[发明专利]涡轮汽缸腔室加热循环系统

说明书

公开了一种涡轮发动机加热系统(10)，被构造成加热压气机和涡轮叶片总成(12、14)以消除燃气涡轮发动机(16)热重启过程中的涡轮机和压气机叶片顶端摩擦。涡轮发动机加热系统(10)可以包括加热气体抽取系统(18)，其被构造成从所述涡轮发动机(16)回收气体，然后将该气体送至加热元件(20)，加热元件(20)被构造成增大由加热气体抽取系统(18)供给的气体的温度。气体然后经由气体移动设备(24)送到加热气体供给系统(22)。加热气体供给系统(22)可以与涡轮发动机(16)的位于至少一个涡轮总成(14)径向外侧的涡轮汽缸腔室(26)连通。经加热的气体可以被送到涡轮汽缸腔室(26)中以降低在熄火之后热重启之前涡轮导叶承载件(28)的冷却速率，从而限制顶端摩擦。

技术领域

本发明一般地涉及涡轮发动机，更特别地涉及能够在不存在压气机和涡轮机叶片与径向外侧密封面干涉的风险的情况下使燃气涡轮发动机热启动的系统。

背景技术

典型地，燃气涡轮发动机包括用于压缩气体的压气机、用于将压缩空气与燃料混合并点燃混合物的燃烧室、以及用于产生动力的涡轮叶片总成。燃烧室经常在可超过2500华氏度的高温下操作。典型的涡轮燃烧室构造将涡轮叶片总成暴露给这些高温。

因为这些燃气涡轮发动机的大质量，发动机在熄火以后需要长时间进行冷却。很多部件以不同的速度冷却，结果在不同部件之间发生干涉。壳体部件由于自然对流从上到下以不同速率冷却。结果，壳体在下部相对于上部冷却较快，在完全冷却之前，壳体在熄火过程中呈现变形的形状。相对于较冷的下表面，壳体的较热的上表面使壳体热地弯曲或者向上弓起。如果发动机在壳体变型的时候进行重启，则叶片顶端将具有由于向上弓起而在下部位置处干涉的趋势。因此，如果期望在完全冷却之前启动燃气涡轮，则存在如下显著的风险：由于外壳体的变形的形状，涡轮叶片顶端和发动机的下部的叶片环之间发生干涉，由于干涉导致的涡轮叶片顶端摩擦，导致损坏涡轮机叶片。因此，存在熄火之后减少涡轮导叶承载件和叶片环冷却的需求。

发明内容

本发明涉及被构造成加热压气机和涡轮叶片总成以消除燃气涡轮发动机热重启过程中涡轮机和压气机叶片顶端摩擦的涡轮发动机加热系统。涡轮发动机加热系统可以包括加热气体抽取系统，其被构造成从涡轮发动机回收气体并将使气体经过加热元件，该加热元件被构造成增大由加热气体抽取系统供给的气体的温度。气体然后经由气体移动设备送到加热气体供给系统。加热气体供给系统可以与涡轮发动机的位于至少一个涡轮总成径向外侧的涡轮汽缸腔室连通。经加热的气体可以被送到涡轮汽缸腔室中以通过加热涡轮导叶承载件降低在熄火之后热重启之前的涡轮导叶承载件的冷却速率，从而限制顶端摩擦。类似地，经加热的气体可以经由压气机加热系统送至压气机壳腔室以加热压气机导叶承载件，从而防止涡轮导叶承载件由于压气机导叶承载件的上段和中段之间的热学梯度导致的材料生长而形成椭圆形截面。

具有涡轮发动机加热系统的涡轮发动机可以被构造成用于控制发动机熄火之后热重启之前的涡轮导叶承载件温度，并且可以包括被构造成从涡轮发动机回收气体的加热气体抽取系统和被构造成增大由加热气体抽取系统供给的气体的温度的加热元件。涡轮发动机加热系统还可以包括加热气体供给系统，该加热气体供给系统具有与加热元件连通的入口并且包括与涡轮发动机的位于一个或多个涡轮总成径向外侧的涡轮汽缸腔室连通的一个或多个出口。

加热气体供给系统的出口可以由第一出口形成，所述第一出口位于第一水平接头的30度范围内，所述第一水平接头接合壳体的形成涡轮汽缸腔室的至少一部分的第一和第二段，其中所述第一出口可以位于壳体的第一侧。第二出口可以位于壳体的形成涡轮汽缸腔室的至少一部分的第一和第二段之间的第二水平接头的30度范围内，其中，所述第二出口位于壳体的第二侧。在另一实施方式中，第三出口在第一水平接头的30度范围内并且在第一水平接头的与所述第一出口相反的一侧被定位在壳体的第一侧；第四出口在第二水平接头的30度范围内并且在第二水平接头的与所述第二出口相反的一侧被定位在壳体的第二侧。