[发明专利]具有初级和次级润滑油冷却器的燃气涡轮机及操作其的方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃气涡轮机，特别是航空改型(aeroderivative)燃气涡轮机。更具体地，本发明涉及对用于燃气涡轮机的润滑油回路和润滑油换热器的改进。

背景技术

润滑油(或机油)特别用于在燃气涡轮机中以对支承燃气涡轮机的转轴的轴承进行润滑和冷却。根据燃气涡轮机的结构和设计，燃气涡轮机可以包括一个或多个转轴。

在一些已知的燃气涡轮机中，润滑油还用于改变燃气涡轮机的固定或旋转的轮叶和叶片的几何形状，例如以使几何形状适应特定的操作条件。在该情况下，润滑油回路将不仅向轴承提供润滑油，而且还向包括液压致动器的液压系统提供润滑油以用于控制涡轮机的几何形状。

这造成大量的热被传递给润滑油。从润滑油去除热变得必要，以便将润滑油并且因此将润滑油循环通过的机械部件保持在可接受的温度下。

图1示意性地示出了具有润滑油循环系统的燃气涡轮机。燃气涡轮机作为整体由附图标记1示出。在图1中所示的实施例中，燃气涡轮机包括压缩机3、高压涡轮机5、动力涡轮机7(也被称为低压涡轮机)、以及燃烧器9。燃气涡轮机被容纳在涡轮机组件(图1的示意图中未示出)中。压缩机3的转子和高压涡轮机5的转子扭转地连接至公共的轴11。该公共的轴11在机器外壳中由轴承13和15支承。压缩机3和高压涡轮机5以相同的转速旋转。动力涡轮机7的转子扭转地连接至转轴17，该转轴17在机器外壳中由轴承19和21支承。

被压缩机3压缩的空气进入燃烧器9，在燃烧器9处，压缩空气与气态或液态燃料混合。燃料被点燃并且产生高压高温的燃烧气体。燃烧气体在高压涡轮机5中膨胀，以产生功率以用于通过轴11驱动压缩机3。部分膨胀的燃烧气体随后在动力涡轮机7中进一步膨胀。动力涡轮机中的进一步膨胀所产生的功率用于驱动负载，例如压缩机或压缩机组、发电机等。在图1的示意图中，负载被大体示为23。

润滑油循环通过轴承13、15、19和21，以润滑轴承并且从轴承去除热。为此目的提供润滑油回路23。润滑油回路包括润滑油箱25，润滑油通过润滑油泵27从润滑油箱25被吸入，该润滑油泵27通过润滑油管29进给润滑油。润滑油随后被分配给燃气涡轮机1的轴承。来自轴承13、15、19和21的润滑油被收集在收集管道31中并且通过清洗泵33回到润滑油箱25，止回阀35设置于该清洗泵33的下游。清洗泵33将轴承13、15、19和21保持在略微负压下，以避免润滑油离开轴承并溢流至燃气涡轮机1。初级润滑油冷却器37设置于清洗泵33与润环油箱25之间，润滑油流动通过该初级润滑油冷却器37并且在润滑油回到润滑油箱25之前从润滑油去除热。初级润滑油冷却器37可以包括油/空气换热器。附图标记39示意性地表示鼓风机，该鼓风机产生气流，以用于从流过初级润滑油冷却器37的润滑油去除热。初级润滑油冷却器37也可以是油/水换热器，而不是油/空气换热器。

在一些实施例中，本领域技术人员已知的是，燃气涡轮机包括几何形状可变的液压系统40。该系统使用在润滑油回路23中循环的润滑油来驱动燃气涡轮机1的可移动叶片的移动，以便使燃气涡轮机的几何形状适应操作条件。提供高压润滑油泵41以增大润滑油的压力并且将加压润滑油进给至几何形状可变的液压系统40的致动器。从几何形状可变的液压系统40回到润滑油管29中的润滑油已被加热并且其温度已升高。在一些情况下，次级润滑油冷却器43变得需要，以去除当润滑油在几何形状可变的液压系统40中循环时传递给润滑油的过量的热。例如，该次级润滑油冷却体43可以是油/空气或油/水换热器。

当燃气涡轮机1停机时，清洗泵33停止并且阻止润滑油从收集管道31流向润滑油箱25。这可以造成涡轮机械的轴承的溢流。

发明内容

根据一些实施例，次级润滑油冷却器布置于涡轮机组件内部。有利地，次级润滑油冷却器布置于涡轮机组件内，使得一部分冷却气流流过次级润滑油冷却器并且从其去除热，所述冷却气流在涡轮机组件中循环并且被提供用于冷却燃气涡轮机外壳。次级润滑油冷却器布置于使得在停机的情况下防止燃气涡轮机的溢流的位置处。这例如通过将次级润滑油冷却器布置在燃气涡轮机的旋转轴线下方(即燃气涡轮机轴下方)的位置处得以实现。在该背景下，如果燃气涡轮机具有多于一个的轴，例如一个布置于另一个内的两个或多个共轴的轴(如同通常为双轴或多轴航空改型燃气涡轮机提供的)，定义“燃气涡轮机轴下方”应当被理解成表示燃气涡轮机的一个或多个轴的组合下方的部位或位置处。更具体地，燃气涡轮机轴下方的意思是处于比轴(多个轴)以及相关轴承低的位置。