[发明专利]用于控制通过转子的流的系统和方法

说明书

技术领域

本发明大体上涉及用于控制通过转子的流的系统和方法。例如，本发明的特定实施例可控制转向通过转子的流体的量以加热转子。

背景技术

燃气涡轮被广泛用于工业和商业操作中。一种典型的燃气涡轮包括位于前部的压缩机、中部周围的一个或更多燃烧器以及位于后部的涡轮。压缩机赋予动能给工作流体(例如空气)以产生处于高能状态的压缩工作流体。该压缩工作流体离开压缩机并且流至燃烧器，其在此与燃料混合并点燃而产生具有高的温度和压力的燃烧气体。燃烧气体流至涡轮，其在此膨胀而产生功。例如，燃烧气体在涡轮中的膨胀可使连接至发电机的轴旋转而发电。

压缩机和涡轮通常共享公共的转子，该转子从压缩机的前部附近延伸通过燃烧器区段到涡轮的后部附近。由于转子的长度和尺寸，该转子的总重量可接近或超过100吨。在燃气涡轮的启动期间，由于压缩工作流体流过压缩机且燃烧气体流过涡轮，转子的外部比转子的内部升温更快，从而产生跨过转子轮廓的温度梯度。跨过转子轮廓的温度梯度产生跨过转子的较大热应力，其通常与T_max-T_ave成比例。T_max为跨过转子轮廓的最高温度。在压缩机区段中，T_max可接近离开压缩机的压缩工作流体的温度，而在涡轮区段中，T_max可接近进入涡轮的燃烧气体的温度。T_ave是跨过转子轮廓的平均温度，并且在燃气涡轮的冷启动期间最初为环境温度。跨过转子的热应力持续存在，直到跨过转子轮廓的温度达到平衡(其可为12小时或更长)，并且大大降低转子的低周疲劳极限。

本领域中已知多种用于减少跨过转子的热应力的系统和方法。例如，可使工艺流体(process fluid)从压缩机转向(divert)而流过转子，以减少T_max 和T_ave之间的温差并允许转子在较短时段内达到平衡温度。然而，通过降低由压缩机产生的压缩工作流体的量，转向流体降低了压缩机的效率。此外，转向流体在它被再次引入压缩机气流中时形成紊流，并且该紊流可跨过压缩机叶片形成层流分离。因此，用于控制通过转子的流的改进的系统和方法将是有益的。

发明内容

本发明的方面和优点在下文的描述中阐述，或者可从该描述显而易见，或者可通过实施本发明来了解。

本发明的一个实施例是一种用于控制通过转子的流的系统。该系统包括转子中的入口和转子中的出口。出口与入口流体连通。固定孔口设置在入口或出口中的至少一个中。可变孔口在与固定孔口分开的位置设置在入口或出口中的至少一个中。

本发明的另一个实施例是一种用于加热转子的系统。该系统包括通过转子的流体通道。第一阀设置在流体通道中，以控制通过流体通道的流体的流。第二阀设置在流体通道中与第一阀不同的位置，以控制通过流体通道的流体的流。

本发明还可包括用于控制通过转子的流的任何方法。该方法包括使工艺流体转向以及使转向的工艺流体流动通过转子中的流体通道，该流体通道包括第一孔口和与第一孔口分开的第二孔口。该方法还包括通过使用第一孔口、第二孔口或其组合来减少通过转子中的流体通道的转向工艺流体的流。

在阅读该说明书后，本领域普通技术人员将更好地理解这样的实施例以及其它实施例的特征和方面。

附图说明

在说明书的其余部分中(包括参考附图)更具体地阐述了本发明的完整且能够实现的公开，包括其对于本领域技术人员而言的最佳模式，在附图中：

图1是根据本发明的一个实施例的转子的简化剖视图；

图2是图1中所示的转子叶轮的一侧沿线A-A截取的透视图；以及

图3是图1中所示的转子叶轮的另一侧沿线B-B截取的透视图。

附图标记：

10           转子

12           转子叶轮

14           连杆(tie rod)

16           中心线

18           旋转叶片

20           固定喷嘴

22           腔室

24           入口

26           出口

28           可变孔口

30           阀

32           活塞

34           膜片(diaphragm)