使用压缩机排出空气和环境空气的混合物的涡轮冷却系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本申请和所得的专利大体上涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地涉及使用压缩机排出空气和环境空气的混合物来在极端下调操作中冷却的增强涡轮冷却系统。
【背景技术】
[0002]电网的需求可在一天到一天和甚至一小时到一小时的基础上极大地变化。这些变化可在具有相当大百分比的可再生能源如风、太阳能和其它类型的替代能源的地理区中尤其如此。然而，总体燃气涡轮和发电设备效率大体上需要在基本负载下的燃气涡轮操作。从基本负载的任何减小不但可降低效率，而且可缩短构件寿命，并且可增加不合乎需要的排放物。
[0003]然而，存在对用以适应电网上的负载的该变化的空转储备的商业需要。假定这样，则期望常规发电单元具有"休眠"能力。即，发电单元是联机的，但在极低功率、输出，即极端下调负载下操作。此类操作模式在很大程度上低效，因为压缩机空气流中的有价值能量作为排出空气排放，并且就此而言可被浪费。此外，压缩机失速或喘振可为风险。
[0004]当前的发电单元可限于延长时段内的大约百分之四十五(45%)等的基本负载的休眠模式。任何进一步下调可导致不适当地冷却涡轮级轮叶，以及可能超过后续涡轮级中的构件操作约束，即，"窄点"。具体而言，机械性能极限、操作参数极限和排放极限可对可安全地达到的总体下调百分比有影响。
[0005]因此，期望改进燃气涡轮冷却系统以便甚至在极端下调操作期间提供足够的冷却，而不损失总体效率、没有构件寿命缩短或没有不合乎需要排放物的增加。此外，燃气涡轮发动机将保持在需要时快速缓升至基本负载的能力。
【发明内容】
[0006]因此，本申请及所得的专利提供了一种用于低下调操作的燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机可包括具有压缩机排出空气流的压缩机、具有环境空气流的环境空气源、涡轮和排放装置。排放装置将压缩机排出空气流和环境空气流混合成混合空气流来用于冷却涡轮。
[0007]本申请及所得的专利还提供了一种在低下调下操作燃气涡轮发动机的方法。该方法可包括以下步骤:在小于大约百分之三十(30%)的基本负载下操作燃气涡轮发动机、将压缩机排出空气流引导至排放装置、将环境空气流引导至排放装置、在排放装置内将压缩机排出空气流和环境空气流混合成混合空气流，以及将混合空气流提供至涡轮来冷却其中的一个或更多个级。
[0008]本申请和所得专利还提供了一种用于与燃气涡轮发动机一起使用的低下调冷却系统。下调冷却系统可包括来自燃气涡轮发动机的压缩机的压缩机排出空气流、来自环境空气源的环境空气流，以及用于将压缩机排出空气流和环境空气流混合成混合空气流用于冷却燃气涡轮发动机的涡轮的一个或更多个级的排放装置。
[0009]技术方案1.一种用于低下调操作的燃气涡轮发动机，包括:
压缩机；
所述压缩机包括压缩机排出空气流；
环境空气源；
所述环境空气源包括环境空气流；
涡轮；以及排放装置；
其中所述排放装置将所述压缩机排出空气流和所述环境空气流混合成混合空气流来用于冷却所述涡轮。
[0010]技术方案2.根据技术方案I所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述压缩机排出空气流包括第九级压缩机排出空气抽取物。
[0011]技术方案3.根据技术方案I所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述压缩机排出空气流包括第十三级压缩机排出空气抽取物。
[0012]技术方案4.根据技术方案I所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述压缩机排出空气流包括混合歧管。
[0013]技术方案5.根据技术方案I所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述压缩机混合空气流包括第九级压缩机排出空气抽取物和第十三级压缩机排出空气抽取物的混合物。
[0014]技术方案6.根据技术方案I所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述环境空气源包括入口过滤器壳体。
[0015]技术方案7.根据技术方案I所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述排放装置包括与所述压缩机排出空气流连通的原动入口。
[0016]技术方案8.根据技术方案I所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述排放装置包括与所述环境空气流连通的吸入入口。
[0017]技术方案9.根据技术方案I所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述排放装置包括混合管和扩散器。
[0018]技术方案10.根据技术方案I所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述涡轮包括多个级。
[0019]技术方案11.根据技术方案I所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述混合空气流冷却所述涡轮的第二级。
[0020]技术方案12.根据技术方案I所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述混合空气流冷却所述涡轮的第三级或第四级。
[0021]技术方案13.根据技术方案I所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述低下调操作包括小于大约百分之三十(30%)的基本负载。
[0022]技术方案14.根据技术方案I所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述低下调操作包括大约百分之二十到大约百分之二十五(20到25%)的基本负载。
[0023]技术方案15.—种在低下调下操作燃气涡轮发动机的方法，包括:
在小于大约百分之三十(30%)的基本负载下操作所述燃气涡轮发动机；
将压缩机排出空气流引导至排放装置；
将环境空气流引导至所述排放装置； 使所述压缩机排出空气流和所述环境空气流在所述排放装置内混合成混合空气流；以及
将所述混合空气流提供至涡轮来冷却其中的一个或更多个级。
[0024]技术方案16.—种用于与燃气涡轮发动机一起使用的低下调冷却系统，包括:
来自所述燃气涡轮发动机的压缩机的压缩机排出空气流；
来自环境空气源的环境空气流；以及
用于将所述压缩机排出空气流和所述环境空气流混合成混合空气流用于冷却所述燃气涡轮发动机的涡轮的一个或更多个级的排放装置。
[0025]技术方案17.根据技术方案16所述的低下调系统，其特征在于，所述压缩机排出空气流包括第九级压缩机排出空气抽取物和/或第十三级压缩机排出空气抽取物，和/或所述第九级压缩机排出空气抽取物和所述第十三级压缩机排出空气抽取物的混合物。
[0026]技术方案18.根据技术方案16所述的低下调系统，其特征在于，所述环境空气源包括入口过滤器壳体。
[0027]技术方案19.根据技术方案16所述的低下调系统，其特征在于，所述排放装置包括与所述压缩机排出空气流连通的原动入口和与所述环境空气流连通的吸入入口。
[0028]技术方案20.根据技术方案16所述的低下调系统，其特征在于，所述燃气涡轮发动机包括小于大约百分之三十(30%)的基本负载的低下调操作。
[0029]在查阅连同若干附图和所附权利要求进行时的以下详细描述时，本申请及所得专利的这些及其它特征和改进将对本领域技术人员而言变得显而易见。
【附图说明】
[0030]图1为示出压缩机、燃烧器、涡轮和负载的燃气涡轮发动机的示意图。
[0031]图2为如本文可描述的具有下调冷却系统的燃气涡轮发动机的示意图。
[0032]图3为图2的下调冷却系统的又一个示意图。
[0033]图4为下调冷却系统的备选实施例的示意图。
[0034]部件列表
10燃气涡轮发动机 15压缩机 20空气 25燃烧器 30燃料 35燃烧气体 40涡轮 45轴 50负载
100燃气涡轮发动机 110压缩机 120入口过滤器壳体 130过滤器 140入口排出热歧管
150入口导叶
160燃烧器
170涡轮
180排出气体
200下调冷却系统
210压缩机排出空气源
215压缩机排出空气流
220环境空气源
225环境空气流
230排放装置
240原动入口
250吸入入口
260混合管
270扩散器
280混合流
290控制阀
300控制传感器
310温度传感器
320第九级压缩机排出空气抽取物
330第十三级压缩机排出空气抽取物
340第二级
350第三级
360下调冷却系统
370混合歧管。
【具体实施方式】
[0035]现在参照附图，其中相似数字表示全部若干视图中的相似元件，图1示出了如本文可使用的燃气涡轮发动机10的示意图。燃气涡轮发动机10可包括压缩机15。压缩机15压缩空气20的进入流。压缩机15将空气20的压缩流输送至燃烧器25。燃烧器25使空气20的压缩流与燃料30的加压流混合，并且点燃混合物来产生燃烧气流35。尽管仅示出了单个燃烧器25，但燃气涡轮发动机10可包括以周向阵列或其它定位的任何数量的燃烧器25。燃烧气流35继而输送至涡轮40。燃烧气流35驱动涡轮40，以便产生机械功。在涡轮40中产生的机械功经由轴45驱动压缩机15并且驱动外部负载50如发电机等