用于燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的導(dǎo)流器和擴壓器配置的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括至少一個導(dǎo)流器，所述至少一個導(dǎo)流器包括配置用于將流體流導(dǎo)引至由燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的殼體和轉(zhuǎn)子限定的空腔中的流動通道，所述流動通道包括配置用于接收來自所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的壓縮機擴壓器的所述流體流的進口和配置用于將所述流體流排放至所述空腔中的出口。所述至少一個導(dǎo)流器配置成設(shè)置在所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動機內(nèi)，以便所述出口軸向設(shè)置在所述壓縮機擴壓器的擴壓器出口前方。
【專利說明】用于燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的導(dǎo)流器和擴壓器配置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃?xì)鉁u輪，并且更具體地，涉及一種用于燃?xì)鉁u輪的流導(dǎo)流器。

【背景技術(shù)】
[0002]燃?xì)鉁u輪發(fā)動機通常包括許多子系統(tǒng)，如壓縮系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、動力渦輪系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)。每個子系統(tǒng)可有助于增加燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的功率輸出和/或效率。增大子系統(tǒng)的尺寸(例如)可增大所述子系統(tǒng)和燃?xì)鉁u輪發(fā)動機整體的功率輸出和/或效率。然而，在某些應(yīng)用中，在燃?xì)鉁u輪機總觸地面(footprint)的尺寸上可能存在多種限制。這些尺寸限制可包括燃?xì)鉁u輪的縱向長度。由于這類尺寸限制，可能難以增大任何特定子系統(tǒng)的功率輸出和/或效率，更不用說增大整個燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的功率輸出和/或效率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]下文概述與原始要求保護的發(fā)明在范圍上相當(dāng)?shù)哪承嵤├＿@些實施例并不意圖限制本發(fā)明的范圍，相反，這些實施例僅意圖提供本發(fā)明的可能形式的簡述。實際上，本發(fā)明可以涵蓋可與下述實施例類似或不同的各種形式。
[0004]根據(jù)第一實施例，一種系統(tǒng)包括具有壓縮機、渦輪、殼體和轉(zhuǎn)子的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機。殼體和轉(zhuǎn)子設(shè)置在壓縮機與渦輪之間，并且殼體和轉(zhuǎn)子限定用于接收來自壓縮機的流體流的空腔。所述燃?xì)鉁u輪機還包括設(shè)置在壓縮機后方的擴壓器。擴壓器配置用于接收來自壓縮機的流體流，并且擴壓器包括鄰近壓縮機的第一進口和遠(yuǎn)離壓縮機的第一出口。所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動機還具有包括至少一個導(dǎo)流器的導(dǎo)流器組件。所述至少一個導(dǎo)流器包括配置用于將流體流導(dǎo)引至空腔中的流動通道，所述流動通道包括配置用于接收所述流體流的第二進口和配置用于將所述流體流排放至所述空腔中的第二出口，并且所述第二出口軸向設(shè)置在所述擴壓器的所述第一出口前方。
[0005]根據(jù)第二實施例，一種系統(tǒng)包括具有壓縮機、渦輪、殼體和轉(zhuǎn)子的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機。殼體和轉(zhuǎn)子設(shè)置在壓縮機與渦輪之間，并且殼體和轉(zhuǎn)子限定用于接收來自壓縮機的流體流的空腔。所述燃?xì)鉁u輪還包括設(shè)置在壓縮機后方的擴壓器。擴壓器配置用于接收來自壓縮機流體流，所述擴壓器由第一壁和第二壁限定，所述第一壁徑向設(shè)置成比所述第二壁更鄰近燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的縱軸，并且所述擴壓器包括鄰近壓縮機的第一進口和遠(yuǎn)離所述壓縮機的第一出口。所述燃?xì)鉁u輪還具有包括至少一個導(dǎo)流器的導(dǎo)流器組件。所述第一壁設(shè)置在擴壓器與至少一個導(dǎo)流器之間，所述至少一個導(dǎo)流器包括配置用于將流體流導(dǎo)引至空腔中的流動通道。所述流動通道包括配置用于接收所述流體流的第二進口和配置用于將所述流體流排放至所述空腔中的第二出口。所述第二進口和所述第二出口徑向設(shè)置成比所述第一壁更鄰近所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的縱軸。
[0006]根據(jù)第三實施例，一種系統(tǒng)包括至少一個導(dǎo)流器，所述至少一個導(dǎo)流器包括配置用于將流體流導(dǎo)引至由燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的殼體和轉(zhuǎn)子所限定的空腔中的流動通道，所述流動通道包括配置用于接收來自所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的壓縮機擴壓器的流體流的進口和配置用于將所述流體流排放至所述空腔中的出口。所述至少一個導(dǎo)流器配置成被設(shè)置在所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動機內(nèi)，以便所述出口軸向設(shè)置在所述壓縮機擴壓器的擴壓器出口前方。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]在參考附圖閱讀以下詳細(xì)說明后，將更好地理解本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)點，在附圖中，類似的字符代表所有附圖中類似的部分，其中:
[0008]圖1為可采用流導(dǎo)流器的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的一個實施例的示意流程圖；
[0009]圖2為包括導(dǎo)流器組件的圖1的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的一個實施例的局部截面?zhèn)纫晥D，所述導(dǎo)流器組件具有至少一個流動通道或?qū)Я髌?例如，軸向或徑向?qū)Я髌?；
[0010]圖3為包括導(dǎo)流器組件的圖1的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的一個實施例的局部截面?zhèn)纫晥D，所述導(dǎo)流器組件具有至少一個流動通道或?qū)Я髌?例如，軸向至徑向?qū)Я髌?；
[0011]圖4為導(dǎo)流器的一個實施例沿圖3的線4-4所截取的截面圖；以及
[0012]圖5為包括導(dǎo)流器組件的圖1的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的一個實施例的截面圖的示意圖，所述導(dǎo)流器組件具有多個流動通道(例如，整體導(dǎo)流器或可移除導(dǎo)流器)。

【具體實施方式】
[0013]下文將對本發(fā)明的一個或多個特定實施例進行描述。為了提供對這些實施例的簡要描述，可能不會在本說明書中描述實際實現(xiàn)方案中的所有特征。應(yīng)了解，在任何工程或設(shè)計項目中開發(fā)任何此類實際實現(xiàn)方案時，均應(yīng)當(dāng)做出與實現(xiàn)方案特定相關(guān)的各種決定，以實現(xiàn)開發(fā)人員的特定目標(biāo)，如若要遵守與系統(tǒng)相關(guān)和與業(yè)務(wù)相關(guān)的限制，這些限制可能會因?qū)崿F(xiàn)方案的不同而有所不同。此外，應(yīng)了解，此類開發(fā)工作可能復(fù)雜而且耗時，但無論如何對受益于本發(fā)明的普通技術(shù)人員而言，此類開發(fā)仍將是設(shè)計、制造以及生產(chǎn)中的常規(guī)任務(wù)。
[0014]在介紹本發(fā)明的各個實施方案的元件時，冠詞“一個(a)”、“一種(an)”、“該(the)”以及“所述(said)”意圖表示存在一個或多個所述元件。術(shù)語“包含”、“包括”和“具有”旨在表示包括性含義，并且表示除了所列元件外，可能還有其他元件。
[0015]本發(fā)明總體上涉及一種具有導(dǎo)流器組件的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機，所述導(dǎo)流器組件用于在所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的空腔中提供冷卻流。導(dǎo)流器將冷卻流從燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的壓縮機引導(dǎo)至所述發(fā)動機的其他部分。壓縮空氣/氣體流過擴壓器，所述擴壓器在氣體與燃料混合并在燃燒器中燃燒之前增大所述氣體的壓力。在壓縮空氣燃燒之前，導(dǎo)流器使所述壓縮空氣的一部分轉(zhuǎn)向作為冷卻流。不是簡單地將導(dǎo)流器配合在擴壓器末端處，而是以將導(dǎo)流器配合在擴壓器流動路徑的出口前方的方式來組裝導(dǎo)流器。因此，在流通過導(dǎo)流器進入貫穿整個發(fā)動機的其余部分的冷卻路徑中之前，離開擴壓器的空氣被往回引導(dǎo)朝向燃?xì)鉁u輪機的壓縮機部分。
[0016]圖1為包括燃?xì)鉁u輪發(fā)動機12的系統(tǒng)10的框圖，所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動機12可采用配置用于將冷卻流體引導(dǎo)至燃?xì)鉁u輪發(fā)動機12內(nèi)的空腔的一個或多個導(dǎo)流器(例如，導(dǎo)流器組件)，如下文詳細(xì)描述。在某些實施例中，系統(tǒng)10可包括飛機、船舶、機車、發(fā)電系統(tǒng)，或以上項的組合。所示燃?xì)鉁u輪發(fā)動機12包括進氣部分16、壓縮機18、燃燒器部分20、渦輪22和排氣部分24。渦輪22通過軸26連接至壓縮機18。
[0017]如箭頭所指示，空氣可通過進氣部分16進入燃?xì)鉁u輪發(fā)動機12并且流到壓縮機18中，所述壓縮機18在空氣進入燃燒器部分20中之前壓縮空氣。所示燃燒器部分20包括燃燒器外殼28，所述燃燒器外殼28同中心地或環(huán)狀地設(shè)置在軸26周圍、位于壓縮機18與渦輪22之間。來自壓縮機18的壓縮空氣進入燃燒器30，在燃燒器30中，壓縮空氣可與燃料混合并在燃燒器30內(nèi)一起燃燒，以便驅(qū)動渦輪22。
[0018]熱燃燒氣體從燃燒器部分20流過渦輪22，從而通過軸26驅(qū)動壓縮機18。例如，燃燒氣體可對渦輪22內(nèi)的渦輪轉(zhuǎn)子葉片施加原動力，以使軸26轉(zhuǎn)動。在流過渦輪22之后，熱燃燒氣體可通過排氣部分24離開燃?xì)鉁u輪發(fā)動機12。如下文所討論，渦輪22可包括位于擴壓器34 (例如，壓縮機擴壓器區(qū)域34)前方的一個或多個導(dǎo)流器29。擴壓器34可使已經(jīng)由壓縮機18壓縮的氣體擴散，所述壓縮機18增大壓力并且使氣體準(zhǔn)備好流到燃燒器30并且與燃料混合并燃燒。擴壓器34還可引導(dǎo)冷卻流體來冷卻軸26和渦輪22。將一個或多個導(dǎo)流器29安置在擴壓器34前方使得燃?xì)鉁u輪發(fā)動機12的總長度和總寬度變短(例如，縱向地和徑向地)，從而允許系統(tǒng)10在更小的空間中運行。
[0019]圖2是具有流體流導(dǎo)流器組件32的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機12 —部分的一個實施例的部分截面?zhèn)纫晥D，所述流體流導(dǎo)流器組件32具有用于朝向所述發(fā)動機12的渦輪部分22輸送冷卻流體流(例如，空氣流)的一個或多個導(dǎo)流器29(例如，軸向或徑向?qū)Я髌?。盡管參照燃?xì)鉁u輪發(fā)動機12來討論，但導(dǎo)流器組件32或其導(dǎo)流器29可用于其他應(yīng)用。如上所述，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機12包括壓縮機18、燃燒器部分20和渦輪22。壓縮機18和渦輪22由轉(zhuǎn)子連接在一起，如下所述。壓縮機18包括第一壁36和內(nèi)轉(zhuǎn)子部件38 (例如，壓縮機轉(zhuǎn)子)，所述第一壁36的一部分可稱為壓縮機排放殼體或壓縮機定子部件。至少部分地由第一壁36和第二壁37 (所述第二壁37還可稱為外殼體)限定的擴壓器34位于壓縮機18的后方或下游。第一壁36限定擴壓器34的內(nèi)邊界，這表示第一壁36限定比第二壁37更靠近縱軸80的邊界。所示第一壁36可以是大體上筆直的(例如，平行于軸線80)，以使得第一壁36具有圓柱形或環(huán)形形狀。第二壁37限定擴壓器34的外邊界。在第二壁37在軸向方向54上延伸時，第二壁37偏離縱軸80，以使得第二壁37具有發(fā)散的環(huán)形形狀。第一壁36或第二壁37的形狀可不同于圖2中所不。例如，在第一壁36在軸向方向54上延伸時,第一壁36可在徑向方向52上成角度(例如，朝向軸線80會聚或偏離縱軸80)。此外，第二壁37可包括圓柱形形狀。然而，在某些實施例中，擴壓器34的第一壁36和第二壁37可在下游軸向方向54上大體上彼此偏離，從而造成壓縮空氣流在軸向方向54和/或徑向方向52上擴散。因此，擴壓器34的第一壁36和第二壁37可大體上限定擴展的環(huán)形通道。
[0020]擴壓器34包括鄰近壓縮機18的進口 42 (例如，環(huán)形開口或通道)，以及位于擴壓器34的遠(yuǎn)端處、遠(yuǎn)離壓縮機18的第一出口 43 (例如，環(huán)形開口或通道)和第二出口 44 (例如，環(huán)形開口或通道)。稱為流體流46的流體(例如，空氣和/或其他氣體)經(jīng)過壓縮機18并在所述壓縮機18內(nèi)被增壓。擴壓器34沿通道48 (例如，環(huán)形通道)在軸向方向54上并且稍微遠(yuǎn)離徑向方向52地導(dǎo)引流體流46的一部分，所述通道48接近第二壁37并且穿過第一出口 43通向燃燒器20。另外，擴壓器34沿接近第一壁36的通道48 (例如，環(huán)形通道)在軸向方向54上導(dǎo)引流體流46的另一部分50。如所不出，通道48彼此可由以同軸布置的方式設(shè)置在壁36與37之間的分隔物或分流梭(spreader) 49 (例如，環(huán)形分流梭)分開。分流梭49可在下游軸向方向54上發(fā)散，從而幫助沿壁36和37引導(dǎo)流體流。再一次，第一流體流(例如，空氣)沿壁37以一個角度徑向遠(yuǎn)離軸線80地流動，而第二流體流(例如，空氣)沿軸線80流動。然后，流體流部分50在徑向向內(nèi)方向52上朝向軸線80、并且隨后在與下游軸向方向54相反的上游軸向方向上朝向?qū)Я髌鹘M件32地穿過第二出口 44。
[0021]渦輪22包括渦輪定子部件58和內(nèi)轉(zhuǎn)子部件60 (例如，渦輪轉(zhuǎn)子)。轉(zhuǎn)子部件60可聯(lián)結(jié)至設(shè)置在渦輪葉輪空間64中的一個或多個渦輪葉輪62。各種渦輪轉(zhuǎn)子葉片66安裝至渦輪葉輪62，而渦輪定子導(dǎo)葉或葉片68設(shè)置在渦輪22中的固定位置中。轉(zhuǎn)子葉片66和定子葉片68形成渦輪級。壓縮機轉(zhuǎn)子38和渦輪轉(zhuǎn)子60的相鄰端可彼此聯(lián)結(jié)(例如，栓接在一起)以形成內(nèi)旋轉(zhuǎn)部件或轉(zhuǎn)子70。轉(zhuǎn)子聯(lián)結(jié)部72可聯(lián)結(jié)轉(zhuǎn)子38、60的相鄰端。第一壁36和渦輪定子部件58的相鄰端可彼此連接(例如，用螺栓連接在一起)以形成環(huán)繞轉(zhuǎn)子70的固定外殼體74。在某些實施例中，第一壁36和渦輪定子部件58形成單個部件，而無需使用凸緣或聯(lián)結(jié)部來形成殼體74。因此，壓縮機18和渦輪22的部件限定轉(zhuǎn)子70和殼體74。如所示出，壓縮機和渦輪部件限定空腔76 (例如，環(huán)形空腔)。然而，取決于導(dǎo)流器組件32或?qū)Я髌?9的位置，空腔76可僅由渦輪部件限定。例如，導(dǎo)流器組件32或?qū)Я髌?9可設(shè)置在渦輪級之間。
[0022]在所公開的實施例中，導(dǎo)流器組件32促進葉輪空間64和/或轉(zhuǎn)子接合部72的冷卻。導(dǎo)流器29可為任何類型的導(dǎo)流器，包括形成為殼體74中的孔或通道的整合導(dǎo)流器。導(dǎo)流器29還可包括模塊化導(dǎo)流器，所述模塊化導(dǎo)流器形成用于配合在殼體74內(nèi)并且配置成在維護操作期間被移除或替換。具體地，為了冷卻渦輪22和/或燃?xì)鉁u輪發(fā)動機12的其他部分，導(dǎo)流器29通過導(dǎo)流器進口 31接收來自壓縮機18的流體流46的一部分50。導(dǎo)流器進口 31可鄰近第一壁36的遠(yuǎn)端，或可離第一壁36的所述端更遠(yuǎn)，如圖2中所示。因此，流體流部分50可在徑向方向52上、在第一壁36周圍流動，并且隨后在進入導(dǎo)流器進口 31之前在與下游軸向方向54相反的上游軸向方向上往回流動。因此，導(dǎo)流器29可表征為在第一壁36下方(例如，從第一壁36徑向向內(nèi))。在導(dǎo)流器進口 31之后，流體流部分50穿過由導(dǎo)流器29的內(nèi)邊界所限定的流動通道35。如所示出，流動通道35大體上在徑向方向52上引導(dǎo)流體流部分50。流體隨后通過導(dǎo)流器出口 33離開導(dǎo)流器組件32，并且流體流部分50被引導(dǎo)至空腔76中以便生成空腔流體流78。導(dǎo)流器出口 33可沿旋轉(zhuǎn)縱軸80定位在第一縱向位置82處。同時，擴壓器34的出口 44可定位在第二縱向位置84處，如所示出的第一壁36末端處的位置。導(dǎo)流器29的位置可在徑向方向52上位于第一壁36下方。
[0023]如圖2中所示，第一縱向位置82可在第二縱向位置84前方(例如，在第二縱向位置84上游)。也就是說，第一縱向位置82可在軸向上更靠近壓縮機18并且在軸向上更遠(yuǎn)離渦輪22。重疊距離86示出導(dǎo)流器組件32在出口 44前方的軸向距離(即，第一縱向位置82與第二縱向位置84之間的軸向距離)。重疊距離86并不僅限于可從圖2識別的距離。所述位置(即，第一縱向位置82和第二縱向位置84)之間的重疊距離86可為適于特定燃?xì)鉁u輪發(fā)動機12的任何距離。例如，重疊距離86可為零，由此導(dǎo)流器進口 31與擴壓器出口 44軸向?qū)R，并且所述進口 31與第一壁36的遠(yuǎn)端軸向?qū)R。然而，在所示實施例中，導(dǎo)流器出口 33定位在擴壓器出口 44前方(即，軸向上游)，以便使得導(dǎo)流器組件32和擴壓器34能夠占用較小的縱向長度55。另外，導(dǎo)流器組件32在第一壁36下方(例如，從第一壁36徑向向內(nèi))的布置可使得燃?xì)鉁u輪發(fā)動機12能夠占用較少的徑向52空間，從而減小導(dǎo)流器組件32和/或擴壓器34的高度53。減小燃?xì)鉁u輪發(fā)動機12的這些部分(例如，導(dǎo)流器組件32和擴壓器34)的高度53和長度55使得燃?xì)鉁u輪發(fā)動機12的總高度和總長度也能夠減小。作為替代方案，在擴壓器/導(dǎo)流器減少的長度由燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的其他部分(例如進氣部16、壓縮機18、渦輪22、排氣部24)成比例增加的長度占據(jù)的情況下，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機12的總長度當(dāng)然可保持恒定。因此，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機12的功率輸出/單位長度可隨著擴壓器34和導(dǎo)流器組件32的所公開實施例而增加。
[0024]在某些實施例中，導(dǎo)流器組件32可接收來自燃?xì)鉁u輪10系統(tǒng)外部的源(例如，流體流源)的流體流部分50 (例如，來自IGCC系統(tǒng)的廢棄流體)。另外，導(dǎo)流器29在基本周向方向56上引導(dǎo)流體流部分50 (例如，導(dǎo)流器流體流)以圍繞燃?xì)鉁u輪發(fā)動機12的縱軸80 (例如，旋轉(zhuǎn)軸)打旋，以便與空腔流體流78合并以形成冷卻介質(zhì)90 (例如，冷卻流體流)。冷卻流體流90和/或空腔流體流78可被引導(dǎo)朝向葉輪空間64和/或轉(zhuǎn)子聯(lián)結(jié)部72。具體地，冷卻流體流90的一部分可流過空腔76與葉輪空間64和/或轉(zhuǎn)子接合部72相互作用并冷卻它們。
[0025]圖3是具有流體流導(dǎo)流器組件32的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機12 —部分的一個實施例的部分截面?zhèn)纫晥D，所述流體流導(dǎo)流器組件32具有用于朝向所述發(fā)動機12的渦輪部分22輸送冷卻流體流(例如，空氣流)的一個或多個導(dǎo)流器29(例如，軸向至徑向?qū)Я髌?。盡管參照燃?xì)鉁u輪發(fā)動機12來討論，但導(dǎo)流器組件32或?qū)Я髌?9可用于其他應(yīng)用。如同上文圖2中所述的實施例，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機12包括壓縮機18、燃燒器部分20和渦輪22。壓縮機18包括第一壁36和內(nèi)轉(zhuǎn)子部件38 (例如，壓縮機轉(zhuǎn)子)，所述第一壁36的一部分可稱為壓縮機排放殼體或壓縮機定子部件。至少部分地由第一壁36和第二壁37 (所述第二壁37還可稱為外殼體)限定的擴壓器34位于壓縮機18的后方或下游。第一壁36限定擴壓器34的內(nèi)邊界，這表示第一壁36限定比第二壁37更靠近縱軸80的邊界。所示第一壁36可以是大體上筆直的(例如，平行于軸線80)，以使得第一壁36具有圓柱形或環(huán)形形狀。第二壁37限定擴壓器34的外邊界。在第二壁37在軸向方向54上延伸時，第二壁37偏離縱軸80，以使得第二壁37具有發(fā)散的環(huán)形形狀。第一壁36或第二壁37的形狀可不同于圖2中所不。例如，在第一壁36在軸向方向54上延伸時,第一壁36在徑向方向52上成角度(例如，朝向縱軸80會聚或偏離縱軸80)。此外，第二壁37可包括圓柱形形狀。然而，在某些實施例中，擴壓器34的第一壁36和第二壁37可在下游軸向方向54上大體上彼此偏離，從而造成壓縮空氣流在軸向方向54和/或徑向方向52上擴散。因此，擴壓器34的第一壁36和第二壁37可大體上限定擴展的環(huán)形通道。
[0026]如同圖2中，圖3的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機12包括用于渦輪22的各種部件，如葉輪62和葉片66、68。壓縮機轉(zhuǎn)子38和渦輪轉(zhuǎn)子60的相鄰端可彼此聯(lián)結(jié)(例如，栓接在一起)以形成內(nèi)旋轉(zhuǎn)部件或轉(zhuǎn)子70。轉(zhuǎn)子聯(lián)結(jié)部72可聯(lián)結(jié)轉(zhuǎn)子38、60的相鄰端。第一壁36和渦輪定子部件58的相鄰端可彼此連接(例如，用螺栓連接在一起)以形成環(huán)繞轉(zhuǎn)子70的固定外殼體74。在某些實施例中，第一壁36和渦輪定子部件58形成單個部件，而無需使用凸緣或聯(lián)結(jié)部來形成殼體74。因此，壓縮機18和渦輪22的部件限定轉(zhuǎn)子70和殼體74。如所示出，壓縮機和渦輪部件限定空腔76 (例如，環(huán)形空腔)。然而，取決于導(dǎo)流器組件32或?qū)Я髌?9的位置，空腔76可僅由渦輪部件限定。例如，導(dǎo)流器組件32或?qū)Я髌?9可設(shè)置在渦輪級之間。
[0027]在所公開的實施例中，導(dǎo)流器組件32促進葉輪空間64和/或轉(zhuǎn)子接合部72的冷卻。導(dǎo)流器29同樣可為任何類型的導(dǎo)流器，包括形成為殼體74中的孔或通道的整合導(dǎo)流器。導(dǎo)流器29還可包括模塊化導(dǎo)流器，所述模塊化導(dǎo)流器形成用于配合在殼體74內(nèi)并且配置成在維護操作期間被移除或替換。具體地，導(dǎo)流器組件32借助于擴壓器34、通過導(dǎo)流器進口 31接收來自壓縮機18的流體流46的一部分50。導(dǎo)流器組件32在大體上徑向52至軸向54方向上引導(dǎo)流體流部分50。這在關(guān)于圖4的描述中進一步闡釋。如上文參照圖2所述，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機12在運行期間在殼體74與轉(zhuǎn)子70之間形成空腔76。導(dǎo)流器出口33可沿旋轉(zhuǎn)縱軸80定位在第一縱向位置82處。同時，擴壓器34的出口 44可定位在第一壁36的遠(yuǎn)端處的第二縱向位置84處，如所示出的在第一壁36末端處的位置。導(dǎo)流器29 ( SP，導(dǎo)流器進口 31和導(dǎo)流器出口 33)的位置可在徑向方向52上位于第一壁36下方。
[0028]像圖2中所示實施例一樣，第一縱向位置82可在第二縱向位置84前方(例如，在第二縱向位置84上游)。也就是說，第一縱向位置82可在軸向上更靠近壓縮機18并且在軸向上更遠(yuǎn)離渦輪22。重疊距離86示出導(dǎo)流器組件32在出口 44前方的軸向距離(即，第一縱向位置82與第二縱向位置84之間的軸向距離)。重疊距離86并不僅限于可從圖2識別的距離。所述位置(即，第一縱向位置82和第二縱向位置84)之間的重疊距離86可為適于特定燃?xì)鉁u輪發(fā)動機12的任何距離。例如，重疊距離86可為零，由此導(dǎo)流器進口 31與擴壓器出口 44軸向?qū)R。使導(dǎo)流器出口 33位于擴壓器出口 44前方使得導(dǎo)流器組件32和擴壓器34能夠占用較少的縱向長度。另外，導(dǎo)流器組件32在第一壁36下方(例如，從第一壁36徑向向內(nèi))的布置可使得燃?xì)鉁u輪發(fā)動機12能夠占用較少的徑向52空間，從而減小導(dǎo)流器組件32和/或擴壓器34的高度。減小燃?xì)鉁u輪發(fā)動機12的這些部分(例如，導(dǎo)流器組件32和擴壓器34)的高度和長度使得燃?xì)鉁u輪發(fā)動機12的總高度和總長度也能夠減小。作為替代方案，在擴壓器/導(dǎo)流器減少的長度由燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的其他部分(例如進氣部16、壓縮機18、渦輪22、排氣部24)成比例增加的長度占據(jù)的情況下，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機12的總長度當(dāng)然可保持恒定。因此，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機12的功率輸出/單位長度可隨著擴壓器34和導(dǎo)流器組件32的所公開實施例而增加。
[0029]在某些實施例中，導(dǎo)流器組件32可接收來自燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10外部的源(例如，流體流源)的流體流部分50 (例如，來自IGCC系統(tǒng)的廢棄流體)。另外，導(dǎo)流器29在基本周向方向56上引導(dǎo)流體流部分50 (例如，導(dǎo)流器流體流)以圍繞燃?xì)鉁u輪發(fā)動機12的縱軸80 (例如，旋轉(zhuǎn)軸)打旋，以便與空腔流體流78合并以形成冷卻介質(zhì)90 (例如，冷卻流體流)。冷卻流體流90和/或空腔流體流78可被引導(dǎo)朝向葉輪空間64和/或轉(zhuǎn)子聯(lián)結(jié)部72。具體地，冷卻流體流90的一部分可流過空腔76與葉輪空間64和/或轉(zhuǎn)子接合部72相互作用并冷卻它們。
[0030]圖4為導(dǎo)流器組件32的導(dǎo)流器88的一個實施例的截面圖。圖4中所示的導(dǎo)流器88可為模塊化導(dǎo)流器，所述模塊化導(dǎo)流器配置成在發(fā)動機12不運行時可從殼體74移除。例如，在維護操作期間，殼體74可與轉(zhuǎn)子70分開，從而促進接取導(dǎo)流器88和導(dǎo)流器組件32。導(dǎo)流器88可使用通過螺栓孔96固定的附接裝置來安裝。導(dǎo)流器88包括圖2和圖3中所示的進口 31和出口 33。導(dǎo)流器88導(dǎo)引流體流部分50穿過流動通道35朝向空腔76，如上文所述。流體流部分50隨后通過導(dǎo)流器出口 33離開導(dǎo)流器組件32，并且流體流部分50被引導(dǎo)至空腔76中以便生成空腔流體流78。所示導(dǎo)流器88展示徑向至軸向?qū)Я髌?。也就是說，流體流50首先在徑向方向52上流動，但隨后在軸向方向54上由流動通道35引導(dǎo)。其他導(dǎo)流器88可具有僅在徑向方向52上或在軸向方向54上引導(dǎo)流體流50的流動通道35。此外，如所示出，導(dǎo)流器88可包括大于出口寬度94的進口寬度92。寬度(例如，進口寬度92和出口寬度94)的差異可使得流體流50在其離開出口 33并進入空腔76中時的速度能夠增大。流體流速度的增大可提供更多對流冷卻流體流，這因為流體流50將更迅速地到達(dá)渦輪部分22而造成對渦輪部分22的更快速冷卻。此外，一些實施例還可包括提供周向56轉(zhuǎn)彎的導(dǎo)流器88，所述周向56轉(zhuǎn)彎在與轉(zhuǎn)子70旋轉(zhuǎn)方向相同的方向上引起漩渦。這種周向56漩渦使得轉(zhuǎn)子70圍繞縱軸80旋轉(zhuǎn)時作用于轉(zhuǎn)子70上的阻力較小。
[0031]圖5為包括擴壓器34和導(dǎo)流器組件32的圖1的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機12的一個實施例的示意圖，所述導(dǎo)流器組件32具有多個流動通道35 (例如，模塊化導(dǎo)流器88)。如所示出，擴壓器34包括在軸向上更靠近縱軸80的第一壁36和在軸向上更遠(yuǎn)離縱軸80的第二壁37。此外，如所示出，導(dǎo)流器組件32包括圍繞軸80周向地隔開的四個導(dǎo)流器29、88。其他實施例可包括更多或更少導(dǎo)流器29、88。例如，導(dǎo)流器組件32可包括1個、2個、3個、10個、25個或更多個導(dǎo)流器29、88。每個導(dǎo)流器29可包括進口(例如，進口 31)和出口(例如，出口 33)。如所示出，導(dǎo)流器29、88可以是模塊化導(dǎo)流器盒。模塊化導(dǎo)流器盒可為可移除的，如由示出為從導(dǎo)流器組件32部分地移除的導(dǎo)流器88所展示。導(dǎo)流器29可使得流體流46能夠流過導(dǎo)流器流動通道35通而到空腔76。導(dǎo)流器29、88可安裝在擴壓器34的出口 44前方，這允許擴壓器34和/或?qū)Я髌鹘M件32在縱向54和/或徑向52上占據(jù)較少的空間。
[0032]所公開實施例的技術(shù)效果包括提供用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機12的具有一個或多個導(dǎo)流器29、88(例如，軸向?qū)Я髌?、軸向至徑向?qū)Я髌骰驈较驅(qū)Я髌?的導(dǎo)流器組件32。具體地，導(dǎo)流器組件32可通過使燃?xì)鉁u輪發(fā)動機12的擴壓器34部分和導(dǎo)流器組件32部分的縱向長度最小化來實現(xiàn)燃?xì)鉁u輪發(fā)動機12的總效率的增大。導(dǎo)流器組件32軸向設(shè)置在擴壓器34的出口 44前方，并且可包括一個或多個導(dǎo)流器29、88。擴壓器34部分和導(dǎo)流器組件32部分的較短長度可使得燃?xì)鉁u輪發(fā)動機12的其他部分的尺寸和發(fā)電量增大,或可使得燃?xì)鉁u輪發(fā)動機12能夠配合在具有較小尺寸限制的區(qū)域中。
[0033]本說明書使用各個實例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，同時也讓所屬領(lǐng)域的任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造并使用任何裝置或系統(tǒng)，以及實施所涵蓋的任何方法。本發(fā)明的保護范圍由權(quán)利要求書限定，并可包含所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員想出的其他實例。如果其他此類實例的結(jié)構(gòu)要素與權(quán)利要求書的字面意義相同，或如果此類實例包含的等效結(jié)構(gòu)要素與權(quán)利要求書的字面意義無實質(zhì)差別，則此類實例也應(yīng)在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 燃?xì)鉁u輪發(fā)動機，所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動機包括: 壓縮機； 渦輪； 殼體； 轉(zhuǎn)子，其中所述殼體和所述轉(zhuǎn)子設(shè)置在所述壓縮機與所述渦輪之間，并且所述殼體和所述轉(zhuǎn)子限定用于接收來自所述壓縮機的流體流的空腔； 設(shè)置在所述壓縮機后方的擴壓器，其中所述擴壓器配置用于接收來自所述壓縮機的所述流體流，并且所述擴壓器包括鄰近所述壓縮機的第一進口和遠(yuǎn)離所述壓縮機的第一出口 ；以及 包括至少一個導(dǎo)流器的導(dǎo)流器組件，其中所述至少一個導(dǎo)流器包括配置用于將所述流體流導(dǎo)引至所述空腔中的流動通道，所述流動通道包括配置用于接收所述流體流的第二進口和配置用于將所述流體流排放至所述空腔中的第二出口，并且所述第二出口軸向設(shè)置在所述擴壓器的所述第一出口前方。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述擴壓器由第一壁和第二壁限定，其中所述第一壁徑向設(shè)置成比所述第二壁更鄰近所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的縱軸，并且所述第一壁設(shè)置在所述擴壓器與所述至少一個導(dǎo)流器之間。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個導(dǎo)流器的所述第二進口和所述第二出口從所述第一壁朝向所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的所述縱軸徑向地向內(nèi)設(shè)置。
4.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個導(dǎo)流器的所述第二出口軸向設(shè)置在所述第一壁的遠(yuǎn)端前方，其中所述第一壁的所述遠(yuǎn)端接近所述第一出口。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個導(dǎo)流器的所述第二進口軸向設(shè)置在所述第一壁的所述遠(yuǎn)端前方。
6.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個導(dǎo)流器的所述第二進口與所述第一壁的所述遠(yuǎn)端軸向?qū)R。
7.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個導(dǎo)流器的所述第二進口和所述第二出口徑向設(shè)置在所述第一壁與所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的所述縱軸之間。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第二進口軸向設(shè)置在所述擴壓器的所述第一出口前方。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第二進口與所述擴壓器的所述第一出口軸向?qū)R。
10.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個導(dǎo)流器包括軸向?qū)Я髌鳌⑤S向至徑向?qū)Я髌?、徑向?qū)Я髌鳌较蛑凛S向?qū)Я髌骰蛞陨享椀娜魏谓M合。
11.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個導(dǎo)流器與所述導(dǎo)流器組件成整體或可從所述導(dǎo)流器組件移除。
12.—種系統(tǒng),所述系統(tǒng)包括: 燃?xì)鉁u輪發(fā)動機，所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動機包括: 壓縮機； 渦輪； 殼體； 轉(zhuǎn)子，其中所述殼體和所述轉(zhuǎn)子設(shè)置在所述壓縮機與所述渦輪之間，并且所述殼體和所述轉(zhuǎn)子限定用于接收來自所述壓縮機的流體流的空腔； 設(shè)置在所述壓縮機后方的擴壓器，其中所述擴壓器配置用于接收來自所述壓縮機的所述流體流，所述擴壓器由第一壁和第二壁限定，所述第一壁徑向設(shè)置成比所述第二壁更鄰近所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的縱軸，并且所述擴壓器包括鄰近所述壓縮機的第一進口和遠(yuǎn)離所述壓縮機的第一出口 ；以及 包括至少一個導(dǎo)流器的導(dǎo)流器組件，其中所述第一壁設(shè)置在所述擴壓器與所述至少一個導(dǎo)流器之間，并且其中所述至少一個導(dǎo)流器包括配置用于將所述流體流導(dǎo)引至所述空腔中的流動通道，所述流動通道包括配置用于接收所述流體流的第二進口和配置用于將所述流體流排放至所述空腔中的第二出口，并且所述第二進口和所述第二出口徑向設(shè)置成比所述第一壁更鄰近所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的所述縱軸。
13.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個導(dǎo)流器的所述第二出口軸向設(shè)置在所述擴壓器的所述第一出口前方。
14.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個導(dǎo)流器的所述第二進口軸向設(shè)置在所述擴壓器的所述第一出口前方。
15.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個導(dǎo)流器的所述第二進口與所述擴壓器的所述第一出口軸向?qū)R。
16.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個導(dǎo)流器的所述第二出口軸向設(shè)置在所述第一壁的遠(yuǎn)端前方，其中所述第一壁的所述遠(yuǎn)端接近所述第一出口。
17.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個導(dǎo)流器的所述第二進口軸向設(shè)置在所述第一壁的所述遠(yuǎn)端前方。
18.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個導(dǎo)流器的所述第二進口與所述第一壁的所述遠(yuǎn)端軸向?qū)R。
19.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個導(dǎo)流器的所述第二進口和所述第二出口從所述第一壁朝向所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的所述縱軸徑向地向內(nèi)設(shè)置。
20.—種系統(tǒng),所述系統(tǒng)包括: 至少一個導(dǎo)流器，所述至少一個導(dǎo)流器包括配置用于將流體流導(dǎo)引至由燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的殼體和轉(zhuǎn)子限定的空腔中的流動通道，所述流動通道包括配置用于接收來自所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的壓縮機擴壓器的所述流體流的進口和配置用于將所述流體流排放至所述空腔中的出口，其中所述至少一個導(dǎo)流器配置成設(shè)置在所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動機內(nèi)，以便所述出口軸向設(shè)置在所述壓縮機擴壓器的擴壓器出口前方。
【文檔編號】F02C7/00GK104420997SQ201410429410
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月27日
【發(fā)明者】M.S.卡薩文特 申請人:通用電氣公司