具有閥冷卻系統的燃氣渦輪的製作方法
2023-12-09 10:38:46 1
本申請和所得專利大體上涉及燃氣渦輪發動機，且更具體而言，涉及渦輪閥冷卻系統，該系統使用排氣框架送風機空氣來冷卻渦輪閥，諸如排出器閥(ejectorvalve)、提取流調節閥等。
背景技術：
來自壓縮機的總空氣流的一部分可被提取以冷卻各種渦輪構件。然而，該提取的空氣流不可在燃燒過程中用於產生有用功。類似地，排出器可使用在不同壓力和溫度下從不同的壓縮機級提取的壓縮機放出空氣，以對渦輪提供緊接的壓力和溫度。取決於局部周圍條件和其他類型的操作參數，可使用或繞過排出器。因此，這些寄生提取流的適當管理和控制可提高燃氣渦輪發動機的整體性能和效率。
除壓縮機流之外，某些排氣框架冷卻系統使用外部送風機向排氣框架歧管提供冷卻空氣。此種送風機一般在基本上恆定的速率下提供冷卻流。雖然外部送風機與壓縮機提取流可能較不「貴」，但該送風機的使用仍對整體性能和效率具有影響。
壓縮機提取流和排出器二者使用各種類型的閥以調節冷卻流。然而，這些閥大體上定位在圍繞壓縮機和渦輪的高溫位置中。此種高溫位置可導致促動器密封件的損耗、促動器彈簧漆的損耗、和其他類型的損傷。閥損傷和/或故障可對整體燃氣渦輪性能和效率具有影響。
技術實現要素：
本發明和所得專利因而提供一種燃氣渦輪發動機。該燃氣渦輪發動機可包括：壓縮機空氣提取系統，其具有多個閥；排氣框架冷卻系統，其具有排氣框架送風機；和渦輪閥冷卻系統，其具有圍繞閥中的一個或更多個的一個或更多個閥保護盒。該閥保護盒可與來自排氣框架送風機的空氣流連通。
本發明和所得專利還提供一種冷卻燃氣渦輪發動機中的一個或更多個閥的方法。該方法可包括下列步驟：從壓縮機向渦輪提供提取空氣流、通過一個或更多個閥來控制提取空氣流、將閥中的一個定位在閥保護盒中、和從排氣框架送風機向閥保護盒提供排氣框架冷卻空氣流。
本發明和所得專利還提供一種燃氣渦輪發動機。該燃氣渦輪發動機可包括多個空氣提取閥、排氣框架送風機、和包圍空氣提取閥中的一個的閥保護盒。該閥保護盒可與來自排氣框架送風機的空氣流連通。
技術方案1：一種燃氣渦輪發動機，包括：
壓縮機空氣提取系統；
所述壓縮機空氣提取系統包括多個閥；
排氣框架冷卻系統；
所述排氣框架冷卻系統包括排氣框架送風機；和
渦輪閥冷卻系統；
所述渦輪閥冷卻系統包括一個或更多個閥保護盒，所述閥保護盒包圍所述多個閥中的一個或更多個；且
其中，所述一個或更多個閥保護盒與來自所述排氣框架送風機的空氣流連通。
技術方案2：根據技術方案1所述的燃氣渦輪發動機，其中，所述壓縮機空氣提取系統包括從壓縮機級延伸至渦輪級的多個空氣提取管線。
技術方案3：根據技術方案2所述的燃氣渦輪發動機，其中，所述壓縮機空氣提取系統包括在所述多個空氣提取管線上的一個或更多個提取流調節閥。
技術方案4：根據技術方案3所述的燃氣渦輪發動機，其中，所述一個或更多個提取流調節閥包括提取流調節閥促動器。
技術方案5：根據技術方案3所述的燃氣渦輪發動機，其中，所述一個或更多個閥保護盒包括提取流調節閥保護盒，所述提取流調節閥保護盒包圍所述提取流調節閥中的一個。
技術方案6：根據技術方案5所述的燃氣渦輪發動機，其中，排氣框架冷卻系統包括排氣框架歧管，且其中，所述提取流調節閥保護盒通過所述排氣框架歧管與所述排氣框架送風機連通。
技術方案7：根據技術方案2所述的燃氣渦輪發動機，其中，所述壓縮機空氣提取系統包括排出器，所述排出器與所述多個空氣提取管線中的一對連通。
技術方案8：根據技術方案7所述的燃氣渦輪發動機，其中，所述壓縮機空氣提取系統包括在所述多個空氣提取管線中的所述一對中的一個上的旁通閥。
技術方案9：根據技術方案8所述的燃氣渦輪發動機，其中，所述旁通閥包括旁通閥促動器。
技術方案10：根據技術方案7所述的燃氣渦輪發動機，其中，所述一個或更多個閥保護盒包括包圍所述旁通閥的旁通閥保護盒。
技術方案11：根據技術方案7所述的燃氣渦輪發動機，其中，所述壓縮機空氣提取系統包括在所述多個空氣提取管線中的所述一對中的一個上的隔離閥。
技術方案12：根據技術方案11所述的燃氣渦輪發動機，其中，所述隔離閥包括隔離閥促動器。
技術方案13：根據技術方案11所述的燃氣渦輪發動機，其中，所述一個或更多個閥保護盒包括包圍所述隔離閥的隔離閥保護盒。
技術方案14：根據技術方案1所述的燃氣渦輪發動機，其中，所述一個或更多個閥保護盒包括絕緣熱屏蔽件。
技術方案15：一種冷卻燃氣渦輪發動機中的一個或更多個閥的方法，包括：
從壓縮機向渦輪提供提取空氣流；
通過所述一個或更多個閥來控制所述提取空氣流；
將所述一個或更多個閥中的一個定位在閥保護盒中；和
從排氣框架送風機向所述閥保護盒提供排氣框架冷卻空氣流。
技術方案16：一種燃氣渦輪發動機，包括：
多個空氣提取閥；
排氣框架送風機；和
閥保護盒，其包圍所述多個空氣提取閥中的一個；
其中，所述閥保護盒與來自所述排氣框架送風機的空氣流連通。
技術方案17：根據技術方案16所述的燃氣渦輪發動機，其中，所述多個空氣提取閥包括一個或更多個提取流調節閥。
技術方案18：根據技術方案16所述的燃氣渦輪發動機，其中，所述多個空氣提取閥包括與排出器連通的旁通閥。
技術方案19：根據技術方案16所述的燃氣渦輪發動機，其中，所述多個空氣提取閥包括與排出器連通的隔離閥。
技術方案20：根據技術方案16所述的燃氣渦輪發動機，其中，所述閥保護盒包括絕緣熱屏蔽件。
方案1：一種燃氣渦輪發動機100，包括：
壓縮機空氣提取系統110；
所述壓縮機空氣提取系統110包括多個閥365；
排氣框架冷卻系統310；
所述排氣框架冷卻系統310包括排氣框架送風機330；和
渦輪閥冷卻系統350；
所述渦輪閥冷卻系統350包括一個或更多個閥保護盒360，所述閥保護盒360包圍所述多個閥365中的一個或更多個；且
其中，所述一個或更多個閥保護盒360與來自所述排氣框架送風機330的空氣流連通。
方案2：根據方案1所述的燃氣渦輪發動機100，其中，所述壓縮機空氣提取系統110包括從壓縮機級120、150延伸至渦輪級130、170的多個空氣提取管線140、160。
方案3：根據方案2所述的燃氣渦輪發動機100，其中，所述壓縮機空氣提取系統110包括在所述多個空氣提取管線140、160上的一個或更多個提取流調節閥280。
方案4：根據方案3所述的燃氣渦輪發動機100，其中，所述一個或更多個提取流調節閥280包括提取流調節閥促動器295、305。
方案5：根據方案3所述的燃氣渦輪發動機100，其中，所述一個或更多個閥保護盒360包括提取流調節閥保護盒390、400，所述提取流調節閥保護盒390、400包圍所述提取流調節閥280中的一個。
方案6：根據方案5所述的燃氣渦輪發動機100，其中，排氣框架冷卻系統310包括排氣框架歧管320，且其中，所述提取流調節閥保護盒390、400通過所述排氣框架歧管320與所述排氣框架送風機330連通。
方案7：根據方案2所述的燃氣渦輪發動機100，其中，所述壓縮機空氣提取系統110包括排出器200，所述排出器200與所述多個空氣提取管線140、160中的一對連通。
方案8：根據方案7所述的燃氣渦輪發動機，其中，所述壓縮機空氣提取系統包括在所述多個空氣提取管線140、160中的所述一對中的一個上的旁通閥190。
方案9：根據方案8所述的燃氣渦輪發動機100，其中，所述旁通閥190包括旁通閥促動器195。
方案10：根據方案7所述的燃氣渦輪發動機100，其中，所述一個或更多個閥保護盒360包括包圍所述旁通閥190的旁通閥保護盒370。
方案11：根據方案7所述的燃氣渦輪發動機100，其中，所述壓縮機空氣提取系統110包括在所述多個空氣提取管線140、160中的所述一對中的一個上的隔離閥220。
方案12：根據方案11所述的燃氣渦輪發動機100，其中，所述隔離閥220包括隔離閥促動器225。
方案13：根據方案11所述的燃氣渦輪發動機100，其中，所述一個或更多個閥保護盒360包括包圍所述隔離閥220的隔離閥保護盒380。
方案14：根據方案1所述的燃氣渦輪發動機100，其中，所述一個或更多個閥保護盒360包括絕緣熱屏蔽件410。
方案15：一種冷卻燃氣渦輪發動機中的一個或更多個閥365的方法，包括：
從壓縮機15向渦輪40提供提取空氣流；
通過所述一個或更多個閥365來控制所述提取空氣流；
將所述一個或更多個閥365中的一個定位在閥保護盒360中；和
從排氣框架送風機330向所述閥保護盒360提供排氣框架冷卻空氣流。
在閱讀結合若干附圖和所附權利要求作出的下列詳細說明之後，本申請和所得專利的這些和其他特徵和改進對本領域技術人員而言將是顯而易見的。
附圖說明
圖1是具有壓縮機、燃燒器、渦輪和負載的燃氣渦輪發動機的示意圖。
圖2是具有如可在本文中描述的具有壓縮機提取空氣系統、排氣框架送風機系統、和渦輪閥冷卻系統的燃氣渦輪發動機的示意圖。
圖3是可與圖2的渦輪閥冷卻系統一同使用的閥保護盒的示意圖。
部件列表
10燃氣渦輪發動機
15壓縮機
20空氣
25燃燒器
30燃料
35燃燒氣體
40渦輪
45軸
50負載
55排氣框架
100燃氣渦輪發動機
110壓縮機空氣提取系統
120第十三級
130第二級
140第一流路
150第九級
160第二流路
170第三級
180旁通流路
190旁通閥
195旁通閥促動器
200排出器
210交叉流路
220隔離閥
225隔離閥促動器
230動力入口
250吸引入口
260擴壓器
270第三流
280提取流調節閥
290第一提取流調節閥
295第一提取流調節閥促動器
300第二提取流調節閥
305第二提取流調節閥促動器
310排氣框架冷卻系統
320排氣框架歧管
330排氣框架送風機
340排氣框架送風機管線
350渦輪閥冷卻系統
360閥保護盒
365閥
370旁通閥保護盒
375促動器
380隔離閥保護盒
390第一提取流調節閥保護盒
400第二提取流調節閥保護盒
410絕緣熱件
420冷卻空氣入口
430冷卻空氣出口
440排出器閥冷卻管線
450排出器旁通閥冷卻管線
460排出器隔離閥冷卻管線
470提取流調節閥冷卻管線
480第一提取流調節閥冷卻管線
490第二提取流調節閥冷卻管線。
具體實施方式
現在參考附圖，其中貫穿若干視圖，類似的標號指類似的元件，圖1示出可在本文中描述的燃氣渦輪發動機10的示意圖。燃氣渦輪發動機10可包括壓縮機15。壓縮機15壓縮空氣20的進入流。壓縮機15將空氣20的壓縮流輸送至燃燒器25。燃燒器25將空氣20的壓縮流與燃料30的加壓流混合，且點燃混合物以形成燃燒氣體35流。雖然僅示出單個燃燒器25，但燃氣渦輪發動機10可包括以周向陣列的方式定位的任何數量的燃燒器25。燃燒氣體35的流又被輸送至渦輪40。燃燒氣體35的流驅動渦輪40，以便產生機械功。渦輪40中產生的機械功通過軸45驅動壓縮機15且驅動外部負載50(諸如發電機等)。用過的燃燒氣體35可被引導穿過排氣框架55等，且用於進一步使用。
燃氣渦輪發動機10可使用天然氣、液體燃料、各種類型的合成氣、和/或其他類型的燃料和它們的混合物。燃氣渦輪發動機10可為由generalelectriccompanyofschenectady,newyork提供的多種不同的燃氣渦輪發動機中的任何一種，包括但不限於諸如7或9系列重載燃氣渦輪發動機等的那些。燃氣渦輪發動機10可具有不同的構造，且可使用其他類型的構件。本文中也可使用其他類型的燃氣渦輪發動機。多個燃氣渦輪發動機、其他類型的渦輪、和其他類型的發電設備也可在本文中一同使用。
圖2是可在本文中描述的燃氣渦輪發動機100的示例的示意圖。燃氣渦輪發動機100可與上面所描述的相似，且可包括相似的構件，諸如壓縮機15、燃燒器25、渦輪40、軸45、和排氣框架55。本文中也可使用其他構件和其他構造。
燃氣渦輪發動機100也可包括壓縮機空氣提取系統110。壓縮機空氣提取系統110可從例如壓縮機15的第十三級120進行高壓空氣提取，且通過第一流路140向例如渦輪40的第二級130提供所提取的空氣以作為冷卻空氣流。類似地，壓縮機空氣也可從更早的級例如壓縮機15的第九級150提取，且通過第二流路160作為冷卻空氣供應至例如渦輪40的第三級170。旁通流路180也可與第一流路140連通。旁通流路180可包括節流閥或旁通閥190。旁通閥190可包括旁通閥促動器195。旁通流路180可在冷天或由於其他類型的操作參數而提供額外的空氣流。本文中可使用其他級和其他類型的流路。
排出器200可定位在第一流路140上。如上所述，排出器200允許混合來自流路140、160的所提取的空氣，以便調節提取流以優化整體燃氣渦輪發動機100的效率。排出器200可通過交叉流路210與第二流路160連通，該交叉流路210定位在流路140、160之間。交叉流路210可包括在其上的隔離閥220。該隔離閥220可包括隔離閥促動器225。隔離閥220可在周圍條件或其他類型的操作參數不利時隔離排出器200。本文中可使用其他構件和其他構造。
大體地描述，排出器200為不具有移動部分的機械裝置。因該排出器200不具有移動部分，所以排出器設計成在基於iso天條件的特定設計點下操作。排出器200基於動量傳遞來混合兩種流體蒸汽。排出器200具有用於高壓動力流體的動力空氣入口230；主噴嘴，其將用於動力流的靜態壓力降低至比吸引壓力的壓力低的壓力；吸引空氣入口250，其用於通過交叉路徑210接收的較低壓或吸引流體；和擴壓器260，其用於使混合流減速和恢復靜態壓力。
通過將排出器200定位在第一流路140中，來自壓縮機15的第十三級120的較高壓提取流作用為排出器200的動力入口230處的動力流。來自第二流路160的較低壓、較低溫流通過交叉流路210流至排出器200，且作用為通過吸引入口250的吸引流。因此，兩個流混合在一起且流動通過擴壓器260。兩個流形成第三流270且在相應的動力流和吸引流的壓力和溫度下離開。本文中可使用其他構件和其他構造。
壓縮機提取空氣系統110也可包括多個提取流調節閥280。在該示例中，示出了第一提取流調節閥290和第二提取流調節閥300。第一提取流調節閥290可包括第一提取流調節閥促動器295，且第二提取流調節閥300可包括第二提取流調節閥促動器305。在本文中可使用任意數量的提取流調節閥280。提取流調節閥280可定位在第一流路140、第二流路160上，等等。提取流調節閥280取決於局部周圍條件和其他類型的操作參數來調節到達渦輪40的流的範圍。本文中也可使用其他構件和其他構造。
燃氣渦輪發動機100也可包括排氣框架冷卻系統310。排氣框架冷卻系統310可包括圍繞排氣框架55定位的排氣框架歧管320。該排氣框架冷卻系統310可包括排氣框架送風機330。排氣框架送風機330可具有常規的設計，且可具有任何合適的大小或能力。排氣框架送風機330可通過排氣框架送風機管線340與排氣框架歧管320連通。因此，排氣框架送風機330根據需要向排氣框架55提供冷卻空氣。本文中可使用其他構件和其他構造。
該燃氣渦輪發動機110也可包括渦輪閥冷卻系統350。該渦輪閥冷卻系統350可包括如圖3中示出的用於與閥365和促動器375一同使用的多個閥保護盒360。在該示例中，示出了旁通閥保護盒370、隔離閥保護盒380、第一提取流調節閥保護盒390和第二提取流調節閥保護盒400。任意數量的閥保護盒360在本文中可與燃氣渦輪發動機100的閥365(諸如上面描述的那些)的任一個一同使用，或與其他閥或其他類型的構件一同使用。各閥保護盒360可利用絕緣熱屏蔽件410包圍相應的閥和促動器。絕緣熱屏蔽件410可具有任何合適的大小、形狀或構造，以及在其中可具有任何合適類型的絕緣量。各絕緣熱屏蔽件410可包括冷卻空氣入口420和一個或更多個冷卻空氣出口430。冷卻空氣出口430的數量可改變。本文中可使用其他構件和其他構造。
渦輪閥冷卻系統350可包括多個排出器閥冷卻管線440。排出器閥冷卻管線440可關閉排氣框架送風機管線340或與排氣框架送風機330連通的其他位置。在該示例中，可使用排出器旁通閥冷卻管線450和排出器隔離閥冷卻管線460。本文中可使用任意數量的排出器閥冷卻管線440。排出器旁通閥冷卻管線450可與旁通閥保護盒370中的旁通閥190連通。排出器隔離閥冷卻管線460可與隔離閥保護盒380中的隔離閥220連通。因此，排出器閥冷卻管線440從排氣框架送風機330向旁通閥保護盒370和隔離閥保護盒380提供冷卻空氣流。冷卻空氣流動通過閥保護盒360的空氣入口420且可通過冷卻空氣出口430排放。本文中可使用其他構件和其他構造。
燃氣渦輪閥冷卻系統350可具有多個提取流調節閥冷卻管線470。提取流調節閥冷卻管線470可關閉排氣框架歧管320或與排氣框架送風機330連通的其他位置。第一提取流調節閥冷卻管線480可與第一提取流調節閥保護盒390中的第一提取流調節閥290連通。第二提取流調節閥冷卻管線490可與第二提取流調節閥保護盒400中的第二提取流調節閥300連通。因此，提取流調節閥冷卻管線470通過排氣框架送風機330向提取流調節閥280提供冷卻空氣流。冷卻空氣流動通過閥保護盒360的空氣入口420且可通過冷卻空氣出口430排放。本文中可使用其他構件和其他構造。
因此，渦輪閥冷卻系統350向存在於高溫位置中的各種閥提供冷卻空氣流。渦輪閥冷卻系統350從排氣框架送風機330提供冷卻空氣通過對流性熱傳遞冷卻閥保護盒350內的各種閥和促動器。而且，閥保護盒360包括絕緣熱屏蔽件410，以便限制來自熱環境的放射加熱。因此，渦輪閥冷卻系統350將各種閥維持為低於最大額定溫度，以用於延長構件壽命。而且，燃氣渦輪閥冷卻系統350使用來自排氣送風機330的冷卻空氣，而不是更昂貴的壓縮機提取空氣和/或另外的外部系統。
應當明白的是，前述內容僅僅涉及本發明和所得專利的某些實施例。許多改變和改型可由本領域技術人員在本文中作出，而不偏離由以下權利要求及其等同物限定的本發明的總體精神和範圍。