用于保护具有排气再循环的气体涡轮发动机中的组件的系统和方法技术方案

本申请公开用于保护具有排气再循环的气体涡轮发动机中的组件的系统和方法。一种系统包括气体涡轮发动机，该气体涡轮发动机包括具有在上游端和下游端之间的一个或更多个涡轮级的涡轮段、布置在涡轮段的下游端下游的排气段以及耦连到排气段的流体供应系统。该流体供应系统被配置为使惰性气体流通到排气段。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于保护具有排气再循环的气体涡轮发动机中的组件的系统和方法相关领域的交叉引用本申请要求2013年12月19日提交的题为“SYSTEMANDMETHODFORPROTECTINGCOMPONENTSINAGASTURBINEENGINEWITHEXHAUSTGASRECIRCULATION(用于保护具有排气再循环的气体涡轮发动机中的组件的系统和方法)”的美国非临时专利申请第14/135,055号的优先权和权益，以及2013年1月13日提交的题为“SYSTEMANDMETHODFORPROTECTINGCOMPONENTSINAGASTURBINEENGINEWITHEXHAUSTGASRECIRCULATION(用于保护具有排气再循环的气体涡轮发动机中的组件的系统和方法)”的美国临时专利申请第61/751,902号的优先权和权益，这些专利申请通过引用整体合并于此以用于所有目的。
本文公开的主题涉及气体涡轮发动机，并且更具体地涉及用于保护气体涡轮发动机中的组件的系统和方法。
技术介绍
气体涡轮发动机被用于多种应用中，诸如发电设备、飞行器和各种机械设备。气体涡轮发动机通常使燃料与氧化剂(例如，空气)在燃烧器段中燃烧以产生热燃烧产物，该热燃烧产物然后驱动涡轮段的一个或更多个涡轮级。涡轮段进而驱动压缩机段的一个或更多个压缩机级，从而压缩氧化剂使其与燃料一起进入燃烧器段。再一次，燃料和氧化剂在燃烧器段中混合，然后燃烧以产生热燃烧产物。不幸的是，燃烧器段和排气段的某些组件被暴露于高温，这可能导致组件的热膨胀、热应力和/或热磨损。排气还可能泄漏至燃烧器段和/或排气段的某些腔体内，在这些腔体中组件可能对高温排气具有较小的抵抗力。此外，气体涡轮发动机通常消耗大量的空气作为氧化剂，并输出相当大量的排气至大气内。换言之，排气通常作为气体涡轮操作的副产品被浪费。
技术实现思路
下面概括与最初要求保护的专利技术在范围上相当的某些实施例。这些实施例不意在限制所要求保护的专利技术的范围，而仅意在提供本专利技术的可能形式的简要概括。事实上，本专利技术可以涵盖可类似于或不同于下面阐明的实施例的各种形式。在第一实施例中，一种系统包括气体涡轮发动机，该气体涡轮发动机包括具有在上游端和下游端之间的一个或更多个涡轮级的涡轮段、设置在涡轮段的下游端下游的排气段和耦连到排气段的流体供应系统。该流体供应系统被配置为使惰性气体流通到排气段。在第二实施例中，一种系统包括涡轮排气段，该涡轮排气段被配置为安装在气体涡轮发动机的涡轮段下游。该涡轮排气段包括被配置为从涡轮段接收排气的排气通道和延伸穿过涡轮排气段的结构的惰性气体通道。该系统还包括耦连到排气段的流体供应系统。该流体供应系统被配置为使惰性气体流通到排气段中的惰性气体通道。在第三实施例中，一种系统包括涡轮排气段，该涡轮排气段被配置为安装在气体涡轮发动机的涡轮段下游。该涡轮排气段包括被配置为从涡轮段接收排气的排气通道和延伸穿过涡轮排气段的结构的惰性气体通道。在第四实施例中，一种方法包括使燃料与氧化剂和排气在涡轮燃烧器的燃烧段中燃烧以产生燃烧产物，用来自涡轮燃烧器的燃烧产物驱动涡轮，使来自涡轮的燃烧产物通过排气段中的排气通道膨胀和冷却，以及使惰性气体从流体供应系统流通到排气段。附图说明当参考附图阅读下面的具体实施方式时，本专利技术的这些和其它特征、方面和优点将被更好的理解，在所有附图中相同的附图标记表示相同的部件，其中：图1是具有耦连到烃生产系统的基于涡轮的服务系统的系统的实施例的示意图；图2是图1的系统的实施例的示意图，其进一步图示说明控制系统和组合循环系统；图3是图1和图2的系统的实施例的示意图，且进一步图示说明气体涡轮发动机、排气供应系统和排气处理系统的细节；图4是用于操作图1-3的系统的过程的实施例的流程图；图5是气体涡轮发动机的流体供应系统的示意图；图6是耦连到气体涡轮发动机的流体供应系统的实施例的示意图；以及图7是耦连到流体供应系统的一部分气体涡轮发动机的横截面视图。具体实施方式下面将描述本专利技术的一个或更多个具体实施例。为了提供这些实施例的简要描述，可能不在说明书中描述实际实施方式的所有特征。应当认识到，在任何这种实际实施方式的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须做出许多具体的实施决策以实现开发人员的具体目标，诸如遵守系统相关的和业务相关的约束，其从一种实施方式到另一种实施方式可以变化。此外，还应当认识到，这种开发工作可能是复杂的和耗时的，但对从本公开获益的本领域技术人员来说不过是进行设计、生产和制造的例行工作。当介绍本专利技术的各个实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”意味着有一个或更多个元件。术语“包括”、“包含”和“具有”旨在表示是包容性的，并意味着除了列出的元件还可以有附加元件。如在下面详细讨论的，所公开的实施例总体涉及具有排气再循环(EGR)的气体涡轮系统，并且特别涉及使用EGR的气体涡轮系统的化学计量操作。例如，气体涡轮系统可以被配置为使排气沿排气再循环路径再循环，以化学计量燃烧燃料和氧化剂与至少一些再循环的排气，并且捕集排气以便在各种目标系统中使用。排气的再循环与化学计量燃烧可以有助于增加排气中的二氧化碳(CO2)的浓度水平，然后排气能够被后处理以分离和净化CO2和N2以便在各种目标系统中使用。气体涡轮系统还可以沿排气再循环路径采用各种排气处理(例如，热回收、催化剂反应等)，从而增加CO2的浓度水平、降低其它排放物(例如，一氧化碳、氮氧化物和未燃烧烃类)的浓度水平，并且增加能量回收(例如，通过热回收装置)。此外，气体涡轮发动机可以被配置为通过一种或更多种扩散火焰(例如，使用扩散燃料喷嘴)、预混合火焰(例如，使用预混合燃料喷嘴)或其任何组合来燃烧燃料与氧化剂。在某些实施例中，扩散火焰可以有助于将稳定性和操作维持在化学计量燃烧的某些限值内，这进而有助于增加CO2的生产。例如，相比于以预混合火焰操作的气体涡轮系统，以扩散火焰操作的气体涡轮系统可以确保实现更大量的EGR。转而，增加的EGR量有助于增加CO2生产。可能的目标系统包括管线、存储箱、碳封存系统和烃生产系统，诸如增强型采油(EOR)系统。所公开的实施例提供用于(例如，经由保护性气流)保护具有EGR的气体涡轮发动机的组件的系统和方法。气体涡轮发动机可以包括具有在上游端与下游端之间的一个或更多个涡轮级的涡轮段。气体涡轮发动机还可以包括设置在涡轮段的下游端下游的排气段。进一步地，气体涡轮发动机可以包括耦连到排气段的流体供应系统(例如，保护性气体或惰性气体供应源)。流体供应系统可以使保护性气体(例如，惰性气体)流通到气体涡轮发动机的排气段。例如，保护性气体可以基本不含或完全不含氧气、空气或其任何组合，并且保护性气体还可以基本不含或完全不含燃料或未燃烧烃类。因此，保护性气体可以被描述为无氧气的或基本无氧气的保护性气体，并且还可以被描述为无燃料的或基本无燃料的保护性气体。保护性气体可以包括惰性气体，其可以是稀有气体或基本非活性气体。虽然多种保护性气体可以用于所公开的实施例，但下面的讨论集中于作为非限制性示例的惰性气体。由流体供应系统传送的惰性气体的示例包括但不限于氮气、二氧化碳、氩气、排气或其任何组合。惰性气体可以被用于冷却、吹扫、流体密本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种系统，其包括：气体涡轮发动机，其包括：涡轮段，其具有在上游端和下游端之间的一个或更多个涡轮级；排气段，其布置在所述涡轮段的所述下游端下游；和流体供应系统，其耦连到所述排气段，其中所述流体供应系统被配置为使惰性气体流通到所述排气段。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.01.13 US 61/751,902;2013.12.19 US 14/135,0551.一种系统，其包括：气体涡轮发动机，其包括：涡轮燃烧器，其包括配置为产生扩散火焰的扩散燃料喷嘴；涡轮段，其具有在上游端和下游端之间的一个或更多个涡轮级；排气段，其布置在所述涡轮段的所述下游端下游；流体供应系统，其经由惰性气体通道耦连到所述排气段，其中所述流体供应系统被配置为使惰性气体通过所述惰性气体通道流通到所述排气段，其中所述惰性气体包含小于10000份每百万份体积即10000ppmv的氧气；以及轴承装配件，其布置在轴承壳的轴承腔内的，并且所述流体供应系统耦连到所述轴承壳以使所述惰性气体流通到所述轴承壳。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述排气段包括：排气通道，其流体地耦连至所述惰性气体通道并与所述涡轮段流体连通。3.根据权利要求2所述的系统，其中所述排气段包括沿所述排气通道布置的壁，且所述惰性气体通道通过所述壁中的多个开口流体耦连到所述排气通道。4.根据权利要求2所述的系统，其中所述惰性气体通道延伸通过围绕所述排气通道的外护罩腔、由所述排气通道围绕的内护罩腔、突出至所述排气通道内的叶轮、具有轴承装配件的轴承腔或其组合中的至少一个。5.根据权利要求2所述的系统，其中所述排气段包括：外护罩，其围绕所述排气通道周向延伸；和机壳，其围绕所述外护罩周向延伸以限定外护罩腔，其中所述惰性气体通道延伸穿过所述外护罩腔。6.根据权利要求1所述的系统，其中所述流体供应系统包括温度控制系统、除湿系统或颗粒去除系统中的至少一个。7.根据权利要求1所述的系统，其中所述惰性气体包括氮气、二氧化碳、氩气或其任何组合。8.根据权利要求1所述的系统，其中所述流体供应系统耦连到一个或多个气体来源，所述一个或多个气体来源被配置为向所述流体供应系统供应惰性气体，所述流体供应系统被配置为在使所述惰性气体流通到所述排气段之前处理所述惰性气体，并且所述一个或多个惰性气体来源包括空气分离单元、碳捕集系统、气体分离器、气体净化器、存储箱、管线或其任何组合。9.根据权利要求1所述的系统，其中所述气体涡轮发动机包括：燃烧器段，其具有所述涡轮燃烧器，其中所述扩散火焰被配置为产生燃烧产物，以驱动...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·K·比亚尼，R·萨哈，A·K·达索基，R·A·亨廷顿，F·F·米特瑞克，
申请(专利权)人：埃克森美孚上游研究公司，
类型：发明
国别省市：美国;US