明。

附图说明

图1是根据本发明的示例性但非限定性实施例的包括用于涡轮机排气框架的冷却装置的燃气涡轮机的简化示意图；以及

图2是曲线，示出了基于涡轮机排气温度和涡轮机负荷的冷却流相比于与负荷和/或排气温度无关的常规恒定冷却流系统。

具体实施方式

参考图1，显示简化示意流动图，该图包括涡轮机10、压缩器12、一个或多个燃烧器14和由涡轮机驱动的发电机16。将领会涡轮机10供应有来自压缩器12的进入空气并且离开涡轮机的热燃烧气体经由排气框架18排出。