[发明专利]用于冷却燃气轮机中转子的注气系统和冷却该转子的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在燃气轮机中使用的注气系统，其中，该系统能够在发动机非满载运转期间工作，以在发动机的选定区域内产生更均匀的气温分布。

背景技术

在燃气轮机运转过程中，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。在筒环形燃气轮机中，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，而输出功率用于发电。

发明内容

根据本发明，提供一种燃气轮机，其包括：压缩机段，在压缩机段中，吸入发动机中的空气被压缩；燃烧段，在燃烧段中，燃料与来自于压缩机段的压缩空气的至少一部分混合并燃烧，以产生高温燃烧气体；以及涡轮段，在涡轮段中，来自于燃烧段的高温燃烧气体膨胀，以从中提取能量。在包括满载运转的第一发动机运转模式期间，所提取的能量的至少一部分用于转动涡轮机转子。所述发动机还包括与涡轮段中的待冷却结构相通的转子室、在第一发动机运转模式期间把从发动机抽取的主气道空气注入所述转子室的至少一个转子冷却管、以及注气系统。所述注气系统包括：至少一个出气口，仅在包括非满载运转的第二发动机运转模式期间通过该出气口从发动机抽气；至少一个转子冷却管，其用于在所述第二发动机运转模式期间把从所述至少一个出气口抽取的辅助气道空气注入转子室；管道系统，其提供所述至少一个出气口与所述至少一个转子冷却管之间的流体通道；风机系统，其用于通过所述至少一个出气口从发动机抽取辅助气道空气，并通过所述管道系统和所述至少一个转子冷却管把抽取的辅助气道空气输送至所述转子室中；以及阀门系统，其在第一发动机运转模式期间处于关闭状态，以阻止风机系统从发动机抽取并通过所述管道系统输送辅助气道空气，并且在第二发动机运转模式期间处于打开状态，以允许风机系统从发动机抽取并通过所述管道系统输送辅助气道空气。

根据本发明的第二方面，提供一种燃气轮机，其包括压缩机段，在压缩机段中，吸入发动机中的空气被压缩；燃烧段；以及发动机外壳，其包括围绕所述燃烧段的一部分发动机外壳。所述一部分发动机外壳限定包含壳体空气的燃烧室壳体，在包括满载运转的第一发动机运转模式期间，该壳体空气的至少一部分与燃料在燃烧段中燃烧，以产生高温燃烧气体。所述发动机还包括涡轮段，在涡轮段中，来自于燃烧段的高温燃烧气体膨胀，以从中提取能量。在所述的第一发动机运转模式期间，所提取的能量的至少一部分用于转动涡轮机转子。所述发动机还包括：转子室，其至少部分地位于燃烧段中，并与涡轮段中的待冷却结构相通；至少一个转子冷却管，其在所述的第一发动机运转模式期间把从燃烧室壳体抽取的主气道空气注入转子室中；以及注气系统。所述注气系统包括：布置在所述一部分发动机外壳中的至少一个出气口，仅在包括非满载运转的第二发动机运转模式期间通过该出气口从所述燃烧室壳体抽气；至少一个转子冷却管，其用于在所述第二发动机运转模式期间把从所述至少一个出气口抽取的辅助气道空气注入所述转子室中；管道系统，其提供所述至少一个出气口与所述至少一个转子冷却管之间的流体通道；风机系统，其用于通过所述至少一个出气口抽取辅助气道空气，并通过所述管道系统和所述至少一个转子冷却管把抽取的辅助气道空气输送至所述的转子室中；以及阀门系统。所述阀门系统在所述的第一发动机运转模式期间处于关闭状态，以阻止所述风机系统从所述燃烧室壳体抽取并通过所述管道系统输送辅助气道空气，并且在所述的第二发动机运转模式期间处于打开状态，以允许所述风机系统从所述燃烧室壳体抽取并通过所述管道系统输送辅助气道空气。

根据本发明的第三方面，提供一种操作燃气轮机的方法。空气在发动机的压缩机段中被压缩。燃料与至少一部分所述压缩空气混合，并且混合物在发动机的燃烧段中燃烧，以产生高温燃烧气体。所述高温燃烧气体在发动机的涡轮段中膨胀，以从中提取能量，其中，在包括满载运转的第一发动机运转模式期间，所提取的能量的至少一部分用于转动涡轮机转子。在第一发动机运转模式期间，从发动机抽取的主气道空气通过至少一个转子冷却管注入转子室中。所注入的主气道空气为涡轮段内的待冷却结构提供冷却。在包括非满载运转的第二发动机运转模式期间，风机系统运转，以通过位于与燃烧段相关的一部分发动机外壳中的至少一个出气口从燃烧室壳体抽取辅助气道空气，并通过管道系统把抽取的辅助气道空气输送至所述至少一个转子冷却管，并且通过所述至少一个转子冷却管把抽取的辅助气道空气注入转子室中。

附图说明