公開了一種用于渦輪發動機(12)的冷卻系統(10)，其用于將冷卻流體從壓縮機(14)引導到渦輪葉片冷卻流體供應部(16)并從環境空氣源供應到渦輪葉片冷卻流體供應部(16)，以將冷卻流體供應到轉子組件的一個或多個翼片(20)。冷卻系統(10)可包括從壓縮機(14)延伸到提供將冷卻流體供應到至少一個渦輪葉片(24)的渦輪葉片冷卻流體供應部(16)的壓縮機排氣導管(22)。壓縮機排氣導管(22)可包括上游段(26)和下游段(28)，借以上游段(26)將壓縮的抽出空氣通過出口(30)排出到下游段(28)，其中，環境空氣通過下游段(28)。上游段(26)的出口(30)可大體上與在下游段(28)流動的環境空氣流(32)對齊。這樣，壓縮的空氣增加到渦輪葉片冷卻流體供應部(16)的環境空氣流(32)。
【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】關于聯邦政府贊助的研究或發展的聲明本專利技術的研發部分地得到美國能源部、合同號為DE-FC26-05NT42644的先進渦輪機發展項目的支持。因此，美國政府可以擁有本專利技術的某些權利。
本專利總體上涉及渦輪發動機，更具體地講，涉及利用用于氣體渦輪發動機中的渦輪翼片的環境冷卻空氣的冷卻流體饋送系統。
技術介紹
通常，燃氣渦輪發動機包括用于壓縮空氣的壓縮機、用于混合壓縮的空氣與燃料并點燃混合物的燃燒室、以及用于產生動力的渦輪葉片組件。燃燒室通常在可能超過2500華氏度的高溫下操作。典型的渦輪燃燒室構造可將渦輪葉片組件暴露于這種高溫。因此，渦輪葉片和渦輪導葉必須由能夠承受這種高溫的材料制成。渦輪葉片、導葉和其它組件通常包括用于延長這些物品的壽命并降低由于溫度過高而故障的可能性的冷卻系統。通常，渦輪導葉從導葉支承部徑向向內延伸并且在緊鄰轉子組件處終止，并且渦輪葉片徑向向外延伸并在緊鄰導葉支承部處終止。渦輪導葉和葉片通常包括設置在其內部的多個冷卻通道，以在其中將導葉和葉片從燃燒室排出氣體獲得的熱中冷卻。在發動機運行在一直增加的負載的情況下，需要降低傳統冷卻系統的非高效性的用于渦輪翼片的新的冷卻系統。
技術實現思路
公開了一種渦輪發動機的冷卻系統，其將冷卻流體從壓縮機引導到渦輪葉片冷卻流體供應部作為壓縮機排放空氣并從環境空氣源引導到渦輪葉片冷卻流體供應部以將冷卻流體供應到轉子組件的一>個或多個翼片。冷卻系統可以包括從壓縮機延伸到渦輪葉片冷卻流體供應部的壓縮機排氣導管，該渦輪葉片冷卻流體供應部將壓縮的空氣作為冷卻流體提供到至少一個渦輪葉片以在啟動和冷卻過程期間冷卻渦輪葉片。在一個實施例中，這種構造可以與用于渦輪葉片的環境空氣冷卻系統一起使用。在另一實施例中，壓縮機排氣導管可以包括上游段和下游段，從而上游段將壓縮的排放空氣通過出口排出到下游段中，環境空氣通過下游段經過。上游段的出口可以基本上與在下游段流動的環境空氣流對齊。這樣，壓縮的空氣激發環境空氣流，增加到達渦輪葉片的冷卻流，并增加冷卻效率。這種構造在泵送作用低于泵送環境空氣所需的泵送作用的啟動和冷卻過程期間可能是有用的。渦輪發動機的冷卻系統可以包括從壓縮機延伸到渦輪葉片冷卻流體供應部的壓縮機排氣導管，渦輪葉片冷卻流體供應部將冷卻流體提供到至少一個渦輪葉片。壓縮機排氣導管可以具有與壓縮機中的壓縮的空氣流體連通的入口以及在渦輪葉片冷卻流體供應部中的出口。冷卻系統可以包括在壓縮機排氣導管中的壓縮機截止閥，以用于控制空氣進入到壓縮機排氣導管的入口中的流動。冷卻系統可以包括用于接收環境空氣的一個或多個環境空氣供應入口并且可以包括一個或多個環境空氣供應截止閥，其位于環境空氣供應入口和壓縮機排氣導管之間，壓縮機排氣導管在壓縮機截止閥的下游和壓縮機排氣導管的出口上游，環境空氣供應截止閥用于控制環境空氣通過環境空氣供應入口并進入到渦輪葉片冷卻流體供應部中的流動。在至少一個實施例中，渦輪葉片冷卻流體供應部可以將冷卻流體提供到渦輪葉片的一個級，該級形成最靠近渦輪發動機的排氣段的渦輪葉片的最后一級。壓縮機排氣導管包括上游段和下游段，其中，環境空氣供應入口位于下游段的上游端，并且其中，上游段的下游端在下游段內、在至少一個環境空氣供應入口的下游終止。壓縮機排氣導管的下游段可以具有比壓縮機排氣導管的上游段大的截面積。在至少一個實施例中，壓縮機排氣導管的下游段可以具有比壓縮機排氣導管的上游段大的直徑。為了促使將環境空氣饋送到渦輪葉片冷卻流體供應部中，壓縮機排氣導管的上游段可以包括將壓縮機排出空氣在與下游段中的環境空氣流基本上對齊的下游方向上射出的出口。另外，上游段的出口可以與下游段的縱向軸線方向對齊。上游段的出口可以位于下游段內。一種將環境冷卻流體傳送到環境冷卻的渦輪翼片的方法可以包括將壓縮的空氣接收到從壓縮機延伸到將冷卻流體提供到至少一個渦輪葉片的渦輪葉片冷卻流體供應部的壓縮機排氣導管中，其中，壓縮機排氣導管具有與壓縮機中的壓縮的空氣流體連通的入口以及在渦輪葉片冷卻流體供應部中的出口。該方法還可以包括經由壓縮機排氣導管中的一個或多個壓縮機截止閥控制壓縮的空氣的接收以控制空氣到壓縮機排氣導管的入口中的流動，以及將環境空氣接收到一個或多個環境空氣供應入口中。該方法可以包括經由一個或多個環境供應截止閥控制環境空氣的接收，一個或多個環境供應截止閥位于一個或多個環境空氣供應入口與壓縮機排氣導管之間，壓縮機排氣導管在壓縮機截止閥的下游和在壓縮機排氣導管的出口上游，環境供應截止閥用于控制環境空氣通過環境空氣供應入口并進入到渦輪葉片冷卻流體供應部中的流動。該方法還可以包括將壓縮的空氣和環境空氣傳遞到渦輪葉片冷卻流體供應部。該方法可包括將壓縮的空氣和環境空氣傳遞到渦輪葉片的一個級，該級形成位于最靠近渦輪發動機的排氣段的渦輪葉片的最后一級。該方法還可以包括將壓縮的空氣接收到由上游段和下游段形成的壓縮機排氣導管中，其中，環境空氣供應入口位于下游段的上游端，并且其中上游段的下游端在下游段內、在環境空氣供應入口的下游終止。該方法可以包括將壓縮的氣體接收到壓縮機排氣導管中，其中，壓縮機排氣導管包括將壓縮機排出空氣在與下游段中的環境空氣流大體上對齊的下游方向上射出的出口。該方法可以包括在燃氣渦輪發動機的啟動期間通過打開壓縮機截止閥經由壓縮機排氣導管中的一個或多個壓縮機截止閥來控制壓縮的空氣的接收，并且可以包括在燃氣渦輪發動機的啟動期間通過關閉環境供應截止閥經由一個或多個環境供應截止閥來控制環境空氣的接收。該方法還可以包括在燃氣渦輪發動機的啟動之后的穩態操作期間通過關閉壓縮機截止閥經由壓縮機排氣導管中的一個或多個壓縮機截止閥來控制壓縮的空氣的接收，并且可以包括在燃氣渦輪發動機的啟動之后的穩態期間通過打開環境供應截止閥經由一個或多個環境供應截止閥來控制環境空氣的接收。冷卻系統的優勢在于冷卻系統在啟動和關閉程序期間當沒有足夠的泵送動力來抽取環境空氣進入到環境空氣供應入口時使用壓縮機排氣導管來幫助將環境冷卻空氣饋送到渦輪葉片冷卻流體供應部。在發動機啟動期間，壓縮機空氣通常被排到排氣段中以防止壓縮機穩定性問題。冷卻系統使用否則會被浪費的壓縮機排出空氣的一部分，并且在沒有足夠泵送動力的環境冷卻系統中使用該壓縮機排出空氣的一部分。冷卻系統的另一優勢本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種用于渦輪發動機(12)的冷卻系統(10)，其特征在于：壓縮機排氣導管(22)，從壓縮機(14)延伸到將冷卻流體供應到至少一個渦輪葉片(24)的渦輪葉片冷卻流體供應部(16)，其中所述壓縮排氣導管(22)具有入口(36)和出口(38)，所述入口(36)與所述壓縮機(14)中的壓縮的空氣流體連通，所述出口(38)在所述渦輪葉片冷卻流體供應部(16)中；至少一個壓縮機截止閥(40)，在所述壓縮機排氣導管(22)中，以用于控制壓縮的空氣到所述壓縮機排氣導管(22)的所述入口(36)中的流動；至少一個環境空氣供應入口(42)，用于接收環境空氣(32)；以及至少一個環境空氣供應截止閥(44)，位于所述至少一個環境空氣供應入口(42)與所述壓縮機排氣導管(22)之間，所述壓縮機排氣導管(22)在所述壓縮機截止閥(40)的下游和所述壓縮機排氣導管(22)的所述出口(38)的上游，所述環境空氣供應截止閥(44)用于控制所述環境空氣(32)通過所述至少一個環境空氣供應入口(42)并進入到所述渦輪葉片冷卻流體供應部(16)中的流動。
【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2013.11.08 US 14/075,1401.一種用于渦輪發動機(12)的冷卻系統(10)，其特征在于：
壓縮機排氣導管(22)，從壓縮機(14)延伸到將冷卻流體供
應到至少一個渦輪葉片(24)的渦輪葉片冷卻流體供應部(16)，
其中所述壓縮排氣導管(22)具有入口(36)和出口(38)，所述
入口(36)與所述壓縮機(14)中的壓縮的空氣流體連通，所述出
口(38)在所述渦輪葉片冷卻流體供應部(16)中；
至少一個壓縮機截止閥(40)，在所述壓縮機排氣導管(22)
中，以用于控制壓縮的空氣到所述壓縮機排氣導管(22)的所述入
口(36)中的流動；
至少一個環境空氣供應入口(42)，用于接收環境空氣(32)；
以及
至少一個環境空氣供應截止閥(44)，位于所述至少一個環境
空氣供應入口(42)與所述壓縮機排氣導管(22)之間，所述壓縮
機排氣導管(22)在所述壓縮機截止閥(40)的下游和所述壓縮機
排氣導管(22)的所述出口(38)的上游，所述環境空氣供應截止
閥(44)用于控制所述環境空氣(32)通過所述至少一個環境空氣
供應入口(42)并進入到所述渦輪葉片冷卻流體供應部(16)中的
流動。
2.根據權利要求1所述的冷卻系統(10)，其特征在于，所述
渦輪葉片冷卻流體供應部(16)將冷卻流體供應到渦輪葉片(24)
的一個級(46)，所述級(46)形成最靠近所...
【專利技術屬性】
技術研發人員：J·H·馬施，J·J·瑪拉，
申請(專利權)人：西門子能源公司，
類型：發明
國別省市：美國;US
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