位于燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中的外部冷卻流體噴射系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種位于燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中的外部冷卻流體噴射系統(tǒng)，其中，該系統(tǒng)可在低于全負(fù)荷操作期間操作，以在發(fā)動(dòng)機(jī)的選定區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生更均勻的溫度分布。
【背景技術(shù)】
[0002]在燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間，空氣在壓縮器部分中壓縮，然后在燃燒部分中與燃料混合并燃燒，以產(chǎn)生熱燃燒氣體。在筒環(huán)形燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中，燃燒部分包括燃燒器設(shè)備的環(huán)形陣列，有時(shí)稱為“筒”或“燃燒器”，其均將熱燃燒氣體供應(yīng)到發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪部分，在渦輪部分，熱燃燒氣體膨脹以從中提取能量來(lái)提供輸出功率，輸出功率又用于發(fā)電。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)本發(fā)明，提供了一種燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)，包括壓縮器部分、燃燒部分和渦輪部分，在壓縮器部分中壓縮拉入發(fā)動(dòng)機(jī)中的空氣，在燃燒部分中，燃料與來(lái)自壓縮器部分的壓縮空氣的至少一部分混合并燃燒，以產(chǎn)生熱燃燒氣體，在渦輪部分中，來(lái)自燃燒部分的熱燃燒氣體膨脹以從中提取能量，其中，提取的能量的至少一部分用于在包括全負(fù)荷操作的第一發(fā)動(dòng)機(jī)操作模式期間使渦輪轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)還包括轉(zhuǎn)子室、至少一個(gè)轉(zhuǎn)子冷卻管和冷卻流體噴射系統(tǒng)，轉(zhuǎn)子室與在渦輪部分內(nèi)要冷卻的結(jié)構(gòu)連通，至少一個(gè)轉(zhuǎn)子冷卻管在第一發(fā)動(dòng)機(jī)操作模式期間將從發(fā)動(dòng)機(jī)中提取的冷卻空氣噴射進(jìn)轉(zhuǎn)子室中。冷卻流體噴射系統(tǒng)包括外部冷卻流體源、至少一個(gè)轉(zhuǎn)子冷卻管、管道系統(tǒng)、鼓風(fēng)系統(tǒng)和閥系統(tǒng)，外部冷卻流體僅在包括低于全負(fù)載操作的第二發(fā)動(dòng)機(jī)操作模式期間噴射進(jìn)轉(zhuǎn)子室中，至少一個(gè)轉(zhuǎn)子冷卻管用于在第二發(fā)動(dòng)機(jī)操作模式期間將來(lái)自外部冷卻流體源的冷卻流體噴射進(jìn)轉(zhuǎn)子室中，管道系統(tǒng)提供外部冷卻流體源與至少一個(gè)轉(zhuǎn)子冷卻管之間的流體連通，鼓風(fēng)系統(tǒng)用于將來(lái)自外部冷卻流體源的冷卻流體輸送通過(guò)管道系統(tǒng)和至少一個(gè)轉(zhuǎn)子冷卻管，進(jìn)入轉(zhuǎn)子室。閥系統(tǒng)在第一發(fā)動(dòng)機(jī)操作模式期間閉合，以防止來(lái)自外部冷卻流體源的冷卻流體被鼓風(fēng)系統(tǒng)輸送通過(guò)管道系統(tǒng)，閥系統(tǒng)在第二發(fā)動(dòng)機(jī)操作模式期間打開(kāi)，以允許來(lái)自外部冷卻流體源的冷卻流體被鼓風(fēng)系統(tǒng)輸出通過(guò)管道系統(tǒng)。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于操作燃?xì)廨啓C(jī)的方法?？諝庠诎l(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮器部分中壓縮。燃料與壓縮空氣的至少一部分混合，該混合物在發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒部分中燃燒，以產(chǎn)生熱燃燒氣體。熱燃燒氣體在發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪部分中膨脹以從中提取能量，其中，提取的能量的至少一部分用于在包括全負(fù)荷操作的第一發(fā)動(dòng)機(jī)操作模式期間使渦輪轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。在第一發(fā)動(dòng)機(jī)操作模式期間經(jīng)由至少一個(gè)轉(zhuǎn)子冷卻管將從發(fā)動(dòng)機(jī)提取的空氣噴射進(jìn)轉(zhuǎn)子室中。噴射的空氣提供對(duì)渦輪部分內(nèi)的要冷卻結(jié)構(gòu)的冷卻。在包括低于全負(fù)荷操作的第二發(fā)動(dòng)機(jī)操作模式期間，鼓風(fēng)系統(tǒng)的操作使得可將來(lái)自外部冷卻流體源的冷卻流體輸出通過(guò)管道系統(tǒng)，到達(dá)至少一個(gè)轉(zhuǎn)子冷卻管，并經(jīng)由至少一個(gè)轉(zhuǎn)子冷卻管將來(lái)自外部冷卻流體源的冷卻流體噴射進(jìn)轉(zhuǎn)子室中。
【附圖說(shuō)明】
[0005]盡管說(shuō)明書(shū)以特別指出并明確要求本發(fā)明的權(quán)利要求結(jié)束，但是應(yīng)認(rèn)為，結(jié)合附圖，通過(guò)以下描述可更好地理解本發(fā)明，在附圖中，類似的參考標(biāo)號(hào)表示類似的元件，附圖中:
[0006]圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的包括冷卻流體噴射系統(tǒng)的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的部分截面?zhèn)纫晥D；
[0007]圖1A是圖1的放大部分，示出用于將冷卻流體傳輸?shù)桨l(fā)動(dòng)機(jī)渦輪部分內(nèi)要冷卻結(jié)構(gòu)的流體回路；以及
[0008]圖2是圖1所示冷卻流體噴射系統(tǒng)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]在下面對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述中，參考形成本發(fā)明一部分的附圖，在附圖中，僅以說(shuō)明性方式而不以限制性方式示出可實(shí)施本發(fā)明的指定優(yōu)選的實(shí)施例。應(yīng)理解，可使用其它實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行改變。
[0010]參見(jiàn)圖1，示出根據(jù)本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)10。發(fā)動(dòng)機(jī)10包括壓縮器部分12、包括多個(gè)燃燒器16 (本文中還稱為“燃燒器設(shè)備”)的燃燒部分14和渦輪部分18。應(yīng)注意，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)10優(yōu)選地包括布置在發(fā)動(dòng)機(jī)10的縱向軸線La周圍的燃燒器16環(huán)形陣列，縱向軸線限定出發(fā)動(dòng)機(jī)10內(nèi)的軸向方向。這種構(gòu)造通常稱為“筒環(huán)形燃燒系統(tǒng)”。
[0011]壓縮器部分12引入并加壓進(jìn)入空氣，進(jìn)入空氣的至少一部分被引導(dǎo)至燃燒器殼體20，以傳輸至燃燒器16。燃燒器殼體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壓縮器部分12提取出，以冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)10內(nèi)的各部件，比如渦輪部件18中的部件。
[0012]在進(jìn)入燃燒器16時(shí)，來(lái)自壓縮器部分12的壓縮空氣與燃料混合，并被點(diǎn)燃以在相應(yīng)燃燒器16內(nèi)產(chǎn)生以湍流方式高速流動(dòng)的高溫燃燒氣體。然后，每個(gè)燃燒器16中的燃燒氣體流過(guò)相應(yīng)過(guò)渡管22 (圖1僅示出一個(gè)過(guò)渡管22)到達(dá)渦輪部分18，在渦輪部分，燃燒氣體膨脹以從中提取能量。從燃燒氣體中提取的能量的一部分用于提供渦輪轉(zhuǎn)子24的旋轉(zhuǎn)，渦輪轉(zhuǎn)子平行于可旋轉(zhuǎn)軸26延伸，可旋轉(zhuǎn)軸沿縱向軸線1^軸向地延伸通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)10。
[0013]如圖1所示，提供發(fā)動(dòng)機(jī)外殼30以圍繞相應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)部分12、14、18。外殼30的布置在燃燒部分14周圍的一部分30A包括限定出燃燒器殼體20的外殼壁32，S卩，燃燒器殼體20限定出外殼部30A內(nèi)的內(nèi)部容積。如圖2所示，外殼壁32包括頂壁部分32A、左側(cè)壁部分和右側(cè)壁部分32B、32C以及底壁部分32D。
[0014]現(xiàn)在描述根據(jù)本發(fā)明方面的外部冷卻流體噴射系統(tǒng)40。參見(jiàn)圖2，所示實(shí)施例中的冷卻流體噴射系統(tǒng)40包括外部冷卻流體源42，在所示實(shí)施例中，外部冷卻流體源包括環(huán)境空氣入口。盡管根據(jù)該實(shí)施例的外部冷卻流體源42包括單個(gè)環(huán)境空氣入口，但是除了環(huán)境空氣或者代替環(huán)境空氣，可使用其它冷卻流體源，比如噴霧、蒸汽或水。另外，可提供額外的環(huán)境空氣端口。
[0015]冷卻流體噴射系統(tǒng)40還包括管道系統(tǒng)44，其設(shè)置成將來(lái)自外部冷卻流體源42的冷卻流體輸送到多個(gè)轉(zhuǎn)子冷卻管46A、46B、46C、46D，多個(gè)轉(zhuǎn)子冷卻管關(guān)于外殼壁32的圓周大致均勻地間隔開(kāi)，如圖2所示。盡管根據(jù)該實(shí)施例的冷卻流體噴射系統(tǒng)40包括四個(gè)轉(zhuǎn)子冷卻管46A-D，但是可提供任何合適數(shù)量的轉(zhuǎn)子冷卻管。如下所討論的，轉(zhuǎn)子冷卻管46A-D將來(lái)自外部冷卻流體源42的冷卻流體噴射進(jìn)轉(zhuǎn)子室&中，轉(zhuǎn)子室與渦輪部分18內(nèi)要冷卻的結(jié)構(gòu)連通，比如可旋轉(zhuǎn)的渦輪葉片Tb排、支撐渦輪葉片Tb排并形成轉(zhuǎn)子24 —部分的葉盤(pán)結(jié)構(gòu)Bds，和/或位于葉盤(pán)結(jié)構(gòu)Bds與相鄰靜止渦輪輪葉T v排之間的渦輪盤(pán)空腔T DC，見(jiàn)圖1Ao如圖1A最清楚示出，轉(zhuǎn)子室Rc至少部分地位于燃燒部分14中，并與燃燒器殼體20隔離，即轉(zhuǎn)子室R。未直接暴露于燃燒器殼體20。
[0016]如圖2所示，冷卻流體噴射系統(tǒng)40又包括閥系統(tǒng)48、鼓風(fēng)系統(tǒng)50和可選的冷卻器52，在所示實(shí)施例中，閥系統(tǒng)包括第一和第二閥48A、48B，但是還可使用額外或更少的閥，在所示實(shí)施例中，鼓風(fēng)系統(tǒng)包括單個(gè)鼓風(fēng)器，但是還可使用額外的鼓風(fēng)器或排出器。閥系統(tǒng)48和鼓風(fēng)系統(tǒng)50由控制器54控制，以選擇性地允許或防止來(lái)自外部冷卻流體源42的冷卻流體穿過(guò)管道系統(tǒng)44，如下更詳細(xì)所述。當(dāng)閥系統(tǒng)48打開(kāi)時(shí)，鼓風(fēng)系統(tǒng)50設(shè)置成從外部冷卻流體源42提取冷卻流體，并將提取的冷卻流體輸送通過(guò)管道系統(tǒng)44，到達(dá)轉(zhuǎn)子冷卻管46A-D，并進(jìn)入轉(zhuǎn)子室R。。冷卻器52設(shè)置成冷卻冷卻流體。如圖2所示，過(guò)濾器56可設(shè)置在外部冷卻流體源42和轉(zhuǎn)子室Rc之間，以從冷卻流體過(guò)濾顆粒。根據(jù)圖2所示實(shí)施例，過(guò)濾器56固定到鼓風(fēng)系統(tǒng)50的鼓風(fēng)器的上游側(cè)，但是過(guò)濾器56可位于外部冷卻流體源42的下游的任何地方。
[0017]現(xiàn)在描述一種操作發(fā)動(dòng)機(jī)10的方法。在發(fā)動(dòng)機(jī)10正常操作期間，還已知為全負(fù)荷或基本負(fù)荷操作并在本文中還稱為第一發(fā)動(dòng)機(jī)操