本發(fā)明總體涉及熱閥，并且更具體地涉及用于使用溫敏熱閥被動地向燃氣渦輪發(fā)動機的冷卻回路內的熱腔提供一個或多個冷卻流體流的系統(tǒng)和方法。

背景技術：

燃氣渦輪發(fā)動機廣泛用于工業(yè)和商業(yè)操作。典型的燃氣渦輪發(fā)動機包括位于前部的壓縮機、圍繞中部的一個或多個燃燒器、和位于后部的渦輪。壓縮機向工作流體(例如，空氣)施加動能，以產(chǎn)生處于高能量狀態(tài)的壓縮工作流體。壓縮工作流體離開壓縮機并且流向燃燒器，在燃燒器處，壓縮工作流體與燃料混合并且點燃，以產(chǎn)生具有高溫和高壓的燃燒氣體。燃燒氣體流向渦輪，在渦輪處，燃燒氣體膨脹以做功。因此，燃氣渦輪發(fā)動機的各個部件都可能由于燃燒氣體而暴露于非常高的溫度。結果是各個部件(例如護罩組件、轉子組件、輪空間腔等)通常需要冷卻并且/或者向其供給吹掃空氣。因此，需要提供改進的燃氣渦輪發(fā)動機冷卻系統(tǒng)和方法。

技術實現(xiàn)要素：

可以通過本發(fā)明的某些實施例來解決一些或者所有上述的需要和/或問題。根據(jù)實施例，公開了一種熱閥(thermal valve)。該熱閥可以向燃氣渦輪發(fā)動機的冷卻回路(cooling circuit)內的熱腔(hot cavity)提供一個或多個冷卻流體流。該熱閥可以包括溫敏元件(temperature sensitive element)和與該溫敏元件機械連通(mechanical communication)的閥組件(valve assembly)。該閥組件可以包括：至少一個入口，該至少一個入口與至少一個冷卻流體源流體連通(in fluid communication)；至少一個出口，該至少一個出口與熱腔流體連通；和至少一個閥，該至少一個閥與溫敏元件機械連通。該至少一個閥可以被布置在至少一個入口和至少一個出口之間。溫敏元件可以被配置成使至少一個閥在關閉位置與打開位置之間移動。

在較佳實施例中，所述至少一個入口包括第一入口和第二入口。

在更佳實施例中，所述第一入口與第一冷卻流體源流體連通并且所述第二入口與第二冷卻流體源流體連通。

在更佳實施例中，所述第一入口和所述第二入口與第一冷卻流體源流體連通。

在更佳實施例中，所述至少一個出口包括與所述熱腔流體連通的第一出口和第二出口。

在進一步的更佳實施例中，所述至少一個閥包括被布置在所述第一入口和所述第一出口之間的第一閥和被布置在所述第二入口和所述第二出口之間的第二閥。

在較佳實施例中，兩個或更多個冷卻流體流在被供給到所述熱腔之前在所述閥組件中混合。

在較佳實施例中，兩個或更多個冷卻流體流被供給到所述熱腔而不在所述閥組件中混合。

在較佳實施例中，所述溫敏元件被布置在殼體內。

在另一個實施例中，公開了一種熱閥。該熱閥可以向燃氣渦輪發(fā)動機的冷卻回路內的熱腔提供一個或多個冷卻流體流。該熱閥可以包括溫敏元件和與該溫敏元件機械連通的閥組件。該閥組件可以包括主體，該主體具有第一入口、第二入口、第一出口、和第二出口。該閥組件還可以包括第一閥，該第一閥在第一入口和第一出口之間被布置在主體內。該第一閥可以與溫敏元件連通。該溫敏元件可以被配置成使第一閥在關閉位置與打開位置之間移動。該閥組件還可以包括第二閥，該第二閥在第二入口與第二出口之間被布置在主體內。該第二閥可以與溫敏元件連通。該溫敏元件可以被配置成使第二閥在關閉位置 與打開位置之間移動。

根據(jù)又一個實施例，公開了一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括燃氣渦輪發(fā)動機以及熱閥。所述燃氣渦輪發(fā)動機包括壓縮機、燃燒器和渦輪；所述熱閥用于向所述燃氣渦輪發(fā)動機的冷卻回路內的熱腔提供一個或多個冷卻流體流，所述熱閥包括溫敏元件和閥組件，所述閥組件與所述溫敏元件機械連通。所述閥組件包括主體、第一閥和第二閥，所述主體具有第一入口、第二入口、第一出口和第二出口；所述第一閥在所述第一入口和所述第一出口之間被布置在所述主體內并且與所述溫敏元件機械連通，其中所述溫敏元件被配置成使所述第一閥在關閉位置與打開位置之間移動；所述第二閥在所述第二入口與所述第二出口之間被布置在所述主體內并且與所述溫敏元件機械連通，其中所述溫敏元件被配置成使所述第二閥在關閉位置與打開位置之間移動。

在較佳實施例中，所述溫敏元件被布置在殼體內。

在較佳實施例中，所述第一出口和所述第二出口與所述熱腔流體連通。

在較佳實施例中，所述第一入口和所述第二入口與第一冷卻流體源流體連通。

在更佳實施例中，當所述第一閥和所述第二閥處于打開位置時，來自所述第一冷卻流體源的第一冷卻流體流被供給到所述熱腔。

在較佳實施例中，所述第一入口與第一冷卻流體源流體連通并且所述第二入口與第二冷卻流體源流體連通。

在更佳實施例中，當所述第一閥處于打開位置時，來自所述第一冷卻流體源的第一冷卻流體流被供給到所述熱腔，并且當所述第二閥處于打開位置時，來自所述第二冷卻流體源的第二冷卻流體流被供給到所述熱腔。

在進一步的更佳實施例中，第一冷卻流體流和第二冷卻流體流在所述閥組件中混合。

在較佳實施例中，所述系統(tǒng)還包括被布置在所述第一閥和所述第 二閥之間的密封件。

在更佳實施例中，所述密封件防止第一冷卻流體流在所述閥組件內與第二冷卻流體流混合。

根據(jù)另一個實施例，公開了一種向燃氣渦輪發(fā)動機的冷卻回路內的熱腔提供一個或多個冷卻流體流的方法。該方法包括：圍繞冷卻回路提供溫敏元件；至少部分地基于該溫敏元件的溫度打開與該溫敏元件機械連通的至少一個閥；和向熱腔供給冷卻流體流。

通過以下的詳細描述、附圖、和所附權利要求，本發(fā)明其它的實施例、方面、和特征對本領域技術人員來說將變得顯而易見。

附圖說明

現(xiàn)在將參照附圖，附圖不必成比例。

圖1示意性地示出了根據(jù)實施例的燃氣渦輪發(fā)動機。

圖2示意性地示出了根據(jù)實施例的處于關閉位置的熱閥。

圖3示意性地示出了根據(jù)實施例的處于打開位置的熱閥。

圖4示意性地示出了根據(jù)實施例的處于打開位置的熱閥。

圖5示意性地示出了根據(jù)實施例的處于打開位置的熱閥。

具體實施方式

下文現(xiàn)在將參照附圖更完整地描述說明性的實施例，其中示出了一些而非所有的實施例。本發(fā)明可以多種不同的形式實施并且不應當被理解為限于本發(fā)明中所闡述的實施例。相似的附圖標記在全文中表示相似的元件。

本發(fā)明中公開了熱閥的實施例。熱閥可以用于從一個或多個冷卻流體源向燃氣渦輪發(fā)動機的冷卻回路內的熱腔提供一個或多個冷卻流體流。熱閥可以控制通過冷卻回路中的多個孔口(orifices)的流體流。在一些情況下，熱閥可以包括可熱膨脹材料(thermally expandable material)，例如溫敏元件?？蔁崤蛎洸牧显诟哌_1300華氏度(°F)的操 作溫度下可以是穩(wěn)定的?？蔁崤蛎洸牧显谌魏魏线m的操作溫度(其中包括高于或低于1300華氏度的溫度)下都可以是穩(wěn)定的。

當圍繞可熱膨脹材料的溫度升高時，可熱膨脹材料可以膨脹，接著可以將一個或多個閥致動到打開位置，以使得一個或多個冷卻流體流通過一個或多個孔口進入熱腔。相反地，當圍繞可熱膨脹材料的溫度冷卻時，可熱膨脹材料可以收縮，接著可以將一個或多個閥致動到關閉位置，由此阻止一個或多個冷卻流體流進入熱腔。此外，可熱膨脹材料的膨脹和/或收縮可以增加或減少一個或多個冷卻流體流。通過該方式，熱閥可以提供冷卻回路內的被動流調節(jié)。

熱閥可以提供來自單個或多個冷卻流源的一個或多個冷卻流。在一些情況下，一個或多個冷卻流可以在熱閥內混合在一起。在其它情況下，一個或多個冷卻流可以被提供到熱腔而不在熱閥內混合。

現(xiàn)在參照附圖，其中相似的附圖標記在全部若干附圖中表示相似元件。圖1示出了如可以在本發(fā)明中使用的燃氣渦輪發(fā)動機10的示例性示意圖。燃氣渦輪發(fā)動機10可以包括壓縮機12。壓縮機12可以壓縮進入氣流(incoming flow of air)14。壓縮機12可以將壓縮氣流傳輸?shù)饺紵?6。燃燒器16可以將壓縮氣流與加壓燃料流18混合并且點燃混合物以產(chǎn)生燃燒氣體流20。盡管僅示出了單個燃燒器16，但是燃氣渦輪發(fā)動機10可以包括任何數(shù)量的燃燒器16。燃燒氣體流20可以被傳輸?shù)綔u輪22。燃燒氣體流20可以驅動渦輪22，以便做機械功(produce mechanical work)。渦輪22中所做的機械功可以通過軸24驅動壓縮機12和外部負載(load)26，例如發(fā)電機等。

燃氣渦輪發(fā)動機10可以使用天然氣、各種類型的合成氣、以及/或者其它類型的燃料。燃氣渦輪發(fā)動機10可以是由紐約斯卡奈塔第的通用電氣公司提供的多種不同的燃氣渦輪發(fā)動機中的任何一種，其中包括但不限于例如7系列或9系列重型燃氣渦輪發(fā)動機等的那些燃氣渦輪發(fā)動機。燃氣渦輪發(fā)動機10可以具有不同的構造并且可以使用其它類型的部件。燃氣渦輪發(fā)動機可以是航改(aeroderivative)燃 氣渦輪機、工業(yè)燃氣渦輪機、或者往復式發(fā)動機。本發(fā)明中還可以使用其它類型的燃氣渦輪發(fā)動機。本發(fā)明中還可以一起使用多個燃氣渦輪發(fā)動機、其它類型的渦輪機、以及其它類型的發(fā)電設備。

圖2至圖5示出了熱閥100的一個或多個實施例。熱閥100可以被布置在燃氣渦輪發(fā)動機的冷卻回路內。通過該方式，熱閥100可以用于冷卻燃氣渦輪發(fā)動機的一個或多個部件。例如，熱閥100可以與一個或多個冷卻流流體連通，例如來自壓縮機的放出空氣(bleed air)。在一個示例性實施例中，熱閥100可以與來自圖1中的壓縮機12的放出空氣流體連通。熱閥100可以與任何數(shù)量的冷卻流體源流體連通。熱閥100可以使得一個或多個冷卻流體流通過一個或多個孔口進入熱腔。

圖2示出了處于關閉位置的熱閥100。熱閥100可以包括溫敏元件102。在一些情況下，溫敏元件102可以被布置在殼體(housing)104內。通過該方式，殼體104可以控制(或者約束)溫敏元件102的熱膨脹或收縮的方向。溫敏元件102可以圍繞冷卻回路定位。例如，溫敏元件可以被布置在燃氣渦輪發(fā)動機的部件的熱腔內或者與之相鄰。溫敏元件102可以圍繞燃氣渦輪發(fā)動機布置在任何位置處。

熱閥100還可以包括閥組件106。閥組件106可以圍繞冷卻回路布置。如下文所討論的，閥組件106可以與溫敏元件102機械連通。閥組件106可以包括主體108。主體108在其中可以包括一個或多個腔/流體路徑110。閥組件106還可以包括第一入口112、第二入口114、第一出口116、和第二出口118。本發(fā)明中可以使用任何數(shù)量的入口和/或出口。例如，閥組件可以包括兩個、三個、四個、五個或者更多個入口和/或出口。使用兩個入口和兩個出口僅僅是為了說明目的并且不旨在構成限制。

第一閥(first valve)120可以沿第一入口112與第一出口116之間的路徑(pathway)被布置在主體108內。第一閥120可以位于一個或多個腔/流體路徑110內，以阻止(prevent)其間的流體流。在一些 情況下，如圖2中所示，當閥關閉時，存在從114到116的流動路徑。即，即使當閥關閉時，也可能存在通過入口114和出口116的一些量的固定、計量流。當閥移動打開時，存在通過所有出口的額外的調節(jié)流。第一閥120可以例如通過柄(stem)122與溫敏元件102機械連通。通過該方式，溫敏元件102可以被配置成在其膨脹和收縮時使第一閥120在關閉位置與打開位置之間移動。類似地，第二閥124可以沿第二入口114與第二出口118之間的路徑被布置在主體108內。第二閥124可以位于一個或多個腔/流體路徑110內，以阻止其間的流體流。第二閥124還可以通過柄122與溫敏元件102機械連通。通過該方式，溫敏元件102可以被配置成在其膨脹和收縮時使第二閥124在關閉位置與打開位置之間移動。本發(fā)明中可以使用任何數(shù)量的閥。例如，閥組件可以包括兩個、三個、四個、五個、或更多個閥。使用兩個閥僅僅是為了說明目的并且不旨在構成限制。

如圖3中所示，第一出口116和第二出口118可以與熱腔126流體連通。此外，第一入口112和第二入口114可以與第一冷卻流體源128流體連通。通過該方式，當?shù)谝婚y120和第二閥124處于打開位置時，來自第一冷卻流體源128的第一冷卻流體流130可以被供給到熱腔126。此外，從第一入口112和第二入口114進入主體108的第一冷卻流體流130可以在主體108內的一個或多個腔/流體路徑110內混合并且排出第一出口116和第二出口118之外(exit out of)且進入熱腔126中。

如圖4中所示，第一入口112可以與第一冷卻流體源132流體連通并且第二入口114可以與第二冷卻流體源134流體連通。通過該方式，當?shù)谝婚y120處于打開位置時，來自第一冷卻流體源132的第一冷卻流體流136可以被供給到熱腔126。類似地，當?shù)诙y124處于打開位置時，來自第二冷卻流體源134的第二冷卻流體流138可以被供給到熱腔126。在一些情況下，第一冷卻流體流136和第二冷卻流體流138可以在主體108內的一個或多個腔/流體路徑110內混合并且 排出第一出口116和第二出口118之外且進入熱腔126中。

如圖5中所示，熱閥100可以包括被布置在第一閥120與第二閥124之間的密封件(seal)140。密封件140可以防止來自第一冷卻流體源144的第一冷卻流體流142在閥組件106內與來自第二冷卻流體源148的第二冷卻流體流146混合。即，密封件140可以將主體108內的一個或多個腔/流體路徑110分開，使得第一冷卻流體流142不與第二冷卻流體流146混合。通過該方式，第一冷卻流體流142可以通過第一入口112進入主體108并且通過第一出口116離開主體108。類似地，第二冷卻流體流146可以通過第二入口114進入主體108并且通過第二出口118離開主體108。在一些情況下，第一入口112和第二入口114可以與相同的冷卻流體源連通。

本發(fā)明中可以使用任何數(shù)量的入口、出口、腔/流動路徑、冷卻流體源、和/或冷卻流體流。通過該方式，熱閥100可以被配置成從一個或多個冷卻流體源向多個燃氣渦輪發(fā)動機熱部件提供被動流調節(jié)(passive flow modulation)。

盡管已通過針對結構特征和/或方法動作的語言描述了實施例，但是應當理解，本發(fā)明不必限于所描述的特定特征或動作。相反，特定的特征和動作被公開作為實現(xiàn)實施例的說明性形式。