[发明专利]燃气涡轮发动机停工的减少

说明书

技术领域

本发明大体涉及燃气涡轮发动机，并且更详细地讲，涉及用于在停机时段期间操作这样的发动机的方法。

背景技术

燃气涡轮发动机包括涡轮机芯部，其具有呈串行流关系的高压压缩机、燃烧器以及高压涡轮或燃气发生器式燃气轮机。该芯部可以已知的方式操作以便产生主气流。在涡轮轴发动机中，设置在芯部下游的另一个涡轮(称作为低压、“工作”或“功率”涡轮)从主流提取能量以便驱动轴或其它机械负载。一种常见的用途为联接燃气涡轮发动机到外部负载，诸如泵、压缩机或发电机。

为了高效的操作，燃气涡轮发动机中的涡轮机依赖于在转动的叶片的顶部和包围叶片的固定的环形壳体之间保持小而确定的径向间隙。壳体通常比转子更加“热敏感”，即在发动机功率输出变化以及相关联的温度变化期间，其通常以比转子更大的速率膨胀或收缩。因此叶片间隙在发动机功率输出变化期间趋向于打开或者闭合。为此，燃气涡轮发动机通常通过逐渐减小输出功率水平来停机，使得径向间隙可以稳定。

尽管如此，操作上的原因可要求在不能逐渐减小功率的情况下去除外部负载并且马上使发动机停机。这称作为“热停机”。当热停机发生时，发动机构件快速地冷却。壳体通常比转子冷却得更快，从而引起壳压向转子叶片并且闭合压缩机中的气流间隙。此外，一旦发动机停止转动，自然对流模式就导致转子的上部部分变热且比下部部分膨胀得更多。这引起进一步减小在特定位置处的径向间隙的转子的弯曲或弓弯。壳收缩和转子弓弯的组合效应导致转子成为“被锁定的”－一种在其中转子和壳体实际上相互接触的状态。

当发动机经历热停机时，发动机必须重新起动或者在停机后在短时间内(例如大约10分钟)经历热的屈曲(crank)，以便防止转子锁住。如果转子锁住，发动机直到经过“停工时段”后才能重新起动，以避免转子和壳体损坏。该时段因为许多原因(包括没有使发动机付诸使用的成本和实际的不便)而不合需要。

因此，存在对于一种操作在热停机后最小化或者消除停工时段的燃气涡轮发动机的方法的需要。

发明内容

该需要通过本发明来解决，本发明根据一方面提供了用于加热燃气涡轮发动机的壳体和/或冷却燃气涡轮发动机的转子以便减少停工时段的方法。

根据本发明的一方面，提供了一种减少燃气涡轮发动机的停工时间的方法，燃气涡轮发动机包括呈串行流连通的入口、压缩机、燃烧器、涡轮以及排气管道，其中，压缩机和涡轮承载在涡轮机转子上，并且各自包括安装成以便在发动机的壳体内部转动的叶片阵列。该方法包括：以第一功率输出水平操作发动机；在基本上没有预先减小功率输出水平的情况下停止发动机的操作，其中，在停机之后在转子和壳体中发生趋向于减小在叶片中的至少一个与壳体之间的径向间隙的热机械变化；并且在使发动机停机之后，加热发动机的壳体以便使壳体膨胀并且增加在转子的叶片和壳体之间的径向间隙。

根据本发明的另一方面，提供了一种减少燃气涡轮发动机的停工时间的方法，燃气涡轮发动机包括呈串行流连通的入口、压缩机、燃烧器、涡轮以及排气管道，其中，压缩机和涡轮承载在涡轮机转子上，并且各自包括安装成以便在发动机的固定壳体内部转动的叶片阵列。该方法包括：以所选择的功率输出水平操作发动机；在基本上没有减小功率输出水平停机的情况下停止发动机的操作，其中，在接下来停机之后在转子和壳体中发生可归因于冷却的热机械变化，其趋向于减小在叶片中的至少一个与壳体之间的径向间隙，从而导致处于停工的状态；并且在使发动机停机之后，将周围空气的气流泵送到入口中并且容许被泵送的空气流过壳体、流经转子并且流出排气管道，以便至少部分地逆转(reverse)热机械变化。

附图说明

通过参考结合附图的图而获得的随后描述可最好地理解本发明，在其中：

图1为根据本发明的一方面构造的发电机组模块的示意性的截面图；

图2为在图1中示出的燃气涡轮发动机的示意性的截面图；

图3为说明在图2中示出的发动机的转子的弓弯的示意图；

图4为在图2中示出的发动机的一部分的半剖面图，说明了安装到其上的加热元件；以及

图5为说明联接到图2的发动机的入口的鼓风机的示意图。

具体实施方式