[发明专利]位于燃气轮机发动机中的外部冷却流体喷射系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种位于燃气轮机发动机中的外部冷却流体喷射系统，其中，该系统可在低于全负荷操作期间操作，以在发动机的选定区域内产生更均匀的温度分布。

背景技术

在燃气轮机发动机操作期间，空气在压缩器部分中压缩，然后在燃烧部分中与燃料混合并燃烧，以产生热燃烧气体。在筒环形燃气轮机发动机中，燃烧部分包括燃烧器设备的环形阵列，有时称为“筒”或“燃烧器”，其均将热燃烧气体供应到发动机的涡轮部分，在涡轮部分，热燃烧气体膨胀以从中提取能量来提供输出功率，输出功率又用于发电。

发明内容

根据本发明，提供了一种燃气轮机发动机，包括压缩器部分、燃烧部分和涡轮部分，在压缩器部分中压缩拉入发动机中的空气，在燃烧部分中，燃料与来自压缩器部分的压缩空气的至少一部分混合并燃烧，以产生热燃烧气体，在涡轮部分中，来自燃烧部分的热燃烧气体膨胀以从中提取能量，其中，提取的能量的至少一部分用于在包括全负荷操作的第一发动机操作模式期间使涡轮转子旋转。发动机还包括转子室、至少一个转子冷却管和冷却流体喷射系统，转子室与在涡轮部分内要冷却的结构连通，至少一个转子冷却管在第一发动机操作模式期间将从发动机中提取的冷却空气喷射进转子室中。冷却流体喷射系统包括外部冷却流体源、至少一个转子冷却管、管道系统、鼓风系统和阀系统，外部冷却流体仅在包括低于全负载操作的第二发动机操作模式期间喷射进转子室中，至少一个转子冷却管用于在第二发动机操作模式期间将来自外部冷却流体源的冷却流体喷射进转子室中，管道系统提供外部冷却流体源与至少一个转子冷却管之间的流体连通，鼓风系统用于将来自外部冷却流体源的冷却流体输送通过管道系统和至少一个转子冷却管，进入转子室。阀系统在第一发动机操作模式期间闭合，以防止来自外部冷却流体源的冷却流体被鼓风系统输送通过管道系统，阀系统在第二发动机操作模式期间打开，以允许来自外部冷却流体源的冷却流体被鼓风系统输出通过管道系统。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于操作燃气轮机的方法。空气在发动机的压缩器部分中压缩。燃料与压缩空气的至少一部分混合，该混合物在发动机的燃烧部分中燃烧，以产生热燃烧气体。热燃烧气体在发动机的涡轮部分中膨胀以从中提取能量，其中，提取的能量的至少一部分用于在包括全负荷操作的第一发动机操作模式期间使涡轮转子旋转。在第一发动机操作模式期间经由至少一个转子冷却管将从发动机提取的空气喷射进转子室中。喷射的空气提供对涡轮部分内的要冷却结构的冷却。在包括低于全负荷操作的第二发动机操作模式期间，鼓风系统的操作使得可将来自外部冷却流体源的冷却流体输出通过管道系统，到达至少一个转子冷却管，并经由至少一个转子冷却管将来自外部冷却流体源的冷却流体喷射进转子室中。

附图说明

尽管说明书以特别指出并明确要求本发明的权利要求结束，但是应认为，结合附图，通过以下描述可更好地理解本发明，在附图中，类似的参考标号表示类似的元件，附图中：

图1是根据本发明实施例的包括冷却流体喷射系统的燃气轮机发动机的部分截面侧视图；

图1A是图1的放大部分，示出用于将冷却流体传输到发动机涡轮部分内要冷却结构的流体回路；以及

图2是图1所示冷却流体喷射系统的示意图。

具体实施方式

在下面对优选实施例的详细描述中，参考形成本发明一部分的附图，在附图中，仅以说明性方式而不以限制性方式示出可实施本发明的指定优选的实施例。应理解，可使用其它实施例，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行改变。

参见图1，示出根据本发明的燃气轮机发动机10。发动机10包括压缩器部分12、包括多个燃烧器16(本文中还称为“燃烧器设备”)的燃烧部分14和涡轮部分18。应注意，根据本发明的发动机10优选地包括布置在发动机10的纵向轴线L_A周围的燃烧器16环形阵列，纵向轴线限定出发动机10内的轴向方向。这种构造通常称为“筒环形燃烧系统”。

压缩器部分12引入并加压进入空气，进入空气的至少一部分被引导至燃烧器壳体20，以传输至燃烧器16。燃烧器壳体20中的空气在下文中称为“壳体空气”。加压空气的其它部分可从压缩器部分12提取出，以冷却发动机10内的各部件，比如涡轮部件18中的部件。