用于控制燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的入口空氣溫度的系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本申請(qǐng)和所得的發(fā)明提供了一種中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)可包括構(gòu)造成產(chǎn)生壓縮空氣流的低壓壓縮機(jī)、中間冷卻器、構(gòu)造成產(chǎn)生壓縮空氣流的低壓壓縮機(jī)、高壓壓縮機(jī)、定位在中間冷卻器與高壓壓縮機(jī)之間并且構(gòu)造成將壓縮空氣流的第一部分朝高壓壓縮機(jī)引導(dǎo)的第二空氣線路，以及定位在低壓壓縮機(jī)與高壓壓縮機(jī)之間并且構(gòu)造成將壓縮空氣流的第二部分引導(dǎo)至第二空氣線路的旁通空氣線路。還提供了控制供應(yīng)至中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的芯部發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)入空氣流的溫度的相關(guān)方法。
【專利說(shuō)明】
用于控制燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的入口空氣溫度的系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本申請(qǐng)和所得的專利大體上涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，并且更具體地涉及用于控制中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的入口空氣溫度的系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]大體上，中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)可包括用于壓縮進(jìn)入空氣流的高壓壓縮機(jī)、用于將壓縮空氣流與加壓的燃料流混合并且點(diǎn)燃混合物以產(chǎn)生燃燒氣體流的燃燒器，以及用于在燃燒氣體流穿過(guò)其時(shí)產(chǎn)生機(jī)械功的高壓渦輪。高壓壓縮機(jī)、燃燒器和高壓渦輪可共同稱為〃芯部發(fā)動(dòng)機(jī)〃。在一些應(yīng)用中，中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)還可包括低壓壓縮機(jī)，其作為備選可稱為"增壓器"，用于將壓縮空氣供應(yīng)至高壓壓縮機(jī)用于其中的進(jìn)一步壓縮。
[0003]公知的是，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的操作特征可由操作環(huán)境的周圍溫度影響，該周圍溫度確定供應(yīng)至芯部發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)入空氣流的溫度。具體而言，當(dāng)周圍溫度相對(duì)低時(shí)，芯部發(fā)動(dòng)機(jī)可操作成輸出高軸馬力(SHP)，而芯部發(fā)動(dòng)機(jī)溫度保持在可接受水平處。然而，當(dāng)周圍溫度相對(duì)高時(shí)，如果輸送高SHP，則芯部發(fā)動(dòng)機(jī)溫度可達(dá)到不可接受地高的水平。
[0004]為了即使在周圍溫度相對(duì)高時(shí)也滿足對(duì)輸出高SHP的需要，可使用冷卻系統(tǒng)，特別是在較熱的日子，以冷卻供應(yīng)至芯部發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)入空氣流。以該方式，冷卻系統(tǒng)可增大周圍溫度的范圍，其中燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)可輸送最大功率，同時(shí)在排放極限內(nèi)操作。作為實(shí)例，冷卻系統(tǒng)可包括用于冷卻從低壓壓縮機(jī)接收的空氣并且將冷卻空氣供應(yīng)至高壓壓縮機(jī)的中間冷卻器。中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)可受益于橫跨所有周圍溫度的功率增大。一些中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)可不包括用于控制冷卻空氣的溫度的任何器件，并且因此冷卻空氣溫度中的某些變化可在周圍溫度變化時(shí)為不可避免的。
[0005]其它中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)可通過(guò)操縱進(jìn)入中間冷卻器的冷卻流體如水的溫度來(lái)控制供應(yīng)至芯部發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻空氣的溫度。盡管該間接控制方法可在一些應(yīng)用中有效，但其呈現(xiàn)出某些不合乎需要的缺陷。例如，冷卻流體的進(jìn)入溫度的操縱可需要返回穿過(guò)中間冷卻器的入口的熱流體的顯著再循環(huán)，以在需要時(shí)提高產(chǎn)品空氣溫度。此外，快速啟動(dòng)所需的再循環(huán)量可提高中間冷卻器系統(tǒng)的成本。此外，通過(guò)操縱冷卻流體進(jìn)入溫度來(lái)間接地控制冷卻空氣溫度由于冷卻空氣溫度測(cè)量之間的延遲時(shí)間、冷卻流體溫度變化、中間冷卻器平衡以及冷卻空氣溫度變化而為固有地慢的控制方法。
[0006]因此，存在對(duì)用于控制中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的入口空氣溫度的改進(jìn)的系統(tǒng)和方法的期望。此類改進(jìn)的系統(tǒng)和方法可提供供應(yīng)至芯部發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻空氣的溫度的快速、準(zhǔn)確和低成本的控制。具體而言，相比于涉及進(jìn)入中間冷卻器的冷卻流體的溫度的操縱的現(xiàn)有系統(tǒng)和方法，此類改進(jìn)的系統(tǒng)和方法可減少產(chǎn)品成本以及啟動(dòng)時(shí)間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本申請(qǐng)和所得的專利提供了一種中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)可包括構(gòu)造成產(chǎn)生壓縮空氣流的低壓壓縮機(jī)、中間冷卻器、構(gòu)造成產(chǎn)生壓縮空氣流的低壓壓縮機(jī)、高壓壓縮機(jī)、定位在中間冷卻器與高壓壓縮機(jī)之間并且構(gòu)造成將壓縮空氣流的第一部分朝高壓壓縮機(jī)引導(dǎo)的第二空氣線路，以及定位在低壓壓縮機(jī)與高壓壓縮機(jī)之間并且構(gòu)造成將壓縮空氣流的第二部分引導(dǎo)至第二空氣線路的旁通空氣線路。
[0008]本申請(qǐng)和所得的專利還提供了一種控制供應(yīng)至中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的芯部發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)入空氣流的溫度的方法。該方法可包括以下步驟:以低壓壓縮機(jī)產(chǎn)生壓縮空氣流、將壓縮空氣流的第一部分引導(dǎo)至中間冷卻器用于其中的冷卻、使壓縮空氣流的第二部分圍繞中間冷卻器旁通、使壓縮空氣流的第一部分和壓縮空氣流的第二部分在中間冷卻器下游混合來(lái)形成進(jìn)入空氣流，以及將進(jìn)入空氣流引導(dǎo)至芯部發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0009]本申請(qǐng)和所得的專利還提供了一種中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)可包括構(gòu)造成產(chǎn)生壓縮空氣流的低壓壓縮機(jī)、中間冷卻器、構(gòu)造成產(chǎn)生壓縮空氣流的低壓壓縮機(jī)、高壓壓縮機(jī)、定位在中間冷卻器與高壓壓縮機(jī)之間并且構(gòu)造成將壓縮空氣流的第一部分朝高壓壓縮機(jī)引導(dǎo)的第二空氣線路、定位在低壓壓縮機(jī)與高壓壓縮機(jī)之間并且構(gòu)造成將壓縮空氣流的第二部分引導(dǎo)至第二空氣線路的旁通空氣線路、與高壓壓縮機(jī)連通的燃燒器，以及與燃燒器連通的高壓渦輪。
[0010]技術(shù)方案1.一種中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，包括:
構(gòu)造成產(chǎn)生壓縮空氣流的低壓壓縮機(jī)；
中間冷卻器；
第一空氣線路，其定位在所述低壓壓縮機(jī)與所述中間冷卻器之間并且構(gòu)造成將所述壓縮空氣流的第一部分引導(dǎo)至所述中間冷卻器；
高壓壓縮機(jī)；
第二空氣線路，其定位在所述中間冷卻器與所述高壓壓縮機(jī)之間并且構(gòu)造成將所述壓縮空氣流的所述第一部分朝所述高壓壓縮機(jī)引導(dǎo)；以及
旁通空氣線路，其定位在所述低壓壓縮機(jī)與所述高壓壓縮機(jī)之間并且構(gòu)造成將所述壓縮空氣流的第二部分朝所述第二空氣線路引導(dǎo)。
[0011 ]技術(shù)方案2.根據(jù)技術(shù)方案I所述的中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述旁通空氣線路從所述低壓壓縮機(jī)的空氣出口延伸至所述第二空氣線路的中間部分。
[0012]技術(shù)方案3.根據(jù)技術(shù)方案I所述的中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述旁通空氣線路從所述第一空氣線路的中間部分延伸至所述第二空氣線路的中間部分。
[0013]技術(shù)方案4.根據(jù)技術(shù)方案I所述的中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)還包括閥，其定位在所述旁通空氣線路上或沿所述旁通空氣線路定位，并且構(gòu)造成控制穿過(guò)其的所述壓縮空氣流的所述第二部分的體積流速。
[0014]技術(shù)方案5.根據(jù)技術(shù)方案4所述的中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述閥能夠在開(kāi)啟位置與閉合位置之間選擇性地調(diào)整，以提供所述壓縮空氣流的所述第二部分的所述體積流速的可變控制。
[0015]技術(shù)方案6.根據(jù)技術(shù)方案4所述的中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)還包括流體混合器，其定位在所述旁通空氣線路與所述第二空氣線路的交點(diǎn)處或下游，并且構(gòu)造成混合所述壓縮空氣流的所述第一部分和所述壓縮空氣流的所述第二部分，從而產(chǎn)生供應(yīng)至所述高壓渦輪的進(jìn)入空氣流。
[0016]技術(shù)方案7.根據(jù)技術(shù)方案6所述的中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述流體混合器與所述高壓壓縮機(jī)的空氣入口間隔開(kāi)，以確保在進(jìn)入到所述高壓壓縮機(jī)中之前的所述進(jìn)入空氣流中的大致一致溫度分布。
[0017]技術(shù)方案8.根據(jù)技術(shù)方案6所述的中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)還包括溫度傳感器，其定位在所述流體混合器下游，并且構(gòu)造成測(cè)量所述進(jìn)入空氣流的溫度。
[0018]技術(shù)方案9.根據(jù)技術(shù)方案8所述的中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述溫度傳感器與所述流體混合器間隔開(kāi)，以確保在所述進(jìn)入空氣流的所述溫度的測(cè)量之前的所述進(jìn)入空氣流中的大致一致溫度分布。
[0019]技術(shù)方案10.根據(jù)技術(shù)方案8所述的中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述溫度傳感器定位在所述高壓壓縮機(jī)的空氣入口處。
[0020]技術(shù)方案11.根據(jù)技術(shù)方案8所述的中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)還包括與所述閥和所述溫度傳感器連通并且能夠操作成控制所述進(jìn)入空氣流的所述溫度的控制器。
[0021 ]技術(shù)方案12.根據(jù)技術(shù)方案11所述的中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述控制器能夠操作成基于由所述溫度傳感器測(cè)得的所述進(jìn)入空氣流的所述溫度來(lái)調(diào)整所述閥的狀態(tài)。
[0022]技術(shù)方案13.根據(jù)技術(shù)方案12所述的中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述控制器能夠操作成基于由所述溫度傳感器測(cè)得的所述進(jìn)入空氣流的所述溫度來(lái)將所述閥的所述狀態(tài)調(diào)整至全開(kāi)位置、全閉位置，或多個(gè)部分開(kāi)啟位置中的一個(gè)。
[0023]技術(shù)方案14.根據(jù)技術(shù)方案I所述的中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)還包括與所述高壓壓縮機(jī)連通的燃燒器，以及與所述燃燒器連通的高壓渦輪。
[0024]技術(shù)方案15.—種控制供應(yīng)至中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的芯部發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)入空氣流的溫度的方法，所述方法包括:
以低壓壓縮機(jī)產(chǎn)生壓縮空氣流；
將所述壓縮空氣流的第一部分引導(dǎo)至中間冷卻器用于其中的冷卻；
將所述壓縮空氣流的第二部分引導(dǎo)成繞過(guò)所述中間冷卻器；
使所述壓縮空氣流的所述第一部分和所述壓縮空氣流的所述第二部分在所述中間冷卻器下游混合以形成所述進(jìn)入空氣流；以及
將所述進(jìn)入空氣流引導(dǎo)至所述芯部發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0025]技術(shù)方案16.根據(jù)技術(shù)方案15所述的方法，其特征在于，所述方法還包括測(cè)量所述進(jìn)入空氣流的所述溫度，以及基于所述進(jìn)入空氣流的所述溫度來(lái)調(diào)整所述壓縮空氣流的所述第二部分的體積流速。
[0026]技術(shù)方案17.—種中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，包括:
構(gòu)造成產(chǎn)生壓縮空氣流的低壓壓縮機(jī)；
中間冷卻器；
第一空氣線路，其定位在所述低壓壓縮機(jī)與所述中間冷卻器之間并且構(gòu)造成將所述壓縮空氣流的第一部分引導(dǎo)至所述中間冷卻器；
高壓壓縮機(jī)； 第二空氣線路，其定位在所述中間冷卻器與所述高壓壓縮機(jī)之間并且構(gòu)造成將所述壓縮空氣流的所述第一部分朝所述高壓壓縮機(jī)引導(dǎo)；
旁通空氣線路，其定位在所述低壓壓縮機(jī)與所述高壓壓縮機(jī)之間并且構(gòu)造成將所述壓縮空氣流的第二部分朝所述第二空氣線路引導(dǎo)；
與所述高壓壓縮機(jī)連通的燃燒器；以及與所述燃燒器連通的高壓渦輪。
[0027]技術(shù)方案18.根據(jù)技術(shù)方案17所述的中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)還包括:
閥，其定位在所述旁通空氣線路上或沿所述旁通空氣線路定位，并且構(gòu)造成控制穿過(guò)其的所述壓縮空氣流的所述第二部分的體積流速;以及
流體混合器，其定位在所述旁通空氣線路與所述第二空氣線路的交點(diǎn)處或下游，并且構(gòu)造成混合所述壓縮空氣流的所述第一部分和所述壓縮空氣流的所述第二部分，從而產(chǎn)生供應(yīng)至所述高壓渦輪的進(jìn)入空氣流。
[0028]技術(shù)方案19.根據(jù)技術(shù)方案18所述的中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)還包括:
溫度傳感器，其定位在所述流體混合器下游，并且構(gòu)造成測(cè)量所述進(jìn)入空氣流的溫度；
以及
控制器，其與所述閥和所述溫度傳感器連通，并且能夠操作成控制所述進(jìn)入空氣流的所述溫度。
[0029]技術(shù)方案20.根據(jù)技術(shù)方案19所述的中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述控制器能夠操作成基于由所述溫度傳感器測(cè)得的所述進(jìn)入空氣流的所述溫度來(lái)調(diào)整所述閥的狀態(tài)。
[0030]在審閱連同若干附圖進(jìn)行時(shí)的以下詳細(xì)描述和所附權(quán)利要求時(shí)，本申請(qǐng)和所得的專利的這些及其它特征和改進(jìn)將對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言變得顯而易見(jiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0031]圖1為包括低壓壓縮機(jī)、中間冷卻器、高壓壓縮機(jī)、燃燒器、高壓渦輪和低壓渦輪的已知燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖。
[0032]圖2為如可在本文中所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括低壓壓縮機(jī)、中間冷卻器、空氣旁通線路、高壓壓縮機(jī)、燃燒器、高壓渦輪和低壓渦輪。
[0033]部件列表
100燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)
104高壓壓縮機(jī)
108進(jìn)入空氣流
110高壓壓縮機(jī)的空氣入口
112空氣入口線路
114壓縮空氣流
118燃燒器
120加壓燃料流 122燃燒氣體流
126高壓渦輪
128高壓轉(zhuǎn)子
130芯部發(fā)動(dòng)機(jī)
132低壓壓縮機(jī)
134壓縮空氣流
136低壓壓縮機(jī)的空氣出口
138中間冷卻器
140空氣出口線路
142中間冷卻器的空氣入口
144中間冷卻器的空氣出口
146冷卻流體流
148中間冷卻器的冷卻流體入口
150中間冷卻器的冷卻流體出口
152低壓/中壓渦輪
154低壓轉(zhuǎn)子
156低壓渦輪
158負(fù)載轉(zhuǎn)子
200燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)
204旁通空氣線路
206旁通空氣線路
208閥
212流體混合器 216溫度傳感器 220控制器。
【具體實(shí)施方式】
[0034]現(xiàn)在參照附圖，其中相似的標(biāo)記遍及若干視圖表示相似的元件，圖1示出了已知燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100的示意圖。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100可包括高壓壓縮機(jī)104，用于壓縮經(jīng)由高壓壓縮機(jī)104的空氣入口 110接收的進(jìn)入空氣流108。進(jìn)入空氣流108可經(jīng)由延伸至空氣入口110的空氣入口線路112供應(yīng)至高壓壓縮機(jī)104。高壓壓縮機(jī)104產(chǎn)生壓縮空氣流114(在高壓下)，其可輸送至燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100的燃燒器118。燃燒器118使壓縮空氣流114與加壓燃料流120混合，并且點(diǎn)燃混合物來(lái)產(chǎn)生燃燒氣體流122。盡管僅示出了單個(gè)燃燒器118，但燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100可包括可以以圍繞燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100的縱軸線的環(huán)形陣列布置的任何數(shù)量的燃燒器118。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100還可包括從燃燒器118接收燃燒氣體流122的高壓渦輪126。燃燒氣體流122驅(qū)動(dòng)高壓渦輪126，以便產(chǎn)生機(jī)械功，其可經(jīng)由第一軸或高壓轉(zhuǎn)子128驅(qū)動(dòng)高壓壓縮機(jī)104。由高壓渦輪126產(chǎn)生的機(jī)械功還可經(jīng)由高壓轉(zhuǎn)子128驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載(未示出)，如，發(fā)電機(jī)等。高壓壓縮機(jī)104、燃燒器118和高壓渦輪126可共同形成燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100的芯部發(fā)動(dòng)機(jī)130，并且高壓壓縮機(jī)104的空氣入口 110可為芯部發(fā)動(dòng)機(jī)130的空氣入口。
[0035]如圖1中所示，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100還可包括用于產(chǎn)生壓縮空氣流134(在低壓下)的低壓壓縮機(jī)132，壓縮空氣流134可從低壓壓縮機(jī)132的空氣出口 136輸送至燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100的中間冷卻器138。壓縮空氣流134可從低壓壓縮機(jī)132經(jīng)由從低壓壓縮機(jī)132的空氣出口 136延伸至中間冷卻器138的空氣入口 142的空氣出口線路140輸送。壓縮空氣流134穿過(guò)中間冷卻器140，從空氣入口 142至其空氣出口 144。冷卻流體流146也穿過(guò)中間冷卻器138，從冷卻流體入口 148至其冷卻流體出口 150。當(dāng)穿過(guò)中間冷卻器138時(shí)，壓縮空氣流134和冷卻流體流146與彼此傳熱連通。以該方式，壓縮空氣流134經(jīng)由中間冷卻器138冷卻，并且接著供應(yīng)至芯部發(fā)動(dòng)機(jī)130作為進(jìn)入空氣流108。
[0036]燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100還可包括低壓壓縮機(jī)152，其從高壓壓縮機(jī)126接收燃燒氣體流122。燃燒氣體流122驅(qū)動(dòng)低壓渦輪152以便產(chǎn)生機(jī)械功，其可經(jīng)由第二軸或低壓轉(zhuǎn)子154驅(qū)動(dòng)低壓壓縮機(jī)132。由低壓渦輪152產(chǎn)生的機(jī)械功還可經(jīng)由低壓轉(zhuǎn)子154驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載(未示出)，如發(fā)電機(jī)等?？墒褂萌?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100的其它構(gòu)造，并且燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100可包括其它構(gòu)件。
[0037]在一些構(gòu)造中，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100可包括接收燃燒氣體流122的一個(gè)或更多個(gè)附加串聯(lián)渦輪。例如，附加的渦輪156可包括在渦輪152下游并且與渦輪152連通(如經(jīng)由虛線所示)，以從其接收燃燒氣體流122。以該方式，渦輪152可為"中壓渦輪"，并且渦輪156可為〃低壓渦輪"。將理解的是，用于渦輪的術(shù)語(yǔ)可基于附加的串聯(lián)渦輪的相對(duì)定位來(lái)確定。中壓渦輪152可經(jīng)由低壓轉(zhuǎn)子154驅(qū)動(dòng)低壓壓縮機(jī)132，并且低壓渦輪156可經(jīng)由第三軸或負(fù)載轉(zhuǎn)子158驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，如，發(fā)電機(jī)等。其它串聯(lián)渦輪可根據(jù)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100的其它構(gòu)造來(lái)使用。
[0038]在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100的操作期間，進(jìn)入芯部發(fā)動(dòng)機(jī)130的空氣入口(S卩，高壓壓縮機(jī)104的空氣入口 110)的進(jìn)入空氣流108的溫度可隨操作環(huán)境的周圍溫度變化而變化。作為備選，進(jìn)入空氣流108的溫度可通過(guò)操縱進(jìn)入中間冷卻器138的冷卻流體流146的溫度來(lái)控制，這影響了由中間冷卻器138提供的冷卻程度。盡管該間接控制方法可在一些應(yīng)用中有效，但如上文所述，其呈現(xiàn)出某些不合乎需要的缺陷。
[0039]燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100可使用天然氣、各種類型的合成氣和/或其它類型的燃料。燃?xì)獾溳啺l(fā)動(dòng)機(jī) 100可為由General Electric Company(Schenectady, New York)提供的一定數(shù)量的不同燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的任一個(gè)，包括但不限于如7或9系列重型燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)等的那些。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100可具有不同構(gòu)造，并且可使用其它類型的構(gòu)件。本文中還可使用其它類型的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。本文中還可一起使用多個(gè)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)、其它類型的渦輪，以及其它類型的發(fā)電裝備。
[0040]圖2示出了如可在本文中所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)200的示意圖。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)200大體上可以以類似于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100的方式構(gòu)造，但可在本文中在下面描述結(jié)構(gòu)和功能的某些差異。如所示，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)200可包括高壓壓縮機(jī)104、燃燒器118和高壓渦輪126，它們共同形成芯部發(fā)動(dòng)機(jī)130。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)200還可包括低壓壓縮機(jī)132、中間冷卻器138和低壓渦輪152。在一些構(gòu)造中，如上文所述，渦輪152可為中壓渦輪，并且燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)200還可包括低壓渦輪156。這些構(gòu)件大體上可以以類似于上文相對(duì)于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100所述的方式起作用。
[0041]燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)200可包括空氣出口線路140，其從低壓壓縮機(jī)132延伸至中間冷卻器138，并且構(gòu)造成將壓縮空氣流134的第一部分引導(dǎo)至中間冷卻器138用于冷卻。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)200還可包括旁通空氣線路204，其作為備選可稱為〃中間冷卻器旁通空氣線路〃。旁通空氣線路204可定位在低壓壓縮機(jī)132與高壓壓縮機(jī)104之間，并且構(gòu)造成將還可稱為〃旁通空氣流"的壓縮空氣流134的第二部分引導(dǎo)至空氣入口線路112，而不穿過(guò)中間冷卻器138。換言之，壓縮空氣流134的第二部分繞過(guò)中間冷卻器138，并且因此不被冷卻。
[0042]在一些實(shí)施例中，如所示，旁通空氣線路204可從低壓壓縮機(jī)132的空氣出口136延伸至空氣入口線路112的中間部分(在中間冷卻器138的空氣出口 144下游和在高壓壓縮機(jī)104的空氣入口 110上游)。在其它實(shí)施例中，如經(jīng)由虛線所示，旁通空氣線路206可從空氣出口線路140的中間部分(在低壓壓縮機(jī)132的空氣出口 136下游和中間冷卻器138的空氣入口142上游)延伸至空氣入口線路112的中間部分(在中間冷卻器138的空氣出口 144下游和在高壓壓縮機(jī)104的空氣入口 110上游)。不管怎樣，壓縮空氣流134的未冷卻的第二部分連結(jié)壓縮空氣流134的冷卻的第一部分以形成供應(yīng)至芯部發(fā)動(dòng)機(jī)130的進(jìn)入空氣流108。
[0043]如所示，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)200還可包括一個(gè)或更多個(gè)閥208，其定位在旁通空氣線路204上或沿其定位，并且構(gòu)造成控制壓縮空氣流134的第二部分。具體而言，一個(gè)或更多個(gè)閥208可能夠在開(kāi)啟位置與閉合位置之間選擇性地調(diào)整，從而提供穿過(guò)旁通空氣線路204的壓縮空氣流134的第二部分的體積流速的可變控制。
[0044]燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)200還可包括流體混合器212，其構(gòu)造成混合或摻混壓縮空氣流134的冷卻的第一部分和壓縮空氣流134的未冷卻的第二部分，以形成供應(yīng)至芯部發(fā)動(dòng)機(jī)130的進(jìn)入空氣流108。具體而言，流體混合器212可構(gòu)造成在進(jìn)入到芯部發(fā)動(dòng)機(jī)130中之前基本上混合壓縮空氣流134的冷卻的第一部分和壓縮空氣流134的未冷卻的第二部分。在一些實(shí)施例中，如所示，流體混合器212可定位在旁通空氣線路204與空氣入口線路112的交點(diǎn)處。在其它實(shí)施例中，流體混合器212可定位在旁通空氣線路204與空氣入口線路112的交點(diǎn)下游。作為優(yōu)選，流體混合物212可與高壓壓縮機(jī)104的空氣入口 110間隔開(kāi)足夠距離，以確保進(jìn)入到芯部發(fā)動(dòng)機(jī)130中之前的進(jìn)入空氣流108的大致一致溫度分布。
[0045]如所示，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)200還可包括溫度傳感器216，其構(gòu)造成測(cè)量供應(yīng)至芯部發(fā)動(dòng)機(jī)130的進(jìn)入空氣流108的溫度。溫度傳感器216可定位在旁通空氣線路204與空氣入口線路112的交點(diǎn)下游。根據(jù)包括流體混合器212的實(shí)施例，溫度傳感器216可定位在流體混合器212下游。作為優(yōu)選，溫度傳感器216可與流體混合器212間隔開(kāi)足夠的距離，以確保進(jìn)入空氣流108的溫度測(cè)量之前的進(jìn)入空氣流108的大致一致溫度分布。在一些實(shí)施例中，溫度傳感器216可定位在高壓壓縮機(jī)104的空氣入口 110處或緊接地在其上游。
[0046]如所示，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)200還可包括與一個(gè)或更多個(gè)閥208和溫度傳感器216可操作連通的控制器220。控制器220可能夠操作成控制供應(yīng)至芯部發(fā)動(dòng)機(jī)130的進(jìn)入空氣流108的溫度。具體而言，控制器220可能夠操作成基于由溫度傳感器216測(cè)得的進(jìn)入空氣流108的溫度將一個(gè)或更多個(gè)閥208的狀態(tài)調(diào)整至全開(kāi)位置、全閉位置，或一定數(shù)量的部分開(kāi)啟位置中的一個(gè)。最終，控制器220可能夠操作成將進(jìn)入空氣流108的溫度保持在期望水平處或期望范圍內(nèi)。以該方式，控制器220可能夠操作成防止芯部發(fā)動(dòng)機(jī)溫度達(dá)到不可接受地高的水平。
[0047]在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)200的操作期間，控制器220可連續(xù)地監(jiān)測(cè)如由溫度傳感器216測(cè)得的進(jìn)入空氣流108的溫度。如果進(jìn)入空氣流108的溫度降到低于期望的水平或范圍，則控制器220可引起一個(gè)或更多個(gè)閥208(或閥208中的至少一個(gè)，如果多個(gè)閥208存在)朝開(kāi)啟位置移動(dòng)或移動(dòng)至開(kāi)啟位置，從而增加穿過(guò)旁通空氣線路204的壓縮空氣流134的未冷卻的第二部分的體積流速。以該方式，進(jìn)入空氣流108的溫度可提高到期望水平或在期望范圍內(nèi)。相反，如果進(jìn)入空氣流108的溫度升高到期望水平或范圍之上，則控制器220可引起一個(gè)或更多個(gè)閥208(或閥208中的至少一個(gè)，如果存在多個(gè)閥208)朝閉合位置移動(dòng)或移動(dòng)至閉合位置，從而減小穿過(guò)旁通空氣線路204的壓縮空氣流134的未冷卻的第二部分的體積流速。以該方式，進(jìn)入空氣流108的溫度可減小到期望水平或在期望范圍內(nèi)。最終，控制器220可操作成直接地控制供應(yīng)至芯部發(fā)動(dòng)機(jī)130的進(jìn)入空氣流108的溫度。
[0048]燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)200和本文中所述的相關(guān)方法因此提供了用于控制中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的入口空氣溫度的改進(jìn)的系統(tǒng)和方法。如上文所述，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)200可包括旁通空氣線路204，其可連同一個(gè)或更多個(gè)閥208、溫度傳感器216和控制器220使用，以提供供應(yīng)至芯部發(fā)動(dòng)機(jī)130的進(jìn)入空氣流108的溫度的快速、準(zhǔn)確和低成本的控制。具體而言，相比于涉及進(jìn)入中間冷卻器138的冷卻流體流146的溫度的操縱的現(xiàn)有系統(tǒng)和方法，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)200和相關(guān)方法減少了產(chǎn)品成本以及啟動(dòng)時(shí)間。
[0049]應(yīng)當(dāng)顯而易見(jiàn)的是，前文僅涉及本申請(qǐng)和所得的專利的某些實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員可在本文中作出許多變化和修改，而不脫離如由以下權(quán)利要求及其等同物限定的本發(fā)明的大體精神和范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，包括: 構(gòu)造成產(chǎn)生壓縮空氣流的低壓壓縮機(jī)； 中間冷卻器； 第一空氣線路，其定位在所述低壓壓縮機(jī)與所述中間冷卻器之間并且構(gòu)造成將所述壓縮空氣流的第一部分引導(dǎo)至所述中間冷卻器； 高壓壓縮機(jī)； 第二空氣線路，其定位在所述中間冷卻器與所述高壓壓縮機(jī)之間并且構(gòu)造成將所述壓縮空氣流的所述第一部分朝所述高壓壓縮機(jī)引導(dǎo)；以及 旁通空氣線路，其定位在所述低壓壓縮機(jī)與所述高壓壓縮機(jī)之間并且構(gòu)造成將所述壓縮空氣流的第二部分朝所述第二空氣線路引導(dǎo)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述旁通空氣線路從所述低壓壓縮機(jī)的空氣出口延伸至所述第二空氣線路的中間部分。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述旁通空氣線路從所述第一空氣線路的中間部分延伸至所述第二空氣線路的中間部分。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)還包括閥，其定位在所述旁通空氣線路上或沿所述旁通空氣線路定位，并且構(gòu)造成控制穿過(guò)其的所述壓縮空氣流的所述第二部分的體積流速。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述閥能夠在開(kāi)啟位置與閉合位置之間選擇性地調(diào)整，以提供所述壓縮空氣流的所述第二部分的所述體積流速的可變控制。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)還包括流體混合器，其定位在所述旁通空氣線路與所述第二空氣線路的交點(diǎn)處或下游，并且構(gòu)造成混合所述壓縮空氣流的所述第一部分和所述壓縮空氣流的所述第二部分，從而產(chǎn)生供應(yīng)至所述高壓渦輪的進(jìn)入空氣流。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述流體混合器與所述高壓壓縮機(jī)的空氣入口間隔開(kāi)，以確保在進(jìn)入到所述高壓壓縮機(jī)中之前的所述進(jìn)入空氣流中的大致一致溫度分布。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)還包括溫度傳感器，其定位在所述流體混合器下游，并且構(gòu)造成測(cè)量所述進(jìn)入空氣流的溫度。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述溫度傳感器與所述流體混合器間隔開(kāi)，以確保在所述進(jìn)入空氣流的所述溫度的測(cè)量之前的所述進(jìn)入空氣流中的大致一致溫度分布。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的中間冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述溫度傳感器定位在所述高壓壓縮機(jī)的空氣入口處。
【文檔編號(hào)】F02C7/143GK105888848SQ201610081561
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年2月5日
【發(fā)明人】P.R.斯卡博羅, J.哈里斯
【申請(qǐng)人】通用電氣公司