使用涡轮排气的压缩机间隙控制系统的制作方法
【专利说明】使用涡轮排气的压缩机间隙控制系统本申请是申请日为20 10年I月15日(优先权日为2009年I月15日)、申请号为201010005529.4的名称为“使用涡轮排气的压缩机间隙控制系统”的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0101]本申请大体涉及燃气涡轮发动机，且更具体地讲，涉及用于通过使用涡轮排气来提供前端转子叶片间隙或其它类型的间隙控制的压缩机间隙控制系统。
【背景技术】
[0102]当整体功率需求低时，功率生产者常常将他们的发电设备调到低功率水平，以便节约燃料。就燃气涡轮发动机而言，压缩机入口周围的入口导叶可接近最小角，以便降低穿过其中的气流和整体功率输出。特别地，穿过入口导叶的空气可能会在低入口导叶角处经历很大的压降。压缩机的前端基本充当涡轮，且在称为涡轮作用(turbining)的现象中从空气流中抽取能量。从而低压可能会使得压缩机入口壳体周围的空气流的温度迅速下降。这种低温可能会需要壳体和转子叶片之间的更加稳定的状态间隙，以允许稳定。
[0103]因为压缩机的金属壳体比转子叶片具有更慢的热响应时间，所以转子叶片可能会比壳体膨胀得更快，从而使转子叶片在壳体上封闭起来，且在过渡到较高的载荷或在超速条件下时，可能抵靠壳体而摩擦。摩擦可能会造成转子叶片的提早损坏和可能的故障。因此，运行的转子叶片/壳体间隙必须适应这些不同的膨胀率。这些间隙会影响且从而限制可被抽入压缩机中的芯流的量。
[0104]因此，期望的是用于压缩机的改进的间隙控制系统和方法，以便改进整体的燃气涡轮发动机性能和效率。优选地，改进的压缩机间隙控制系统和方法还应当处理低载荷或无载荷条件期间的涡轮作用以及载荷过渡期间的转子叶片摩擦。特别地，在运行时段上减小间隙范围，而没有间隙不足的危险(摩擦、损坏)或间隙过大的危险(性能损失、失速、损坏)。
【发明内容】
[0105]因此本申请提供了一种用于燃气涡轮发动机的压缩机间隙控制系统。燃气涡轮发动机包括产生排气的涡轮和具有壳体与若干转子叶片的压缩机。压缩机间隙控制系统可包括定位在压缩机的壳体周围的壳体热交换器和用于来自涡轮的排气的抽取端口。抽取端口与壳体热交换器连通，以便用来自涡轮的排气加热压缩机的壳体。
[0106]本申请进一步描述了一种为具有产生排气的涡轮和带有壳体与若干转子叶片的压缩机的燃气涡轮发动机提供间隙控制的方法。该方法包括以下步骤;使壳体内的转子叶片旋转;从涡轮中抽取热;将该热传递到壳体;以及使壳体热膨胀或者阻止壳体热收缩。
[0107]本申请进一步提供了一种用于燃气涡轮发动机的压缩机间隙控制系统。燃气涡轮发动机包括产生排气的涡轮和具有壳体与若干转子叶片的压缩机。压缩机间隙控制系统可包括定位在压缩机的壳体周围的壳体热交换器，用于来自涡轮的排气的抽取端口，以及自抽取端口延伸到壳体热交换器以便用来自涡轮的排气加热压缩机的壳体的一个或多个导管。
[0108]当结合几幅附图和所附的权利要求书审阅以下详细描述之后，本申请的这些和其它特征和改进将对本领域技术人员变得显而易见。
【附图说明】
[0109]图1是已知的燃气涡轮发动机的示意图。
[0110]图2是定位在压缩机壳体周围的转子叶片的截面图。
[0111]图3是具有如本文所述的压缩机间隙控制系统的燃气涡轮发动机的示意图。
[0112]图4是具有如本文所述的压缩机间隙控制系统的一个备选实施例的燃气涡轮发动机的示意图。
部件列表:
10 燃气涡轮发动机 20 压缩机 22 转子叶片
24壳体 26 入口 28 出口 30 燃烧室 40 涡轮 42 出口
50外部载荷 60 入口导叶 70 入口抽气加热系统 80 入口抽气加热歧管 90 抽取部
100压缩机间隙控制系统
110壳体热交换器
120抽取部
130 导管
140栗
150 阀
200压缩机间隙控制系统 210入口热交换器 220壳体热交换器 230 导管 235制冷流体 240栗250 阀
【具体实施方式】
[0113]现在参看附图，其中相同标号在几个附图中始终指示相同元件，图1和2显示了燃气涡轮发动机10的示意图。已知的是，燃气涡轮发动机10可包括用以压缩进入的空气流的压缩机20。压缩机20包括定位在壳体24内的若干转子叶片22。压缩机20将压缩空气流输送到燃烧室30。燃烧室30使该压缩空气流与燃料流混合，且点燃混合物。(虽然仅显示了单个燃烧室30，但是燃气涡轮发动机10可包括任何数量的燃烧室30。)。热的燃烧气体又被输送到涡轮40。热的燃烧气体驱动涡轮40，以便产生机械功。在涡轮40中产生的机械功驱动压缩机20和外部载荷50，例如发动机等。燃气涡轮发动机10可使用天然气、各种类型的合成气以及其它类型的燃料。
[0114]燃气涡轮发动机10可为9FA涡轮机或由纽约斯卡奈塔第的通用电气公司提供的类似的装置。本文可使用其它类型的燃气涡轮发动机10。燃气涡轮发动机10可具有其它构造，且可使用其它类型的构件。可一起使用多个燃气涡轮发动机10、其它类型的涡轮机和/或其它类型的发电设备。
[0115]可部分地通过使用定位在压缩机20的入口26周围的若干入口导叶60，使对燃气涡轮发动机10的载荷控制可行。特别地，可通过改变入口导叶60的位置以便更改进入压缩机20的空气量，来调节燃气涡轮发动机10的输出。
[0116]燃气涡轮发动机10还可使用入口抽气加热(inletbled heat)系统70来加热入口空气。入口抽气加热系统70可定位在压缩机20的入口的上游，在过滤器壳体中，或者别处。已知的是，入口抽气加热系统70可包括定位在压缩机20的入口 26的上游的入口抽气加热歧管80。入口抽气加热歧管80可与来自压缩机出口 28的压缩空气的抽取端口 90连通。来自抽取端口 90的空气穿过入口抽气加热歧管80，以便使进入的空气流变暖。使进入的空气流变暖有助于限制涡轮作用可能引起的后果(即会导致叶片摩擦的壳体缩小)。本文可使用其它方法和构造。
[0117]然而，通过从压缩机20的出口28中抽取压缩空气且使用该压缩空气来加热入口空气流可损害压缩机循环的效率。因而，整体燃气涡轮发动机效率同样可被降低。同样地，其它类型的涡轮可能不使用入口抽气加热系统70，而被抑制的入口温度可能仍然是个问题。
[0118]图3显示了如本文所述的压缩机间隙控制系统100。压缩机间隙控