[发明专利]一种包括冷却系统的涡轮发动机

说明书

公开了一种用于涡轮发动机(12)的冷却系统(10)，其用于将冷却流体从压缩机(14)引导到涡轮叶片冷却流体供应部(16)并从环境空气源供应到涡轮叶片冷却流体供应部(16)，以将冷却流体供应到转子组件的一个或多个翼片(20)。冷却系统(10)可包括从压缩机(14)延伸到提供将冷却流体供应到至少一个涡轮叶片(24)的涡轮叶片冷却流体供应部(16)的压缩机排气导管(22)。压缩机排气导管(22)可包括上游段(26)和下游段(28)，借以上游段(26)将压缩的抽出空气通过出口(30)排出到下游段(28)，其中，环境空气通过下游段(28)。上游段(26)的出口(30)可大体上与在下游段(28)流动的环境空气流(32)对齐。这样，压缩的空气增加到涡轮叶片冷却流体供应部(16)的环境空气流(32)。

关于联邦政府赞助的研究或发展的声明

本发明的研发部分地得到美国能源部、合同号为 DE-FC26-05NT42644的先进涡轮机发展项目的支持。因此，美国政府可以拥有本发明的某些权利。

技术领域

本专利总体上涉及涡轮发动机，更具体地讲，涉及利用用于气体涡轮发动机中的涡轮翼片的环境冷却空气的冷却流体馈送系统。

背景技术

通常，燃气涡轮发动机包括用于压缩空气的压缩机、用于混合压缩的空气与燃料并点燃混合物的燃烧室、以及用于产生动力的涡轮叶片组件。燃烧室通常在可能超过2500华氏度的高温下操作。典型的涡轮燃烧室构造可将涡轮叶片组件暴露于这种高温。因此，涡轮叶片和涡轮导叶必须由能够承受这种高温的材料制成。涡轮叶片、导叶和其它组件通常包括用于延长这些物品的寿命并降低由于温度过高而故障的可能性的冷却系统。

通常，涡轮导叶从导叶支承部径向向内延伸并且在紧邻转子组件处终止，并且涡轮叶片径向向外延伸并在紧邻导叶支承部处终止。涡轮导叶和叶片通常包括设置在其内部的多个冷却通道，以在其中将导叶和叶片从燃烧室排出气体获得的热中冷却。在发动机运行在一直增加的负载的情况下，需要降低传统冷却系统的非高效性的用于涡轮翼片的新的冷却系统。

发明内容

公开了一种涡轮发动机的冷却系统，其将冷却流体从压缩机引导到涡轮叶片冷却流体供应部作为压缩机排放空气并从环境空气源引导到涡轮叶片冷却流体供应部以将冷却流体供应到转子组件的一个或多个翼片。冷却系统可以包括从压缩机延伸到涡轮叶片冷却流体供应部的压缩机排气导管，该涡轮叶片冷却流体供应部将压缩的空气作为冷却流体提供到至少一个涡轮叶片以在启动和冷却过程期间冷却涡轮叶片。在一个实施例中，这种构造可以与用于涡轮叶片的环境空气冷却系统一起使用。在另一实施例中，压缩机排气导管可以包括上游段和下游段，从而上游段将压缩的排放空气通过出口排出到下游段中，环境空气通过下游段经过。上游段的出口可以基本上与在下游段流动的环境空气流对齐。这样，压缩的空气激发环境空气流，增加到达涡轮叶片的冷却流，并增加冷却效率。这种构造在泵送作用低于泵送环境空气所需的泵送作用的启动和冷却过程期间可能是有用的。

涡轮发动机的冷却系统可以包括从压缩机延伸到涡轮叶片冷却流体供应部的压缩机排气导管，涡轮叶片冷却流体供应部将冷却流体提供到至少一个涡轮叶片。压缩机排气导管可以具有与压缩机中的压缩的空气流体连通的入口以及在涡轮叶片冷却流体供应部中的出口。冷却系统可以包括在压缩机排气导管中的压缩机截止阀，以用于控制空气进入到压缩机排气导管的入口中的流动。冷却系统可以包括用于接收环境空气的一个或多个环境空气供应入口并且可以包括一个或多个环境空气供应截止阀，其位于环境空气供应入口和压缩机排气导管之间，压缩机排气导管在压缩机截止阀的下游和压缩机排气导管的出口上游，环境空气供应截止阀用于控制环境空气通过环境空气供应入口并进入到涡轮叶片冷却流体供应部中的流动。