專(zhuān)利名稱(chēng)：以部分負(fù)荷運(yùn)行的渦輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文公開(kāi)的主題涉及渦輪，并且具體而言涉及以部分負(fù)荷運(yùn)行渦輪。
背景技術(shù)：
當(dāng)以峰值負(fù)荷和基本負(fù)荷水平運(yùn)行時(shí)，渦輪大體具有高效率。但是，當(dāng)渦輪以部分負(fù)荷運(yùn)行以比峰值負(fù)荷或基本負(fù)荷輸出更低的功率水平時(shí)，渦輪會(huì)損失效率，因?yàn)闇u輪以非設(shè)計(jì)狀況運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種渦輪包括:吸入流體的壓縮機(jī)；加熱來(lái)自壓縮機(jī)的流體的燃燒室；用來(lái)自燃燒室的經(jīng)加熱流體使軸旋轉(zhuǎn)的渦輪區(qū)段；旁通回路，其通過(guò)從壓縮機(jī)移除流體的一部分且將該部分流體傳輸?shù)綔u輪區(qū)段來(lái)產(chǎn)生旁通流；以及控制器，其確定是否選擇了部分負(fù)荷運(yùn)行，以及在選擇了部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)打開(kāi)旁通回路。當(dāng)控制器確定選擇了部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，控制器確定壓縮機(jī)的正常部分負(fù)荷流體吸入量，使壓縮機(jī)的部分負(fù)荷流體吸入量增加到超過(guò)正常部分負(fù)荷流體吸入量達(dá)預(yù)定第一百分比，以及控制旁通回路，以從壓縮機(jī)移除流體的一部分，使得從壓縮機(jī)移除的流體的部分相對(duì)于增加的部分負(fù)荷流體吸入量的百分比小于或等于預(yù)定第一百分比。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種渦輪包括:吸入流體且壓縮流體的壓縮機(jī)；加熱來(lái)自壓縮機(jī)的流體的燃燒室；用來(lái)自燃燒室的經(jīng)加熱流體使軸旋轉(zhuǎn)的渦輪區(qū)段；以及旁通回路，其通過(guò)從壓縮機(jī)移除流體的一部分來(lái)產(chǎn)生旁通流，加熱旁通流，以及使旁通流插入到渦輪區(qū)段。根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，一種渦輪的渦輪區(qū)段包括:殼體；轉(zhuǎn)子，其包括軸和從軸沿徑向延伸的輪葉；以及噴嘴，其包括定位在連接到殼體上的外部翼型件支承件和在轉(zhuǎn)子的軸附近的內(nèi)部翼型件支承件之間的多個(gè)翼型件。殼體包括接收吹掃流以至少冷卻多個(gè)翼型件的第一入口，以及接收旁通流以將旁通流供應(yīng)到轉(zhuǎn)子的輪葉的第二入口。根據(jù)結(jié)合附圖得到的以下描述，這些和其它優(yōu)點(diǎn)和特征將變得更加顯而易見(jiàn)。


在說(shuō)明書(shū)的結(jié)論部分處的權(quán)利要求中特別指出和明確聲明了被視為本發(fā)明的主題。根據(jù)結(jié)合附圖得到的以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的前述和其它特征與優(yōu)點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的，其中:
圖1示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的渦輪。圖2示出壓縮機(jī)。圖3A至3C示出根據(jù)公開(kāi)的實(shí)施例的渦輪區(qū)段。圖4示出根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的渦輪。圖5至7示出根據(jù)公開(kāi)的實(shí)施例的旁通回路的加熱單元。
圖8示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的渦輪區(qū)段噴嘴的橫截面圖。圖9示出根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的渦輪區(qū)段噴嘴的橫截面圖。圖10示出翼型件。圖11是控制旁通回路的方法的流程圖。以參照附圖的示例的方式，詳細(xì)描述闡述了本發(fā)明的實(shí)施例，以及優(yōu)點(diǎn)和特征。部件列表:
I渦輪
10壓縮機(jī)
11、31轉(zhuǎn)子 12,32 軸 13葉片 14導(dǎo)葉 15,37殼體
16、41、81 出口 17空氣吸入裝置 1-11壓縮機(jī)級(jí) 20燃燒室 30渦輪級(jí) 33輪葉 34噴嘴 35翼型件
36內(nèi)部翼型件支承件 38、39、67、68 人口 40排氣 50旁通回路 51閥
52、53、59、72、73 管道
54加熱單元 55蒸汽發(fā)生器 57結(jié)點(diǎn) 58燃燒單元 61噴嘴開(kāi)口 62外部翼型件支承件 63節(jié)段 64腔體 65分隔件 66，83，84 開(kāi)口 69吹掃流腔體 P吹掃流 F旁通流 70冷卻回路 71冷卻單元 82旁通流腔體 85邊緣 91-96操作。
具體實(shí)施例方式圖1示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的渦輪I。渦輪I包括壓縮機(jī)10，壓縮機(jī)10壓縮流體，諸如空氣、水、蒸汽或另一種氣體。根據(jù)當(dāng)前實(shí)施例，流體是空氣。如圖2中示出，壓縮機(jī)10包括被殼體15包圍的轉(zhuǎn)子11。轉(zhuǎn)子11包括軸12和從軸12突起的葉片13。定子或?qū)~14從殼體15突起。在當(dāng)前實(shí)施例中，空氣輸入到壓縮機(jī)10，如參考字母I示出?？諝饬饔煽諝馕胙b置17調(diào)控。在當(dāng)前實(shí)施例中，空氣吸入裝置17是風(fēng)扇。根據(jù)備選實(shí)施例，空氣吸入裝置17包括可調(diào)噴嘴或?qū)~。通過(guò)用葉片13使空氣加速以及然后用導(dǎo)葉14擴(kuò)散空氣來(lái)壓縮空氣。葉片13以環(huán)形方式包圍軸12，并且導(dǎo)葉14以環(huán)形方式襯在殼體15的內(nèi)側(cè)。各成組的一組葉片13和在葉片13下游不遠(yuǎn)處的一組導(dǎo)葉14構(gòu)成一級(jí)，如參考表號(hào)Sl-Sll所表示。雖然圖2示出壓縮機(jī)10具有僅十一級(jí)，但是備選實(shí)施例包括根據(jù)期望設(shè)計(jì)規(guī)范而改變的數(shù)量的級(jí)。例如，不同的實(shí)施例的壓縮機(jī)包括10到20個(gè)級(jí)，并且根據(jù)一些實(shí)施例，級(jí)分成低壓級(jí)和高壓級(jí)。再次參照?qǐng)D1，渦輪I進(jìn)一步包括燃燒室20，以加熱來(lái)自壓縮機(jī)10的空氣。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，燃料供應(yīng)給燃燒室20并且隨著空氣傳送通過(guò)燃燒室20而被點(diǎn)燃。渦輪I進(jìn)一步包括將經(jīng)加熱空氣的能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械功的渦輪區(qū)段30，以及將空氣從渦輪I排出的排氣區(qū)段40。注意到用語(yǔ)“渦輪”在本領(lǐng)域用來(lái)描述包括壓縮機(jī)、燃燒室和渦輪區(qū)段的整個(gè)裝置，以及用來(lái)描述僅渦輪區(qū)段。在當(dāng)前說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中，為了清楚，用語(yǔ)“渦輪區(qū)段”用來(lái)描述渦輪I的在燃燒室20之后的部分，以使渦輪I的這個(gè)部分與整個(gè)設(shè)備的描述區(qū)分開(kāi)。如圖3A中示出，渦輪區(qū)段30包括轉(zhuǎn)子31，轉(zhuǎn)子31具有軸32和輪葉33。當(dāng)經(jīng)加熱空氣從燃燒室20施加在輪葉33上時(shí)，輪葉33圍繞軸32的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，從而轉(zhuǎn)動(dòng)軸32。根據(jù)當(dāng)前實(shí)施例，軸32與圖2的軸12相同。根據(jù)備選實(shí)施例，渦輪區(qū)段30的至少一個(gè)級(jí)TSl、TS2和TS3連接到不同于圖2的軸12的軸上。例如，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，級(jí)TSl和TS2的輪葉33連接到圖2的軸12上，而級(jí)TS3的輪葉33連接到單獨(dú)的軸32上。渦輪區(qū)段30包括噴嘴34，以便以預(yù)定角度將空氣引導(dǎo)到輪葉33上。噴嘴34由固定導(dǎo)葉或翼型件35、內(nèi)部翼型件支承件36和殼體37構(gòu)成。根據(jù)備選實(shí)施例，提供了外部翼型件支承件，并且其附連到殼體37上。隨著經(jīng)加熱空氣被噴嘴34引導(dǎo)到輪葉33上，輪葉33在軸32上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力。一個(gè)或多個(gè)裝置(諸如產(chǎn)生電能的發(fā)電機(jī))連接到軸上，以被軸驅(qū)動(dòng)。噴嘴34和輪葉33圍繞軸32環(huán)形地布置。各成組的一組環(huán)形噴嘴34和后面的一組環(huán)形輪葉33是渦輪區(qū)段30的級(jí)。雖然圖3A中示出三個(gè)級(jí)TS1、TS2和TS3，但是根據(jù)備選實(shí)施例，渦輪區(qū)段30包括任何數(shù)量的級(jí),包括兩個(gè)級(jí),或大于三的任何數(shù)量的級(jí)。再次參照?qǐng)D1，當(dāng)前實(shí)施例的渦輪I包括連接在壓縮機(jī)10和渦輪區(qū)段30之間的旁通回路50。旁通回路50包括傳輸來(lái)自壓縮機(jī)10的壓縮空氣的管道52、控制空氣在壓縮機(jī)10和渦輪區(qū)段30之間的傳輸?shù)拈y51，以及將空氣從閥51傳輸?shù)綔u輪區(qū)段30的管道53。通過(guò)旁通回路50從壓縮機(jī)10傳遞到渦輪區(qū)段30的空氣是旁通流F。如圖2中示出，根據(jù)當(dāng)前實(shí)施例，通過(guò)在壓縮機(jī)10的第六級(jí)S6中的出口 16，從壓縮機(jī)10移除空氣。根據(jù)備選實(shí)施例，空氣在任何級(jí)處從壓縮機(jī)10傳遞出來(lái)，或從第三級(jí)S3和第十一級(jí)Sll之間的多個(gè)級(jí)傳遞出來(lái)。另外，根據(jù)當(dāng)前實(shí)施例，當(dāng)渦輪I運(yùn)行來(lái)驅(qū)動(dòng)部分負(fù)荷，或少于90%負(fù)荷，壓縮機(jī)10的空氣輸入相對(duì)于傳統(tǒng)部分負(fù)荷輸入增加10至20%，并且壓縮空氣的10至20%通過(guò)旁通回路50從壓縮機(jī)10傳輸?shù)綔u輪區(qū)段30。例如，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，壓縮機(jī)10的空氣輸入增加20%,并且壓縮空氣的15%通過(guò)旁通回路50從壓縮機(jī)10傳輸?shù)綔u輪區(qū)段30。如圖3A中示出，來(lái)自旁通回路50的旁通流F從管道53傳輸?shù)轿挥跍u輪區(qū)段30的最后一級(jí)TS3處的入口 39。旁通流F然后直接噴射到最后一級(jí)TS3的輪葉33，以增加級(jí)壓力比，從而得到額外的輸出和改進(jìn)的效率。增加最后一級(jí)中的壓力比會(huì)將擴(kuò)散器入口切向徑向流角度修正成更靠近設(shè)計(jì)點(diǎn)，這避免了在支柱和轂壁上的流分離。修正擴(kuò)散器入口流角度會(huì)改進(jìn)擴(kuò)散器的理想和實(shí)際壓力恢復(fù)，從而得到額外的輸出和改進(jìn)的效率。圖3A示出渦輪區(qū)段30的示例，其中，旁通流F在對(duì)應(yīng)于最后一級(jí)TS3的翼型件35的位置處噴射。但是，根據(jù)備選實(shí)施例，在最后一級(jí)TS3的翼型件35之前，旁通流F沿長(zhǎng)度方向Z噴射到渦輪區(qū)段30中，如圖3B中示出，或沿長(zhǎng)度方向Z噴射在最后一級(jí)TS3的翼型件35和輪葉33之間，如圖3C中示出。根據(jù)當(dāng)前說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)，用語(yǔ)“在最后一級(jí)處”和“到最后一級(jí)”包括沿長(zhǎng)度方向Z在倒數(shù)第二級(jí)TS2的輪葉33和最后一級(jí)TS3的輪葉33之間的任何位置，如分別圖3A至3C中示出。圖4示出其中渦輪I包括冷卻回路70的實(shí)施例。冷卻回路70包括冷卻單元71、在壓縮機(jī)10和冷卻單元71之間傳輸空氣的管道72，以及將空氣從冷卻單元71傳輸?shù)綔u輪區(qū)段30的管道73。根據(jù)當(dāng)前實(shí)施例的冷卻單元71管道布置成將空氣直接從管道72傳輸?shù)焦艿?3。因?yàn)閬?lái)自壓縮機(jī)10的空氣比渦輪區(qū)段30中的經(jīng)加熱空氣更冷，所以來(lái)自壓縮機(jī)10的空氣冷卻渦輪區(qū)段30的構(gòu)件。根據(jù)備選實(shí)施例，冷卻單元71包括制冷劑或其它冷卻方案或結(jié)構(gòu)，以進(jìn)一步冷卻來(lái)自壓縮機(jī)10的空氣。在又一個(gè)實(shí)施例中，不存在管道72，并且實(shí)際上，冷卻空氣從渦輪I外部的源供應(yīng)到冷卻單元71。在一個(gè)實(shí)施例中，冷卻回路70將空氣傳輸?shù)綔u輪區(qū)段30的僅預(yù)定數(shù)量的第一級(jí)，但是不將空氣傳輸?shù)綔u輪區(qū)段30的預(yù)定數(shù)量的最后一級(jí)。例如，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，冷卻回路70將空氣傳輸?shù)綔u輪區(qū)段30的僅級(jí)TSl和TS2，但是不傳輸?shù)絋S3。如圖3A和4中示出，冷卻回路70將空氣通過(guò)入口 38供應(yīng)到渦輪區(qū)段30，并且旁通回路50將空氣通過(guò)與入口 38分開(kāi)的入口 39供應(yīng)到渦輪區(qū)段。為了清楚地描述，入口 38和39示出為處于長(zhǎng)度方向Z上的分開(kāi)的位置處，并且在渦輪區(qū)段30的在高度方向Y上的同一側(cè)。但是，在備選實(shí)施例中，入口 38和39位于圍繞渦輪區(qū)段30的周邊的不同位置處，包括在長(zhǎng)度方向Z上彼此相鄰和在高度方向Y上彼此分開(kāi)。參照?qǐng)D4，旁通回路50包括加熱單元54，以在將旁通流F傳輸?shù)綔u輪區(qū)段30之前加熱旁通流F。加熱旁通流會(huì)使接觸渦輪區(qū)段30的輪葉33的空氣保持高能水平，以保持渦輪I的高運(yùn)行效率。圖5至7提供加熱單元54的類(lèi)型的示例。圖5示出加熱單元54包括蒸汽發(fā)生器55和結(jié)點(diǎn)57。來(lái)自蒸汽發(fā)生器55的蒸汽被添加到來(lái)自壓縮機(jī)10的旁通流F，以加熱旁通流F，并且包括蒸汽的旁通流F被提供給渦輪區(qū)段30。圖6示出加熱單元54包括燃燒單元58。旁通流F傳送通過(guò)燃燒單元58,并且在傳輸?shù)綔u輪區(qū)段30之前被燃燒單元58加熱。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，燃燒單元58包括燃燒室，燃料在其中被點(diǎn)燃，以加熱旁通流F。圖7示出加熱單元54包括排氣區(qū)段40的出口 41、結(jié)點(diǎn)57、以及從出口 41到結(jié)點(diǎn)57的管道59。排氣區(qū)段40輸出來(lái)自渦輪I的經(jīng)加熱空氣，并且出口 41將排氣區(qū)段40的經(jīng)加熱空氣的一部分傳輸?shù)脚酝鱂，以加熱旁通流F，或結(jié)合排氣區(qū)段40的經(jīng)加熱空氣與旁通流F，之后旁通流被傳輸?shù)綔u輪區(qū)段30。圖8示出渦輪區(qū)段30的一組環(huán)形翼型件35的一部分的平面圖。一組環(huán)形翼型件35構(gòu)成噴嘴34。具體而言，各個(gè)噴嘴34包括兩個(gè)相鄰翼型件35、內(nèi)部翼型件支承件36和外部翼型件支承件62。相鄰翼型件35、內(nèi)部翼型件支承件36和外部翼型件支承件62限定噴嘴開(kāi)口 61，空氣通過(guò)噴嘴開(kāi)口 61被引導(dǎo)到輪葉33。開(kāi)口相對(duì)于翼型件35的尺寸在圖8中進(jìn)行了夸張，以清楚地描述當(dāng)前實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。在當(dāng)前實(shí)施例中，外部翼型件支承件62包括多個(gè)節(jié)段63。各個(gè)節(jié)段對(duì)應(yīng)于單獨(dú)的翼型件35，并且節(jié)段63連接到殼體37上，以固定翼型件35。根據(jù)備選實(shí)施例，翼型件35直接連接到殼體37上，并且圖8的節(jié)段63中描述的結(jié)構(gòu)設(shè)置在殼體37中。各個(gè)節(jié)段63包括腔體64，以接收吹掃流P和旁通流F，以通過(guò)入口 67將吹掃流P傳輸?shù)揭硇图?5中，以及通過(guò)入口 68將旁通流F傳輸?shù)角惑w64中。腔體64被分隔件65分成單獨(dú)的區(qū)段，分隔件65從節(jié)段63的上部?jī)?nèi)壁和下部?jī)?nèi)壁延伸。分隔件65包括開(kāi)口66，以允許在旁通流F和吹掃流P之間進(jìn)行一些空氣混合。開(kāi)口 66具有小于腔體64的周長(zhǎng)的周長(zhǎng)。換句話說(shuō)，雖然一些空氣被允許傳送通過(guò)開(kāi)口 66，但是因?yàn)殚_(kāi)口的周長(zhǎng)小于腔體64的周長(zhǎng)，所以在腔體的對(duì)應(yīng)于吹掃流P的部分和對(duì)應(yīng)于旁通流F的部分之間的空氣流受開(kāi)口 66的限制。各個(gè)翼型件35包括吹掃流腔體69，以接收吹掃流P，以及將吹掃流P傳輸?shù)匠隹?1。出口 81處于翼型件35的與入口 67相對(duì)的端部處，以允許吹掃流P行進(jìn)翼型件35的長(zhǎng)度，以避免熱氣進(jìn)入轉(zhuǎn)子區(qū)域，諸如進(jìn)入對(duì)應(yīng)于內(nèi)部翼型件支承件36和軸12的區(qū)域。為了清楚地描述當(dāng)前實(shí)施例，僅僅一個(gè)節(jié)段63和翼型件35在圖8中示出為分別具有腔體64和吹掃流腔體69。但是，級(jí)的各個(gè)節(jié)段63和翼型件35包括類(lèi)似的特征。根據(jù)各種實(shí)施例，一些級(jí)TS1、TS2和TS3包括吹掃流腔體69，而其它級(jí)不包括。例如，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，最后一級(jí)TS3之外的各個(gè)級(jí)包括具有吹掃流腔體69的翼型件35，但是，最后一級(jí)TS3的翼型件35不包括吹掃流腔體69。在另一個(gè)實(shí)施例中，各個(gè)級(jí)TS1、TS2和TS3包括具有吹掃流腔體69的翼型件35。吹掃流P傳輸通過(guò)翼型件35，并且旁通流F通過(guò)開(kāi)口 61直接傳輸?shù)捷喨~33。換句話說(shuō)，根據(jù)圖8的實(shí)施例，旁通流F不進(jìn)入翼型件35，而是實(shí)際上僅吹掃流P進(jìn)入翼型件35的腔體69。雖然注意到，來(lái)自旁通回路50的一些空氣通過(guò)節(jié)段63中的腔體64的開(kāi)口66進(jìn)入翼型件35的腔體69，但是構(gòu)成旁通流F的主要部分的空氣流不傳送通過(guò)開(kāi)口 66。換句話說(shuō)，在當(dāng)前說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中，通過(guò)開(kāi)口 66傳送到腔體69中的空氣的部分不再被看作旁通流F的一部分。根據(jù)備選實(shí)施例，不存在開(kāi)口 66，而是分隔件65完全使吹掃流P與芳通流F分開(kāi)。圖9和10示出根據(jù)備選實(shí)施例的將吹掃流P和旁通流F引入渦輪區(qū)段30中的結(jié)構(gòu)。參照?qǐng)D9，吹掃流P通過(guò)入口 38和67傳送到吹掃流腔體69中。吹掃流腔體69延伸翼型件35的長(zhǎng)度，并且吹掃流P通過(guò)出口 81離開(kāi)翼型件35。旁通流F通過(guò)入口 39和68傳送到旁通流腔體82中。旁通流腔體82通過(guò)開(kāi)口 84連接到旁通流腔體69。旁通流F通過(guò)開(kāi)口 83直接傳輸?shù)捷喨~33。換句話說(shuō)，雖然吹掃流P和旁通流F中的各個(gè)最終進(jìn)入噴嘴34的開(kāi)口 61，但是吹掃流P首先穿過(guò)翼型件35的長(zhǎng)度，而旁通流F通過(guò)翼型件35中的開(kāi)口 83進(jìn)入開(kāi)口 61，開(kāi)口 83面向開(kāi)口 61。因此，旁通流F修正在翼型件35周?chē)鷤魉偷目諝獾某錾淞鹘嵌龋祾吡鱌不修正。雖然翼型件35中的開(kāi)口 84允許來(lái)自旁通流F的空氣與來(lái)自吹掃流P的空氣進(jìn)行一些混合，但是開(kāi)口的尺寸相對(duì)于吹掃流腔體69和旁通流腔體82尺寸較小會(huì)導(dǎo)致空氣僅少量混合。因此，吹掃流P和旁通流F在吹掃流腔體69和旁通流腔體82中保持分開(kāi)。根據(jù)備選實(shí)施例，不存在開(kāi)口 84，并且吹掃流腔體69和旁通流腔體82在翼型件35內(nèi)完全分開(kāi)。圖10示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的翼型件35。翼型件35類(lèi)似于圖9的翼型件，只是開(kāi)口 83延伸翼型件35的長(zhǎng)度。換句話說(shuō)，圖9示出延伸翼型件35的長(zhǎng)度的多個(gè)開(kāi)口83，而圖10示出延伸翼型件35的長(zhǎng)度的一個(gè)開(kāi)口 83。翼型件35的邊緣85限定開(kāi)口 83，并且沿預(yù)定方向弓I導(dǎo)旁通流F，以修正在翼型件35周?chē)鷤魉拖蜉喨~33的空氣的壓力比和出射流角度。圖11示出在部分負(fù)荷運(yùn)行期間控制渦輪I的方法。在操作91中，確定渦輪I是否要在部分負(fù)荷下運(yùn)行。根據(jù)當(dāng)前實(shí)施例，部分負(fù)荷定義為小于渦輪的正常輸出的90%的負(fù)荷。換句話說(shuō)，渦輪I設(shè)計(jì)成以定義為峰值負(fù)荷或基本負(fù)荷的預(yù)定負(fù)荷運(yùn)行。當(dāng)渦輪I被控制成以小于基本負(fù)荷的90%的負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，則根據(jù)當(dāng)前說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)，渦輪I以部分負(fù)荷運(yùn)行。根據(jù)備選實(shí)施例，部分負(fù)荷分別小于基本負(fù)荷的60%，或小于基本負(fù)荷的50%。當(dāng)確定渦輪I被控制成正常地運(yùn)行，或以基本負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，在操作92中實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行設(shè)置。換句話說(shuō)，空氣吸入量設(shè)定成100%，燃燒水平設(shè)定成100%，并且關(guān)閉使旁通流繞過(guò)燃燒室20的閥51。另一方面，當(dāng)在操作91中確定渦輪I被控制成在部分負(fù)荷下運(yùn)行，方法前進(jìn)到操作93。在操作93中，確定預(yù)定部分負(fù)荷吸入量水平，并且使預(yù)定吸入量水平提高20%。在備選實(shí)施例中，吸入量水平提高范圍為15%到25%的水平。在操作94中，打開(kāi)閥51，從而允許旁通流F繞過(guò)燃燒室20，以及流到渦輪區(qū)段30。在當(dāng)前實(shí)施例中，吸入空氣的15%轉(zhuǎn)變成旁通流F，并且通過(guò)旁通回路50傳輸?shù)綔u輪區(qū)段30。但是，在備選實(shí)施例中，通過(guò)旁通回路50繞過(guò)燃燒室20的吸入空氣的百分比是范圍為10%到20%的百分比，這取決于渦輪負(fù)荷。在操作95中，旁通流F被加熱，并且在操作96中，經(jīng)加熱旁通流F被供應(yīng)到渦輪區(qū)段30。根據(jù)當(dāng)前實(shí)施例，旁通流F被供應(yīng)到渦輪區(qū)段30的最后一級(jí)。根據(jù)上面描述的實(shí)施例，在以部分負(fù)荷運(yùn)行的渦輪I中產(chǎn)生空氣的旁通流F。旁通流F被加熱，并且噴射到渦輪區(qū)段30中，以修正渦輪區(qū)段30中的級(jí)壓力比和空氣出射流角度，以在部分負(fù)荷運(yùn)行期間改進(jìn)渦輪I的效率。雖然已經(jīng)結(jié)合僅有限數(shù)量的實(shí)施例來(lái)詳細(xì)描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)容易地理解，本發(fā)明不限于這樣的公開(kāi)的實(shí)施例。相反，可修改本發(fā)明，以結(jié)合此前未描述但與本發(fā)明的精神和范圍相當(dāng)?shù)娜魏螖?shù)量的變型、更改、替換或等效布置。另外，雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的多種實(shí)施例，但是要理解，本發(fā)明的各方面可包括所描述的實(shí)施例中的僅一些。因此，本發(fā)明不應(yīng)視為由前述描述限制，而是僅由所附權(quán)利要求的范圍限制。
權(quán)利要求
1.一種以部分負(fù)荷運(yùn)行的渦輪，包括: 吸入流體的壓縮機(jī)； 加熱來(lái)自所述壓縮機(jī)的流體的燃燒室； 用來(lái)自所述燃燒室的經(jīng)加熱流體使軸旋轉(zhuǎn)的渦輪區(qū)段； 旁通回路，其通過(guò)從所述壓縮機(jī)移除所述流體的一部分以及將所述流體的所述部分傳輸?shù)剿鰷u輪區(qū)段來(lái)產(chǎn)生旁通流；以及 控制器，其確定是否選擇了部分負(fù)荷運(yùn)行，以及在選擇了部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)打開(kāi)所述旁通回路， 其中，當(dāng)所述控制器確定選擇了部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，所述控制器確定所述壓縮機(jī)的正常部分負(fù)荷流體吸入量，使所述壓縮機(jī)的部分負(fù)荷流體吸入量增加到超過(guò)所述正常部分負(fù)荷流體吸入量達(dá)預(yù)定第一百分比，以及控制所述旁通回路以從所述壓縮機(jī)移除所述流體的所述部分，使得從所述壓縮機(jī)移除的所述流體的所述部分相對(duì)于增加的部分負(fù)荷流體吸入量的百分比小于或等于所述預(yù)定第一百分比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪，其特征在于，所述壓縮機(jī)包括流體吸入裝置，并且所述控制器控制所述流體吸入裝置，以增加所述部分負(fù)荷流體吸入量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪，其特征在于，所述控制器使所述部分負(fù)荷流體吸入量增加20%，并且控制所述旁通回路，以從所述壓縮機(jī)移除所述流體的15%。
4.一種渦輪,包括: 吸入流體且壓縮所述流體的壓縮機(jī)； 加熱來(lái)自所述壓縮機(jī)的流體的燃燒室； 用來(lái)自所述燃燒室的經(jīng)加熱流體使軸旋轉(zhuǎn)的渦輪區(qū)段；以及 旁通回路，其通過(guò)從所述壓縮機(jī)移除所述流體的一部分來(lái)產(chǎn)生旁通流，加熱所述旁通流，以及使所述旁通流插入到所述渦輪區(qū)段。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的渦輪，其特征在于，所述旁通回路包括加熱所述旁通流的蒸汽發(fā)生器和燃燒單元中的至少一個(gè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的渦輪，其特征在于，所述渦輪進(jìn)一步包括排氣區(qū)段，并且 所述旁通回路用來(lái)自所述排氣區(qū)段的經(jīng)加熱流體加熱所述旁通流。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的渦輪，其特征在于，所述壓縮機(jī)包括至少十一級(jí)，并且所述旁通回路從所述至少十一級(jí)中的第三級(jí)至第十一級(jí)中的至少一個(gè)移除所述流體的所述部分，其中，所述至少十一級(jí)按照從所述壓縮機(jī)的吸入端到所述壓縮機(jī)的燃燒室端的順序編號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的渦輪，其特征在于，所述渦輪區(qū)段包括從所述渦輪區(qū)段的燃燒端到所述渦輪區(qū)段的輸出端按升序編號(hào)的至少三個(gè)級(jí)，所述至少三個(gè)級(jí)包括在所述渦輪區(qū)段的所述輸出端附近的最后一級(jí)，并且 所述旁通回路使所述旁通流插入到所述渦輪區(qū)段的所述最后一級(jí)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的渦輪，其特征在于，所述渦輪區(qū)段的各個(gè)級(jí)包括噴嘴，以將經(jīng)加熱流體引導(dǎo)到輪葉，各個(gè)噴嘴包括相鄰的翼型件、外部翼型件支承件和內(nèi)部翼型件支承件，以共同限定噴嘴開(kāi)口，并且 所述旁通回路使所述旁通流通過(guò)所述外部翼型件支承件插入到所述噴嘴開(kāi)口中。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的渦輪，其特征在于，所述渦輪進(jìn)一步包括冷卻回路，以對(duì)所述渦輪區(qū)段提供吹掃流， 其中，所述渦輪區(qū)段的殼體包括接收所述吹掃流的吹掃流入口，以及接收所述旁通流的單獨(dú)的旁通流入口。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的渦輪，其特征在于，所述渦輪區(qū)段包括多個(gè)噴嘴，各個(gè)噴嘴具有由第一翼型件、第二翼型件、內(nèi)部翼型件支承件和外部翼型件支承件限定的噴嘴開(kāi)Π, 所述冷卻回路將所述吹掃流輸入到所述多個(gè)噴嘴中的至少一個(gè)的所述第一翼型件和第二翼型件中的至少一個(gè)中，并且 所述旁通回路使所述旁通流插入到所述多個(gè)噴嘴中的所述至少一個(gè)的所述噴嘴開(kāi)口中。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的渦輪，其特征在于，所述第一翼型件和第二翼型件中的所述至少一個(gè)包括在所述外部翼型件支承件和所述內(nèi)部翼型件支承件之間延伸的腔體，并且所述吹掃流入口連接到所述腔體，并且 所述多個(gè)噴嘴中的所述至少一個(gè)的所述外部翼型件支承件包括出口，以接收來(lái)自所述旁通流入口的所述旁通流，以及使所述旁通流插入到所述噴嘴開(kāi)口中。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的渦輪，其特征在于，所述外部翼型件支承件包括腔體，所述腔體具有分隔件，以將所述腔體分隔成兩個(gè)區(qū)段，并且 所述吹掃流入口通入所述兩個(gè)區(qū)段中的一個(gè)中，并且所述旁通流入口通入所述兩個(gè)區(qū)段中的另一個(gè)中。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的渦輪，其特征在于，所述分隔件包括連接所述兩個(gè)區(qū)段的開(kāi)口。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的渦輪，其特征在于，所述渦輪區(qū)段包括多個(gè)噴嘴，各個(gè)噴嘴具有由第一翼型件、第二翼型件、內(nèi)部翼型件支承件和外部翼型件支承件限定的噴嘴開(kāi)Π, 所述冷卻回路將所述吹掃流輸入到所述第一翼型件的吹掃流腔體中，并且 所述旁通回路使所述旁通流插入到所述第一翼型件的旁通流腔體中。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的渦輪，其特征在于，所述第一翼型件包括開(kāi)口，以將所述旁通流腔體連接到所述噴嘴開(kāi)口。
17.—種渦輪的渦輪區(qū)段，包括: 殼體； 轉(zhuǎn)子，其包括軸和從所述軸沿徑向延伸的輪葉；以及 噴嘴，其包括定位在連接到所述殼體上的外部翼型件支承件和在所述轉(zhuǎn)子的所述軸附近的內(nèi)部翼型件支承件之間的多個(gè)翼型件，以限定噴嘴開(kāi)口， 其中，所述殼體包括接收吹掃流以至少冷卻所述多個(gè)翼型件的第一入口，以及接收旁通流以將所述旁通流供應(yīng)到所述轉(zhuǎn)子的所述輪葉的第二入口。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的渦輪區(qū)段，其特征在于，所述渦輪區(qū)段包括多個(gè)級(jí)，各個(gè)級(jí)包括成環(huán)形組的所述噴嘴和成相鄰的環(huán)形組的所述輪葉，并且 所述第二入口位于所述多個(gè)級(jí)中的最后一級(jí)處。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的渦輪區(qū)段，其特征在于，所述多個(gè)翼型件中的至少一個(gè)包括吹掃流腔體和旁通流腔體，所述吹掃流腔體具有在一端處的入口和在相對(duì)端處的出口，所述旁通流腔體具有在所述一端處的入口和沿著所述多個(gè)翼型件中的所述至少一個(gè)的側(cè)部的出口，以將所述旁通流傳輸?shù)剿鰢娮扉_(kāi)口，并且 所述殼體的所述第一入口連接到所述吹掃流腔體的所述入口，并且所述殼體的所述第二入口連接到所述旁通流腔體的所述入口。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的渦輪區(qū)段，其特征在于，所述多個(gè)翼型件中的所述至少一個(gè)包括在所述吹 掃流腔體和所述旁通流腔體之間的至少一個(gè)開(kāi)口。
全文摘要
本發(fā)明涉及以部分負(fù)荷運(yùn)行的渦輪。一種渦輪包括吸入流體且壓縮流體的壓縮機(jī)、加熱來(lái)自壓縮機(jī)的流體的燃燒室、用來(lái)自燃燒室的經(jīng)加熱流體使軸旋轉(zhuǎn)的渦輪區(qū)段，以及旁通回路，旁通回路通過(guò)從壓縮機(jī)移除流體的一部分來(lái)產(chǎn)生旁通流，加熱旁通流，以及使旁通流插入到渦輪區(qū)段。
文檔編號(hào)F02C9/18GK103195584SQ201310001290
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月4日
發(fā)明者M.蘇布拉馬尼延, U.賈格, J.約翰, L.瓦利亞潘 申請(qǐng)人:通用電氣公司