带冷却空气冷却系统的燃气涡轮和其低负载运行方法
【专利摘要】本发明涉及带冷却空气冷却系统的燃气涡轮和其低负载运行方法。提供了一种燃气涡轮(10)和用于运行燃气涡轮(10)的方法，这种燃气涡轮(10)包括压缩机(1)、燃烧器(2)、涡轮(3)和冷却空气冷却系统，冷却空气冷却系统具有从压缩机(1)的第一放气管通向涡轮(3)的至少第一冷却空气管线(4)，以及相对于第一冷却空气管线(4)位于压缩机(1)的下游位置的至少一个第二冷却空气管线(5)，其中，在所述第二冷却空气管线(5)中设置了热交换器(7)，以用于冷却抽取的较高压力的空气，并且热交换器(7)与压缩机(1)的空气入口侧相连接，使得传递热量，以便加热压缩机(1)的入口空气。
【专利说明】带冷却空气冷却系统的燃气涡轮和其低负载运行方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种带冷却空气冷却系统的燃气涡轮，并且还涉及一种用于在尤其较低的部分负载下运行这种燃气涡轮的方法。本发明尤其涉及这样一种燃气涡轮，其具有冷却空气冷却系统，冷却空气冷却系统在压缩机侧处在第一放气管下游的放气管处抽取空气，从而抽取不同压力水平下的冷却空气以用于冷却涡轮部件的目的。
【背景技术】
[0002]与关于这种燃气涡轮的性能和效率的需求并列的是，这些需求一方面在高应力的机器构件的冷却以及另一方面在冷却系统的设计和尺寸方面正在日益增加。从运行安全的观点来看，需要在燃气涡轮所有可能的运行条件下保证充分的冷却。对于在低电力需求时期以较低的部分负载运转的燃气涡轮尤其如此。
[0003]基本上，燃气涡轮和燃气涡轮联合循环被认为在负载上是非常灵活的。它们在负载跟踪方面以及在起动的情况下是快速的。然而，如果当前燃气涡轮尤其在非常低的部分负载下进行运行时，关于环境适应性，并且从涡轮部件的充分冷却和燃烧器中稳定燃烧的观点来看存在问题。当这种燃气涡轮在非常低的部分负载下，在可变入口导叶关闭或几乎关闭的条件下进行运行时，热气体温度下降，并因此限制了预混合的燃烧稳定性。此外，在这种情形下，用于涡轮冷却空气的足够压力的供给也将下降，并且从冷却系统流向涡轮的冷却空气流可能下降到可容许的下限之下。在现有技术中，具有冷却系统的燃气涡轮是已知的，其在压缩机处包括不同压力水平下的不同的放气管，从而将足够质量流量的冷却空气供给涡轮部件。来自这种冷却系统的更下游放气管的冷却空气在压力和温度方面是较高的，这是为什么必须降低温度，以便为冷却系统提供足够冷却的原因。出于这个目的，在现有技术中已经提出一种冷却系统，其中在第一冷却空气管线的下游设置了第二冷却空气管线，并且从第二冷却空气管线得到的空气在引入到涡轮中之前被冷却下来。
[0004]这种在较低的部分负载范围内进行运行的燃气涡轮的又一问题是，当负载在过渡时间快速变化时，压缩机外壳和导叶支架比压缩机的转子叶片收缩得更快。由于压缩机构件的热变形方面的这个差异，压缩机叶片或导叶的末端间隙变得比稳定的部分负载运行时更小，这可能要么导致这些部件的接触，或者可能需要更高的稳态间隙，这对于压缩机效率是有害的。
【发明内容】
[0005]考虑到上面的问题，本发明的一个目的是提供一种燃气涡轮以及一种用于在非常低的负载下以改进的冷却系统的冷却效率且以环境相容的方式运行燃气涡轮的方法。本发明的又一目的是为这种燃气涡轮提供灵活且大范围负载运行模式的可能性，从而避免压缩机的部件或元件在过渡时间的退化。
[0006]这个问题通过具有权利要求1的特征的燃气涡轮，以及通过根据权利要求11的步骤运行燃气涡轮的方法来解决。在从属权利要求中限定了本发明的优选实施例和进一步的发展。
[0007]根据本发明的燃气涡轮包括压缩机、燃烧器、涡轮和冷却空气冷却系统，冷却空气冷却系统具有从压缩机的第一放气管通向涡轮的至少第一冷却空气管线，以及相对于第一冷却空气管线位于压缩机下游位置的至少第二冷却空气管线，其特征在于，在第二冷却空气管线中设置了热交换器，以用于冷却抽取的较高压力的空气，并且热交换器与压缩机的空气入口侧相连接，使得传递热量，以便加热压缩机的入口空气。通过这些措施，冷却空气的温度在燃气涡轮较低的部分负载运行时也变得足够低，因为通过热交换器除去了第二冷却空气管线中的空气的热量。根据本发明从冷却空气中除去的热量还被传递给压缩机的入口侧，以便加热入口空气或至少入口空气的一部分，这确保燃烧室中具有足够高的气体温度。根据本发明的燃气涡轮因此不仅提供了一种更高效的冷却空气冷却系统，而且还减少了有关燃气涡轮在较低的部分负载状况下稳定燃烧的问题。因此也能够使燃气涡轮在非常低的负载下，尤其在稳定负载的15%的负载或甚至更低负载下运转，同时具有非常低的NOx和CO的排放。
[0008]第二冷却空气管线例如可连接在第一放气管下游的第二放气管上，或者例如连接在压缩机下游的压缩机稳压室上。在带有中间冷却的压缩机的情况下，放气管还可设置在来回中间冷却器的管线中。
[0009]来自第二冷却空气管线中的热交换器中的热量被直接或间接地传递给压缩机的入口侧，并且高效地用于入口空气的预加热的目的。因此不需要为加热燃气涡轮的入口空气提供额外的预热器系统(但额外是可能的)。根据本发明的一个有利的方面，热交换器和至压缩机入口侧的连接管线是以整体形式来实现的，所以燃气涡轮的结构是紧凑的。热交换器可具有不同类型的热交换器的形式，这在本领域中是已知的。本发明提供了一种燃气涡轮，其容许压缩机出口温度、燃烧器热气温度和冷却空气供给压力增加，同时具有比较简单的结构和只有一些额外的必要的涡轮部件。因此根据本发明可以在低于现有技术涡轮的可能最低的部分负载的非常低的部分负载下运行燃气涡轮，并且在仍然有足够的涡轮冷却空气供给的条件下满足排放适应性。
[0010]根据本发明的一个有利的方面，第二冷却空气管线的热交换器连接在预热器系统上，以在预热器系统中将热量从第二冷却空气管线传递给入口空气。利用传递至燃气涡轮的预热器的热量，即使在燃气涡轮的低负载运行时，入口空气在温度上也是足够高的。此夕卜，减少了预热器的能量消耗。同样，在自热交换器所传递的热量不足以进行稳定燃烧的情况下，由于燃气涡轮的预热器系统提供额外的热量的原因，燃气涡轮的运行仍然是可能的。
[0011]根据本发明的又一有利的方面，预热器系统包括电加热器，或者通过外部热源来运转。预热器系统例如可设置在空气进气口处，位于空气进气口的空气过滤器之前，并且可能具有热循环，热循环带有加热介质以及合适的热交换器和泵。从第二冷却空气管线的热交换器传递至预热器系统的加热循环的热量可具有简单的连接管线的形式，或者可用其它额外的热交换器来实现。对于本领域中的技术人员，实现这种热传递的不同的可能性是已知的。
[0012]根据本发明的又一有利的方面，燃气涡轮具有空气进气口和位于空气进气口下游的空气分配装置，其特征在于，在空气进气口和分配装置之间给出了空气抽取管线，其设有热交换装置，用于将热量从热交换器传递给压缩机的入口空气。因此，通过空气抽取管线流向空气分配装置的入口空气的仅一部分可通过源自压缩机侧的热交换器的热量进行加热。空气抽取管线连接到空气进气口上，优选位于空气进气口过滤器之后，并且根据本发明的一个有利的方面，在空气抽取管线中设置了鼓风机，使得入口空气中被加热的部分直接被引导至空气分配装置中。空气分配装置设置在空气进气口的下游，即在空气进气口和压缩机的入口侧之间。空气分配装置使得以特别限定的方式将入口空气中被加热的部分引入到压缩机的喇叭口中是可能的，从而可实现具有不同温度的入口空气流的不同的温度分布。在关于这个实施例实现的一种备选形式中，在空气抽取管线中来自空气进气口的空气通过涡轮增压器而非鼓风机进行抽取，并且涡轮增压器被第二冷却管线的放气流驱动。安装了涡轮增压器而非鼓风机，使得抽取的加热的空气被引导至燃气涡轮的空气分配装置中。涡轮增压器降低了来自第二放气管或第二冷却空气管线中的空气的温度和压力，使得足够低温度的冷却空气供给有待冷却的涡轮部件，同时确保了燃烧室中的气体有足够高的温度。
[0013]根据本发明的又一有利的方面，提供了一种混合装置，其用于使两个冷却空气管线的冷却空气在引入到涡轮中之前混合。通过改变来自第一冷却空气管线和第二冷却空气管线的冷却空气的量，可以很容易地根据燃气涡轮的运行状态而控制合适的冷却温度。另夕卜，混合装置可根据外面的温度水平而用于使更多周围空气混合到两个冷却空气管线的冷却空气中。
[0014]根据本发明的又一有利的方面，环形空气分配装置设置在压缩机的入口侧，其中通过传递自第二冷却空气管线或其它热源的热量所加热的入口空气经由多个喷嘴以环形空气膜的形式而被引入到压缩机喇叭口中。借助于此，在压缩机的入口侧可形成特定的所需的入口空气的径向温度分布:较暖的入口空气通过空气分配装置被特别引导至压缩机的径向外侧，而较冷的进气处于压缩机内侧的环形层中。因此，可获得不同温度的入口空气的均质的周向分配，其中给出特定的径向温度分布(较暖的入口空气位于外侧)。这具有的优点是，在燃气涡轮的负载在过渡时间快速变化的过程中可以更好地控制转子叶片的末端间隙，使得在任何情况下，在压缩机的这些部件之间给出足够间隙，并且压缩机将不会受损，或者不必将压缩机建造成在相应的压缩机部件之间有较大的间隙，燃气涡轮负载的快速变化会导致压缩机外壳和压缩机的内部部件不同的收缩。尤其，因此避免了压缩机导叶的接触和退化。较暖的入口空气通过空气分配装置均质地注入在压缩机外壳的内部半径处的圆周上，从而产生一种径向温度分布，其用于在过渡运行期间增加压缩机末端间隙，即用于在燃气涡轮的加载或减载期间避免压缩机部件的不同的有害的变形。
[0015]根据本发明的又一有利的方面，与直接来自空气进气口的入口空气的内部部分相t匕，环形空气分配装置适合于产生较暖的入口空气的环形外部膜。根据本发明的燃气涡轮的空气分配装置可具有多个以彼此相等的距离设置在压缩机喇叭口的圆周上的喷嘴或空气喷口。因此，在压缩机中通过不同温度的入口空气产生了同外侧相比在内侧具有不同温度的一种温度分布。本领域中的技术人员能够意识到压缩机中这种特定的径向温度分布。关于在所附权利要求的权利要求8、9和10中所限定的空气分配装置的本公开的这个部分还可与其它形式和类型的燃气涡轮或其它类型的涡轮分开来使用。本公开因此并不仅仅局限于结合权利要求中所限定的燃气涡轮使用这种类型的压缩机的环形空气分配装置。
[0016]本发明还涉及在权利要求11中所限定的一种用于运行燃气涡轮的方法。通过根据本发明的方法进行运行的燃气涡轮包括压缩机、燃烧器、涡轮和冷却空气冷却系统，冷却空气冷却系统具有从压缩机的第一放气管通向涡轮的至少第一冷却空气管线，以及相对于第一冷却空气管线位于压缩机下游位置的至少一个第二冷却空气管线，其中设置了热交换器，以用于冷却抽取的较高压力的空气，并且其特征在于将热量从所述热交换器传递给压缩机入口空气或至少入口空气的一部分。从冷却空气冷却系统抽取的用于降低压缩机的第二放气管中的空气温度的热量根据本发明用于在入口空气或压缩机上游位置加热入口空气的一部分。因此在以非常低的部分负载(例如只有燃气涡轮名义负载的15%的负载或更低的负载)运行燃气涡轮的情况下也在燃烧室中获得了用于稳定燃烧的足够高的气体温度。这种运行方法关于环境的适应性也是高效的，即其产生低NOx和低CO的排放。然而，根据本发明的方法在燃气涡轮的所有运行情形中提供了处于足够压力和温度下的足够的冷却空气的供给。
[0017]根据本发明方法的一个有利的方面，热量被传递给预热器系统，用于加热所述压缩机的整个进气。预热器系统可具有电加热器，或者可通过外部热源进行运行。利用自冷却空气冷却系统所传递的额外的热量，以更快的方式且以更低的能量消耗加热入口空气。在至今实现根据本发明方法的一种备选形式中，热量从冷却系统的第二冷却空气管线传递给从空气进气口抽取的入口空气，以在压缩机入口之前加热进气的一部分。通过这种方法，可以更好地控制入口空气的温度，并且/或者在压缩机入口侧的喇叭口处实现不同形式的入口空气的温度分布。
[0018]根据本发明的又一有利的方面，该方法的特征在于，在所述涡轮上游使来自空气冷却系统的所述第一冷却空气管线的冷却空气与来自所述第二冷却空气管线的冷却空气相混合。更灵活的冷却空气的温度控制因此是可能的。此外，这种混合还可与外面空气的混合相结合，这依赖于在燃气涡轮不同的使用情形下外部空气的温度。
[0019]根据本发明方法的又一有利的方面，该方法的特征在于，在压缩机喇叭口的外周向侧面上产生了热空气膜，其比(直接)来自空气进气口的入口空气的内部部分更温暖。借助于此，实现了一种压缩机间隙控制，从而避免由于例如不同的收缩持续时间而对压缩机的内部部件产生任何损害。如果压缩机的外壳遇到较暖的空气膜，甚至在燃气涡轮的满负载运行和部分负载运行之间快速过渡的情况下也能保持与压缩机导叶的必要的间隙，且反之亦然。本公开的这个部分还可用于其它燃气涡轮或本申请中没有描述过的涡轮。
[0020]根据本发明的又一有利的方面，该方法的特征在于，在较低的部分负载下通过将冷却空气冷却系统的冷却空气供给压力控制为至少预设的最小阈值来运行燃气涡轮。利用这种运行模式，涡轮可在低能量需求的情况下，在非常低的部分负载下进行运行，同时仍然保持燃气涡轮的长的寿命，因为在任何情形下都为冷却空气的供给压力保持最小的阈值。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]以下将通过本发明的若干个实施例并参照附图更详细地描述本申请的发明，其中:
图1是根据本发明的带有预热器系统的燃气涡轮的第一实施例的示意图；
图2是根据本发明的燃气涡轮的第二实施例的示意图，其从空气进气口和空气分配装置中抽取空气；
图3是根据本发明的燃气涡轮的第三实施例的示意图，其从空气进气口和涡轮增压器中抽取空气；并且
图4是根据本发明的燃气涡轮的又一实施例的位于压缩机入口侧的环形空气分配装置的示意性的横截面图。
【具体实施方式】
[0022]图1显示了根据本发明的燃气涡轮的第一实施例的示意图，其具有用于流向压缩机I的入口空气的冷却空气冷却系统以及预热器系统8。燃气涡轮10基本上包括压缩机1、燃烧器2和涡轮3。燃气涡轮10在这个实施例中还设有位于空气进气口 9上游的预热器系统8，由此加热流向压缩机I的入口空气，尤其在燃气涡轮10的部分负载运行模式中。由于具有处于压缩机I的第一压力水平下的至少第一冷却空气管线4或冷却空气放气管以及相对于第一冷却空气管线4位于压缩机I的下游位置的至少一个第二冷却空气管线5，燃气涡轮10的冷却空气冷却系统特别适合于部分负载运行，即适于冷却初始具有较高温度和压力的空气。来自冷却空气冷却系统的冷却空气流向涡轮3，以便冷却涡轮3的相应的部件。这两个来自冷却空气管线4、5的冷却空气流可单独地进行控制，或者可在混合装置6中进行混合，以便为涡轮3提供足够温度水平的冷却空气。
[0023]根据本发明，冷却空气冷却系统的第二冷却空气管线5在这里设有热交换器7或热交换装置，以便在这个具有较高压力和温度的冷却空气进入涡轮3之前冷却该冷却空气。热交换器4热连接在预热器系统8上，从而将热量从热交换器7传递给燃气涡轮10的入口侧，以便通过预热器系统8支持加热。当燃气涡轮10以较低的部分负载进行运行时，通过第二冷却空气管线5从压缩机I中抽取空气，并将热量从热交换器7直接或间接地传递给预热器系统8，例如通过例如利用热油或任何合适的流体进行运转或进行直接热交换的热交换器。尤其在燃气涡轮10的部分负载运行时，通过这个来自热交换器7的热量可加热来自空气进气口 9的整个进气，使得在压缩机出口为燃气涡轮10的燃烧器2中的稳定燃烧获得足够高的温度。同时，由于第二冷却空气管线5中的冷却空气通过与预热器系统8相连接的热交换器7而冷却下来，赋予了冷却空气冷却系统的冷却空气足够的压力。
[0024]作为一种用于在预热器系统8处加热进气的手段，可提供电加热器19，或者可使用外部热源。预热器系统8还包括泵和合适的连接管线，从而可实现来自压缩机I的冷却空气冷却系统的热交换器7的高效的热传递。冷却空气管线4和5以及可能的其它冷却空气管线或放气管设有相应的控制阀和控制器件(图1中未显示)，由此在冷却空气进入涡轮3之前控制冷却空气的温度。为此目的还提供了混合装置6，其中来自两个冷却空气管线4、5的冷却空气可与或不与额外的周围空气或没有被这个燃气涡轮10的冷却空气冷却系统所冷却的空气相混合。此外，对于燃气涡轮10不以部分负载运转的情形，在冷却空气管线5中提供了空气旁路16，使得不需要来自第二冷却空气管线5的冷却空气或来自放气管的冷却空气。
[0025]利用根据本发明的燃气涡轮10，实现了具有低NOx和CO排放的与环境相容的运行，同时由于冷却空气冷却系统和至预热器系统8的热传递的组合的原因而实现了足够压力的二次气流的冷却空气，如参照图1所述。因此避免了在燃气涡轮的低负载期间热气体温度下降到下限以下，这将会阻碍燃烧器2中的稳定燃烧。来自压缩机I的空气在温度上是足够高的，并且来自冷却空气冷却系统的冷却空气处于足够高的压力水平，即使燃气涡轮10在非常低的负载下运转时，例如在减少电力需求的情形下以15%的负载或甚至更低的负载运转。根据本发明的燃气涡轮因此特别适合于消费者的负载需求快速变化，以及动力发生源(例如风能)的供给快速变化的情形，使得电力的产生一直等于电力消耗。
[0026]图2的示意图显示了本发明的燃气涡轮10的又一实现示例。与上述本发明的第一实施例相反，这里的燃气涡轮10不设有预热器系统8。来自冷却空气冷却系统的第二冷却空气管线5的热量在这里被传递给空气抽取管线12，由此抽取空气进气口 9的空气的一部分或一小部分并通过鼓风机18将其引导至位于压缩机I的入口侧的空气分配装置11中。热量通过额外的热交换器装置13以及位于热交换器7和这个热交换器装置13之间的泵而被传递给空气抽取管线12中的所抽取的空气，使得合适的热交换流体流过在压缩机的入口侧和冷却空气冷却系统之间的相应的热交换循环。在本发明的燃气涡轮10的这个第二实施例中，同样获得了足够高的燃烧器气体的温度，同时从冷却空气冷却系统中获得足够高的冷却空气的压力，特别是针对燃气涡轮10的非常低的负载运行。这里，压缩机入口空气只有一小部分被加热，其在空气进气口过滤器之后通过空气抽取管线12抽取自空气进气口 9。这个第二实施例的燃气涡轮10的其它构件和结构细节与上面参照图1所述的第一实施例是相似的，并且将不再进行详细地描述。
[0027]在图3中，在示意图中显示了根据本申请的发明的燃气涡轮10的第三种实现形式。燃气涡轮10在这里与之前参照图2所述的实施例的燃气涡轮10是相似的，但使用了涡轮增压器17来替代空气抽取管线12中的鼓风机18，涡轮增压器17将第二冷却空气管线2中的空气的温度和压力降低到适合于冷却涡轮3的水平。同样在这里，来自空气进气口 9的入口空气只有一小部分在空气过滤器之后被空气抽取管线12抽取，并通过涡轮增压器17引导至额外的热交换器装置13中，其中在所抽取的空气经过空气分配装置11流入到压缩机I的入口之前，热量被引入到所抽取的空气中。对于在冷却空气冷却系统和压缩机I的入口侧之间的热传递，在热交换器7和额外的热交换器装置13之间提供带泵的热循环，其具有合适的加热循环流体。在根据本发明的第三实施例的燃气涡轮10的这个实施例的情况下，在有关NOdP CO排放的环境要求方面相应增加的背景下同样可实现燃气涡轮10在非常低的负载下的高效运行。
[0028]在压缩机I的较高压力的放气管上的额外的冷却空气管线以及从冷却空气冷却系统至压缩机I的入口侧的入口空气的热传递的组合导致在涡轮3的一侧具有足够高的冷却空气压力，同时由于来自压缩机I的空气有足够高的温度而实现稳定的燃烧。上面所述的本发明的三个实施例当然还可以彼此组合，并且可具有这里没有详细描述的额外构件。根据图2和图3的实施例还可与具有如图所示的额外预热器系统8且参照图1所述的燃气涡轮10进行组合。热交换器7和热交换器装置13可具有本领域中的技术人员已知的任何合适的热交换装置的形式。为了控制燃气涡轮10的运行，燃气涡轮10还设有合适的控制装置，由此可控制冷却空气管线4、5和空气旁路16以及混合装置6中的控制阀。由于入口空气通过传递自压缩机的冷却空气系统的特定热量而被额外加热，所以可高效地增加燃烧器热气体温度，同时保持恒定的涡轮出口温度，结果，低排放运行是可能的，特别是在燃气涡轮10的较低的部分负载下。在上面图2和图3所述的实施例中，空气抽取管线12的被加热的抽取的空气通过空气分配装置11引入到压缩机I中。
[0029]这个空气分配装置11可为环形空气分配装置，其具有多个沿周向设置的喷嘴或空气喷口，喷嘴或空气喷口被提供来使得在压缩机I的压缩机喇叭口中产生热空气膜。环形空气分配装置11特别具有这种形式，其能够产生在压缩机I的外壳(外部部分)附近具有较高温度的径向温度分布，这在加载期间比通常更快速地加热这个部分，或者在减载期间使温度下降延迟，并因而使外壳的收缩延迟。利用空气分配装置11的这种设计形式，本发明进一步减少了压缩机I的构件的间隙控制相关的问题:在传统燃气涡轮的负载过渡期间，压缩机外壳(导叶支架)通常比转子更快收缩，尤其在燃气涡轮减载至非常低的部分负载时，这同稳定的部分负载运行相比导致压缩机叶片或导叶的末端间隙减少。在现有技术的燃气涡轮的情况下，这要么导致了接触，或者可能需要更高的稳态间隙，这对于压缩机效率是有害的。根据空气入口装置11的新的特定的结构，这些问题得以避免:在相同的轴向位置，外部部分(压缩机外壳)比压缩机I的径向内部部件经历更高温度的入口空气流。本发明的这个公开部分还可与这里所述类型的涡轮分开来使用。
[0030]图4的示意性的横截面图显示了这种环形空气分配装置11的一个实现示例，其可能采用上面图2和图3所示的实施例的形式来使用。应该注意，图4中所示的这种空气分配装置11根据本公开并不局限于结合图2和图3的燃气涡轮10的这些形式来使用，而是还可用于其它类型的燃气涡轮或本申请中未显示的涡轮。环形空气分配装置11在压缩机I的入口侧具有多个位于压缩机I的周向外部部分处的径向喷嘴14，其包围压缩机的内部转子。入口空气通过喷嘴14或空气喷口进行供给，使得入口空气在压缩机I的喇叭口处形成了一种两层的空气流，其在周向方向上是均质的，但在径向方向上具有不同的温度分布。由于通过空气抽取管线12中的热交换器13对入口空气的额外加热，外面的空气流比直接来自空气进气口 9而没有额外加热的内层入口空气更加温暖。环形空气分配装置11的空气喷口或喷嘴14以相等的距离设置成完全围绕压缩机I的外壳的圆周。本领域中的技术人员知道如何在这种空气膜剖面中产生不同的均质的空气膜，其在径向方向上具有不同的温度。当在根据本发明的燃气涡轮10中利用这种环形空气分配装置11时，实现了又一优点:在不需要燃气涡轮10的复杂的结构形式的条件下支持压缩机间隙控制。通过这个方法，进一步提高了尤其在非常低的负载下的燃气涡轮运行的效率。
【权利要求】
1.一种燃气涡轮(10)包括压缩机(I)、燃烧器(2)、涡轮(3)和冷却空气冷却系统，冷却空气冷却系统具有从所述压缩机(I)的第一放气管通向所述涡轮(3)的至少第一冷却空气管线(4)，以及相对于所述第一冷却空气管线(4)位于所述压缩机(I)的下游位置的至少一个第二冷却空气管线(5)，其特征在于，在所述第二冷却空气管线(5)中设置了热交换器(7)，以用于冷却抽取的较高压力的空气，并且所述热交换器(7)与所述压缩机(I)的空气入口侧相连接，使得传递热量，以便加热所述压缩机(I)的入口空气。
2.根据权利要求1所述的燃气涡轮(10)，其特征在于，所述热交换器(7)连接在预热器系统(8)上，以传递来自所述第二冷却空气管线(5)的热量。
3.根据权利要求1或2所述的燃气涡轮(10)，其特征在于，所述预热器系统(8)包括电加热器(19)或通过外部热源来运转。
4.根据前述权利要求中的任一权项所述的燃气涡轮(10)，其特征在于，具有空气进气口(9)和位于所述空气进气口(9)下游的空气分配装置(11)，其特征在于，在所述空气进气口(9)和所述分配装置(11)之间有空气抽取管线，其设有热交换装置(13)，以将热量从所述热交换器(7)传递给所述压缩机(I)的入口空气。
5.根据权利要求4所述的燃气涡轮(10)，其特征在于，在所述空气抽取管线(12)中设置了鼓风机(18)。
6.根据权利要求4所述的燃气涡轮(10)，其特征在于，来自所述空气进气口(9)的空气通过涡轮增压机(17)来抽取，所述涡轮增压机(17)由所述第二冷却空气管线(5)的放气流来驱动。
7.根据前述权利要求中的任一权项所述的燃气涡轮(10)，其特征在于，提供了混合装置(6)，其用于使所述两个冷却空气管线(4，5)的冷却空气在引入所述涡轮(3)之前混合。
8.根据前述权利要求中的任一权项所述的燃气涡轮(10)，其特征在于，在所述压缩机(I)的入口侧处设置了环形空气分配装置(11)，其中通过传递自所述第二冷却空气管线(7)的热量所加热的入口空气经由多个喷嘴(14)以环形空气膜的形式被引入到压缩机喇叭口。
9.根据权利要求8所述的燃气涡轮(10)，其特征在于，与来自所述空气进气口(9)的入口空气的内部部分相比，所述环形空气分配装置(11)适合于产生更温暖的入口空气的环形的外部膜。
10.根据权利要求8或9所述的燃气涡轮(10)，其特征在于，所述空气分配装置(11)具有多个喷嘴(14)或空气喷口，它们彼此以相等距离设置在所述压缩机喇叭口的圆周上。
11.一种用于运行燃气涡轮(10)的方法，所述燃气涡轮(10)包括压缩机(I)、燃烧器(2)、涡轮(3)和冷却空气冷却系统，所述冷却空气冷却系统具有从所述压缩机(I)的第一放气管通向所述涡轮(3)的至少第一冷却空气管线(4)，以及相对于所述第一冷却空气管线(4)位于所述压缩机(I)的下游位置的至少一个第二冷却空气管线(5)，其中设置了热交换器(7)，以冷却抽取的较高压力的空气，其特征在于，将热量从所述热交换器(7)传递给所述压缩机入口空气。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，将所述热量传递给预热器系统(8)，以加热所述压缩机(I)的整个进气。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，将所述热量传递给从所述空气进气口(9)抽取的入口空气，以在压缩机入口之前加热进气的一部分。
14.根据权利要求11至13中的任一权项所述的方法，其特征在于，在所述涡轮(3)上游使来自所述第一冷却空气管线(4)和来自所述第二冷却空气管线(5)的冷却空气混合。
15.根据权利要求11至14中的任一权项所述的方法，其特征在于，在压缩机喇叭口的外周向侧面处产生热空气膜，其比来自所述空气进气口(9)的入口空气的内部部分更温暖。
16.根据权利要求11至15中的任一权项所述的方法，其特征在于，在较低的部分负载下运行所述燃气涡轮(10)，并将所述冷却空气冷却系统的冷却空气供给压力控制为至少预设的最小阈值。
【文档编号】F02C6/04GK104514635SQ201410509112
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年9月29日 优先权日:2013年10月1日
【发明者】K.克纳普, K.多伊贝林 申请人:阿尔斯通技术有限公司