本文公開的主題涉及渦輪系統(tǒng)，并且更具體地涉及燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)中的流動(dòng)控制。

背景技術(shù)：

渦輪系統(tǒng)大體上包括渦輪，其具有渦輪葉片的一個(gè)或更多個(gè)級(jí)，渦輪葉片由工作流體驅(qū)動(dòng)。例如，燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)由來自一個(gè)或更多個(gè)燃燒器的燃燒氣體驅(qū)動(dòng)。燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)還可包括壓縮機(jī)，以生成壓縮空氣，其便于燃料在燃燒器中燃燒。在某些實(shí)施例中，一個(gè)或更多個(gè)可動(dòng)結(jié)構(gòu)可用于物理地改變穿過燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)(例如，穿過渦輪的排氣流)的流動(dòng)路徑的幾何形狀，由此有助于控制穿過燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的壓力和/或流動(dòng)。令人遺憾的是，可動(dòng)結(jié)構(gòu)可易于在一定時(shí)間內(nèi)熱應(yīng)力、磨損和/或退化?？蓜?dòng)結(jié)構(gòu)還可使燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)復(fù)雜化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在范圍上與原來提出的發(fā)明相當(dāng)?shù)哪承?shí)施例在下文中概述。這些實(shí)施例不旨在限制提出的發(fā)明的范圍，而相反，這些實(shí)施例僅旨在提供本發(fā)明的可能形式的簡(jiǎn)要概括。實(shí)際上，本發(fā)明可包含可與下文所述實(shí)施例相似或不同的多種形式。

在第一實(shí)施例中，一種系統(tǒng)包括渦輪和流體供應(yīng)系統(tǒng)。渦輪包括主流動(dòng)路徑、沿主流動(dòng)路徑設(shè)置的多個(gè)渦輪葉片、沿主流動(dòng)路徑設(shè)置的至少一個(gè)流動(dòng)控制區(qū)域，以及流體地聯(lián)接到主流動(dòng)路徑上的至少一個(gè)流體噴射端口。流體供應(yīng)系統(tǒng)流體地聯(lián)接到至少一個(gè)流體噴射端口上，其中流體供應(yīng)系統(tǒng)構(gòu)造成將流體供應(yīng)至至少一個(gè)流體噴射端口，以調(diào)整至少一個(gè)流動(dòng)控制區(qū)域的有效區(qū)域。

在第二實(shí)施例中，一種系統(tǒng)包括控制器?？刂破靼ù鎯?chǔ)器，其儲(chǔ)存指令以控制流體從流體供應(yīng)系統(tǒng)沿渦輪的主流動(dòng)路徑至流體地聯(lián)接到至少一個(gè)流動(dòng)控制區(qū)域上的至少一個(gè)流體噴射端口的供應(yīng)。此外，控制器具有指令以調(diào)整流體的供應(yīng)，以調(diào)整有效區(qū)域來改變工作流體穿過主流動(dòng)路徑的至少一個(gè)流動(dòng)控制區(qū)域的流動(dòng)。

在第三實(shí)施例中，一種方法包括使工作流體沿穿過渦輪的主流動(dòng)路徑流動(dòng)，以驅(qū)動(dòng)沿主流動(dòng)路徑設(shè)置的多個(gè)渦輪葉片。該方法還包括將流體從流體供應(yīng)系統(tǒng)供應(yīng)至流體地聯(lián)接到主流動(dòng)路徑上的至少一個(gè)流體噴射端口。該方法還包括控制流體至至少一個(gè)流體噴射端口的供應(yīng)來調(diào)整至少一個(gè)流動(dòng)控制區(qū)域的有效區(qū)域。

本發(fā)明的第一技術(shù)方案提供了一種系統(tǒng)，包括：渦輪，其包括主流動(dòng)路徑、沿所述主流動(dòng)路徑設(shè)置的多個(gè)渦輪葉片和至少一個(gè)軸、沿所述主流動(dòng)路徑設(shè)置的至少一個(gè)流動(dòng)控制區(qū)域，以及流體地聯(lián)接至所述主流動(dòng)路徑的至少一個(gè)流體噴射端口；以及流體供應(yīng)系統(tǒng)，其流體地聯(lián)接至所述至少一個(gè)流體噴射端口，其中所述流體供應(yīng)系統(tǒng)構(gòu)造成將流體供應(yīng)至所述至少一個(gè)流體噴射端口，以調(diào)整所述至少一個(gè)流動(dòng)控制區(qū)域的有效區(qū)域。

本發(fā)明的第二技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，包括控制器，其具有存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器儲(chǔ)存指令來控制所述流體至所述至少一個(gè)流體噴射端口的供應(yīng)，以調(diào)整所述至少一個(gè)流動(dòng)控制區(qū)域的所述有效區(qū)域。

本發(fā)明的第三技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述控制器具有指令以調(diào)整所述流體的供應(yīng)，以調(diào)整所述有效區(qū)域來改變穿過所述主流動(dòng)路徑的所述至少一個(gè)流動(dòng)控制區(qū)域的工作流體的流動(dòng)。

本發(fā)明的第四技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述控制器具有指令以增加所述流體的供應(yīng)來減小所述有效區(qū)域，以減少穿過所述主流動(dòng)路徑的所述至少一個(gè)流動(dòng)控制區(qū)域的工作流體的流動(dòng)，以及所述控制器具有指令以減少所述流體的供應(yīng)，以增大所述有效區(qū)域來增加穿過所述主流動(dòng)路徑的所述至少一個(gè)流動(dòng)控制區(qū)域的工作流體的流動(dòng)。

本發(fā)明的第五技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述控制器具有指令以調(diào)整由所述流體供應(yīng)系統(tǒng)供應(yīng)的所述流體的參數(shù)，以及所述參數(shù)包括壓力、溫度、流速、軸速度、成分或它們的組合。

本發(fā)明的第六技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述控制器具有指令以基于來自至少一個(gè)傳感器的傳感器反饋、與所述參數(shù)相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)閾值或它們的組合來調(diào)整由所述流體供應(yīng)系統(tǒng)供應(yīng)的所述流體的參數(shù)。

本發(fā)明的第七技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述流體供應(yīng)系統(tǒng)包括空氣供應(yīng)源、蒸汽供應(yīng)源、惰性氣體供應(yīng)源、二氧化碳供應(yīng)源或它們的組合。

本發(fā)明的第八技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述至少一個(gè)流體噴射端口設(shè)置在渦輪噴嘴、定子導(dǎo)葉、圍繞所述主流動(dòng)路徑設(shè)置的壁、渦輪葉片上方的護(hù)罩、沿所述主流動(dòng)路徑設(shè)置的靜止表面或它們的任何組合上。

本發(fā)明的第九技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述至少一個(gè)流體噴射端口流體地聯(lián)接至設(shè)置在圍繞所述主流動(dòng)路徑設(shè)置的第一和第二壁之間的外腔、設(shè)置在圍繞所述渦輪的旋轉(zhuǎn)軸線設(shè)置的第三壁內(nèi)的內(nèi)腔、延伸跨過所述主流動(dòng)路徑的支柱或它們的組合。

本發(fā)明的第十技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述至少一個(gè)流動(dòng)控制區(qū)域包括設(shè)置在所述渦輪的多個(gè)級(jí)中的不同級(jí)中的多個(gè)流動(dòng)控制區(qū)域，其中所述多個(gè)流動(dòng)控制區(qū)域中的各個(gè)流動(dòng)控制區(qū)域包括流體地聯(lián)接至所述主流動(dòng)路徑的至少一個(gè)流體噴射端口。

本發(fā)明的第十一技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述渦輪包括燃?xì)廨啓C(jī)，以及其中所述燃?xì)廨啓C(jī)包括沿所述主流動(dòng)路徑流體地聯(lián)接的一個(gè)或更多個(gè)獨(dú)立的軸，以及其中所述至少一個(gè)流動(dòng)控制區(qū)域沿所述主流動(dòng)路徑設(shè)置，且設(shè)置在所述一個(gè)或更多個(gè)獨(dú)立的軸之間。

本發(fā)明的第十二技術(shù)方案提供了一種系統(tǒng)，包括：控制器，其具有存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器儲(chǔ)存指令以控制流體從流體供應(yīng)系統(tǒng)沿渦輪的主流動(dòng)路徑供應(yīng)至流體地聯(lián)接至至少一個(gè)流動(dòng)控制區(qū)域的至少一個(gè)流體噴射端口，其中所述控制器具有指令以調(diào)整所述流體的供應(yīng)，以調(diào)整有效區(qū)域來改變工作流體穿過所述主流動(dòng)路徑的所述至少一個(gè)流動(dòng)控制區(qū)域的流動(dòng)。

本發(fā)明的第十三技術(shù)方案是在第十二技術(shù)方案中，包括所述流體供應(yīng)系統(tǒng)，其中所述流體供應(yīng)系統(tǒng)包括空氣供應(yīng)源、蒸汽供應(yīng)源、惰性氣體供應(yīng)源、二氧化碳供應(yīng)源或它們的組合。

本發(fā)明的第十四技術(shù)方案是在第十二技術(shù)方案中，包括所述渦輪，其中所述至少一個(gè)流體噴射端口設(shè)置在渦輪噴嘴、定子導(dǎo)葉、圍繞所述主流動(dòng)路徑設(shè)置的壁、渦輪葉片上方的護(hù)罩、沿所述主流動(dòng)路徑設(shè)置的靜止表面或它們的任何組合上。

本發(fā)明的第十五技術(shù)方案是在第十四技術(shù)方案中，所述渦輪包括燃?xì)廨啓C(jī)。

本發(fā)明的第十六技術(shù)方案是在第十二技術(shù)方案中，所述控制器具有指令以增加所述流體的供應(yīng)來減小所述有效區(qū)域，以減少穿過所述主流動(dòng)路徑的所述至少一個(gè)流動(dòng)控制區(qū)域的工作流體的流動(dòng)，以及所述控制器具有指令以減少所述流體的供應(yīng)，以增大所述有效區(qū)域來增加穿過所述主流動(dòng)路徑的所述至少一個(gè)流動(dòng)控制區(qū)域的工作流體的流動(dòng)。

本發(fā)明的第十七技術(shù)方案是在第十二技術(shù)方案中，所述控制器具有指令以基于來自至少一個(gè)傳感器的傳感器反饋、與參數(shù)相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)閾值或它們的組合來調(diào)整由所述流體供應(yīng)系統(tǒng)供應(yīng)的所述流體的所述參數(shù)，其中所述參數(shù)包括壓力、溫度、流速、成分或它們的組合。

本發(fā)明的第十八技術(shù)方案提供了一種方法，包括：使工作流體沿穿過渦輪的主流動(dòng)路徑流動(dòng)，以驅(qū)動(dòng)沿所述主流動(dòng)路徑設(shè)置的多個(gè)渦輪葉片；將流體從流體供應(yīng)系統(tǒng)供應(yīng)至流體地聯(lián)接至所述主流動(dòng)路徑的至少一個(gè)流體噴射端口；以及控制所述流體至所述至少一個(gè)流體噴射端口的供應(yīng)來調(diào)整所述至少一個(gè)流動(dòng)控制區(qū)域的有效區(qū)域。

本發(fā)明的第十九技術(shù)方案是在第十八技術(shù)方案中，控制所述供應(yīng)包括增加所述流體的供應(yīng)來減小所述有效區(qū)域，以減小穿過所述主流動(dòng)路徑的所述至少一個(gè)流動(dòng)控制區(qū)域的工作流體的流動(dòng)，以及減小所述流體的供應(yīng)以增大所述有效區(qū)域，以增加穿過所述主流動(dòng)路徑的至少一個(gè)流動(dòng)控制區(qū)域的工作流體的流動(dòng)。

本發(fā)明的第二十技術(shù)方案是在第十八技術(shù)方案中，包括基于與沿所述主流動(dòng)路徑的至少一個(gè)流動(dòng)控制區(qū)域相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)壓力閾值、表現(xiàn)壓力的傳感器反饋或它們的組合來控制由所述流體供應(yīng)系統(tǒng)供應(yīng)的所述流體的壓力。

附圖說明

在參照附圖閱讀以下詳細(xì)描述時(shí)，本發(fā)明的這些及其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解，附圖中相似的標(biāo)號(hào)表示附圖各處相似的部分，在附圖中：

圖1為具有渦輪的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的實(shí)施例的示意圖，渦輪配備有一個(gè)或更多個(gè)葉片、一個(gè)或更多個(gè)定子導(dǎo)葉和外部流體供應(yīng)源；

圖2為圖1的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的實(shí)施例的示意性截面?zhèn)纫晥D，示出了從外部流體供應(yīng)源發(fā)送至渦輪內(nèi)的流動(dòng)控制通路的加壓流體；

圖3為在線3-3內(nèi)截取的圖1的外部流體供應(yīng)系統(tǒng)的實(shí)施例的示意性截面?zhèn)纫晥D，進(jìn)一步示出了經(jīng)由外腔和內(nèi)腔發(fā)送至渦輪的流動(dòng)控制通路的加壓流體；

圖4為沿線4-4截取的圖3的渦輪的實(shí)施例的示意性截面視圖，進(jìn)一步示出了經(jīng)由靜止支柱和內(nèi)腔來噴射加壓流體；以及

圖5為圖3的外部流體供應(yīng)源的實(shí)施例的示意性截面?zhèn)纫晥D，示出了經(jīng)由設(shè)置在一個(gè)或更多個(gè)定子導(dǎo)葉的每一個(gè)上的一個(gè)或更多個(gè)流體端口的加壓流體的噴射；以及

圖6為沿線6-6截取的圖4的渦輪的實(shí)施例的示意性截面視圖，示出了經(jīng)由設(shè)置在一個(gè)或更多個(gè)定子導(dǎo)葉中的每一個(gè)上的一個(gè)或更多個(gè)流體端口的加壓流體的噴射。

具體實(shí)施方式

下文將描述本發(fā)明的一個(gè)或更多個(gè)特定實(shí)施例。為了提供這些實(shí)施例的簡(jiǎn)要描述，可在說明書中不描述實(shí)際實(shí)施方式的所有特征。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到的是，在任何此類實(shí)際實(shí)施方式的開發(fā)中，如任何工程或設(shè)計(jì)項(xiàng)目中那樣，必須進(jìn)行許多實(shí)施方式特有的決定來實(shí)現(xiàn)開發(fā)者的特定目標(biāo)，諸如符合系統(tǒng)相關(guān)和業(yè)務(wù)相關(guān)的約束，這可從一個(gè)實(shí)施方式到另一個(gè)不同。此外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到的是，此開發(fā)工作可能是復(fù)雜且耗時(shí)的，但對(duì)于受益于本公開內(nèi)容的普通技術(shù)人員仍是設(shè)計(jì)、制造和生產(chǎn)的例行任務(wù)。

當(dāng)介紹本發(fā)明的各種實(shí)施例的元件時(shí)，詞語"一個(gè)"、"一種"、"該"和"所述"旨在意指存在一個(gè)或更多個(gè)元件。用語"包括"、"包含"和"具有"旨在為包含性的，且意思是可存在除所列元件之外的附加元件。

如下文詳細(xì)所述，公開的實(shí)施例涉及渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(諸如燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī))的渦輪區(qū)段中的流動(dòng)控制。具體而言，公開的實(shí)施例涉及在穿過渦輪區(qū)段的主流動(dòng)路徑中使用流體噴射而非由可動(dòng)結(jié)構(gòu)(例如，可動(dòng)導(dǎo)葉)實(shí)現(xiàn)的可變幾何形狀的流動(dòng)控制。流體噴射模擬主流動(dòng)路徑中的實(shí)際幾何形狀變化，但并未實(shí)際地改變主流動(dòng)路徑的幾何形狀。例如，公開的實(shí)施例包括流體促動(dòng)的可變流動(dòng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個(gè)或更多個(gè)流體促動(dòng)的可變流動(dòng)控制區(qū)域(例如，流體促動(dòng)的可變區(qū)域渦輪噴嘴)，其接收噴射的外部流體(例如，空氣、蒸汽、二氧化碳或入口氣體)來控制(例如，增大或減小)用于熱燃燒氣體穿過渦輪的有效區(qū)域。流體噴射可通過一個(gè)或更多個(gè)壁提供，壁限定燃燒氣體穿過渦輪區(qū)段、一個(gè)或更多個(gè)渦輪噴嘴和/或定子導(dǎo)葉、一個(gè)或更多個(gè)支柱、圍繞燃燒氣體的主流動(dòng)路徑設(shè)置的壁、設(shè)置在渦輪葉片上方的護(hù)罩、沿燃燒氣體的主流動(dòng)路徑的任何靜止(例如，非旋轉(zhuǎn))表面或它們的任何組合的主流動(dòng)路徑的邊界。流體噴射可增加來減小或收縮燃燒氣體穿過主流動(dòng)路徑的流動(dòng)，同時(shí)流體噴射可減小來增加燃燒氣體穿過主流動(dòng)路徑的流動(dòng)。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)到附圖，圖1示出了燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)10的實(shí)施例的框圖，系統(tǒng)10具有流體促動(dòng)的可變流動(dòng)控制系統(tǒng)11，該系統(tǒng)11具有一個(gè)或更多個(gè)流體促動(dòng)的可變流動(dòng)控制區(qū)域或流動(dòng)控制通路12(例如，流體促動(dòng)的可變區(qū)域渦輪噴嘴)。如下文詳細(xì)所述，公開的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)10(例如，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī))可包括具有一個(gè)或更多個(gè)燃燒器13的燃燒器區(qū)段，其中各個(gè)燃燒器13均包括一個(gè)或更多個(gè)燃料噴嘴14，其使燃料15與壓縮空氣16混合。盡管以下論述提到了壓縮空氣16，但燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)10可利用任何適合的氧化劑16(諸如空氣、氧、富氧空氣或少氧空氣)來操作。燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)10可使用液體或氣體燃料15(諸天然氣和/或富氫合成氣)以驅(qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)10。如圖所示，一個(gè)或更多個(gè)燃料噴嘴14吸入燃料15，使燃料15與壓縮空氣16混合，且將空氣燃料混合物以用于燃燒的適合比率給送到燃燒器13中?？諝馊剂匣旌衔镌谌紵?3內(nèi)燃燒，從而產(chǎn)生熱加壓燃燒氣體18(例如，排出氣體18)。燃燒器13將燃燒氣體18引導(dǎo)出穿過渦輪區(qū)段或渦輪20，且將燃燒氣體18作為排出氣體21排放穿過排氣區(qū)段22(例如，排氣導(dǎo)管)。當(dāng)燃燒氣體18經(jīng)過渦輪20時(shí)，燃燒氣體18迫使渦輪葉片34使軸24沿燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)10的軸線旋轉(zhuǎn)。如圖所示，軸24可連接到燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)10的各種構(gòu)件上，包括負(fù)載26。負(fù)載26可為車輛或靜止負(fù)載的一部分，例如，諸如飛行器上的螺旋槳或發(fā)電設(shè)備中的發(fā)電機(jī)。負(fù)載26可包括能夠由燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)10的旋轉(zhuǎn)輸出供能的任何適合的裝置。軸24還可連接到壓縮機(jī)28上。壓縮機(jī)28還包括聯(lián)接到軸24上的葉片。當(dāng)軸24旋轉(zhuǎn)時(shí)，壓縮機(jī)28內(nèi)的葉片也旋轉(zhuǎn)，從而壓縮經(jīng)由壓縮機(jī)28來自進(jìn)氣口32的空氣30，且將壓縮空氣16發(fā)送到燃料噴嘴14和/或燃燒器13。

在某些實(shí)施例中，渦輪20可包括一個(gè)或更多個(gè)渦輪級(jí)38(例如，1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10個(gè)或更多級(jí))，各個(gè)級(jí)38均具有多個(gè)渦輪葉片34和具有多個(gè)定子導(dǎo)葉36的渦輪噴嘴35(例如，燃?xì)廨啓C(jī)噴嘴)。渦輪級(jí)38沿軸向方向40一個(gè)接一個(gè)間隔開。在以下論述中，可參照燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)10的軸向方向或軸線40(例如，縱軸線)、燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)10的徑向方向或軸線42，以及燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)10的周向方向或軸線44。此外，各個(gè)渦輪葉片34均可除去地聯(lián)接到傳動(dòng)軸24上，且可在渦輪20的操作期間沿周向方向44圍繞縱軸線40旋轉(zhuǎn)。各個(gè)定子導(dǎo)葉36均可除去地聯(lián)接到渦輪20的定子(例如，靜止)構(gòu)件(諸如渦輪殼46)和/或由其支承，且大體上不會(huì)圍繞縱軸線26旋轉(zhuǎn)。在某些實(shí)施例中，一個(gè)或更多個(gè)靜止支柱48(例如，1, 2, 3, 4, 5個(gè)或更多)可設(shè)置在渦輪20與排氣區(qū)段22之間。靜止支柱48可沿渦輪20與排氣區(qū)段22之間的過渡提供結(jié)構(gòu)支承，從而允許熱燃燒氣體18從渦輪20平滑過渡到排氣區(qū)段22。

在公開的實(shí)施例中，流體促動(dòng)的可變流動(dòng)控制系統(tǒng)11構(gòu)造成將加壓流體50有選擇地從外部加壓流體供應(yīng)源52供應(yīng)，且沿穿過渦輪20的燃燒氣體18的主流動(dòng)路徑55供應(yīng)到流體促動(dòng)的可變流動(dòng)控制區(qū)域12中，其中渦輪葉片34由主流動(dòng)路徑55中的燃燒氣體18驅(qū)動(dòng)。渦輪20的流動(dòng)控制區(qū)域12(或流動(dòng)控制通路)具有渦輪葉片34和定子導(dǎo)葉36處、其上游和/或下游的沿燃燒氣體18的主流動(dòng)路徑55的實(shí)際或物理開放的流動(dòng)區(qū)域53(下文為"實(shí)際區(qū)域")。實(shí)際區(qū)域53可限定為沿主流動(dòng)路徑55的實(shí)際截面面積、通路、空間或腔。流動(dòng)控制區(qū)域12還具有響應(yīng)于加壓流體50的噴射的模擬或有效開放流動(dòng)區(qū)域54(下文為"有效區(qū)域")，其可描述為模擬燃燒氣體18的通路的幾何或?qū)嶋H開放流動(dòng)區(qū)域中的物理變化。換言之，加壓流體50的噴射可模擬與沿主流動(dòng)路徑55的可動(dòng)結(jié)構(gòu)(例如，導(dǎo)葉)的使用相關(guān)聯(lián)的實(shí)際幾何變化，但并未實(shí)際地改變主流動(dòng)路徑55的實(shí)際幾何形狀。例如，如果流體促動(dòng)的可變流動(dòng)控制系統(tǒng)11有選擇地增加進(jìn)入流動(dòng)控制區(qū)域12中的加壓流體50的供應(yīng)，則與加壓流體50相關(guān)聯(lián)的壓力和流動(dòng)的增大將引起于有效區(qū)域54關(guān)于實(shí)際區(qū)域53的減小，從而限制或減小穿過流動(dòng)控制區(qū)域12的燃燒氣體18的流動(dòng)。如果流體促動(dòng)的可變流動(dòng)控制系統(tǒng)11有選擇地減小進(jìn)入流動(dòng)控制區(qū)域12中的加壓流體50的供應(yīng)，則與加壓流體50相關(guān)聯(lián)的壓力和流動(dòng)的減少將引起有效區(qū)域54的增大，從而增加穿過流動(dòng)控制區(qū)域12的燃燒氣體18的流動(dòng)。

如下文進(jìn)一步詳細(xì)所述，流體促動(dòng)的可變流動(dòng)控制系統(tǒng)11構(gòu)造成經(jīng)由沿包繞主流動(dòng)路徑55的外壁(例如，渦輪殼和/或護(hù)罩節(jié)段)、沿主流動(dòng)路徑55的內(nèi)壁或轂、或沿各個(gè)渦輪噴嘴35中的一個(gè)或更多個(gè)徑向結(jié)構(gòu)(例如，定子導(dǎo)葉36和/或支柱48)設(shè)置的一個(gè)或更多個(gè)流體噴射端口將加壓流體50有選擇地供應(yīng)到流動(dòng)控制區(qū)域12中。例如，流體噴射端口可布置在渦輪20中的渦輪葉片34的相鄰級(jí)38之間的各個(gè)渦輪噴嘴35各處。流體噴射端口允許流體促動(dòng)的可變流動(dòng)控制系統(tǒng)11調(diào)制和調(diào)整流動(dòng)控制區(qū)域12的有效區(qū)域54。

外部加壓流體供應(yīng)源52可設(shè)置在渦輪20的外部。在某些實(shí)施例中，外部加壓流體供應(yīng)源52的加壓流體50可為任何高壓流體，其可從燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)10的其它構(gòu)件提供或從外部系統(tǒng)或過程提供。在一些實(shí)施例中，加壓流體50可由從外部系統(tǒng)或過程取得的一個(gè)或更多個(gè)不同類型的高壓流體構(gòu)成。加壓流體50可包括蒸汽、空氣(例如，壓縮空氣)、惰性氣體(例如，氮、氬、氦、氖、氪、氙)、二氧化碳或其它高壓外部流體，或它們的任何組合。因此，外部加壓流體供應(yīng)源52可包括空氣供應(yīng)源、蒸汽供應(yīng)源、惰性氣體供應(yīng)源、二氧化碳供應(yīng)源或它們的組合。例如，加壓流體50(例如，蒸汽、惰性氣體或二氧化碳)可由以下產(chǎn)生和/或從以下發(fā)送：反應(yīng)器、氣化器、合成氣冷卻器、氣體處理系統(tǒng)(例如，酸性氣體除去單元)、熱回收系統(tǒng)(例如，余熱回收蒸汽發(fā)生器[HRSG])、鍋爐、空氣分離單元(ASU)、液化系統(tǒng)或任何其它外部系統(tǒng)或過程。在任何這些系統(tǒng)中，蒸汽可使用熱(例如，廢熱)來汽化水而生成作為加壓流體50，諸如通過使用來自化學(xué)反應(yīng)、氣化、燃燒或與設(shè)備的其它熱傳遞的熱。惰性氣體(例如，氮或氬)可由ASU生成，ASU包括低溫蒸餾設(shè)備來將空氣分成氧、氮和氬。加壓流體50(例如，諸如氦的惰性氣體)也可由液化系統(tǒng)生成，諸如使用液化設(shè)備的液化天然氣(LNG)系統(tǒng)來除去氦。

在某些實(shí)施例中，外部加壓流體供應(yīng)源52可接收任何流體，且可構(gòu)造成利用來自燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)10的其它構(gòu)件或來自外部系統(tǒng)或過程的能量或廢熱來加壓流體。例如，在某些實(shí)施例中，來自排出氣體21或來自系統(tǒng)10內(nèi)的其它廢熱源的廢熱可用于升高流體(例如，蒸汽、空氣、壓縮空氣、惰性氣體)的供應(yīng)的溫度和/或壓力，以生成加壓流體50。在某些實(shí)施例中，外部加壓流體供應(yīng)源52可構(gòu)造成基于燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)10的操作參數(shù)，或基于燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)10的期望的操作參數(shù)來改變加壓流體50的壓力和/或溫度。例如，外部加壓流體供應(yīng)源52可構(gòu)造成基于渦輪20中的噴射位置(例如，特定渦輪噴嘴35或渦輪級(jí)38處的預(yù)期或?qū)嶋H壓力)調(diào)整加壓流體50的壓力至目標(biāo)壓力或上和下壓力閾值內(nèi)。進(jìn)一步舉例來說，外部加壓流體供應(yīng)源52可構(gòu)造成基于渦輪20中的噴射位置來調(diào)整加壓流體50的溫度至目標(biāo)溫度或上和下溫度閾值內(nèi)(例如，特定渦輪噴嘴35或渦輪級(jí)38處的預(yù)期或?qū)嶋H溫度)。

應(yīng)當(dāng)注意的是，在某些實(shí)施例中，一個(gè)或更多個(gè)獨(dú)立軸24可沿一個(gè)或更多個(gè)渦輪區(qū)段的主流動(dòng)路徑55設(shè)置。具體而言，一個(gè)或更多個(gè)軸24中的每一個(gè)均可空氣動(dòng)力地聯(lián)接，且沒有任何機(jī)械聯(lián)接，從而允許各個(gè)軸24在獨(dú)立的軸速度下旋轉(zhuǎn)。此外，一個(gè)或更多個(gè)流動(dòng)控制區(qū)域12可沿主流動(dòng)路徑55設(shè)置在一個(gè)或更多個(gè)獨(dú)立軸24中的各個(gè)之間。在此實(shí)施例中，外部加壓流體供應(yīng)源52可構(gòu)造成經(jīng)由沿包繞主流動(dòng)路徑55的外壁(例如，渦輪殼和/或護(hù)罩節(jié)段)、沿主流動(dòng)路徑55的內(nèi)壁或轂、沿各個(gè)渦輪噴嘴35中的一個(gè)或更多個(gè)徑向結(jié)構(gòu)(例如，定子導(dǎo)葉36和/或支柱48)，或沿燃燒氣體的主流動(dòng)路徑的任何靜止(例如，非旋轉(zhuǎn))表面設(shè)置的一個(gè)或更多個(gè)流體噴射端口將加壓流體50供應(yīng)到一個(gè)或更多個(gè)流動(dòng)控制區(qū)域12中的各個(gè)中。流體噴射端口允許流體促動(dòng)的可變流動(dòng)控制系統(tǒng)11調(diào)制和調(diào)整設(shè)置在一個(gè)或更多個(gè)獨(dú)立軸24之間的一個(gè)或更多個(gè)流動(dòng)控制區(qū)域12中的各個(gè)的有效區(qū)域54。

在某些實(shí)施例中，控制器56(例如，電子控制器)可構(gòu)造成動(dòng)態(tài)地控制(例如，增大和/或減小)沿穿過渦輪20的主流動(dòng)路徑55發(fā)送至各個(gè)流動(dòng)控制區(qū)域12的加壓流體50的量。例如，控制器56可構(gòu)造成經(jīng)由一個(gè)或更多個(gè)控制信號(hào)來開啟或關(guān)閉閥58(例如，流動(dòng)控制閥)，以調(diào)節(jié)沿流體供應(yīng)導(dǎo)管51從外部加壓的流體供應(yīng)源52發(fā)送至各個(gè)流動(dòng)控制區(qū)域12的加壓流體50的流速、軸速度、量或任何其它操作參數(shù)。作為另一個(gè)實(shí)例，控制器56可構(gòu)造成基于燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)10的操作參數(shù)來改變加壓流體50的其它操作參數(shù)(例如，壓力、溫度和/或流體成分)。此外，控制器56可從設(shè)置在渦輪20中或燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)10各處的一個(gè)或更多個(gè)傳感器60接收信號(hào)，傳感器諸如但不限于壓力傳感器、溫度傳感器、流速傳感器、軸速度傳感器、流體成分傳感器、排氣排放傳感器(例如，氧化碳、氧化氮、氧化硫、未燃燃料和/或特定物質(zhì))和振動(dòng)傳感器。具體而言，傳感器60可構(gòu)造成收集關(guān)于加壓流體50、熱燃燒氣體18、流動(dòng)控制區(qū)域12、跨過渦輪20的變化(例如，從入口到出口，從級(jí)到級(jí)、或兩者)的操作參數(shù)和/或燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)10的多種其它操作參數(shù)的信息。例如，關(guān)于燃燒氣體18的溫度、壓力、流速、軸速度、量或流體成分的信息可由傳感器60收集。在某些實(shí)施例中，一個(gè)或更多個(gè)傳感器60可設(shè)置在燃燒器13內(nèi)，且可構(gòu)造成收集關(guān)于燃燒器13內(nèi)的燃燒動(dòng)態(tài)的信息，諸如關(guān)于產(chǎn)生的燃燒氣體18的量或流動(dòng)、排氣成分、燃料成分、燃料溫度、壓力或關(guān)于燃燒動(dòng)態(tài)的任何其它參數(shù)的信息。

在某些實(shí)施例中，控制器56可基于從傳感器60接收到的信號(hào)調(diào)整發(fā)送至各個(gè)流動(dòng)控制區(qū)域12的加壓流體50的參數(shù)(例如，壓力、溫度、流速、軸速度、量、成分等)。例如，控制器56可基于來自傳感器60的壓力反饋來調(diào)整發(fā)送至各個(gè)流動(dòng)控制區(qū)域12的加壓流體50的壓力，使得加壓流體50的壓力大于、等于或小于壓力閾值，或在上和下壓力閾值之間。壓力閾值可基于流動(dòng)控制區(qū)域12附近的傳感器60反饋，使得加壓流體50的噴射壓力與流過流動(dòng)控制區(qū)域12的熱燃燒氣體18的壓力基本匹配。

在某些實(shí)施例中，控制器56可開啟閥58(或增大其開口)，以增加進(jìn)入流動(dòng)控制區(qū)域12中的加壓流體50，從而減小有效區(qū)域54，經(jīng)由其，燃燒氣體18可流過渦輪20，且減少燃燒氣體18的流動(dòng)。同樣，控制器56可關(guān)閉閥58(或減小其開口)以減少進(jìn)入流動(dòng)控制區(qū)域12中的加壓流體50的噴射，從而增大有效區(qū)域54，經(jīng)由其，燃燒氣體18可流過渦輪20，且增大燃燒氣體18的流動(dòng)。以此方式，控制器56通過控制(例如，增大或減小)進(jìn)入流動(dòng)控制區(qū)域12的加壓流體50的噴射(例如，模擬實(shí)際區(qū)域53中的物理幾何變化)來有選擇地調(diào)制流動(dòng)控制區(qū)域12的有效區(qū)域54，從而控制(例如，增大或減小)經(jīng)過渦輪20的流動(dòng)控制區(qū)域12的燃燒氣體18的流動(dòng)。此外，控制進(jìn)入流動(dòng)控制區(qū)域12的流體噴射來控制燃燒氣體18的流動(dòng)以有助于減少或消除任何移動(dòng)結(jié)構(gòu)(例如，導(dǎo)葉)的使用，以調(diào)整沿主流動(dòng)路徑55的幾何形狀。

在某些實(shí)施例中，控制器56可包括控制發(fā)送至流動(dòng)控制區(qū)域12的加壓流體50的各種構(gòu)件。例如，控制器56可包括處理器62和存儲(chǔ)器64。此外，在某些實(shí)施例中，控制器56可包括用于與傳感器60、閥58和/或系統(tǒng)10的各種其它構(gòu)件對(duì)接的硬件接口。如圖所示，處理器62和/或其它數(shù)據(jù)處理電路可操作地聯(lián)接到存儲(chǔ)器64上，以取得和執(zhí)行用于監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)10的指令。例如，這些指令可在儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器64中的程序或軟件中編碼，存儲(chǔ)器64可為有形的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的實(shí)例，且可由處理器62存取和執(zhí)行來允許執(zhí)行當(dāng)前公開的技術(shù)。存儲(chǔ)器64可為大容量?jī)?chǔ)存裝置、閃存裝置、可除去的存儲(chǔ)器，或任何其它非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。此外和/或作為備選，指令可儲(chǔ)存在附加的適合制品中，其包括至少一個(gè)有形的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其至少以與如上文所述的存儲(chǔ)器64相似的方式共同地儲(chǔ)存這些指令或例行程序。

圖2為沿縱軸線40的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)10的實(shí)施例的截面?zhèn)纫晥D，進(jìn)一步示出了流體促動(dòng)的可變流動(dòng)控制系統(tǒng)11。燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)10包括一個(gè)或更多個(gè)燃燒器13，其可成環(huán)形布置圍繞縱軸線40設(shè)置。如上文所述，空氣經(jīng)由進(jìn)氣區(qū)段32進(jìn)入，且由壓縮機(jī)28壓縮。來自壓縮機(jī)28的壓縮空氣16然后被引導(dǎo)到燃燒器13中，在該處，壓縮空氣16與燃料15混合。壓縮空氣16和燃料15的混合物大體上在燃燒器13內(nèi)焚燒，以生成高溫、高壓燃燒氣體18，其用于在渦輪20內(nèi)生成轉(zhuǎn)矩。具體而言，各個(gè)燃燒器13可包括過渡件66，其將熱燃燒氣體18從燃燒器13引導(dǎo)且引導(dǎo)到渦輪20中。具體而言，各個(gè)過渡件66均可大體上限定從燃燒器13到渦輪20的一個(gè)或更多個(gè)渦輪級(jí)38的熱燃燒器18的主流動(dòng)路徑55。

例如，在所示實(shí)施例中，渦輪20包括三個(gè)分離的級(jí)68,70和72。在其它實(shí)施例中，渦輪20可包括任何數(shù)目的渦輪級(jí)38，諸如1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10或更多渦輪級(jí)38。各個(gè)級(jí)68,70和72均可包括可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到軸24上的多個(gè)渦輪葉片34。各個(gè)級(jí)68,70和72還包括渦輪噴嘴35，其具有設(shè)置在各組渦輪葉片34上游的一個(gè)或更多個(gè)定子導(dǎo)葉36。定子導(dǎo)葉36將熱燃燒氣體18朝渦輪葉片36引導(dǎo)，其中熱燃燒氣體18將動(dòng)力施加到渦輪葉片34上來旋轉(zhuǎn)渦輪葉片34，從而轉(zhuǎn)動(dòng)軸24。熱燃燒氣體18沿主流動(dòng)路徑55流過各個(gè)級(jí)68,70和72，以將動(dòng)力施加到各個(gè)級(jí)68,70和72內(nèi)的葉片34。熱燃燒氣體18然后可沿下游方向57流動(dòng)來離開渦輪20且進(jìn)入排氣區(qū)段22中。排氣區(qū)段22可減小穿過排氣區(qū)段22的流體流的速度，同時(shí)還增大靜壓來減少燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)10的功。在某些實(shí)施例中，排氣區(qū)段22包括設(shè)置在排氣區(qū)段22(例如，排氣導(dǎo)管)的壁之間的靜止支柱74。支柱74可將排氣區(qū)段22的壁保持與另一者成固定關(guān)系，且/或向排氣區(qū)段22提供結(jié)構(gòu)支承。任何數(shù)目的支柱74(例如，0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10或更多)可用于排氣區(qū)段22內(nèi)。

如上文所述，在某些實(shí)施例中，來自加壓流體供應(yīng)源52的加壓流體50可發(fā)送到渦輪20的流動(dòng)控制區(qū)域12中，以調(diào)制和/或調(diào)整流動(dòng)控制區(qū)域12的有效區(qū)域54。具體而言，加壓流體50的一個(gè)或更多個(gè)流動(dòng)路徑可發(fā)送至渦輪20的一個(gè)或更多個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的一個(gè)或更多個(gè)流體噴射端口(例如，開口或出口)，其中結(jié)構(gòu)構(gòu)件可包括與主流動(dòng)路徑55直接接觸的任何結(jié)構(gòu)(例如，壁、導(dǎo)葉、支柱、轂、護(hù)罩等)。例如，在某些實(shí)施例中，加壓流體50的流動(dòng)可從外部加壓流體供應(yīng)源52發(fā)送至一個(gè)或更多個(gè)渦輪噴嘴35和/或定子導(dǎo)葉36中的每一個(gè)，且可經(jīng)由設(shè)置在渦輪噴嘴35和/或定子導(dǎo)葉36中的一個(gè)或更多個(gè)開口噴射到渦輪20的流動(dòng)控制區(qū)域12中。具體而言，在某些實(shí)施例中，如參照?qǐng)D3進(jìn)一步所述，加壓流體50可經(jīng)由渦輪20的外腔76、內(nèi)腔78和/或靜止支柱74發(fā)送至各個(gè)渦輪噴嘴35和/或定子導(dǎo)葉36。例如，加壓流體50可經(jīng)由外腔76或經(jīng)由靜止支柱74和內(nèi)腔78或它們的組合發(fā)送至各個(gè)渦輪噴嘴35和/或定子導(dǎo)葉36。

圖3為具有圖1的外部加壓流體供應(yīng)源52的流體促動(dòng)的可變流動(dòng)控制系統(tǒng)11的實(shí)施例的示意圖，進(jìn)一步示出了經(jīng)由渦輪20的外腔76和內(nèi)腔78發(fā)送至渦輪20的流動(dòng)控制區(qū)域12的加壓流體50的一個(gè)或更多個(gè)流動(dòng)。具體而言，在某些實(shí)施例中，各個(gè)渦輪級(jí)38(諸如渦輪級(jí)68,70,72或73)可包括渦輪噴嘴35與一組定子導(dǎo)葉36(例如，1到100個(gè)或更多)和一組渦輪葉片34(例如，1到100個(gè)或更多)的組合。在各個(gè)級(jí)38中，具有定子導(dǎo)葉36的渦輪噴嘴35可設(shè)置在渦輪葉片34的上游，且渦輪噴嘴35的一個(gè)或更多個(gè)定子導(dǎo)葉36中的每一個(gè)均可構(gòu)造成沿主流動(dòng)路徑55朝渦輪葉片34引導(dǎo)燃燒氣體18。此外，如上文所述，熱燃燒氣體18將動(dòng)力施加到葉片34上，以旋轉(zhuǎn)葉片34，從而轉(zhuǎn)動(dòng)軸24。熱燃燒氣體18流過各個(gè)渦輪級(jí)38，以將動(dòng)力施加到各個(gè)級(jí)68,70,72內(nèi)的渦輪葉片34上。因此，熱燃燒氣體18經(jīng)由一個(gè)或更多個(gè)渦輪級(jí)38在下游方向57沿主流動(dòng)路徑55流動(dòng)，且經(jīng)過各個(gè)流動(dòng)控制區(qū)域12、具有定子導(dǎo)葉36的渦輪噴嘴35，以及一個(gè)或更多個(gè)渦輪級(jí)38中的每一個(gè)內(nèi)的渦輪葉片34。

在某些實(shí)施例中，加壓流體50的一個(gè)或更多個(gè)流動(dòng)可穿過渦輪殼46和渦輪20的外腔76(例如，外環(huán)形腔)發(fā)送至各個(gè)渦輪噴嘴35、定子導(dǎo)葉36和/或熱壁84。外腔76可由圍繞第二壁84(例如，熱壁、內(nèi)壁、內(nèi)表面或護(hù)罩)設(shè)置的第一壁80(例如，外壁、外表面或殼壁)限定，其中第二壁84圍繞燃燒氣體18的主流動(dòng)路徑55設(shè)置。具體而言，加壓流體50從渦輪殼46的壁80沿朝流動(dòng)控制區(qū)域12的徑向方向42提供。在某些實(shí)施例中，設(shè)置在渦輪殼46的壁80中的一個(gè)或更多個(gè)外部入口82(或?qū)Ч?可與定子導(dǎo)葉36流體地聯(lián)接，定子導(dǎo)葉36包括一個(gè)或更多個(gè)流體噴射端口100(例如，孔口、開口或出口)。此外，外部入口82可將接收到的加壓流體50發(fā)送到渦輪20的外腔76中。在某些實(shí)施例中，如參照?qǐng)D5進(jìn)一步所述，設(shè)置在外腔76的壁84中的一個(gè)或更多個(gè)流體噴射端口83(例如，孔口、開口或出口)可將加壓流體50發(fā)送到定子導(dǎo)葉36中，且/或直接發(fā)送到流動(dòng)控制區(qū)域12中。

在某些實(shí)施例中，加壓流體50的一個(gè)或更多個(gè)流動(dòng)可穿過靜止支柱74和穿過渦輪20的內(nèi)腔78發(fā)送至各個(gè)渦輪噴嘴35、定子導(dǎo)葉36和/或熱壁85。具體而言，加壓流體50可從渦輪殼46的壁80沿朝內(nèi)腔78的徑向方向42提供。例如，設(shè)置在渦輪殼46的壁80中的一個(gè)或更多個(gè)外部入口82可與一個(gè)或更多個(gè)靜止支柱74流體地聯(lián)接。此外，外部入口82可將接收到的加壓流體50發(fā)送到靜止支柱74中，且將加壓流體50朝渦輪20的內(nèi)腔78發(fā)送。如參照?qǐng)D5進(jìn)一步所述，設(shè)置在內(nèi)腔76的壁85(例如，熱壁、轂或內(nèi)表面)上且與定子導(dǎo)葉36對(duì)準(zhǔn)的一個(gè)或更多個(gè)流體端口83可將加壓流體50發(fā)送至定子導(dǎo)葉36中。此外，如參照?qǐng)D5進(jìn)一步所述，在某些實(shí)施例中，一個(gè)或更多個(gè)流體端口83可將加壓流體50從內(nèi)腔78直接地發(fā)送至流動(dòng)控制區(qū)域12。實(shí)際上，靜止支柱74可用作通路以將加壓流體的一個(gè)或更多個(gè)分離的流發(fā)送到內(nèi)腔78中，使得加壓流體50從內(nèi)腔78沿朝流動(dòng)控制區(qū)域12的徑向方向42發(fā)送。如參照?qǐng)D5進(jìn)一步所述，各個(gè)定子導(dǎo)葉36上的一個(gè)或更多個(gè)流體噴射端口100將加壓流體50從定子導(dǎo)葉36發(fā)送且發(fā)送到流動(dòng)控制區(qū)域12中。

如上文所述，在某些實(shí)施例中，控制器56可通過控制加壓流體50進(jìn)入流動(dòng)控制區(qū)域12(例如，從各個(gè)渦輪噴嘴35、定子導(dǎo)葉36和/或熱壁84,85沿主流動(dòng)路徑55)的噴射來調(diào)制或控制流動(dòng)控制區(qū)域12的有效區(qū)域54?？刂破?6可基于從設(shè)置在燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)10各處(諸如沿燃燒氣體18的主流動(dòng)路徑55)的一個(gè)或更多個(gè)傳感器60接收到的反饋將加壓流體50經(jīng)由各個(gè)渦輪噴嘴35、定子導(dǎo)葉36和/或熱壁84,85發(fā)送至各個(gè)渦輪級(jí)38。在某些實(shí)施例中，控制器56可構(gòu)造成基于從傳感器60接收到的信號(hào)調(diào)整發(fā)送至流動(dòng)控制區(qū)域12的加壓流體50的參數(shù)(例如，壓力、溫度、流速、軸速度、量、成分等)。因此，控制器56可構(gòu)造成動(dòng)態(tài)地限制或控制發(fā)送到流動(dòng)控制區(qū)域12中的加壓流體50的各種參數(shù)。在一些情形中，控制器56可增大進(jìn)入流動(dòng)控制區(qū)域12中的加壓流體供應(yīng)源50的流動(dòng)或供應(yīng)以減小有效區(qū)域54，從而減小或限制沿主流動(dòng)路徑55的燃燒氣體18的流動(dòng)。同樣，在一些情形中，控制器56可減少進(jìn)入流動(dòng)控制區(qū)域12中的加壓流體供應(yīng)源50的流動(dòng)或供應(yīng)，從而增加沿主流動(dòng)路徑55的燃燒氣體18的流動(dòng)。具體而言，應(yīng)當(dāng)注意的是，控制器56可構(gòu)造成動(dòng)態(tài)地控制流動(dòng)控制區(qū)域12的有效區(qū)域54，以改善燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)10的效率。具體而言，控制器56可調(diào)整或調(diào)制流動(dòng)控制區(qū)域12的有效區(qū)域54，以控制渦輪20的入口與出口之間的燃燒氣體18的壓力比和/或流動(dòng)比。此外，以此方式控制壓力比和/或流動(dòng)比可控制渦輪20的速度，從而改善燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)10的效率。

在某些實(shí)施例中，控制器56可通過控制進(jìn)入各個(gè)渦輪級(jí)38的渦輪噴嘴35、定子導(dǎo)葉36和/或熱壁84,85的加壓流體50的噴射來調(diào)制或控制鄰近各個(gè)渦輪級(jí)38的流動(dòng)控制區(qū)域12的有效區(qū)域54。例如，各個(gè)渦輪級(jí)38的渦輪噴嘴35、定子導(dǎo)葉36和/或熱壁84,85可從外部加壓流體供應(yīng)源52接收加壓流體50的分離的流。具體而言，在所示實(shí)施例中，第一渦輪級(jí)68的渦輪噴嘴35、定子導(dǎo)葉36和/或熱壁84,85可接收加壓流體50的第一流88；第二渦輪級(jí)70的渦輪噴嘴35、定子導(dǎo)葉36和/或熱壁84,85可接收加壓流體50的第二流90；第三渦輪級(jí)72的渦輪噴嘴35、定子導(dǎo)葉36和/或熱壁84,85可接收加壓流體50的第三流92；以及第四渦輪級(jí)73的渦輪噴嘴35、定子導(dǎo)葉36和/或熱壁84,85可接收加壓流體50的第四流94。應(yīng)當(dāng)注意的是，在某些實(shí)施例中，控制器56可構(gòu)造成調(diào)節(jié)經(jīng)由內(nèi)腔78和外腔76提供至特定渦輪噴嘴35、定子導(dǎo)葉36和/或熱壁84,85的加壓流體50的參數(shù)，使得渦輪噴嘴35、定子導(dǎo)葉36和/或熱壁84,85經(jīng)由內(nèi)腔78和外腔80接收具有相似參數(shù)的加壓流體50。因此，在所示實(shí)施例中，第四渦輪級(jí)73的渦輪噴嘴35、定子導(dǎo)葉36和/或熱壁84,85可接收加壓流體50的第五流95，其基本類似于加壓流體50的第四流94。

在某些實(shí)施例中，控制器56可構(gòu)造成動(dòng)態(tài)地控制或限制至各個(gè)渦輪級(jí)38的加壓流體50的各個(gè)流(例如，第一流88、第二流90、第三流92或第四流94等)的參數(shù)。例如，控制器56可構(gòu)造成調(diào)節(jié)或控制發(fā)送至渦輪20的各個(gè)級(jí)38處的各個(gè)渦輪噴嘴35、定子導(dǎo)葉36和/或熱壁84,85的加壓流體50的各流的壓力、流速、軸速度、流動(dòng)、流量、成分、溫度或它們的組合。因此，在一些情形中，控制器56可將加壓流體50的第一流80的壓力調(diào)整為不同于加壓流體50的第二流82，以獨(dú)立地控制第一渦輪級(jí)68和第二渦輪級(jí)70的流動(dòng)控制區(qū)域12。作為另一實(shí)例，控制器56可配置成經(jīng)由一個(gè)或更多個(gè)控制信號(hào)開啟或閉合一個(gè)或更多個(gè)閥58，以調(diào)整加壓流體50至各個(gè)渦輪級(jí)38的渦輪噴嘴35、定子導(dǎo)葉36和/或熱壁84,85的流速，以獨(dú)立地控制各個(gè)渦輪級(jí)38的控制區(qū)域12。

圖4為圖3的渦輪20的流體促動(dòng)的可變流動(dòng)控制系統(tǒng)11的實(shí)施例的截面示意圖，進(jìn)一步示出了加壓流體50經(jīng)由一組靜止支柱74(例如，四個(gè)支柱)和內(nèi)腔78的噴射。如上文所述，在某些實(shí)施例中，加壓流體50可經(jīng)由一個(gè)或更多個(gè)靜止支柱74發(fā)送至一個(gè)或更多個(gè)級(jí)38處的各個(gè)渦輪噴嘴35、定子導(dǎo)葉36和/或熱壁85。具體而言，外部入口82可與靜止支柱74對(duì)準(zhǔn)且流體地聯(lián)接到其上，且可將加壓流體50經(jīng)由渦輪殼46發(fā)送至內(nèi)支柱通道96。靜止支柱74可構(gòu)造成將加壓流體50的一個(gè)或更多個(gè)流發(fā)送穿過內(nèi)支柱通道96且至內(nèi)腔78。此外，如上文參照?qǐng)D3所述，加壓流體50的一個(gè)或更多個(gè)流可從內(nèi)腔78發(fā)送且發(fā)送到渦輪20的一個(gè)或更多個(gè)級(jí)38處的各個(gè)渦輪噴嘴35、定子導(dǎo)葉36和/或熱壁85。以此方式，加壓流體50可沿朝流動(dòng)控制區(qū)域12的徑向方向42經(jīng)由內(nèi)腔78發(fā)送至渦輪噴嘴35、定子導(dǎo)葉36和/或熱壁85，使得渦輪噴嘴35、定子導(dǎo)葉36和/或熱壁84,85從渦輪20的外殼壁80和內(nèi)壁84接收加壓流體50。

圖5為具有圖3的外部加壓流體供應(yīng)源52的流體促動(dòng)的可變流動(dòng)控制系統(tǒng)11的實(shí)施例的詳細(xì)示意圖，示出了加壓流體50從設(shè)置在一個(gè)或更多個(gè)定子導(dǎo)葉36的每一個(gè)上的一個(gè)或更多個(gè)流體噴射端口100噴射且噴射到流動(dòng)控制區(qū)域12中。流體噴射端口100可沿前緣102、后緣104或各個(gè)定子導(dǎo)葉36的前緣102與后緣104之間的中心部分106設(shè)置。此外，流體噴射端口100可設(shè)置在各個(gè)定子導(dǎo)葉36的兩側(cè)上。結(jié)果，來自端口100的流體噴射可沿上游軸向方向、下游軸向方向和相對(duì)的周向方向定向。各個(gè)定子導(dǎo)葉36可具有任何適合的數(shù)目、尺寸、形狀和分布的端口100，諸如1到1000、5到500、10到100或20到50之間的端口100。端口100可具有一致或不一致的尺寸、一致或不一致的分布或間距、一致或不一致的形狀(例如，圓形、橢圓形、矩形等)，或它們的任何組合。如上文所述，在某些實(shí)施例中，加壓流體50可經(jīng)由渦輪20的外腔76和內(nèi)腔78發(fā)送至各個(gè)定子導(dǎo)葉36。例如，加壓流體50可經(jīng)由設(shè)置在渦輪殼46上的外部入口82發(fā)送且發(fā)送到渦輪20的外腔76中。此外，加壓流體50可經(jīng)由靜止支柱74發(fā)送且發(fā)送到渦輪20的內(nèi)腔78中。

如上文所述，在某些實(shí)施例中，設(shè)置在外腔76的壁84和內(nèi)腔78的壁85上的一個(gè)或更多個(gè)流體端口83可將加壓流體50發(fā)送到定子導(dǎo)葉36中。具體而言，加壓流體50經(jīng)由設(shè)置在定子導(dǎo)葉36上的一個(gè)或更多個(gè)流體噴射端口100噴射到渦輪20的流動(dòng)控制區(qū)域12中。以此方式，噴射到流動(dòng)控制區(qū)域12中的加壓流體50可產(chǎn)生定子導(dǎo)葉36的表面上的膜，且還可膨脹到流動(dòng)控制區(qū)域12中。在某些實(shí)施例中，熱壁84,85中的一個(gè)或更多個(gè)流體端口83可將加壓流體50從內(nèi)腔78和/或外腔76直接地發(fā)送到流動(dòng)控制區(qū)域12中。流體端口83可定位在各個(gè)定子導(dǎo)葉36的前緣102處或上游，各個(gè)定子導(dǎo)葉36的后緣104處或下游，和/或沿各個(gè)定子導(dǎo)葉36的中心部分106(例如，以用于噴射到定子導(dǎo)葉36中和/或直接噴射到流動(dòng)控制區(qū)域12中)。類似于端口100，壁84,85可具有流體端口83的任何適合的數(shù)目、尺寸和分布，諸如與各個(gè)流動(dòng)控制區(qū)域12相關(guān)聯(lián)的1到1000、5到500、10到100或20到50之間的流體端口83。流體端口83可具有一致或不一致的尺寸、一致或不一致的分布或間距、一致或不一致的形狀(例如，圓形、橢圓形、矩形等)，或它們的任何組合。

如上文所述，將加壓流體50噴射到流動(dòng)控制區(qū)域12中可減小有效區(qū)域54，從而減少或限制沿主流動(dòng)路徑55的燃燒氣體18的流動(dòng)。同樣，減少加壓流體供應(yīng)源50噴射到流動(dòng)控制區(qū)域12可增大有效區(qū)域54，從而釋放或增加燃燒氣體18沿主流動(dòng)路徑55的流動(dòng)。

圖6為具有圖3的外部流體供應(yīng)源52的流體促動(dòng)的可變流動(dòng)控制系統(tǒng)11的實(shí)施例的詳細(xì)示意圖，示出了加壓流體50穿過設(shè)置在一個(gè)或更多個(gè)定子導(dǎo)葉36的每一個(gè)上的一個(gè)或更多個(gè)流體噴射端口100的噴射。如圖所示，流體噴射端口100設(shè)置在各個(gè)定子導(dǎo)葉36的相對(duì)側(cè)108上(例如，沿中心部分106)，沿各個(gè)定子導(dǎo)葉36的前緣102，以及沿各個(gè)定子導(dǎo)葉36的后緣104。結(jié)果，來自端口100的流體噴射可沿上游軸向方向、下游軸向方向和相對(duì)的周向方向定向。在某些實(shí)施例中，端口100可從渦輪20的旋轉(zhuǎn)軸線偏離成角，從而將旋流運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)給予噴射到主流動(dòng)路徑55中的流體。加壓流體50可經(jīng)由渦輪20的外腔76和內(nèi)腔78發(fā)送至各個(gè)定子導(dǎo)葉36。具體而言，在某些實(shí)施例中，在噴射到渦輪20的各個(gè)流動(dòng)控制區(qū)域12中之前，加壓流體50可經(jīng)由流體端口83發(fā)送且發(fā)送到定子導(dǎo)葉36中。在某些實(shí)施例中，加壓流體50可經(jīng)由流體端口83從內(nèi)腔78或且外腔76直接地發(fā)送且發(fā)送到流動(dòng)控制區(qū)域12中。從流體端口83噴射的流體可從熱壁84沿向內(nèi)的徑向方向和從熱壁85沿向外的徑向方向定向。在某些實(shí)施例中，流體端口83可從渦輪20的旋轉(zhuǎn)軸線偏離成角，從而將旋流運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)給予噴射到主流動(dòng)路徑55中的流體。使用這些流體噴射的位置中的每一個(gè)，加壓流體50可從外部加壓流體供應(yīng)源52提供至渦輪20的流動(dòng)控制區(qū)域12。

公開的實(shí)施例的技術(shù)效果包括從外部加壓流體供應(yīng)源52發(fā)送加壓流體50且發(fā)送到渦輪20的流動(dòng)控制區(qū)域12中。具體而言，來自外部加壓流體供應(yīng)源52的加壓流體50從外部加壓流體供應(yīng)源52經(jīng)由渦輪20的一個(gè)或更多個(gè)流體噴射端口(例如，端口100和/或流體端口83)發(fā)送到流動(dòng)控制區(qū)域12中，以調(diào)制和調(diào)整流動(dòng)控制區(qū)域12的有效區(qū)域54。例如，加壓流體50可從外部加壓流體供應(yīng)源52經(jīng)由外腔76和/或內(nèi)腔78發(fā)送至渦輪噴嘴35、定子導(dǎo)葉36和/或熱壁84,85，且可經(jīng)由設(shè)置在定子導(dǎo)葉36上的一個(gè)或更多個(gè)流體噴射端口100和/或壁84,85中的流體端口83噴射到流動(dòng)控制區(qū)域12中。作為另一個(gè)實(shí)例，加壓流體50可從外部加壓流體供應(yīng)源52直接從外腔76和/或內(nèi)腔78(例如，經(jīng)由熱壁84,85中的流體端口83)發(fā)送至渦輪20的流動(dòng)控制區(qū)域12?？刂破?6可構(gòu)造成動(dòng)態(tài)地控制進(jìn)入流動(dòng)控制區(qū)域12中的加壓流體50的噴射。例如，將加壓流體50噴射到流動(dòng)控制區(qū)域12可減小有效區(qū)域54，從而減少或防止燃燒氣體18的流動(dòng)。同樣，減少進(jìn)入流動(dòng)控制區(qū)域12中的加壓流體50的噴射可增大有效區(qū)域54，從而增加燃燒氣體18的流動(dòng)。通過控制發(fā)送至控制區(qū)域12的加壓流體50的各種參數(shù)，控制器56可構(gòu)造成調(diào)節(jié)系統(tǒng)10的效率。具體而言，流體噴射用于控制流動(dòng)控制區(qū)域12的有效區(qū)域54和控制燃燒氣體18的流動(dòng)可顯著減少或消除任何移動(dòng)結(jié)構(gòu)(例如，可調(diào)整的導(dǎo)葉)的使用，以調(diào)整主流動(dòng)路徑55的幾何形狀。

本書面描述使用了實(shí)例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，且還使本領(lǐng)域的任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制作和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及執(zhí)行任何并入的方法。本發(fā)明的專利范圍由權(quán)利要求限定，且可包括本領(lǐng)域的技術(shù)人員想到的其它實(shí)例。如果此類其它實(shí)施例具有并非不同于權(quán)利要求的書面語言的結(jié)構(gòu)元件，或如果它們包括與權(quán)利要求的書面語言無實(shí)質(zhì)差別的等同結(jié)構(gòu)元件，則此類其它實(shí)例意圖在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。