[发明专利]用于燃气涡轮发动机的具有加热元件的涡轮发动机温度控制系统

说明书

技术领域

本发明大体涉及涡轮发动机，并且更特别地涉及使得能够实现燃气涡轮发动机的热启动而没有涡轮叶片与径向向外密封表面干涉的风险的系统

背景技术

典型地，燃气涡轮发动机包括用于压缩空气的压气机、用于使压缩空气与燃料混合并点火混合物的燃烧器和用于产生动力的涡轮叶片组件。燃烧器经常在可能超过2,500华氏度的高温下操作。典型的涡轮燃烧器配置使涡轮叶片组件暴露于这些高温下。因为这些大的燃气涡轮发动机的质量，发动机在停机之后花费长时间以冷却下来。组成部件中的很多都以不同速率冷却，并且作为结果干涉在各种组成部件之间发展。涡轮叶片尖端与被定位在涡轮叶片的紧接着径向向外的叶片环之间的间隙是其中经常发展干涉的这样的配置。更具体地，具有叶片环的涡轮翼片载体典型地比包括涡轮叶片的涡轮转子组件冷却得快。作为结果，涡轮翼片载体在直径上比涡轮转子组件更多地减小。因此，如果期望在燃气涡轮已完全冷却之前启动燃气涡轮，则存在有归因于来自由于叶片环和涡轮翼片载体比涡轮转子组件冷却且收缩得快所引起的涡轮叶片尖端与叶片环之间的干涉的涡轮叶片尖端摩擦而对涡轮叶片造成损坏的显著风险。因此，存在着用于减少停机之后涡轮翼片载体和叶片环冷却的需要。

发明内容

公开了一种配置成限制燃气涡轮发动机的停机期间在包围涡轮翼型组件的外壳内创建热梯度并用于在冷启动期间预加热发动机的涡轮发动机温度控制系统。通过减小外壳中的中间区域空腔内的由于热空气浮力引起的热梯度，可以防止外壳的拱形和蜿蜒弯折，由此降低了叶片尖端摩擦的可能性和燃气涡轮发动机的热重启期间潜在的叶片损坏。涡轮发动机温度控制系统也可以用于冷启动条件以加热发动机组成部件使得涡轮翼型尖端与邻接的叶片环之间的间隙可以由于热膨胀而变大，由此减小损坏的风险。涡轮发动机温度控制系统可以在燃气涡轮发动机的停机之后的盘车装置(turning gear)系统操作期间操作以允许外壳从顶部到底部均匀地冷却下来，或可以在冷启动期间操作以预加热涡轮发动机组成部件。

涡轮发动机温度控制系统可以包括包围燃气涡轮发动机的翼型组件的外壳，翼型组件被同轴地定位在外壳内使得在外壳与翼型组件之间存在空腔。涡轮发动机温度控制系统还可以包括被定位在外壳的水平延伸的中心线的上方以将被加热的空气排放到空腔内的第一空气喷射器。第一空气喷射器可以由第一空气喷射器主体形成，在第一空气喷射器主体中定位有至少一个排放孔口。涡轮发动机温度控制系统可以包括延伸到空腔内用于加热空腔内的空气的至少一个加热元件。

第一空气喷射器主体可以具有当轴向观察时包括比圆形头宽的径向向外基表面的截面形状。第一空气喷射器主体可以具有利用圆形头联接到一起的弯曲的上游表面和弯曲的下游表面。弯曲的上游表面可以包括通过弯曲的过渡部与大致线性头部分开的第一大致线性基部，其中大致线性头部邻接于圆形头。在至少一个实施例中，下游表面可以比上游表面长。第一空气喷射器主体可以具有当轴向观察时包括比径向最内点宽的径向向外基表面的截面形状。第一空气喷射器主体的基表面可以围绕轴向延伸的纵向轴线并且当在与纵向轴线对齐的方向上观察时是弯曲的。在至少一个实施例中，被定位在第一空气喷射器主体中的一个或多个排放孔口可以由被定位成比第一空气喷射器主体的基表面更靠近第一空气喷射器主体的圆形头的多个排放孔口形成。

涡轮发动机温度控制系统可以包括第一空气喷射器的至少一个排放孔口中的被定位在下游面对表面中的排放开口。至少一个加热元件可以被定位成从第一空气喷射器主体的外表面径向向内。流体流导向件可以横向延伸使得一个或多个加热元件被定位在流体流导向件与第一空气喷射器主体之间以将流体流导向至加热元件。流体流导向件可以具有在与轴向延伸的轴线对齐的方向上的比第一空气喷射器主体的基表面的在该方向上的宽度大的宽度。加热元件可以由从第一空气喷射器主体径向向内延伸的至少一个径向延伸构件形成。在另一实施例中，加热元件可以由在第一空气喷射器主体与横向延伸以将流体流导向至加热元件的流体流导向件之间径向向内延伸的多个径向延伸构件形成。多个径向延伸构件可以横向上间隔开使得流体能够在两者间流过。

涡轮发动机温度控制系统还可以包括被包含在第一空气喷射器主体内且与一个或多个排放孔口流体连通的一个或多个供给歧管。涡轮发动机温度控制系统可以包括与供给歧管流体连通以将流体供给至供给歧管并供给至空气喷射器主体中的排放孔口的一个或多个流体供给系统。