燃气涡轮机及其进气系统和控制进气系统的进气压降的方法与流程

本发明涉及涡轮机领域，并且更具体地涉及用于燃气涡轮机的进气系统。

背景技术：
在涡轮机中，空气通入压缩机的进气部中。空气通过压缩机的各级，以形成压缩空气流。一部分压缩空气流通向燃烧组件并且另一部分压缩空气流通向涡轮部分且用于冷却。在燃烧组件中，压缩空气流与燃料混合并且燃烧，以形成高温气体流和排放气体。高温气体流通过过渡件被引导至涡轮部分。过渡件将高温气体流引向涡轮部分的热气体路径。高温气体流膨胀通过涡轮部分的各级，从而将热能转化成机械能，转化所得的机械能使涡轮轴旋转。涡轮部分可以用于多种应用中，其中包括向泵、发电机、交通工具等提供动力。

技术实现要素：
根据示例性实施例的一个方面，一种燃气涡轮机进气系统包括管道构件，管道构件具有进气部分，进气部分通过中间部分流体联接至排气部分。进气部分、排气部分、以及中间部分限定了流体流动区域。节流系统在进气部分、排气部分、和中间部分中的一个处布置在管道构件中。节流系统被构造和布置成选择性地建立通过流体流动区域的压降。根据示例性实施例的另一个方面，一种控制通过用于燃气涡轮机的进气系统的进气压降的方法包括：建立用于燃气涡轮机的操作模式；以及调节设置在进气系统的管道构件中的节流系统，以基于操作模式控制对燃气涡轮机的进气压力。根据示例性实施例的又一个方面，一种燃气涡轮机包括：压缩机部分，压缩机部分具有压缩机进气部；涡轮部分，涡轮部分机械联接至压缩机部分；燃烧器组件，燃烧器组件流体连接至压缩机部分和涡轮部分；以及进气系统，进气系统流体连接至压缩机进气部。进气系统包括管道构件，管道构件具有进气部分，进气部分通过中间部分流体联接至排气部分。进气部分、排气部分、以及中间部分限定了流体流动区域。节流系统在进气部分、排气部分、和中间部分中的一个处布置在管道构件中。节流系统被构造和布置成选择性地建立通过流体流动区域的压降。通过下文结合附图的描述，这些和其它的优点以及特征将变得更加显而易见。附图说明被认为是本发明的主题在说明书结尾处的权利要求书中特别指出并且明确要求保护。通过下文结合附图的详细描述，本发明的上述和其它的特征以及优点是显而易见的，在附图中：图1是根据示例性实施例的包括进气系统的燃气涡轮机的示意图，该进气系统具有节流系统；图2是根据示例性实施例的一个方面的节流系统的侧视图；图3是示为处于第一、低压降位置的图2的节流系统的平面图；图4是示为处于第二、高压降位置的图2的节流系统的平面图；图5是示为处于第一、低压降位置的根据示例性实施例的另一个方面的节流系统的侧视图；图6是示为处于第二、高压降位置的图5的节流系统的侧视图；图7是示为处于第一、低压降位置的根据示例性实施例的又一个方面的节流系统的侧视图；图8是图7的节流系统的平面图；图9是示为处于第二、高压降位置的图7的节流系统的侧视图；以及图10是图9的节流系统的平面图。参照附图通过示例的详细的描述解释了本发明的实施例以及优点和特征。具体实施方式根据示例性实施例的燃气涡轮机在图1中总体示为2。燃气涡轮机2包括压缩机部分4，压缩机部分4通过燃烧器组件8流体连接至涡轮部分6。燃烧器组件8包括多个燃烧器，其中的一个燃烧器示为10。压缩机部分4也通过公共的压缩机/涡轮轴12机械联结至涡轮部分6。压缩机部分4示为包括压缩机进气部17，压缩机进气部17联接至进气系统20。进气系统20包括管道构件24，管道构件24具有进气部分30，进气部分30通过中间部分34延伸至排气部分32。进气部分30、排气部分32、以及中间部分34共同限定流体流动区域37。进气系统20将空气流输送至压缩机进气部17。空气通过进气系统20通入压缩机进气部17中。空气通过压缩机部分4并且由压缩机部分4压缩，从而形成压缩气体。第一部分压缩气体流入涡轮部分6的各个部分中，以用于冷却目的。第二部分压缩气体通入燃烧器组件8中。第二部分压缩气体与燃料混合以形成可燃流体。可燃流体在燃烧器10内燃烧，从而形成燃烧产物，所形成的燃烧产物通入涡轮部分6中。燃烧产物膨胀通过涡轮部分6，从而将热能转化成机械能，转化所得的机械能用于例如驱动发电机、泵或者向例如机车或飞机的交通工具提供动力。燃烧产物包括受到政府多种限制的排放物。燃烧产物中排放物的量取决于燃气涡轮机2的操作参数。例如，在较低的功率设置下，产生较少的热，从而使得例如一氧化碳（CO）的排放物水平上升。然而，期望在各个时期期间在较低的功率设置下操作。为了在较低的功率设置下减少排放物，燃气涡轮机2包括布置在进气系统20中的节流系统40。节流系统40选择性地建立流体流动区域37内的压降，该压降被构造成与燃气涡轮机2的操作参数相配合。根据图2中所示的示例性实施例的一个方面，节流系统40布置在进气部分30处并且包括多个挡板44-49。每一个挡板44-49都包括相应的中心枢轴54-59。中心枢轴54-59允许每一个挡板44-49在如图3中所示的形成了具有多个流体通路67的基本不受限的进气区域65的第一、低压降位置64与形成了具有多个流体通路77的基本受限的进气区域75的第二、高压降位置74之间旋转。流体通路77基本小于流体通路67。通过该方式，当燃气涡轮机2在全功率模式下操作时，节流系统40布置在低压降位置64中，从而造成对压缩机部分4的标称进气压力。然而，在较低功率操作期间，节流系统40能够移向或者移至高压降位置74，以降低对压缩机部分4的进气压力。降低对压缩机部分4的进气压力导致燃烧参考温度的上升并且因此使得来自燃气涡轮机2的排放物减少。就这一点而言应当理解，节流系统40能够布置在管道构件24中的其它位置处。例如，具有多个挡板44a-46a的节流系统40a可以沿中间部分34布置。现在将参照图5至图6对根据示例性实施例的另一个方面的节流系统90进行描述。节流系统90成可枢转地安装在管道构件24内的限制器构件94的形式。限制器构件94包括第一端部段100，第一端部段100通过中间部段104延伸至第二端部段102。第一端部段100限定了用于限制器构件94的枢转轴线108。致动器构件111联接至中间部分104。致动器构件111使限制器构件94在形成了基本不受限的流动路径115的第一、低压降位置114（图5）与形成了更受限的流动路径118的第二、高压降位置116（图6）之间选择性地移位。通过与上文所描述的类似的方式，当燃气涡轮机2在全功率模式下操作时，限制器构件94布置在低压降位置114中，从而造成对压缩机部分4的标称进气压力。当燃气涡轮机2在较低功率模式下操作时，限制器构件94移向或移至高压降位置116，以降低对压缩机部分4的进气压力。图7至图10示出了根据示例性实施例的另一个方面的节流系统130。节流系统130包括流动限制装置134。流动限制装置134成围绕排气部分32的内周边140设置的可膨胀流动限制装置或隔膜137的形式。可膨胀隔膜137可在形成了基本受限的排气区域147的第一、低压降位置144（图7和图8）与形成了大体更受限的排气区域154的第二、高压降位置150（图9和图10）之间选择性地膨胀。通过与上文所描述的类似的方式，当燃气涡轮机2在全功率模式下操作时，可膨胀隔膜137布置在低压降位置144中，从而在压缩机进气部17处提供标称进气压力。当燃气涡轮机2在较低功率模式下操作时，可膨胀隔膜137填充有一定量的空气，以降低压缩机进气部17处的进气压力。进一步根据示例性实施例，进气系统20包括控制器165，控制器165具有中央处理单元（CPU）167。控制器165操作性地联接至传感器180，传感器180检测来自燃气涡轮机2的排放物。传感器180向控制器165提供排放物数据，控制器165操作性地连接至节流系统40、40a、90、和130中的一个或多个。当传感器180和CPU167指示燃气涡轮机2充分接近排放物达标限制时，控制器165选择性地调节节流系统40、40a、90和130中的一个或多个，以降低压缩机进气部17处的进气压力。在恒定功率下，进气压力的降低导致燃烧温度上升并且以燃料流动较高为代价来减少排放物。然而，进气压力的降低使得燃气涡轮机2能够调低至较低功率水平，从而相对于标称操作减少燃料消耗并且保持排放物达标。通过该方式，根据示例性实施例的节流系统使燃气涡轮机2的总体排放物达标操作包络线（envelope）扩大。因此，操作者可以以较低输出运行燃气涡轮机2，从而节约燃料而不会超过政府强制排放物水平。根据示例性实施例的一个方面，燃气涡轮机2可以包括实时发动机仿真模型（RESM）190，实时发动机仿真模型190被构造成基于操作条件来计算预计排放物或者预计燃烧参考温度。实时发动机仿真模型190向控制器165提供计算所得的排放物或计算所得的燃烧参考温度作为直接排放物测量结果的替代。当RESM190指示燃气涡轮机2充分接近排放物达标限制时，控制器165选择性地调节节流系统40、40a、90和130中的一个或多个，以降低施加于压缩机进气部17的压力。根据示例性实施例的另一个方面，RESM190可以结合来自传感器180的直接排放物测量结果操作，以进一步提高燃气涡轮机2的操作效率。尽管已经仅结合数量有限的实施例对本发明进行了详细描述，但是应当易于理解，本发明并不限于这种所公开的实施例。相反，能够将本发明修改成结合到目前为止并未进行描述但是与本发明的精神和范围相当的任何数量的改型、变型、替代或等同布置。此外，尽管已经对本发明的各个实施例进行了描述，但是应当理解，本发明的各个方面可以仅包括所描述的实施例中的一些。因此，本发明并不被视为受到上文的描述的限制，而是仅仅通过所附权利要求的范围进行限定。