燃气轮机中的导叶架温度控制系统的制作方法

燃气轮机中的导叶架温度控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种在燃气轮机中使用的导叶架温度控制系统，其中，该系统控制供送至燃气轮机的涡轮段中的多级导叶架的冷却空气的一个或多个部分的温度。
【背景技术】
[0002]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。燃烧段中的一个或多个燃烧室向燃气轮机的涡轮段供送高温燃烧气体，高温燃烧气体在涡轮段中膨胀，以从中吸取能量，从而提供输出功率，该输出功率又用于发电。由于燃气轮机内的工作温度很高(尤其是在燃烧室和涡轮段中)，因此燃气轮机的各个部件由冷却流体冷却，例如使用从压缩段排出的空气冷却。

【发明内容】

[0003]根据本发明，提供一种在燃气轮机中使用的导叶架温度控制系统，所述燃气轮机包括包含多个压缩机级的压缩段、燃烧段、包含多个涡轮机级的涡轮段、以及可转动的转子。所述导叶架温度控制系统包括向转子供送转子冷却空气的转子冷却空气源、第一导叶架冷却空气源、第二导叶架冷却空气源、以及空气温度控制系统。第一导叶架冷却空气源把从压缩段抽取的第一部分导叶架冷却空气供送至支撑燃气轮机的涡轮段中的多排导叶的导叶架的第一段。第二导叶架冷却空气源把从压缩段抽取的第二部分导叶架冷却空气供送至导叶架的第二段。在由高温工作气流流过涡轮段的方向限定的轴向上，第二段与第一段间隔布置。所述空气温度控制系统用于控制第一和第二部分导叶架冷却空气之中的至少一个的温度。
[0004]根据本发明的第二方面，提供一种在燃气轮机中使用的导叶架温度控制系统，所述燃气轮机包括包含多个压缩机级的压缩段、燃烧段、包含多个涡轮机级的涡轮段、以及可转动的转子。所述导叶架温度控制系统包括向转子供送转子冷却空气的转子冷却空气源、第一导叶架冷却空气源、第二导叶架冷却空气源、第三导叶架冷却空气源、以及空气温度控制系统。第一导叶架冷却空气源把从相对于压缩空气流过压缩段的方向位于上游的一部分压缩段抽取的第一部分导叶架冷却空气供送至相对于由高温工作气流流过涡轮段的方向限定的轴向位于下游的导叶架段，其中，所述导叶架支撑涡轮段内的多排导叶。第二导叶架冷却空气源把从相对于压缩空气流过压缩段的方向位于下游的一部分压缩段抽取的第二部分导叶架冷却空气供送至在轴向上位于上游的导叶架段。第三导叶架冷却空气源把从相对于压缩空气流过压缩段的方向位于中间的一部分压缩段抽取的第三部分导叶架冷却空气供送至在轴向上位于中间的导叶架段。所述空气温度控制系统包括用于控制第一、第二和/或第三部分导叶架冷却空气的温度的换热器，使得第一、第二和/或第三部分导叶架冷却空气的温度相对于预定位置处的转子冷却空气的温度保持在预定温差范围内。
[0005]根据本发明的第三方面，提供一种操作燃气轮机的方法，所述燃气轮机包括包含多个压缩机级的压缩段、燃烧段、包含多个涡轮机级的涡轮段、以及可转动的转子。向转子提供转子冷却空气。把从相对于压缩空气流过压缩段的方向位于上游的一部分压缩段抽取的第一部分导叶架冷却空气供送至相对于由高温工作气流流过涡轮段的方向限定的轴向位于下游的导叶架段，其中，所述导叶架支撑涡轮段内的多排导叶。把从相对于压缩空气流过压缩段的方向位于下游的一部分压缩段抽取的第二部分导叶架冷却空气供送至在轴向上位于上游的导叶架段。控制第一和第二部分导叶架冷却空气之中的至少一个的温度，使得第一和第二部分导叶架冷却空气之中的所述至少一个相对于预定位置处的转子冷却空气的温度保持在预定温差范围内。
【附图说明】
[0006]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，相似的标号标示相似的元件，其中:
[0007]图1是包含本发明的一个实施例的导叶架温度控制系统的燃气轮机的示意图；
[0008]图2A、2B和2C是图1的相应部分的放大图；
[0009]图3是本发明的另一个实施例的在燃气轮机中使用的导叶架温度控制系统的示意图。
【具体实施方式】
[0010]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施本发明的优选实施例。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。
[0011]请参考图1，其中示出了根据本发明构造的燃气轮机10。燃气轮机10包括压缩段12、包含多个燃烧室16的燃烧段14 (在图1中仅示出了一个燃烧室16)、以及涡轮段18。应说明的是，本发明的燃气轮机优选包括燃烧室16的环形阵列，该环形阵列围绕限定燃气轮机10内的轴向的燃气轮机10的纵轴La布置，其中，所述轴向限定压缩空气Ca流过压缩段12的方向以及高温工作气体He流过涡轮段18的方向。这种构造通常称为“筒环形燃烧系统”。
[0012]压缩段12对所进入空气进行引导和加压，所进入空气的至少一部分被导向燃烧室壳体20，以便向燃烧室16输送。可从压缩段12抽取增压空气的其它部分，以冷却燃气轮机10内的各个部件，如下文所详述。在所示的示例性发动机构造中，压缩段12包含十三个级12A-12M，参见图2A和2B。每个级12A-M包含一排压缩机转动叶片，这排转动叶片结合至涡轮机转子26，涡轮机转子26平行于转轴28延伸(参见图1和图2A)，转轴28沿纵轴La轴向穿过燃气轮机10，每个级12A-M还包括一排固定导叶。图1所示的示例性燃气轮机10还包含在轴向上位于第一级12A之前的一排入口导叶Iev，参见图2A。
[0013]在进入燃烧室16时，来自于压缩段12的压缩空气与燃料混合并点燃，以产生高温燃烧气体(在此又称高温工作气体)，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30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。参见图2C。从燃烧气体提取的一部分能量用于使涡轮转子26转动，因而使各排压缩机轮叶转动。
[0014]请参考图2C，在所示的示例性发动机构造中，涡轮段18包括四个级18A-D。每个级18A-D包含由从导叶32A-D径向向外布置的导叶架34支撑的一排固定导叶32A-D、以及结合至涡轮机转子28的一排转动轮叶36A-D。对于每排导叶32A-D，导叶架34可包含一个独立的部分34A-D，如图2C所示，或者，导叶架34可包含较少的部分，其中，每个部分支撑至少一排导叶32A-D，而且，导叶架34的部分34A-D可包括连续的圆筒形构件，或者，它们可由多个外周段形成，在相邻外周段之间形成有大致沿轴向延伸的狭缝。
[0015]现在说明根据本发明的一个方面的向燃气轮机10内的部件供送冷却空气的导叶架温度控制系统40。
[0016]如上所述，可从压缩段12抽取各部分增压空气，以冷却燃气轮机10内的各个部件。例如，根据将在下文中更详细说明的本发明的一个方面，从包含导叶架温度控制系统40 (参见图2B)的第一导叶架冷却空气源42的上游段或上游级或者压缩段12抽取第一部分压缩空气，以供送至与涡轮段18的下游级对应的导叶架34的下游段。从包含导叶架温度控制系统40 (参见图2B)的第二导叶架冷却空气源48的下游段或下游级或者压缩段12抽取第二部分压缩空气，以供送至与涡轮段18的上游级对应的导叶架34的上游段。从包含导叶架温度控制系统40(参见图2B)的第三导叶架冷却空气源54的中间段或中间级或者压缩段12抽取第三部分压缩空气，以供送至与涡轮段18的中间级对应的导叶架34的中间段。
[0017]具体而言，在所示的实施例中，抽取的压 缩空气的第一部分包括从第五压缩机级12E(参见图2B)抽取的第一部分导叶架冷却空气Vai，第五压缩机级12E包括第一导叶架冷却空气源42，第一部分导叶架冷却空气Vai通过第一管道系统44供送至导叶架34的第一段46，导叶架34的第一段46与所示实施例中的第四涡轮机级18D和第四导叶架部分34D对应(参见图2C)。
[0018]抽取的压缩空气的第二部分包括从第十一压缩机级12K(参见图2Β)抽取的第二部分导叶架冷却空气Va2，第^^一压缩机级12Κ包括第二导叶架冷却空气源48，并且在压缩空气Ca流过压缩段12的方向上与第五压缩机级12Ε间隔开。第二部分导叶架冷却空气Va2经由第二管道系统50供送至导叶架34的第二段52，导叶架34的第二段52与所示实施例中的第二涡轮机级18Β和第二导叶架部分34Β对应(参见图2C)。在由高温工作气体He流过涡轮段18的方向限定的轴向上，第二涡轮机级18Β与第四涡轮机级18D间隔开。
[0019]抽取的压缩空气的第三部分包括从第八压缩机级12Η(参见图2Β)抽取的第三部分导叶架冷却空气Va3，第八压缩机级12Η包括第三导叶架冷却空气源54，并且在压缩空气Ca流过压缩段12的方向上与第五和第十一压缩机级12Ε、12Κ间隔开。第三部分导叶架冷却空气Va3经由第三管道系统56供送至导叶架34的第三段58，导叶架34的第三段58与所示实施例(参见图2C)的第三涡轮机级18C和第三导叶架部分34C对应。在轴向上，第三涡轮机级18C与第二和第四涡轮机级18B、18D间隔开。应说明的是，在此所述的与各部分导叶架冷却空气VA1_3相关的压缩机和涡轮机级仅是示例性的，导叶架冷却空气的这些部分VA1_3可与任何适当的压缩机和/或涡轮机级相关联。
[0020]如图2B和2C所示，导叶架温度控制系统40还包括向转子26供送转子冷却空气Rffl的转子冷却空气源70。在所示的实施例中，转子冷却空气源70包括燃烧室壳体20，其中，燃烧室壳体20中的一部分压缩空气被第四管道系统72抽取，并在外部冷却器74中冷却，参见图2C。然后，转子冷却空气1^通过任何常规方法供送至转子26，在图1所示的实施例中，所述方法包括与第四管道系统72相通的多根转子冷却空气管76(在图1、2B和2C中仅示出了一根转子冷却管76)。
[0021 ] 请参考图2C，此实施例的导叶架温度控制系统40还包括空气温度控制系统80，空气温度控制系统80包括用于控制各部分导叶架冷却空气VA1_3之中的至少一个的温度的换热器82。在所示的实施例中，换热器82控制第一和第二部分导叶架冷却空气VA1、VA2的温度。具体而言，此实施例的换热器82把第一部分导叶架冷却空气Vai用作冷却第二部分导叶架冷却空气Va2的冷却剂。第一部分导叶架冷却空气V A1能够在换热器82中用作冷却第二部分导叶架冷却空气Va2的冷却剂，因为第一部分导叶架冷却空气Vai是从压缩段12的上游段(即，所示实施例中的第五压缩机级12E)抽取的，它比从压缩段12的下游段(即，所示实施例中的第十一压缩机级12K)抽取的第二部分导叶架冷却空气Va2温度低，S卩，随着压缩空气沿压缩空气Ca的流动方向行进并在压缩段12中被压缩，压缩空气被加热，这对于本领域普通技术人员是显而易见的，在第一和第二部分导叶架冷却空气VA1、VA2的相应抽取位置，它造成了这两部分导叶架冷却空气之间的温差。
[0022]虽然第一部分导叶架冷却空气Vai在换热器82中被用作冷却第二部分导叶架冷却空气Va2的冷却剂，但是也可实现其它构造。例如，第一部分导叶架冷却空气Vai在换热器中可被用作冷却第三部分导叶架冷却空气Va3的冷却剂，和/或第三部分导叶架冷却空气Va3在换热器中可被用作冷却第二部分导叶架冷却空气Va2的冷却剂。
[0023]另外，图2C所示的空气温度控制系统80包含可选的二次冷却器84，该二次冷却器84提供对第二部分导叶架冷却空气Va2的附加冷却。如果第一部分导叶架冷却空气Vai不被加热到高于优选温度就没有足够的能力把第二部分导叶架冷却空气Va2冷却至所需温度，那么可能需要使用二次冷却器84来把第二部分导叶架冷却空气Va2冷却至所需温度。二次冷却器84例如可利用作为冷却剂供送至燃烧室16的环境空气、气雾、蒸汽、水或燃料来冷却第二部分导叶架冷却空气Va2。
[0024]本发明的此实施例的空气温度控制系统80的主要功能是控制第一和第二部分导叶架冷却空气VA1、VA2的温度，使其与预定位置处的转子冷却空气Ra的温度相比分别保持在预定的温差范围内，例如在大约25°C温差范围内。应说明的是，此实施例的第三部分导叶架冷却空气Va3的抽取位置优选选择为使得第三部分导叶架冷却空气Va3被抽取时的温度相对于转子冷却空气Rca的温度处于预定温差范围之内，从而不需要空气温度控制系统80加热或冷却第三部分导叶架冷却空气Va3。应说明的是，各部分导叶架冷却空气Vm-的温度优选低于转子冷却空气Ra的温度。
[0025]在一个实施例中，各部分导叶架冷却空气VA1_3的温度被控制或抽取为使得其相对于转子冷却空气Rca被引入涡轮段18中的转子26部分时的温度分别处于预定温差范围之内，即，此实施例中的预定位置是转子冷却空气Ra被引入涡轮段18中的转子26部分的位置。
[0026]在另一个实施例中，各部分导叶架冷却空气VA1_3的温度被控制或抽取为使得其相对于与各部分导叶架冷却空气￥.3被供送至导叶架34的位置对应的轴向位置处的转子冷却空气Rca的温度分别处于预定温差范围内，即，此实施例中的预定位置是与各部分导叶架冷却空气￥&3被供送至导叶架34的位置对应的轴向位置。即，随着转子冷却空气Rca被引入转子26并沿轴向朝下游流过转子26，由于转子冷却空气Rca对转子26进行冷却以及转子26把转子冷却空气Ra加速至转子26的转速所做的功，转子冷却空气^皮加热。因此，等到转子冷却空气Rffl到达与第二部分导叶架冷却空气Va2被引入导叶架34的位置(S卩，在所示实施例中的第二涡轮机级18B处)对应的轴向位置时，转子冷却空气Rca的温度高于它被引入转子26时的温度。类似地，等到转子冷却空气Ra到达与第三部分导叶架冷却空气Va3被引入导叶架34的位置(即，在所示实施例中的第三涡轮机级18C处)对应的轴向位置时，转子冷却空气Ra的温度又高于其到达第二涡轮机级18B时的温度。同样地，等到转子冷却空气Rca到达与第一部分导叶架冷却空气Vai被引入导叶架34的位置(即，在所示实施例中的第四涡轮机级18D处)对应的轴向位置时，转子冷却空气Rca的温度又高于其到达第三涡轮机级18C时的温度。因此，此实施例的空气温度控制系统80和第三部分导叶架冷却空气VA3的抽取位置配置为使得各部分导叶架冷却空气VA1_3的温度相对于与各部分导叶架冷却空气V—被供送至导叶架34的位置对应的轴向位置处的转子冷却空气Rq^温度处于预定温差范围之内。下面将说明根据本发明的一个方面的示例性温度。
[0027]如图2C所示，导叶架温度控制系统40还包括从相应的第一和第二管道系统44、50分接出的一对旁通回路86、88，旁通回路86、88包括相应的阀门86A、88A，阀门86A、88A用于有选择性地允许第一和第二部分导叶架冷却空气VA1、VA2绕过换热器82。在不需要或不希望加热第一部分导叶架冷却空气Vai和/或冷却第二部分导叶架冷却空气Va2的某些运转条件下，阀门86A、88A可打开，以允许第一和第二部分导叶架冷却空气VA1、VA2绕过换热器82和二次冷却器84。例如，在燃气轮机10的非满载运转(或者称为基载运转)期间，尤其是在起动操作期间，可能不需要或不希望加热第一部分导叶架冷却空气Vai和/ 或冷却第二部分导叶架冷却空气Va2。例如，在起动操作期间，可能希望以较高的温度向导叶架34的第二段52供送第二部分导叶架冷却空气VA2，以允许导叶架34热膨胀，从而远离涡轮段18中的涡轮机轮叶36A-D的叶尖，以避免涡轮机轮叶的叶尖与从涡轮机轮叶36A-D径向向外布置的环形段摩擦。
[0028]现在说明一种操作本发明的此实施例的燃气轮机10的方法。在第一运转模式(可包括满载运转或基载运转)中，从第一、第二和第三冷却空气源42、48、54抽取第一、第二和第三部分导叶架冷却空气VA1_3，根据如上所述的本发明的示例性实施方式，第一、第二和第三冷却空气源42、48、54分别包括第五、第^^一和第八压缩机级12E、12K、12H。第一、第二和第三部分导叶架冷却空气VAp3的示例性抽取温度分别为大约195°C、370°C和285°C，当然，对于不同的燃气轮机，这些温度可能有所不同，并且这些温度可能取决于燃气轮机10的运转模式。而且，例如，根据转子冷却空气1^的温度和/或各部分导叶架冷却空气V A1_3的所需温度，被选作为各个冷却空气源42、48、54的压缩机段可能有所不同。
[0029]各部分导叶架冷却空气￥41_3通过其各自的管道系统44、50、56朝燃气轮机10的涡轮段18输送。根据本发明的此实施例，在第一运转模式期间，旁通回路86、88的阀门86A、88A处于关闭状态，因而第一和第二部分导叶架冷却空气VA1、VA2流过换热器82，并且第二部分导叶架冷却空气Va2流过空气温度控制系统80的二次冷却器84。
[0030]当第一和第二部分导叶架冷却空气VA1、VA2流过空气温度控制系统80时，各部分导叶架冷却空气VA1_3的温度优选在转子冷却空气Rca的温度的大约25°C范围之内，所述转子冷却空气1^的温度是转子冷却空气R^进入位于涡轮段18中的转子26部分时的温度，其中，根据本发明的一个示例性方面，所述转子冷却空气1^的温度可为大约310°C，或者，所述转子冷却空气Ra的温度可为如上所述的与相应部分导叶架冷却空气VA1_3被引入导叶架34的位置对应的轴向位置处的温度，其中，所述转子冷却空气Rca的温度在第二涡轮机级18B处可稍高于大约310°C，在第三涡轮机级18C处可稍高于其在第二涡轮机级18B处的温度，在第四涡轮机级18D处可稍高于其在第三涡轮机级18C处的温度。例如，转子冷却空气1^的温度在第二涡轮机级18B处可为大约320-330°C，在第三涡轮机级18C处可为大约330-340°C，在第四涡轮机级18D处可为大约340_350°C，当然，这些范围仅是示例性的，并且可以交叠，或者比如上所述的范围变化得更大。如上所述，此实施例的第三部分导叶架冷却空气Va3的抽取位置优选选择为使得第三部分导叶架冷却空气Va3被抽取时的温度在转子冷却空气Rca的温度的大约25°C范围之内，从而不需要空气温度控制系统80加热或冷却第三部分导叶架冷却空气Va3。
[0031]然后，第一、第二和第三部分导叶架冷却空气^㈠被供送至导叶架34的相应段。在所示的示例性实施例中，第一部分导叶架冷却空气Vai被供送至与第四涡轮机级18D和第四导叶架部分34D对应的导叶架34的第一段46，第二部分导叶架冷却空气Va2被供送至与第二涡轮机级18B和第二导叶架部分34B对应的导叶架34的第二段52，第三部分导叶架冷却空气Va3被供送至与第三涡轮机级18C和第三导叶架部分34C对应的导叶架34的第三段58 ο
[0032]在可包括非满载运转的第二运转模式期间，例如在起动操作期间，旁通回路86、88的阀门86Α、88Α打开，因而第一和第二部分导叶架冷却空气VA1、VA2的大部分绕过空气温度控制系统80的换热器82和二次冷却器84，这是因为第一和第二部分导叶架冷却空气VA1、VA2流过阀门86A、88A的受限程度比流过换热器82的受限程度低，当然，第一和第二部分导叶架冷却空气Va1、Va2之中的一些冷却空气可能流过换热器82。在这些条件下，第一、第二和第三部分导叶架冷却空气VA1_3S本上以其相应的抽取温度被供送至导叶架34的相应段46、52、580
[0033]在温度上与转子冷却空气Rca的温度很接近的各部分导叶架冷却空气V A1_3对导叶架34的各段46、52、58的冷却能够使导叶架34的各段46、52、58和转子26经历更一致的热膨胀量，即，与供送至这些部件的冷却空气部分的温度不受控制的构造相反。导叶架34的各段46、52、58和转子26经历的更一致的热膨胀量能够减少或防止因这些部件以不同的速度热膨胀所造成的问题(例如围绕燃气轮机10的壳体的变形、和/或涡轮段18中的涡轮机轮叶36A-D的叶尖与从涡轮机轮叶36A-D径向向外布置的环形段的摩擦)，因而能够延长这些部件的寿命，并在满载运转期间保持紧密的叶顶间隙，从而提高燃气轮机的效率。减少/防止涡轮机轮叶36A-D的叶尖在环形段上的摩擦还能减少/防止因过热发生的叶尖氧化，因为这些部件的摩擦可能堵塞形成在涡轮机轮叶36A-D的叶尖中的冷却孔。
[0034]应说明的是，根据本发明的一个方面，与第一和第二涡轮机级18A、18B相关的导叶架34的段可耦合在一起，或者通过其它方式彼此关联在一起，从而在结构上彼此连接，其中，供送至导叶架34的第二段52的第二部分导叶架冷却空气VA2也对与第一涡轮机级18A和第一部分导叶架34A相关联的导叶架34的段有影响。而且，与第一涡轮机级18A和导叶架的第一部分34A相关联的导叶架34的段可带有狭缝，使得其不会像环那样热膨胀和收缩；另外，从压缩段12抽取(例如从第十三压缩机级12M抽取)的冷却空气可供送至与第一涡轮机级18A和导叶架的第一部分34A相关联的导叶架34的段。
[0035]另外，虽然在所示的实施例中从压缩段12抽取三部分导叶架冷却空气VA1_3并供送至导叶架34，但是可从压缩段12抽取更多或更少的导叶架冷却空气部分，并供送至导叶架34，这未脱离本发明的精神和范围。例如，可以从压缩段12仅抽取两部分导叶架冷却空气，并供送至导叶架34，其中，可使用空气温度控制系统80控制这些导叶架冷却空气部分之中的至少一个，使其温度与本文所述的转子冷却空气Ra的温度相近，在此类的一种示例性布置形式中，可在换热器中利用这些导叶架冷却空气部分之中的一个部分来冷却另一个部分，和/或可使用其它适当的外部冷却源，如下文中所进一步详述。
[0036]请参考图3，其中示出了本发明的另一个实施例的导叶架温度控制系统140，其中，与上文中参照图1和图2A-C所述的结构类似的结构以相同的引用数字加100来表示。在此，仅参照图3来具体说明与上文中参照图1和图2A-C所述的结构不同的结构。应说明的是，为清晰起见，对于此实施例中的燃气轮机110，去除了与图1和图2A-C所示的实施例相比未发生变化的部分。
[0037]在图3所示的实施例中，此实施例的空气温度控制系统180的换热器182使用外部冷却源Ees作为冷却第二部分导叶架冷却空气Va2的冷却剂，而不是在换热器182中使用第一部分导叶架冷却空气Vai作为冷却第二部分导叶架冷却空气Va2的冷却剂。图3中所示的实施例中的外部冷却源Ees使用环境空气作为冷却第二部分导叶架冷却空气Va2的冷却剂，当然，也可使用其它适当的流体，例如供送至燃烧室116的气雾、蒸汽、水或燃料。可替代地，也可利用冷却转子冷却空气Ra的外部冷却器174作为冷却第二部分导叶架冷却空气Va2的外部冷却源Ecs。
[0038]如图3所示，此实施例的导叶架温度控制系统140包含旁通回路188，该旁通回路188包含用于有选择性地允许第二部分导叶架冷却空气Va2绕过换热器182的阀门188A。在 不需要或不希望冷却第二部分导叶架冷却空气Va2的某些运转条件下，可打开阀门188A，以允许第二部分导叶架冷却空气Va2的大部分绕过换热器182。例如，如上所述，在燃气轮机110的非满载运转期间(例如在起动操作期间)，可能不需要或不希望冷却第二部分导叶架冷却空气Va2。
[0039]虽然在上文中本发明是通过具体实施例来说明的，但是本领域技术人员能够理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，能够做出各种其它的变化和修饰。因此，在本发明的范围之内做出的所有此类变化和修饰都应涵盖在由所附权利要求限定的范围之内。
【主权项】
1.一种在燃气轮机中使用的导叶架温度控制系统，所述燃气轮机包括包含多个压缩机级的压缩段、燃烧段、包含多个涡轮机级的涡轮段、以及可转动的转子，所述导叶架温度控制系统包括: 转子冷却空气源，向转子供送转子冷却空气； 第一导叶架冷却空气源，向导叶架的第一段供送从压缩段抽取的第一部分导叶架冷却空气，所述导叶架支撑涡轮段内的多排导叶； 第二导叶架冷却空气源，向导叶架的第二段供送从压缩段抽取的第二部分导叶架冷却空气，在由高温工作气体流过涡轮段的方向所限定的轴向上，所述第二段与所述第一段间隔开；和 空气温度控制系统，用于控制第一和第二部分导叶架冷却空气之中的至少一个的温度。2.如权利要求1所述的导叶架温度控制系统，其中，所述第一部分导叶架冷却空气是从压缩段的第一段抽取的，所述第二部分导叶架冷却空气是从压缩段的第二段抽取的，在压缩空气流过压缩段的方向上，所述压缩段的第二段与所述压缩段的第一段间隔开。3.如权利要求2所述的导叶架温度控制系统，其中: 相对于压缩空气流过压缩段的方向，所述第一部分导叶架冷却空气是从压缩段的上游级抽取的，所述第二部分导叶架冷却空气是从压缩段的下游级抽取的；并且 导叶架的第一段布置到涡轮段的轴向下游级，导叶架的第二段布置到涡轮段的轴向上游级。4.如权利要求1所述的导叶架温度控制系统，其中，所述空气温度控制系统包括换热器。5.如权利要求4所述的导叶架温度控制系统，其中，第一部分导叶架冷却空气在换热器中被用作冷却第二部分导叶架冷却空气的冷却剂。6.如权利要求5所述的导叶架温度控制系统，还包括一对旁通回路，所述旁通回路包含用于有选择性地允许第一和第二部分导叶架冷却空气绕过所述换热器的相应阀门。7.如权利要求5所述的导叶架温度控制系统，其中，所述换热器配置为使得第一和第二部分导叶架冷却空气的温度均在与各部分导叶架冷却空气被供送至导叶架的位置对应的轴向位置处的转子冷却空气温度的大约25°C范围内。8.如权利要求4所述的导叶架温度控制系统，其中，在所述换热器中使用外部冷却源作为冷却第二部分导叶架冷却空气的冷却剂。9.如权利要求8所述的导叶架温度控制系统，还包括旁通回路，该旁通回路包括用于有选择性地允许第二部分导叶架冷却空气绕过所述换热器的阀门。10.—种在燃气轮机中使用的导叶架温度控制系统，所述燃气轮机包括包含多个压缩机级的压缩段、燃烧段、包含多个涡轮机级的涡轮段、以及可转动的转子，所述导叶架温度控制系统包括: 转子冷却空气源，向转子供送转子冷却空气； 第一导叶架冷却空气源，把从相对于压缩空气流过压缩段的方向位于上游的一部分压缩段抽取的第一部分导叶架冷却空气供送至相对于由高温工作气流流过涡轮段的方向限定的轴向位于下游的导叶架段，其中，所述导叶架支撑涡轮段内的多排导叶； 第二导叶架冷却空气源，把从相对于压缩空气流过压缩段的方向位于下游的一部分压缩段抽取的第二部分导叶架冷却空气供送至在轴向上位于上游的导叶架段； 第三导叶架冷却空气源，把从相对于压缩空气流过压缩段的方向位于中间的一部分压缩段抽取的第三部分导叶架冷却空气供送至在轴向上位于中间的导叶架段；和 空气温度控制系统，包括用于控制第一、第二和第三部分导叶架冷却空气之中的至少一个的温度的换热器，使得第一、第二和第三部分导叶架冷却空气之中的所述至少一个的温度相对于预定位置处的转子冷却空气的温度保持在预定温差范围内。11.如权利要求10所述的导叶架温度控制系统，其中，第一、第二和第三部分导叶架冷却空气之中的至少一个在所述换热器中被用作冷却第一、第二和第三部分导叶架冷却空气之中的至少另一个的冷却剂。12.如权利要求11所述的导叶架温度控制系统，其中，第一部分导叶架冷却空气在换热器中被用作冷却第二部分导叶架冷却空气的冷却剂。13.如权利要求12所述的导叶架温度控制系统，还包括一对旁通回路，所述旁通回路包含用于有选择性地允许第一和第二部分导叶架冷却空气绕过换热器的相应阀门。14.如权利要求12所述的导叶架温度控制系统，其中，所述换热器配置为使得第一和第二部分导叶架冷却空气的温度均在与第一和第二部分导叶架冷却空气被供送至导叶架的位置对应的轴向位置处的转子冷却空气温度的大约25°C范围内。15.如权利要求10所述的导叶架温度控制系统，其中，在换热器中使用外部冷却源作为冷却第一、第二和第三部分导叶架冷却空气之中的至少一个的冷却剂。16.—种操作燃气轮机的方法，所述燃气轮机包括包含多个压缩机级的压缩段、燃烧段、包含多个涡轮机级的涡轮段、以及可转动的转子，所述方法包括: 向转子供送转子冷却空气； 把从相对于压缩空气流过压缩段的方向位于上游的一部分压缩段抽取的第一部分导叶架冷却空气供送至相对于由高温工作气流流过涡轮段的方向限定的轴向位于下游的导叶架段，其中，所述导叶架支撑涡轮段内的多排导叶； 把从相对于压缩空气流过压缩段的方向位于下游的一部分压缩段抽取的第二部分导叶架冷却空气供送至在轴向上位于上游的导叶架段；以及 控制第一和第二部分导叶架冷却空气之中的至少一个的温度，使得第一和第二部分导叶架冷却空气之中的所述至少一个的温度相对于预定位置处的转子冷却空气的温度在预定温差范围内。17.如权利要求16所述的方法，还包括:把从相对于压缩空气流过压缩段的方向位于中间的一部分压缩段抽取的第三部分导叶架冷却空气供送至在轴向上位于中间的导叶架段。18.如权利要求16所述的方法，其中，所述控制第一和第二部分导叶架冷却空气之中的至少一个的温度包括在换热器中使用第一部分导叶架冷却空气作为冷却第二部分导叶架冷却空气的冷却剂。19.如权利要求18所述的方法，还包括:提供一对旁通回路，以便在选定的运转条件下有选择性地允许第一和第二部分导叶架冷却空气绕过所述换热器。20.如权利要求16所述的方法，其中，所述控制第一和第二部分导叶架冷却空气之中的至少一个的温度包括控制第一和第二部分导叶架冷却空气的温度，使得第一和第二部分导叶架冷却空气的温度均在与各部分导叶架冷却空气被供送至导叶架的位置对应的轴向位置处的转子冷却空气的温度的大约25 °C范围之内。
【专利摘要】一种在燃气轮机中使用的导叶架温度控制系统，包括第一冷却空气源、第二冷却空气源、以及空气温度控制系统。第一冷却空气源把从燃气轮机的压缩段抽取的第一部分导叶架冷却空气供送至支撑燃气轮机的涡轮段中的多排导叶的导叶架的第一段。第二冷却空气源把从压缩段抽取的第二部分导叶架冷却空气供送至导叶架的第二段，所述导叶架的第二段在由高温工作气流流过涡轮段的方向限定的轴向上与第一段间隔布置。所述空气温度控制系统控制第一和第二部分导叶架冷却空气之中的至少一个的温度。
【IPC分类】F02C7/18, F02C6/08
【公开号】CN104884767
【申请号】CN201380066466
【发明人】V.P.劳雷洛, K-M.撒姆
【申请人】西门子公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2013年12月18日
【公告号】EP2935831A1, US20140311157, WO2014100164A1