用于冷卻燃?xì)廨啓C(jī)中轉(zhuǎn)子的注氣系統(tǒng)和冷卻該轉(zhuǎn)子的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在燃?xì)廨啓C(jī)中使用的注氣系統(tǒng)，其中，該系統(tǒng)能夠在發(fā)動(dòng)機(jī)非滿載運(yùn)轉(zhuǎn)期間工作，以在發(fā)動(dòng)機(jī)的選定區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生更均勻的氣溫分布。
【背景技術(shù)】
[0002]在燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，空氣在壓縮段中增壓，然后在燃燒段中與燃料混合并燃燒，以產(chǎn)生高溫燃燒氣體。在筒環(huán)形燃?xì)廨啓C(jī)中，燃燒段包括燃燒室裝置的環(huán)形陣列，該燃燒室裝置有時(shí)稱為“燃燒筒”或“燃燒器”，每個(gè)燃燒室向發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪段提供高溫燃燒氣體，在渦輪段中，高溫燃燒氣體膨脹，并從中提取能量，以提供輸出功率，而輸出功率用于發(fā)電。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)本發(fā)明，提供一種燃?xì)廨啓C(jī)，其包括:壓縮機(jī)段，在壓縮機(jī)段中，吸入發(fā)動(dòng)機(jī)中的空氣被壓縮；燃燒段，在燃燒段中，燃料與來自于壓縮機(jī)段的壓縮空氣的至少一部分混合并燃燒，以產(chǎn)生高溫燃燒氣體；以及渦輪段，在渦輪段中，來自于燃燒段的高溫燃燒氣體膨脹，以從中提取能量。在包括滿載運(yùn)轉(zhuǎn)的第一發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)模式期間，所提取的能量的至少一部分用于轉(zhuǎn)動(dòng)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子。所述發(fā)動(dòng)機(jī)還包括與渦輪段中的待冷卻結(jié)構(gòu)相通的轉(zhuǎn)子室、在第一發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)模式期間把從發(fā)動(dòng)機(jī)抽取的主氣道空氣注入所述轉(zhuǎn)子室的至少一個(gè)轉(zhuǎn)子冷卻管、以及注氣系統(tǒng)。所述注氣系統(tǒng)包括:至少一個(gè)出氣口，僅在包括非滿載運(yùn)轉(zhuǎn)的第二發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)模式期間通過該出氣口從發(fā)動(dòng)機(jī)抽氣；至少一個(gè)轉(zhuǎn)子冷卻管，其用于在所述第二發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)模式期間把從所述至少一個(gè)出氣口抽取的輔助氣道空氣注入轉(zhuǎn)子室；管道系統(tǒng)，其提供所述至少一個(gè)出氣口與所述至少一個(gè)轉(zhuǎn)子冷卻管之間的流體通道；風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，其用于通過所述至少一個(gè)出氣口從發(fā)動(dòng)機(jī)抽取輔助氣道空氣，并通過所述管道系統(tǒng)和所述至少一個(gè)轉(zhuǎn)子冷卻管把抽取的輔助氣道空氣輸送至所述轉(zhuǎn)子室中；以及閥門系統(tǒng)，其在第一發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)模式期間處于關(guān)閉狀態(tài)，以阻止風(fēng)機(jī)系統(tǒng)從發(fā)動(dòng)機(jī)抽取并通過所述管道系統(tǒng)輸送輔助氣道空氣，并且在第二發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)模式期間處于打開狀態(tài)，以允許風(fēng)機(jī)系統(tǒng)從發(fā)動(dòng)機(jī)抽取并通過所述管道系統(tǒng)輸送輔助氣道空氣。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種燃?xì)廨啓C(jī)，其包括壓縮機(jī)段，在壓縮機(jī)段中，吸入發(fā)動(dòng)機(jī)中的空氣被壓縮；燃燒段；以及發(fā)動(dòng)機(jī)外殼，其包括圍繞所述燃燒段的一部分發(fā)動(dòng)機(jī)外殼。所述一部分發(fā)動(dòng)機(jī)外殼限定包含殼體空氣的燃燒室殼體，在包括滿載運(yùn)轉(zhuǎn)的第一發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)模式期間，該殼體空氣的至少一部分與燃料在燃燒段中燃燒，以產(chǎn)生高溫燃燒氣體。所述發(fā)動(dòng)機(jī)還包括渦輪段，在渦輪段中，來自于燃燒段的高溫燃燒氣體膨脹，以從中提取能量。在所述的第一發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)模式期間，所提取的能量的至少一部分用于轉(zhuǎn)動(dòng)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子。所述發(fā)動(dòng)機(jī)還包括:轉(zhuǎn)子室，其至少部分地位于燃燒段中，并與渦輪段中的待冷卻結(jié)構(gòu)相通；至少一個(gè)轉(zhuǎn)子冷卻管，其在所述的第一發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)模式期間把從燃燒室殼體抽取的主氣道空氣注入轉(zhuǎn)子室中；以及注氣系統(tǒng)。所述注氣系統(tǒng)包括:布置在所述一部分發(fā)動(dòng)機(jī)外殼中的至少一個(gè)出氣口，僅在包括非滿載運(yùn)轉(zhuǎn)的第二發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)模式期間通過該出氣口從所述燃燒室殼體抽氣；至少一個(gè)轉(zhuǎn)子冷卻管，其用于在所述第二發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)模式期間把從所述至少一個(gè)出氣口抽取的輔助氣道空氣注入所述轉(zhuǎn)子室中；管道系統(tǒng)，其提供所述至少一個(gè)出氣口與所述至少一個(gè)轉(zhuǎn)子冷卻管之間的流體通道；風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，其用于通過所述至少一個(gè)出氣口抽取輔助氣道空氣，并通過所述管道系統(tǒng)和所述至少一個(gè)轉(zhuǎn)子冷卻管把抽取的輔助氣道空氣輸送至所述的轉(zhuǎn)子室中；以及閥門系統(tǒng)。所述閥門系統(tǒng)在所述的第一發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)模式期間處于關(guān)閉狀態(tài)，以阻止所述風(fēng)機(jī)系統(tǒng)從所述燃燒室殼體抽取并通過所述管道系統(tǒng)輸送輔助氣道空氣，并且在所述的第二發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)模式期間處于打開狀態(tài)，以允許所述風(fēng)機(jī)系統(tǒng)從所述燃燒室殼體抽取并通過所述管道系統(tǒng)輸送輔助氣道空氣。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種操作燃?xì)廨啓C(jī)的方法。空氣在發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)段中被壓縮。燃料與至少一部分所述壓縮空氣混合，并且混合物在發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒段中燃燒，以產(chǎn)生高溫燃燒氣體。所述高溫燃燒氣體在發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪段中膨脹，以從中提取能量，其中，在包括滿載運(yùn)轉(zhuǎn)的第一發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)模式期間，所提取的能量的至少一部分用于轉(zhuǎn)動(dòng)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子。在第一發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)模式期間，從發(fā)動(dòng)機(jī)抽取的主氣道空氣通過至少一個(gè)轉(zhuǎn)子冷卻管注入轉(zhuǎn)子室中。所注入的主氣道空氣為渦輪段內(nèi)的待冷卻結(jié)構(gòu)提供冷卻。在包括非滿載運(yùn)轉(zhuǎn)的第二發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)模式期間，風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)，以通過位于與燃燒段相關(guān)的一部分發(fā)動(dòng)機(jī)外殼中的至少一個(gè)出氣口從燃燒室殼體抽取輔助氣道空氣，并通過管道系統(tǒng)把抽取的輔助氣道空氣輸送至所述至少一個(gè)轉(zhuǎn)子冷卻管，并且通過所述至少一個(gè)轉(zhuǎn)子冷卻管把抽取的輔助氣道空氣注入轉(zhuǎn)子室中。
【附圖說明】
[0006]雖然本說明書所附的權(quán)利要求書具體、明確地提出了本發(fā)明的權(quán)利要求，但是通過參照附圖做出的以下說明，能夠更好地理解本發(fā)明。在附圖中，相似的標(biāo)號(hào)標(biāo)示相似的元件，其中:
[0007]圖1是包括本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的注氣系統(tǒng)的燃?xì)廨啓C(jī)的局部側(cè)視截面圖；
[0008]圖1A是圖1的一個(gè)放大部分，示出了用于向發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪段內(nèi)的待冷卻結(jié)構(gòu)輸送冷卻流體的流體回路；
[0009]圖2是圖1所示的注氣系統(tǒng)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]在以下優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明中，將參照構(gòu)成本說明書的一部分的附圖以示例性方式而非限定性方式說明可實(shí)施本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。應(yīng)理解，也可以利用其它實(shí)施例，并且也可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下做出各種變化。
[0011]請(qǐng)參考圖1，其中示出了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的燃?xì)廨啓C(jī)10。發(fā)動(dòng)機(jī)10包括:壓縮機(jī)段12;包括多個(gè)燃燒室16 (在此又稱為“燃燒室裝置”)的燃燒段14;以及，渦輪段18。需要說明的是，本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)10優(yōu)選包括燃燒室16的環(huán)形陣列，該環(huán)形陣列布置在發(fā)動(dòng)機(jī)10的縱軸La的周圍，該縱軸限定發(fā)動(dòng)機(jī)10內(nèi)的軸向。這種構(gòu)造一般稱為“筒環(huán)形燃燒系統(tǒng)”。
[0012]壓縮機(jī)段12對(duì)進(jìn)入空氣進(jìn)行引導(dǎo)并加壓，進(jìn)入空氣的至少一部分被導(dǎo)向燃燒室殼體20，以輸送至燃燒室16。燃燒室殼體20中的空氣在下文中稱為“殼體空氣”。加壓空氣的其它部分可從燃燒段12抽出，以冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)10內(nèi)的各種部件，例如渦輪段18中的部件。
[0013]在進(jìn)入燃燒室16時(shí)，來自于壓縮機(jī)段12的壓縮空氣與燃料混合并點(diǎn)燃，以產(chǎn)生高溫燃燒氣體，該高溫燃燒氣體以紊流形式在各個(gè)燃燒室16內(nèi)高速流動(dòng)。然后，每個(gè)燃燒室16內(nèi)的燃燒氣體通過相應(yīng)的過渡氣道22 (在圖1中僅示出了一個(gè)過渡氣道22)流至渦輪段18，在渦輪段18中，燃燒氣體膨脹，以從中提取能量。從燃燒氣體提取的能量的一部分用于使渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子24旋轉(zhuǎn)，渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子24沿縱軸匕平行于軸向穿過發(fā)動(dòng)機(jī)10的轉(zhuǎn)軸26延伸。
[0014]如圖1所示，發(fā)動(dòng)機(jī)外殼30圍繞各個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)段12、14、18。布置在燃燒段14周圍的外殼30的部分30A包括限定燃燒室殼體20的殼壁32，即，燃燒室殼體20限定外殼部分30A內(nèi)的內(nèi)部腔體。如圖2所示，殼壁32包括頂壁段32A、左右側(cè)壁段32B、32C、以及底壁段32D。
[0015]請(qǐng)參考圖2，現(xiàn)在說明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的注氣系統(tǒng)40。所示的實(shí)施例中的注氣系統(tǒng)40包括位于殼壁32的底壁段32D處的出氣口 42 (參見圖1)。雖然此實(shí)施例的注氣系統(tǒng)40僅包括位于殼壁32的底壁段32D處的一個(gè)出氣口 42，但是也可提供任何適當(dāng)數(shù)目的出氣口，并且出氣口 42可在軸向上位于外殼部分30A內(nèi)的其它位置和/或殼壁32的周圍的其它位置。
[0016]注氣系統(tǒng)40還包括管道系統(tǒng)44，該管道系統(tǒng)用于把通過出氣口 42從燃燒室殼體20抽取的殼體空氣輸送至多個(gè)轉(zhuǎn)子冷卻管46A、46B、46C、46D，這些轉(zhuǎn)子冷卻管在殼壁32的周圍以大體均等的間距布置，如圖2所示。雖然此實(shí)施例的注氣系統(tǒng)40包括四個(gè)轉(zhuǎn)子冷卻管46A-D，但是也可布置任何適當(dāng)數(shù)目的轉(zhuǎn)子冷卻管。如下文中所詳述，轉(zhuǎn)子冷卻管46A-D把抽取的殼體空氣注入轉(zhuǎn)子室&中，該轉(zhuǎn)子室與渦輪段18內(nèi)的待冷卻結(jié)構(gòu)相通，例如成排的轉(zhuǎn)動(dòng)渦輪機(jī)輪葉TB、支撐成排渦輪機(jī)輪葉Tb并構(gòu)成轉(zhuǎn)子24的一部分的葉盤結(jié)構(gòu)Bds、和/或位于葉盤結(jié)構(gòu)Bds與相鄰的成排固定渦輪機(jī)導(dǎo)葉T ￥之間的渦輪機(jī)葉盤腔體T DC,參見圖1Ao如圖1A最清晰地示出，轉(zhuǎn)子室&至少部分地位于燃燒段14中，并從燃燒室殼體20隔離，即，轉(zhuǎn)子室R。相對(duì)于燃燒室殼體20不是直接暴露的。
[0017]如圖2所示，注氣系統(tǒng)40還包括:閥門系統(tǒng)48，在所示的實(shí)施例中，該閥門系統(tǒng)包括第一和第二閥門48A、48B，當(dāng)然，也可以使用更多或更少的閥門；風(fēng)機(jī)系統(tǒng)50，在所示的實(shí)施例中，該風(fēng)機(jī)系統(tǒng)包括單個(gè)風(fēng)機(jī)，當(dāng)然，