[发明专利]燃气涡轮发动机系统以及控制其套管温度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃气涡轮发动机燃烧系统，更确切而言，涉及用于对接收反应所用氧化剂和燃料的装置的温度进行控制的方法和装置。

背景技术

燃气涡轮发动机包括用于使氧化剂与燃料发生反应的装置，例如，经配置以达到低NOx排放水平的燃气涡轮机燃烧室，达到所述排放水平的方法为，采用贫预混合燃料燃烧过程，其中，燃烧燃料所需的燃料和空气在燃烧之前进行混合。此类燃烧室可称作干式低NOx(DLN)燃烧室。具有DLN燃烧室的燃气涡轮机一般通过提高燃烧腔室中的整体气体温度来获得较高效率。确切而言，燃烧腔室可经受高温，这种高温能在燃烧室部件上产生热应力。

发明内容

根据本发明的一个方面，一种发动机系统包括一个或多个燃料回路，所述燃料回路经配置以提供来自燃料源的气体燃料以供燃烧。所述系统进一步包括与所述一个或多个燃料回路流体连通的套管，其中所述套管经配置以接收第一气体燃料流和氧化剂流，使其在套管内发生反应，其中所述套管的温度由沿套管外壁的第二气体燃料流来控制。

根据本发明的另一个方面，一种用于对发动机系统中套管的温度进行控制的方法包括：经由燃料回路提供来自燃料供应源的气体燃料；从套管中的所述燃料回路接收第一气体燃料流；以及接收氧化剂流以使其与所述套管内的第一气体燃料流发生反应。所述方法还包括：使第二气体燃料流沿所述套管的外壁流动，以控制所述套管的温度。

根据本发明的另一个方面，一种用于对发动机系统中的气体燃料的温度或成分进行控制的装置，所述装置包括：与气体燃料回路流体连通的套管，其中所述套管经配置以接收第一气体燃料流和氧化剂流，以在所述套管内发生反应，其中第二气体燃料流经引导沿所述套管的外表面流动，其中混合燃料流的形成方式为，将所述第一气体燃料流与所述氧化剂流反应所得的产物与所述第二气体燃料流组合，其中所述氧化剂流包括氧气、空气、富氧空气或包括以上各者中的至少一者在内的组合。所述的装置，其中燃料供应源提供所述第一气体燃料流和所述第二气体燃料流。所述的装置，其包括外部套管，所述外部套管设置成环绕所述套管以形成环道，从而接收所述第二气体燃料流。所述的装置，其中所述第二气体燃料流被加热至下游燃烧室的操作温度。所述的装置，其中所述套管位于所述气体燃料回路内。

通过以下结合附图进行的说明可以更加清楚地了解这些和其他优点以及特征。

附图说明

本专利申请文件中的权利要求书明确主张了本发明的范围。以下通过结合附图进行的详细说明可以清楚地了解本发明的上述和其他特征以及优点，在附图中：

图1是燃气涡轮发动机系统的示意图；以及

图2是改质器的一个示例性实施例的示意图，所述改质器与图1中的燃气涡轮发动机系统的燃料回路流体连通。

具体实施方式通过参考附图以示例性方式解释本发明的各实施例以及优点和特征。

具体实施方式

图1是燃气涡轮发动机系统10的示意图，燃气涡轮发动机系统10包括压缩机12、燃烧室14以及通过驱动轴15连接到压缩机12的涡轮机16。从图中可以看到，系统10可具有单个燃烧室或多个燃烧室(图中所示为两个燃烧室)。在一个实施例中，所述燃烧室为DLN燃烧室。在另一个实施例中，所述燃烧室为贫预混合燃烧室。燃气涡轮发动机系统10由操作者命令与控制系统18进行联合操控。入口管道系统20将周围空气引向压缩机入口导向轮叶21，通过用致动器25进行调整，压缩机入口导向轮叶21能对进入压缩机12的空气量进行调节。排气系统22通过(例如)吸声器件、热回收器件或排放控制器件而从涡轮机16的出口引出燃烧气体。涡轮机16可驱动发电机24，发电机24能产生电力或任何其他类型的机械输出。

燃气涡轮发动机系统10的操作可由多种传感器26来监控，传感器26能检测压缩机12、涡轮机16、发电机24以及周围环境的多种条件。例如，传感器26可监控：燃气涡轮发动机系统10周围的温度、压力和湿度；压缩机排出压力和温度；涡轮机排气温度和排放物；以及燃气涡轮发动机内的其他压力和温度测量。传感器26还可包括流量传感器、速度传感器、火焰检测器传感器、阀位置传感器、导向轮叶角度传感器、动态压力传感器以及对有关燃气涡轮发动机系统10操作的多种参数进行感测的其他传感器。本专利申请文件中所用的“参数”是指物理性质，这些“参数”的值可用于界定燃气涡轮发动机系统10的操作条件，例如，温度、压力、规定位置处的流体流量等等。