[发明专利]带有可调节冷却空气系统的燃气涡轮

说明书

技术领域

本公开涉及用于运行带有冷却空气管线的燃气涡轮的方法，从压缩器以不同的压力水平对冷却空气管线进行供给，并且本公开还涉及带有至少两个冷却空气管线的燃气涡轮。

背景技术

在要求燃气涡轮的功率和效率的同时，一方面对高热负载机器构件的冷却的要求以及另一方面对冷却系统的设计的要求增加。因此，为了运行的可靠性，必须对燃气涡轮的所有可能的工况确保充分的冷却。同时，通常尽可能地限制冷却空气的消耗。在EP 62932中，建议利用闭合回路中的蒸汽来冷却燃气涡轮的构件。这需要相当昂贵地密封引导冷却蒸汽的构件。同时，进行构件的纯粹对流冷却，而无需冷却膜的作用来降低在该情形中的热量输入。

利用压缩器抽气进行的冷却仍然具有许多优点，其中，为了运行过程的利益，冷却空气抽取量通常减到最小。因此，从冷却工程的角度来看，冷却空气系统设计成越来越处在边界上，以确保在最不利的运行点下的充分冷却，但在该过程中消耗不多于绝对必需的冷却空气。在一方面，从冷却方面的设计点看，这意味着对运行过程的偏移的高度敏感，例如，如果由于机器中压力比的改变而导致冷却空气的量变化的话。另一方面，热负载构件的过度冷却导致许多其他运行点，作为其结果，功率潜能和效率潜能仍未被利用。然而，在其中能够进行可靠的运行的可容许运行范围(其中所有关键构件被充分供应具有合适温度水平的冷却空气)，尤其是在其中低部分负载范围和空载运行或利用部分负载运行或空载运行的运行概念可行的可容许运行范围通常受限于利用压缩器抽气进行的冷却。

因此，有时会建议，例如在EP 1 028 230中，在冷却空气路径中布置可变节流点。DE 199 07 907建议借助于成排的可变压缩器转子叶片来直接调节冷却空气的初始压力，该成排的可变压缩器转子叶片布置成直接邻近用于冷却空气的抽气点。

JP 11 182263和EP 1 128 039建议在燃气涡轮的冷却空气路径中布置额外的压缩器。以这种方式，冷却空气的总压增加至高于通过压缩器可得的压力。

此外，从DE 2008 044 436 A1中知道燃气涡轮的另一次级空气系统，其中，借助于外部压缩器，所需冷却空气中的一些可额外供给至单独的冷却空气通路。然而，由于增加的失败风险，使用外部压缩器是不利的。

还知道，在燃气涡轮低于其设计点(即低于其额定负载)的运行期间，在燃料燃烧期间，可出现空气过剩。燃气涡轮所生成的负载越低，由关联压缩器提供的用于燃烧的空气的过剩就越大。这导致燃烧室中，与CO排放物相关的火焰的初级区域温度能够落到低于最小值。因此，CO排放物以更高的水平释放，这在存在预定排放物限制值的情况下可限制处于部分负载的燃气涡轮的可用运行范围。为了抵消该问题，从DE 10 2008 044 442 A1中已知一种燃气涡轮系统和其中描述的运行原则。为了将来自燃气涡轮系统的排放物保持在预定水平以下，通常由压缩器提供的用于燃烧的压缩空气借助于旁路而转移。在该情形中，旁路在抽气点的上游开口，即进入压缩器或在其上游，或者还在下游开口，即进入涡轮。然而，该燃气涡轮系统以及所述运行方法不必要地进一步降低燃气涡轮的效率。

从US 2010/0154434 A1中还知道，在低负载运行期间在冷却空气供应系统中以如下方式进行切换，即，更高压力的冷却抽气切换至在全负载运行期间被供应低冷却空气压力的冷却空气供应通路。然而，已经证明，切换过程可尤其带来燃烧不稳定和异常机器行为。

发明内容

本发明基于的目的为，确保燃气涡轮的冷却空气系统在燃气涡轮的宽运行范围内的可靠运行，而无需回过来接受对于在设计条件下运行的可观的功率或效率的损失。尤其要确保可达空载运行的低部分负载运行在低排气排放的情况下无工作寿命损失。