用于管理涡轮排气温度的系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及用于管理涡轮排气温度的系统和方法。具体而言，一种用于排气（２２）的热管理的系统，包括：构造成与涡轮机排气成流体连通地布置的喷嘴（２６）；与喷嘴（２６）成流体连通的混合导管（２８）；至少一个副进口（３６），其布置成围绕喷嘴（２６）周边且在混合导管（２８）的外部和内部之间延伸；可变喷嘴机构（４６），其构造成可在以下位置之间移动，即ｉ）第一位置，在其中机构（４６）构造成用以闭合至少一个副进口（３６），以及ｉｉ）第二位置，在其中机构（４６）构造成用以开启至少一个副进口（３６）并调节喷嘴（２６）的选定直径；以及促动器（５２），其构造成用以在第一位置和第二位置之间移动可变喷嘴机构（４６）。

【技术实现步骤摘要】

本文公开的主题涉及燃气轮机，并且更具体而言，涉及用于管理 涡轮排气的方法和系统。
技术介绍
燃气轮机通常结合辅助系统如利用来自该燃气轮机的排气的热回收蒸汽发生器(HRSG)—起使用。HRSG系统例如用于发电。HRSG 系统联接到燃气轮机的排气组件上且从该排气组件供送热排气，热排 气用来产生转而驱动蒸汽轮机的蒸汽。在燃气轮机的启动期间，相关联的HRSG的各种构件如过热器和 再热器经受快速升温。这种升温可能对HRSG中的管造成结构损坏。 消除这种快速升温的技术包括减慢燃气轮机启动时间和使用用于管 内流体的温控器，这可能损害涡轮的输出效率。因此，需要用于在不 损害效率的情况下管理燃气轮机排气温度的改进的系统和方法。
技术实现思路
根据本专利技术的示例性实施例所构建的用于排气的热管理的系统， 包括喷嘴，其构造成与涡轮机的排气成流体连通地布置；与喷嘴成 流体连通的混合导管；至少一个副(secondary)进口，其布置成围绕喷 嘴的周边且在混合导管的外部和混合导管的内部之间延伸；可变喷嘴 机构，其构造成可在以下两个位置之间移动，即i)第一位置，在此该 机构构造成用以闭合上述至少一个副进口，以及ii)第二位置，在此该 机构构造成用以开启上述至少一个副进口并调节喷嘴的选定直径；以 及促动器，其构造成用以在第一位置和第二位置之间移动可变喷嘴机 构。本专利技术的其它示例性实施例包括控制排气的温度的方法。该方法包括将排气气流从涡轮机引向排气组件，该排气组件包括喷嘴、与 喷嘴成流体连通的混合导管以及布置成围绕喷嘴的周边且在混合导管外部和混合导管内部之间延伸的至少一个副进口 ；在以下两个位置之间移动可变喷嘴机构，即i)第一位置，在此该机构构造成用以闭合 上述至少一个副进口，以及ii)第二位置，在此该冲几构构造成用以开启 上述至少 一个副进口以允许外部气体进入混合导管中并调节喷嘴的 选定直径。另外的特征和优点通过本专利技术的示例性实施例的技术来实现。本 专利技术的其它实施例和方面在文中详细地进行了描述且视作为要求得 到保护的本专利技术的一部分。为了更好地理解本专利技术及其优点和特征， 请参看说明书和附图。附图说明图1是根据本专利技术的示例性实施例的燃气轮机组件的侧视图；以及图2是排气系统的示例性实施例的侧透视图3是图2的排气系统的一部分的侧视图4是图2的排气系统的一部分的侧截面图5是图2的排气系统的可旋转部件的正视图；以及图6是提供了控制排气的热管理温度的示例性方法的流程图。零件清单10 组件12 转子14 压缩机16 动力涡轮18 燃烧室520发电机22排气24热回收蒸汽发生器(HRSG)25排气系统26喷嘴28混合管道30过渡管道32排气管(stack)34HRSG管束36副进口38环境空气40中心轴线42部分44混合管46扩散器46可变喷嘴机构48旋转部件50相关联的周边部件52促动器49喷嘴开口60方法61、62、 63 步骤具体实施例方式参看图1,根据本专利技术的示例性实施例所构建的燃气轮机组件总体上以10标示。组件10包括附接在压缩机14和动力涡轮16上的转 子12。燃烧室18与压缩机14和动力涡轮16两者成流体连通，且用 于点燃燃料与空气的混合物来致使动力涡轮16和转子12旋转。转子12的旋转转而对例如发电才几20供以动力。排气22从动力涡l仑16排 出，且其至少一部分被引导到热回收蒸汽发生器(HRSG)24,该HRSG 24从热排气22回收热量并产生例如可在发电系统中的蒸汽涡轮中使 用的蒸汽。参看图2和图3,示出了用于管理排气22的温度的排气系统25， 其构造成与例如动力涡轮16的排气喷射器成流体连通地布置。排气 系统25包括与混合管道28成流体连通的喷嘴26,以及过渡管道30。 排气可通过过渡管道30排出到排气管32和/或HRSG 24。在一个实施 例中，排气22被引导经过排气处理器如HRSG管束34。在一个实施例中， 一个或多个副进口 36布置且构造成用以允许 外部气体如环境空气38或其它冷却气体进入混合管道28并在将排气 引导到HRSG 24或大气前冷却排气22。混合管道28构造成用以通过 抽吸作用驱使环境空气38经由一个或多个副进口 36进入混合管道 28。在一个实施例中，多个副进口 36定位在喷嘴26周围且大体上绕 混合管道28的中心轴线40对称。在一个实施例中，副进口 36形成 在混合管道28的圆锥形进口部分42和喷嘴26之间。副进口 36的数 目和构造是示例性的。副进口构造成用以允许环境空气或其它冷却气 体进入以便在启动时调节排气22的温度，例如用以减轻或防止对 HRSG 24的热冲击。参看图4，混合管道28包括混合管44和扩散器46。在一个实施 例中，混合管44为具有内径D1的大体圆柱形管，而扩散器46为 与混合管44成流体连通的大体圆锥形管。在一个实施例中，喷嘴26包括可变喷嘴机构46,其用于改变喷 嘴22的直径并且还改变通过副进口 36的环境空气38或其它外部空 气的流量和流速。可变喷嘴机构46包括布置在围绕喷嘴26周边的选 定位置上的多个旋转部件48。在一个实施例中，各个旋转部件48均 以可旋转方式连接到位于喷嘴26周边或其附近的相关联的周边部件 50如枢销上。在一个实施例中，各个可旋转部件48从喷嘴26的周边延伸且连接到周边部件50上，使得各个可旋转部件48绕着垂直于中 心轴线40的轴线旋转。在一个实施例中，周边部件50为在喷嘴26 周边或其附近形成环的一个或多个部件50。旋转部件48中的一者或多者可操作地与用于在第一位置和第二 位置之间移动旋转部件的促动器52相连接。各个促动器52可操作地 连l妄到电4几或其它动力源如液压、气动或电动动力源上，以移动促动 器并致使旋转部件48在第一位置和第二位置之间移动。在一个实施 例中，包括有偏压部件如弹簧，以朝向第一位置或第二位置偏压旋转 部件48。第一位置是指围绕环的旋转位置，其致使旋转部件48至少 大致接触圓锥形部分42的内表面。同样如文中所用，第二位置 是指围绕环的任何旋转位置，其远离第一位置并致使副进口 36在圓 锥形部分和喷嘴26之间开启。在一个实施例中，第二位置定位成使 得喷嘴开口 49形成在混合管道28的内部。在第一位置，旋转部件用 作门来闭合副进口 36并防止环境空气38在例如稳态梯:作期间通过副 进口36进入。在第二位置，旋转部件48形成具有选定温度的喷嘴开 口 49并允许环境空气或其它冷却气体通过副进口 36进入。当旋转部件48朝向第二位置旋转时，利用通过喷嘴26的排气22 的动量将环境空气38泵送到排气22中以降低温度。将环境空气或其 它气体引导到排气气流中在文中可称为巻吸(entminment)。在一个实施例中，当旋转部件移动到第二位置时，它们形成小直 径D2的喷嘴开口，以形成用于环境空气38的泵送力来例如在涡 轮启动时调节排气22的温度。在此实施例中，直径D2小于混合管 44的直径Dl 。在工作中，排气22从燃气轮机流经喷嘴26和机构46， 并流入混合管44中。由于混合管44的横截面面积Dl更大，故排气 22膨胀并在混合管44中形成压力较低的区域。低压力形成抽吸效应， 通过一个或多个副进口 36将环境空气38引入混合管44中。在一个 实施例中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于排气（２２）的热管理的系统，所述系统包括：　喷嘴（２６），其构造成用以与涡轮机的排气成流体连通地布置；　与所述喷嘴（２６）成流体连通的混合导管（２８）；　至少一个副进口（３６），其布置成围绕所述喷嘴（２６）的周边且 在所述混合导管（２８）的外部和所述混合导管（２８）的内部之间延伸；　可变喷嘴机构（４６），其构造成可在以下位置之间移动，即ｉ）第一位置，在其中所述机构（４６）构造成用以闭合所述至少一个副进口（３６），以及ｉｉ）第二位置，在其中所述机构 （４６）构造成用以开启所述至少一个副进口（３６）和调节所述喷嘴（２６）的选定直径；以及　促动器（５２），其构造成用以在所述第一位置和所述第二位置之间移动所述可变喷嘴机构（４６）。

【技术特征摘要】
US 2008-9-16 12/2114561.一种用于排气(22)的热管理的系统，所述系统包括喷嘴(26)，其构造成用以与涡轮机的排气成流体连通地布置；与所述喷嘴(26)成流体连通的混合导管(28)；至少一个副进口(36)，其布置成围绕所述喷嘴(26)的周边且在所述混合导管(28)的外部和所述混合导管(28)的内部之间延伸；可变喷嘴机构(46)，其构造成可在以下位置之间移动，即i)第一位置，在其中所述机构(46)构造成用以闭合所述至少一个副进口(36)，以及ii)第二位置，在其中所述机构(46)构造成用以开启所述至少一个副进口(36)和调节所述喷嘴(26)的选定直径；以及促动器(52)，其构造成用以在所述第一位置和所述第二位置之间移动所述可变喷嘴机构(46)。2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述可变喷嘴机构 (46)包括布置成围绕所述喷嘴(26)的周边且从所述喷嘴(26)的周边延 伸的多个可旋转部件(48)。3. 根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述多个可旋转部 件(48)中的各个可旋转部件均在所述第一位置大致与所述混合导管 (28)的内表面相接触。4. 根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述多个可旋转部 件(48)交叠，以形成具有选定直径的喷嘴开口(49)。5. 根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括布 置在周边且形成环的多个周边部件(50)。6. 根...

【专利技术属性】
技术研发人员：张华，SN文卡塔拉曼，JD霍尔特，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]