[发明专利]涡轮机冷却系统

说明书

技术领域

本发明公开的主题涉及涡轮机冷却系统，更具体地涉及具有计量装置的冷却系统，该计量装置用于调节供给至前向涡轮机转子轮空间的冷却空气。

背景技术

燃气轮机一般包括压缩器、燃烧器、一个或更多个燃料喷嘴和涡轮机。空气通过进气口进入燃气轮机，并且由压缩器加压。加压空气然后与通过燃料喷嘴供给的燃料混合。空气-燃料混合物以用于燃烧的特定比率供给至燃烧器。燃烧产生驱动涡轮机的叶片的加压排气。

涡轮机包括转子组件，转子组件具有安装在旋转盘上的多个涡轮机叶片。在操作期间，涡轮机叶片、旋转盘以及涡轮机中的其他部件承受高温。为了将涡轮机的内部部件的温度保持在可接受的水平，引入冷却空气。例如，冷却空气可以从燃烧器增压室供给，并且用于冷却前向涡轮机转子轮空间。前向涡轮机转子轮空间位于喷嘴组件与涡轮机的压缩器排出扩散器之间，并且可能承受涡轮机所经受的最高温度中的一些。冷却空气被供给至前向涡轮机转子轮空间，以便在适合于长期部件耐用性的温度范围中操作。在某些操作状态下，比如在高的环境温度下，冷却空气的体积可能不足以将前向涡轮机转子轮空间保持在用于长期部件耐用性的所需温度范围内。

在一个方案中，供给到前向涡轮机转子轮空间的冷却空气的量通过从压缩器排放壳体去除孔芯而增大。孔芯的去除导致高压空气的一部分排出压缩器，以被转向至前向涡轮机转子轮空间。但是，该方案允许冷却空气在没有流量控制的所有操作条件下进入前向涡轮机转子轮空间。因此，由于在所需更少的操作条件下供给了比所需更多的冷却空气，去除孔芯导致涡轮机的总体性能的降低。此外，该方案还需要关闭燃气轮机并且去除燃烧系统以便通向孔芯，这可能是麻烦和不方便的。在另一个方案中，可以设置孔口以使冷却空气中的一些旁路通向前向涡轮机转子轮空间。但是，该孔口的尺寸一般被设定为在最坏情况条件期间为前向涡轮机转子轮空间提供足够的冷却。因此，由于在比所需更少的操作条件下供给了比所需更多的冷却空气，孔口也导致涡轮机的总体性能的降低。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种涡轮机冷却系统，其具有用于供给冷却空气的压缩器、前向涡轮机转子轮空间、高压填充密封件(HPPS)旁通腔、和计量装置。前向涡轮机转子轮空间通过由压缩器供给的冷却空气进行冷却。HPPS旁通腔与压缩器流体连通、并且接收来自压缩器的冷却空气的一部分，并且与前向涡轮机转子轮空间流体连通，以及将冷却空气供给至前向涡轮机转子轮空间。计量装置与前向涡轮机转子轮空间和HPPS旁通腔可操作地连通，以调节从HPPS旁通腔供给至前向涡轮机转子轮空间的冷却空气。计量装置基于涡轮机的至少一个操作条件调节冷却空气。

所述至少一个操作条件是环境温度、所述涡轮机的整体回流裕度、多个涡轮机叶片的整体金属温度、前向涡轮机转子轮空间温度、涡轮机排放物要求、和压缩器排放压力中的至少一个。通过与所述计量装置通信的控制模块来控制所述计量装置的调节。

所述控制模块包括用于向所述计量装置发送控制信号、以根据环境温度调节供给至所述前向涡轮机转子轮空间的所述冷却空气的控制逻辑单元。或者，所述控制模块包括用于基于多个涡轮机叶片的整体金属温度调节供给至所述前向涡轮机转子轮空间的所述冷却空气的控制逻辑单元。或者，所述控制模块包括用于基于所述前向涡轮机转子轮空间的气温调节供给至所述前向涡轮机转子轮空间的所述冷却空气的控制逻辑单元。或者，所述控制模块包括用于基于排放物要求调节供给至所述前向涡轮机转子轮空间的冷却空气的量的控制逻辑单元。或者，所述控制模块包括用于调节供给至所述前向涡轮机转子轮空间的冷却空气的量以提供对于所述压缩器的压缩器喘振保护的控制逻辑单元。

所述涡轮机冷却系统还包括高压填充密封件(HPPS)，其中，来自所述前向涡轮机转子轮空间的所述冷却空气的一部分泄漏经过所述所述高压填充密封件，以产生流向所述前向涡轮机转子轮空间的HPPS泄漏流。所述计量装置是阀、螺线管和针栓式阀中的一个。