包含燃烧室壳体空气再循环系统的燃气涡轮发动机的操作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种燃气涡轮发动机中的燃烧室壳体空气再循环系统，其中，该再循环系统在非满负荷运转期间工作，用于在燃烧室壳体内产生更均一的气温分布。
【背景技术】
[0002]在燃气涡轮发动机运转过程中，空气在压缩段中增压，然后在燃烧段中与燃料混合并燃烧，以产生高温燃烧气体。在筒环形燃气涡轮发动机中，燃烧段包括燃烧室装置的环形阵列，该燃烧室装置有时称为“燃烧筒”或“燃烧器”，每个燃烧室向发动机的涡轮段提供高温燃烧气体，在涡轮段中，高温燃烧气体膨胀，并从中提取能量，以提供输出功率，而输出功率又用于发电。
【发明内容】
[0003]根据本发明的第一方面，本发明提供一种操作燃气涡轮发动机的方法，该燃气涡轮发动机包括限定发动机的轴向的纵轴。在第一发动机运转模式中，空气在压缩机段中被压缩，空气的至少一部分在燃烧段中与燃料混合并燃烧，以产生高温燃烧气体。高温燃烧气体在涡轮段中膨胀，以从燃烧气体提取能量，其中，提取出的能量的至少一部分用于转动涡轮机转子。阀门系统保持在关闭位置，从而基本上阻止空气通过壳体空气再循环系统的管道系统。该壳体空气再循环系统与处于燃烧段周围的一部分发动机外壳相关，并包括形成在所述一部分发动机外壳中的至少一个出气口、形成在所述一部分发动机外壳中的至少一个进气口、提供所述至少一个出气口与所述至少一个进气口之间的流体通道的管道系统、用于通过至少一个出气口从所述一部分发动机外壳的内部腔体抽吸空气并把抽出的空气输送到所述至少一个进气口的风机、以及有选择性地允许和阻止空气通过管道系统的阀门系统。在开始用于把发动机转为盘车状态和停机状态之一的关机操作时，减少燃烧段中燃烧的空气和燃料量，以减少在燃烧段中产生的高温燃烧气体量。数量减少的高温燃烧气体在涡轮段中膨胀，以从数量减少的燃烧气体提取能量，其中，提取出的能量的至少一部分用于转动涡轮机转子。开启阀门系统，以允许空气通过壳体空气再循环系统的管道系统。运转风机，以通过所述至少一个出气口从所述一部分发动机外壳的内部腔体抽吸空气，从而把抽出的空气输送到所述至少一个进气口，并通过所述至少一个进气口把空气注入所述一部分发动机外壳的内部腔体，使空气在所述一部分发动机外壳中循环。
[0004]根据本发明的第二方面，本发明提供一种操作燃气涡轮发动机的方法，该燃气涡轮发动机包括限定发动机的轴向的纵轴。在满负荷发动机运转模式中，空气在压缩机段中被压缩，空气的至少一部分在燃烧段中与燃料混合并燃烧，以产生高温燃烧气体。高温燃烧气体在涡轮段中膨胀，以从燃烧气体提取能量，其中，提取出的能量的至少一部分用于转动涡轮机转子。阀门系统保持在关闭位置，从而基本上阻止空气通过壳体空气再循环系统的管道系统。该壳体空气再循环系统与处于燃烧段周围的一部分发动机外壳相关，并包括形成在所述一部分发动机外壳中的至少一个出气口、形成在所述一部分发动机外壳中的至少一个进气口、提供所述至少一个出气口与至所述少一个进气口之间的流体通道的管道系统、用于通过所述至少一个出气口从所述一部分发动机外壳的内部腔体抽吸空气并把抽出的空气输送到所述至少一个进气口的风机、以及有选择性地允许和阻止空气通过管道系统的阀门系统。在开始用于把发动机转为盘车状态的关机操作时，减少燃烧段中燃烧的空气和燃料量，以减少在燃烧段中产生的高温燃烧气体量。数量减少的高温燃烧气体在涡轮段中膨胀，以从数量减少的燃烧气体提取能量，其中，提取出的能量的至少一部分用于转动涡轮机转子。开启阀门系统，以允许空气通过壳体空气再循环系统的管道系统。运转风机，以通过所述至少一个出气口从所述一部分发动机外壳的内部腔体抽吸空气，从而把抽出的空气输送到所述至少一个进气口，并通过所述至少一个进气口把空气注入所述一部分发动机外壳的内部腔体，使空气在所述一部分发动机外壳中循环。在通过关机操作把发动机转为盘车状态时，停止向燃烧段输送燃料，从而停止燃烧段中高温燃烧气体的产生。使用外部动力源使涡轮转子转动。阀门系统保持在开启位置，以允许空气通过壳体空气再循环系统的管道系统。继续运转风机，以通过所述至少一个出气口从所述一部分发动机外壳的内部腔体抽吸空气，并把抽出的空气输送到所述至少一个进气口，并通过所述至少一个进气口把空气注入所述一部分发动机外壳的内部腔体中，使空气在所述一部分发动机外壳中循环。
【附图说明】
[0005]虽然本说明书所附的权利要求书具体、明确地提出了本发明的权利要求，但是通过参照附图做出的以下说明，能够更好地理解本发明，在附图中，相似的引用数字标示相似的元件，其中:
[0006]图1是包括本发明的一个实施例的燃烧室壳体空气再循环系统的燃气涡轮发动机的局部侧视截面图；
[0007]图2是图1所示的燃烧室壳体空气再循环系统的示意图；和
[0008]图3是根据本发明的另一个方面的燃烧室壳体空气再循环系统的一部分的截面图。
【具体实施方式】
[0009]在以下优选实施例的详细说明中，将参照构成本说明书的一部分的附图以示例性方式而非限定性方式说明可实践本发明的具体优选实施例。应理解，也可以利用其它实施例，并且在不脱离本发明的精神和范围的前提下做出各种变化。
[0010]请参考图1，其中示出了根据本发明构造的燃气涡轮发动机10。发动机10包括压缩机段12、包括多个燃烧室16 (在此又称为“燃烧室装置”)的燃烧段14、以及涡轮段18。需要说明的是，为清晰起见，在图1中仅示出了一个燃烧室16，但是本发明的发动机10优选包括燃烧室16的环形阵列，该环形阵列布置在发动机10的纵轴La的周围，该纵轴限定发动机10内的轴向。这种构造一般称为“筒环形燃烧系统”。
[0011]压缩机段12对进入空气进行引导并加压，进入空气的至少一部分被导向燃烧室壳体20，以输送至燃烧室16。燃烧室壳体20中的空气在下文中称为“壳体空气”。加压空气的其它部分可从燃烧段12抽出，以冷却发动机10内的各种部件。
[0012]在进入燃烧室16时，来自于压缩机段12的压缩空气与燃料混合并点燃，以产生高温燃烧气体，该高温燃烧气体以紊流形式在各个燃烧室16内高速流动。然后，每个燃烧室16内的燃烧气体通过相应的过渡气道22流至涡轮段18，在涡轮段18中，燃烧气体膨胀，并从中提取能量。从燃烧气体提取的能量用于使涡轮机转子24旋转，涡轮机转子24平行于轴向穿过发动机10的转轴26延伸。
[0013]如图1所示，发动机外壳30围绕各个发动机段12、14、18。布置在燃烧段14周围的外壳30的部分30A包括限定燃烧室壳体20的壳壁32，即，燃烧室壳体20限定外壳部分30A内的内部腔体。请参考图2，壳壁32包括顶壁段32A、左右侧壁段32B、32C、以及底壁段32D。顶壁段32A限定壳壁32的上止点34，上止点34包括外壳部分30A的最高区域，底壁段32D限定壳壁32的下止点36，下止点36包括外壳部分30A的最低区域。
[0014]现在说明根据本发明的一个方面的壳体空气再循环系统40。请参考图2，所示的此实施例中的壳体空气再循环系统40包括位于壳壁32的底壁段32D的第一和第二出气口42A、42B。虽然此实施例的壳体空气再循环系统40包括第一和第二出气口 42A、42B，但是可提供任何适当的数目的出气口，包括单个出气口。
[0015]如图2所示，出气口 42A、42B在周向上间隔布置，并且在轴向上处于大致相同的位置，其中，壳壁32的下止点36位于出气口 42A、42B之间。根据本发明的一个方面，出气口42A、42B之中的至少一个还可起着蒸汽扩增管的作用，该蒸汽扩增管向燃烧室壳体20引入高压蒸汽，以提高发动机10的输出功率，即，通过提高流过涡轮段18的燃烧气体的流量来提高发动机10的输出功率。
[0016]壳体空气再循环系统40还包括管道系统44，该管道系统44用于把通过出气口42A、42B从燃烧室壳体20抽出的壳体空气输送至位于壳壁32的顶壁段32A的第一和第二进气口 46A、46B。虽然此实施例的壳体空气再循环系统40包括第一和第二进气口 46A、46B，但是也可提供任何适当数目的进气口，包括单个进气口。
[0017]如图2所示，进气口 46A、46B在周向上间隔布置，并且在轴向上处于大致相同的位置，其中，第一进气口 46A位于壳壁32的左侧壁段32B附近，第二进气口 46B位于壳壁32的右侧壁段32C附近。根据本发明