气体涡轮引擎制造技术

本公开涉及气体涡轮引擎，公开了一种联合循环热引擎(10)。该引擎(10)包括第一气体涡轮引擎(11)和第二气体涡轮引擎(32)，该第一气体涡轮引擎包括第一空气压缩机(14)、第一燃烧系统(16，20)和第一涡轮系统(18，22)，该第二气体涡轮引擎包括第二空气压缩机(36)和第二涡轮系统(40)。该引擎还包括热交换器(38)，该热交换器被构造成将来自第一涡轮系统(18，22)的排气的热量传递给来自第二空气压缩机(36)的压缩空气。该第一燃烧系统包括第一燃烧器(16)和第二燃烧器(20)，该第一燃烧器设置在第一空气压缩机(14)的下游和第一涡轮系统(18，22)的上游，该第二燃烧器设置在第一涡轮系统的第一涡轮区段(18)的下游和第一涡轮系统的第二涡轮区段(22)的上游。

Gas turbine engine

【技术实现步骤摘要】
气体涡轮引擎本公开涉及联合循环气体涡轮引擎。联合循环气体涡轮引擎是已知的，并且通常用于增加热引擎相对于简单循环气体涡轮引擎的热效率。在联合循环气体涡轮引擎中，来自气体涡轮引擎的废热用于驱动第二热引擎以产生附加的净功率，而不增加燃料燃烧。一个此类循环被称为“空气底循环”(ABC)。空气底循环包括另一个布雷顿循环气体涡轮引擎作为第二热引擎。通常，第二引擎包括流体串联的压缩机、热交换器和涡轮。压缩机吸入空气并对空气进行压缩。在被涡轮膨胀之前，该压缩空气被来自第一气体涡轮引擎的废热加热。该涡轮为压缩机和负载提供动力，以提供净功率。此类循环在例如以下文献中有所公开：“SelectionofGasTurbineAirBottomingCycleforPolishcompressorstations”，作者：DanielCzaja、TadeuszChmielniak、SebastianLepszy，发表于JournalofPowerTechnologies93(2)(2013)67-77。根据第一方面，提供了一种联合循环热引擎，该联合循环热引擎包括：第一气体涡轮引擎，该第一气体涡轮引擎包括第一空气压缩机、第一燃烧系统和第一涡轮系统；第二气体涡轮引擎，该第二气体涡轮引擎包括第二空气压缩机和第二涡轮系统；和热交换器，该热交换器被构造成将来自第一涡轮系统的排气的热量传递给来自第二空气压缩机的压缩空气；其中第一燃烧系统包括第一燃烧器和第二燃烧器，该第一燃烧器设置在第一空气压缩机的下游和第一涡轮系统的上游，该第二燃烧器设置在第一涡轮系统的第一涡轮区段的下游和第一涡轮系统的第二涡轮区段的上游。有利地，通过提供具有设置在第一气体涡轮引擎的涡轮级之间的第一燃烧器和第二燃烧器的联合循环气体涡轮引擎，可相对于简单循环气体涡轮引擎和常规联合循环气体涡轮引擎两者提供大大提高的效率。本专利技术所公开的系统的另外的益处和特征示于下文中。第一空气压缩机以及第一涡轮系统的第一区段和第二区段可通过共同的涡轮轴机械地联接。第一燃烧器可设置在第一压缩机的下游和第一涡轮系统的第一涡轮转子的上游，并且第二燃烧器可设置在第一涡轮系统的第一涡轮转子的下游和第一涡轮系统的第二涡轮转子的上游。另选地，第一涡轮系统可包括第一涡轮轴和第二涡轮轴，该第一涡轮轴机械地联接到第一涡轮系统的第一涡轮卷轴和第一气体涡轮引擎的第一压缩机，该第二涡轮轴机械地联接到第一涡轮系统的第二涡轮卷轴和外部负载。第一涡轮区段可联接到第一涡轮轴，并且第二涡轮区段可联接到第二涡轮轴。第一空气压缩机可包括设置在高压压缩机的上游的低压压缩机。第一涡轮轴可机械地联接到高压压缩机，并且第二涡轮轴可机械地联接到低压压缩机。第二空气压缩机可包括多级压缩机，该多级压缩机包括两个或更多个转子级。第二气体涡轮引擎可包括被构造成排出来自第二空气压缩机的转子级之间的热量的一个或多个中间冷却器。有利地，减少压缩机工作的同时增加热交换器中的温度上升，从而提高第二气体涡轮引擎的热效率。第二气体涡轮引擎可包括设置在热交换器下游和第二涡轮系统上游的第二燃烧系统。第二气体涡轮引擎可具有介于4至15之间的总压力比，并且可具有介于5至10之间的总压力比。已发现，在这些值的第二气体涡轮的总压力比下，实现了系统的最高总体热效率。第一涡轮系统的第一涡轮区段的压力比可介于2和5之间，并且可介于3.5和4.75之间。已发现，在第二燃烧器之前具有这些值的压力比的涡轮已被发现导致第一气体涡轮的高排气温度，这导致相对较高的比功并且因此高的总功率密度。第一涡轮系统的第一涡轮区段的压力比可介于1和2之间，并且可以是约1.5。已发现，在第二燃烧器之前具有这些值的膨胀比的涡轮已被发现导致高的总体能量效率。本领域的技术人员将理解，除非相互排斥，否则关于任何一个上述方面描述的特征如作适当变动，可以应用于任何其他方面。此外，除非相互排斥，否则本文中描述的任何特征可以应用于任何方面以及/或者与本文中描述的任何其他特征组合。现在将参考附图仅以举例的方式来描述实施方案，其中：图1是第一联合循环热引擎的示意图；图2是图1的联合循环热引擎的第一气体涡轮引擎的区域A的示意图；图3是第二联合循环热引擎的示意图；图4是第三联合循环热引擎的示意图；并且图5是第四联合循环热引擎的示意图。参考图1，第一联合循环热引擎通常用10表示。联合循环热引擎10包括各自具有相应的主要旋转轴线的第一布雷顿循环气体涡轮引擎和第二布雷顿循环气体涡轮引擎11、32。第一气体涡轮引擎11包括以轴流式串联的进气口12、第一空气压缩机14、第一燃烧系统的第一燃烧器16、包括第一涡轮区段18的第一涡轮系统、第一燃烧系统的第二燃烧器20、第一涡轮系统的第二涡轮区段22和排气喷嘴24。在操作中，进入进气口12的空气被引导到第一空气压缩机14，该第一空气压缩机压缩引入其中的气流，然后将该气流输送到第一燃烧器16，其中该气流与燃料混合并且燃烧混合物。然后，所得的热燃烧产物膨胀穿过第一涡轮区段18并从而驱动第一涡轮区段18，然后被引导到第二燃烧器20。第二燃烧器20将另外的燃料添加到该气流中，其中该气流被燃烧进一步提高燃烧产物的热量，然后该气流被引导到第二涡轮区段22。第一涡轮区段18和压缩机14通过芯轴26联接在一起，使得第一涡轮区段18驱动压缩机14。第二涡轮区段22通过动力轴30联接到负载诸如发电机28。因此，轴30、26彼此独立地转动，并且因此涡轮18、22彼此独立地转动。在喷嘴24的下游还设置有热交换器38。热交换器38包括彼此热接触的热侧和冷侧，并被构造成在第一涡轮区段和第二涡轮区段18、22的下游将来自第一气体涡轮引擎11的排气喷嘴24的第一气流的热量传递给第二相对较冷的气流。在使用中，气体从喷嘴24流动通过热交换器38，从而在排放到大气之前加热第二气流。可选地，可提供另外的热交换器，使得废热可用于进一步的目的，诸如水加热。联合循环热引擎10还包括第二布雷顿循环气体涡轮引擎32。第二气体涡轮引擎包括以流体流串联的空气入口34、第二空气压缩机36、热交换器38的冷侧、第二涡轮系统40和排气喷嘴42。在操作中，进入第二气体涡轮引擎32的进气口34的空气被引导到第二空气压缩机36，该第二空气压缩机压缩引入其中的气流，然后将该气流输送到同流热交换器38的冷侧，其中该气流被来自第一气体涡轮引擎11的排气的废热加热。热交换器38向该气流(其包括热交换器38的第二气流)添加热量，以在将该气流引导到涡轮40之前升高该气流的温度。该气流在排放到大气之前驱动涡轮40。应当理解，通过热交换器的气流保持分离，尽管在它们之间交换了热量。同样，可提供另外的热交换器以利用这种高温空气。另选地，该高温空气可用于空间加热，因为该空气中不含燃烧产物。涡轮40和压缩机36通过芯轴44联接在一起，使得涡轮40驱动压缩机36。轴44还联接到负载诸如发电机4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种联合循环热引擎(10)，所述联合循环热引擎包括：/n第一气体涡轮引擎(11)，所述第一气体涡轮引擎包括第一空气压缩机(14)、第一燃烧系统(16，20)和第一涡轮系统(18，22)；/n第二气体涡轮引擎(32)，所述第二气体涡轮引擎包括第二空气压缩机(36)和第二涡轮系统(40)；和/n热交换器(38)，所述热交换器被构造成将来自所述第一涡轮系统(18，22)的排气的热量传递给来自所述第二空气压缩机(36)的压缩空气；其中/n所述第一燃烧系统包括第一燃烧器(16)和第二燃烧器(20)，所述第一燃烧器设置在所述第一空气压缩机(14)的下游和所述第一涡轮系统(18，22)的上游，所述第二燃烧器设置在所述第一涡轮系统的第一涡轮区段(18)的下游和所述第一涡轮系统的第二涡轮区段(22)的上游。/n

【技术特征摘要】
20181130 GB 1819564.4;20181130 GB 1819565.11.一种联合循环热引擎(10)，所述联合循环热引擎包括：
第一气体涡轮引擎(11)，所述第一气体涡轮引擎包括第一空气压缩机(14)、第一燃烧系统(16，20)和第一涡轮系统(18，22)；
第二气体涡轮引擎(32)，所述第二气体涡轮引擎包括第二空气压缩机(36)和第二涡轮系统(40)；和
热交换器(38)，所述热交换器被构造成将来自所述第一涡轮系统(18，22)的排气的热量传递给来自所述第二空气压缩机(36)的压缩空气；其中
所述第一燃烧系统包括第一燃烧器(16)和第二燃烧器(20)，所述第一燃烧器设置在所述第一空气压缩机(14)的下游和所述第一涡轮系统(18，22)的上游，所述第二燃烧器设置在所述第一涡轮系统的第一涡轮区段(18)的下游和所述第一涡轮系统的第二涡轮区段(22)的上游。


2.根据权利要求1所述的联合循环热引擎，其中所述第一空气压缩机(214)以及所述第一涡轮系统的所述第一区段和所述第二区段(218，222)通过共同的涡轮轴(226)机械地联接。


3.根据权利要求1所述的联合循环热引擎，其中所述第一燃烧器(16)设置在所述第一压缩机(14)的下游和所述第一涡轮系统(18，20)的第一涡轮转子(60)的上游，并且所述第二燃烧器(20)设置在所述第一涡轮系统的第一涡轮转子(60)的下游和所述第一涡轮系统(18，20)的第二涡轮转子(66)的上游。


4.根据权利要求1或权利要求3所述的联合循环热引擎，其中所述第一涡轮系统(1，20)包括第一涡轮轴(26)和第二涡轮轴(30)，所述第一涡轮轴机械地联接到所述第一涡轮系统(18，20)的第一涡轮卷轴(18)和所述第一气体涡轮引擎(11)的所述第一压缩机(14)，所述第二涡轮轴机械地联接到所述第一涡轮系统(18，20)的第二涡轮卷轴(20)和外部负载(28)。


5.根据权利要求4所述的联合热循环引擎，其中所述第一涡轮区段(...

【专利技术属性】
技术研发人员：AMY拉扎克，
申请(专利权)人：劳斯莱斯有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB