[发明专利]燃气轮机

说明书

                          技术领域

本发明涉及一种燃气轮机，它具有一个燃烧室，一个用于空气冷却所述燃气轮机各分级的至少一个导向叶片和导向环的冷却系统和一个主气道。

                          背景技术

美国专利文献US-PS 5,083,422中描述了一种用于飞机发动机的燃气轮机。这种燃气轮机具有一个燃烧室，燃烧室内引入压气机压缩的冷却空气，所述冷却空气的绝大部分供燃烧室内设置的燃烧器进行燃烧用。另一部分冷却空气用于冷却燃烧室内腔对面的燃烧室内壁。在燃烧室内设置有燃烧器的区域内，燃烧室的内壁被一个外壳包围，外壳上具有流通冷却空气的孔。所述内壁本身在该区域内具有不透气结构。

所述另一部分冷却空气穿过所述内壁的外壳上的孔进入，并且以这种方式冷却位于燃烧室内腔对面一侧的内壁。该内壁上还有一个孔，通过该孔使穿过外壳上的孔流入的冷却空气进入内腔，使得冷却空气能够与内腔里面流动的热燃气相混合。这样便可保证用于冷却燃烧室侧壁的空气随后能够被用于燃烧。在总体上不仅用于冷却燃烧室，而且使为燃烧所提供的空气量，根据燃气轮机上能够产生的功率，得到了更好的充分利用，因为冷却空气对于燃烧而言没有“损失”。此外在燃气轮机的燃烧室侧壁上，通常还要在工作期间至少对导向叶片和导向环进行冷却。为此通常同样采用冷却空气，并使其流过和/或经过所述的部件。至于将这部分冷却空气用于燃烧，则在上述文献中没有说明。

该冷却空气并不能顺利地用于燃烧，因为冷却空气在其冷却路径上损失了过多的压力，可能已无法返回燃烧室，在燃烧室内实现助燃。

上述已有技术并没有提供如何将至少冷却导向叶片和导向环的冷却空气同样用于燃烧的解决方案。

                          发明内容

本发明所要解决的技术问题是，将所有可供支配的空气量在一多级燃气轮机中更好地加以利用。此外本发明所要解决的技术问题还在于采用简单的手段来改善燃气轮机的功率。本发明的另一个所要解决的技术问题是，降低燃气轮机的有害物质排放。

以上技术问题的解决方案是提供一种燃气轮机，它具有一个主燃烧室，一个用于空气冷却所述燃气轮机各分级的至少一个导向叶片和/或导向环的冷却系统和一个主气道，沿热燃气的主要流向，在所述主燃烧室后面设置一个副燃烧室，并向该室内送入用于冷却位于所述副燃烧室前面的燃气轮机分级的冷却空气。

燃气轮机，特别是用于产生电能的燃气轮机大多包括若干由导向叶片和工作叶片构成的分级，从而将热烟气内包含的能量逐级抽出，尽可能有效地将其转换成旋转动能，并且在用于发电的情况下，通过涡轮机后面连接的发电机转换成电能。

当热燃气穿过燃气轮机的某级时，热燃气仅将其能量的一部分传递给该级的工作叶片，所以热燃气穿过该级后始终还具有能够转换成转动能的能量可供支配。因此在公知的燃气轮机中有多级前后串联，从而尽可能充分利用热燃气的能量。燃气轮机例如可以包括3级，如一个高压级，一个中压级和一个低压级。每级的导向叶片和工作叶片以及导向环，其结构和设计均要与各级上的压力状况匹配。为了避免这些部件上出现热过载，至少要用冷却空气对每级的导向叶片和/或导向环进行冷却。为了不使该冷却空气在燃烧中损失掉，根据本发明将这部分冷却空气送入副燃烧室，以便在燃烧中利用，该室位于热燃气方向上的主燃烧室后面。

在所述副燃烧室内产生的热燃气随后被送入燃气轮机的下一级。

本发明通过这种方式，用于冷却燃气轮机某一级的冷却空气可以用在副燃烧室内的燃烧中，所以总体上利用了尽可能多的冷却空气用于燃烧。

通过以上方式可以实现多级涡轮机的功率提升，因为用于冷却某一级涡轮机的冷却空气被用于副燃烧室的燃烧，从而额外提供了驱动下一级涡轮机的能量，而无需扩大涡轮机空气供应系统的尺寸。

此外，根据本发明还能够实现将迄今为止所需的燃料分配给两个燃烧室。也就是说，为实现功率提升，不需要提高燃料的输入量。如果增加燃料输入量，则将会增加与温度相关的有害物质排放，例如氮氧化物。所以在通过本发明实现功率提升时，不必担忧有害物质排放会增加。

另外，涡轮机叶片不会由于所实现的功率提升而增加很大的热负荷，因为功率提升并不需要增加燃料输入量，而后者则会升高工作温度，从而导致燃气轮机各级的热负荷增加。

在本发明的一个优选方案中，所述副燃烧室在热燃气主方向上与主气道汇合的位置是处在前一个分级之后，在后一个分级之前。