[其他]提高了热效率的燃气轮机

说明书

本发明涉及燃气轮机，更具体地说是涉及适合于引入蒸汽流的燃气轮机。

陆用或船用的燃气轮机经常是由航空发动机改型而来，这种发动机的设计保证在飞机上工作时能得到最高的热效率。发动机设计时预先就规定了它的特性，如决定质量流量的压力和容积范围。设计还应使压缩机和涡轮的工作相匹配，以避免压缩机接近喘振状态。在技术上有时也称之为提供一个“喘振裕度”，而将压缩机设计成使其沿压缩机的工作曲线工作。

因为这种改型的燃气轮机是用于陆地或船上的，所以有可能通过向发动机主气流中引入额外的高能量流体以提高热效率和输出功率。这种高能流体，有时采用蒸汽，它的定压比热C_p大于流过发动机的常规工作气流的定压比热C_p。将这种高能流体喷入燃气轮机中去的方案在约翰逊（Johnson）1984年4月27日申请的并转让给了本发明的受让人的专利申请系列号为604670中已作了介绍，因此本文参考了该申请中有关的内容，如那个申请中所述，作为高能流体的蒸汽可以利用燃气轮机产生的热将水转换为蒸汽来获得，或者蒸汽也可以来自外部的能源，如过剩的工业生产用汽。

本发明的主要目的是提供一种通过使用高能蒸汽提高热效率和输出功率的燃气轮机以及制造和控制这种发动机的方法。

本发明的另一个目的是通过用高能流体取代构成燃气轮机工作气流的这种低能流体以提高热效率。

本发明还有一个目的是改进现有设计的燃气轮机以提高那些具有预定工作特性的发动机的热效率和输出功率。

这些目的和其它目的以及本发明的优点可从下面的详细介绍、附图和实施例中得到全面的了解。所有这些只是作为本发明的典型实例而不限制本发明的范围。

简单地说，本发明的一种形式是提供一种燃气轮机，它按工作气流的流动方向依次包括，压缩装置，燃烧装置，第一涡轮和第二涡轮，此外还具有一个气流旁路装置，它在发动机第一个位置与发动机相连，该位置位于至少部分压缩装置的下游和第一涡轮控制面积，例如涡轮导向器的上游。旁路装置用于从发动机气流中引出具有第一压力的一部分工作流体。此外还包括一个第一喷射装置，它接受从气流旁路装置来的气流并在第一涡轮控制面积下游的第二个发动机位置与发动机相连。第一喷射装置用于将由旁路装置引走的工作气流的至少一部分重新喷射到发动机气流中，发动机的第二个位置选择为使该处工作气流的压力低于第一压力以保证正向流动。第一阀门装置与旁路装置及第一喷射装置协同工作以调整在第一个位置处从旁路引走的和在第二个位置处喷射进的流量。在发动机的第一和第二位置之间的第三位置处，第二喷射装置将高能蒸汽喷射进发动机的工作气流中，喷射压力大于第三位置处工作气流的压力以保证正向流动。在第三个位置喷射的蒸汽之质量流量大体上等于在第一个位置处从旁路引走的气流的质量流量。由此可见，通过发动机的质量流量基本上保持不变。第二阀门装置与第二喷射装置协同工作以调整通过第二喷射装置所喷射的蒸汽量。第一和第二阀门装置根据发动机的工作特性由控制装置操纵以控制和调整通过第一和第二阀门装置中的气流量和蒸汽量进而保持预定的发动机设计气流压力特性和容积特性不变。

本发明的另一种形式是一种控制上述普通燃气轮机以提高其热效率和输出功率的方法。它采取的措施是从发动机的第一区引出一部分气流并至少将此引出气流的一部分重新喷射到下游的第二区中去。高能蒸气喷入发动机第三区，蒸汽的质量流量大体上等于引走的气流的质量流量。控制和调整如上所述发动机工作气流的旁路和蒸汽的喷射以保持发动机预定的设计特性不变。

在本发明的再一种形式中，提供了一种改进上述现有设计普通燃气轮机以提高其热效率的方法。该方法包括在发动机的第一个位置连有一个旁路装置，而第一喷射装置在第二个位置与发动机相连，第一阀门与旁路气流相连以调整从发动机旁路引出和回到发动机的工作气流的流量。第二喷射装置在第三个位置与发动机相连，它包括第二阀门装置，用以调整蒸汽的喷射量。如上所述控制系统根据发动机的工作特性操纵第一和第二阀门装置以便控制气流和蒸汽的流量。以提高发动机的热效率和输出功率使其超过现有发动机设计时所预定的热效率。

图1为本发明结构比较简单的发动机示意图

图2为本发明结构较为复杂的发动机示意图