[发明专利]燃气涡轮发动机和其操作方法

说明书

技术领域

本发明大体涉及燃气涡轮发动机，并且尤其涉及燃气涡轮发动机中的再热燃烧器的冷却。

背景技术

常规的燃气涡轮发动机包括用于压缩空气(有时称为氧化剂，因为由于氧气的存在，空气具有氧化潜力)的压缩机，压缩空气在燃烧器中与燃料相混合，并且混合物被燃烧而产生称为后燃烧气体(post combustion gas)的高压、高温气流。后燃烧气体在涡轮(高压涡轮)中膨胀，该涡轮将来自后燃烧气体的热能转换成使涡轮轴旋转的机械能。

通常，在燃烧器中的燃烧过程期间，空气中的氧气含量没有被完全消耗掉。结果，离开高压涡轮的热的后燃烧气体伴随着大约15％至大约18％质量的氧气，并且因此具有氧化更多燃料的潜力。因此，一些燃气涡轮发动机部署了再热燃烧器，其中后燃烧气体在与额外的燃料混合之后被再次燃烧。再次燃烧过的后燃烧气体在另一涡轮区段(低压涡轮)中膨胀而产生额外的功率。再热燃烧器和低压涡轮的部署因此利用了后燃烧气体的氧化潜力，从而提高了发动机的效率。

然而，再热燃烧器在操作期间对于冷却空气具有高的需求，通常通过从压缩机中提取空气流来提供该冷却空气。空气的提取降低了发动机效率，因为被提取的空气流不能用于高压涡轮中的膨胀。用于冷却再热燃烧器的压缩机空气的提取因此减少了部署再热燃烧器的好处。

因此，期望具有一种备选方法，以在不会不利地影响发动机效率的情况下冷却再热燃烧器。

发明内容

根据本发明的一个实施例，公开了一种用于操作燃气涡轮发动机的方法。该方法包括：在压缩机中压缩空气流，以及通过在燃烧器中燃烧离开压缩机的压缩空气流而产生后燃烧气体。后燃烧气体在第一涡轮中膨胀。离开第一涡轮的膨胀的燃烧气体被分流成第一流和第二流。膨胀的燃烧气体的第一流在再热燃烧器中燃烧。利用膨胀的燃烧气体的第二流来冷却再热燃烧器。

根据本发明的另一实施例，公开了一种燃气涡轮发动机。该燃气涡轮发动机包括用于压缩空气的压缩机和用于通过燃烧离开压缩机的压缩空气而产生后燃烧气体的燃烧器。燃气涡轮发动机还包括用于使后燃烧气体膨胀的第一涡轮。燃气涡轮发动机还包括分流区域，该分流区域用于将离开第一涡轮的膨胀的燃烧气体分流成第一流和第二流。燃气涡轮发动机还包括再热燃烧器，以用于燃烧膨胀的燃烧气体的第一流。利用膨胀的燃烧气体的第二流来冷却再热燃烧器。

附图说明

当参照附图阅读下面的详细描述时，本发明的这些以及其它特征、方面和优势将变得更好理解，在附图中，相似的标号在图中始终表示相似的部件，其中：

图1显示根据本发明的一个实施例的燃气涡轮发动机。

图2显示根据本发明的一个实施例的在第一涡轮和第二涡轮之间具有气动联接的燃气涡轮发动机。

图3显示根据图1和图2的一个实施例的燃气涡轮发动机的分流区域和再热燃烧器。

图4显示根据图1和图2的一个实施例的具有处于完全打开位置的分流器(flow diverter)的分流区域。

图5显示根据图1和图2的一个实施例的具有处于部分打开位置的分流器的分流区域。

图6显示根据图1和图2的一个实施例的具有处于关闭位置的分流器的分流区域。

图7显示具有联接至由控制器控制的伺服马达的分流器的分流区域。

具体实施方式

如以下详细论述的那样，本发明的实施例提供了一种用于冷却燃气涡轮发动机的再热燃烧器的方法。然而，本发明可以以许多不同的形式来实现，而不应当认为局限于本文中阐述的实施例；相反，提供这些实施例，使得该公开将更加透彻和完整，并且将把本发明的范围完全传达给本领域技术人员。

图1显示根据本发明的一个实施例的燃气涡轮发动机10。图1显示了压缩机12、燃烧器14、第一涡轮16、分流区域18、再热燃烧器20以及第二涡轮22。包括大气的空气流24被供给至压缩机12中，以便压缩至期望的温度和压力。在压缩之后，空气流24作为压缩空气流26而离开压缩机12，并在燃烧器14中与燃料流28相混合。混合物在燃烧器14中被点燃(燃烧)，产生高温、高压的后燃烧气体30的流。后燃烧气体30在第一涡轮16中膨胀而将伴随着后燃烧气体28的热能转换成机械能，并且作为膨胀的燃烧气体32而离开第一涡轮16。根据一个实施例，第一涡轮16经由轴34而联接至压缩机12，并且驱动压缩机12。在一个特定的实施例中，第一涡轮16是高压涡轮。