CH707753A2 - Turbine arrangement and method for providing a purge airflow, and an adjustable flow of cooling air to a cavity in a gas turbine. - Google Patents
Turbine arrangement and method for providing a purge airflow, and an adjustable flow of cooling air to a cavity in a gas turbine. Download PDFInfo
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- CH707753A2 CH707753A2 CH00330/14A CH3302014A CH707753A2 CH 707753 A2 CH707753 A2 CH 707753A2 CH 00330/14 A CH00330/14 A CH 00330/14A CH 3302014 A CH3302014 A CH 3302014A CH 707753 A2 CH707753 A2 CH 707753A2
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Turbinenanordnung und ein Verfahren zur Lieferung einer Spülluftströmung und einer einstellbaren Kühlluftströmung zu einem Laufradhohlraum oder einem Statorhohlraum in einer Gasturbine. Die Turbinenanordnung weist eine Rotoranordnung (118), eine Statoranordnung (120), die benachbart zu der Rotoranordnung (118) positioniert ist, und einen Laufradhohlraum (122), der zwischen der Rotoranordnung (118) und der Statoranordnung (120) ausgebildet ist. Wenigstens eine unveränderliche Spülluftdurchlassöffnung (130) ist der Statoranordnung (120) zugeordnet. Die unveränderliche Spülluftdurchlassöffnung (130) ist konfiguriert, um eine Spülluftströmung (134) zu dem Laufradhohlraum (122) zu liefern. Ausserdem ist wenigstens eine veränderliche Kühlluftdurchlassöffnung (132) der Statoranordnung (120) zugeordnet. Die wenigstens eine veränderliche Kühlluftdurchlassöffnung (132) ist konfiguriert, um eine Kühlluftströmung (136) zu dem Laufradhohlraum (122) zu liefern.The invention relates to a turbine assembly and method for providing a purge air flow and an adjustable flow of cooling air to an impeller cavity or stator cavity in a gas turbine engine. The turbine assembly includes a rotor assembly (118), a stator assembly (120) positioned adjacent to the rotor assembly (118), and an impeller cavity (122) formed between the rotor assembly (118) and the stator assembly (120). At least one fixed purge air passage opening (130) is associated with the stator assembly (120). The fixed purge air passage opening (130) is configured to provide a purge air flow (134) to the impeller cavity (122). In addition, at least one variable cooling air passage opening (132) is associated with the stator assembly (120). The at least one variable cooling air passage opening (132) is configured to provide a cooling air flow (136) to the impeller cavity (122).
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
[0001] Ausführungsformen der Offenbarung betreffen allgemein Gasturbinen und insbesondere Systeme und Verfahren zur Lieferung einer Spülluftströmung und einer einstellbaren Kühlluftströmung zu einem Laufradhohlraum und/oder einem Statorhohlraum. Embodiments of the disclosure generally relate to gas turbines, and more particularly, to systems and methods for providing purge air flow and adjustable cooling air flow to an impeller cavity and / or stator cavity.
Hintergrund zu der ErfindungBackground to the invention
[0002] Gasturbinen werden in industriellen und kommerziellen Betriebsvorgängen in grossem Umfang verwendet. Eine typische Gasturbine enthält einen Verdichter im vorderen Teil, eine oder mehrere Brennkammern in etwa in der Mitte und eine Turbine im hinteren Teil. Der Verdichter verleiht dem Arbeits-fluid (z.B. Luft) kinetische Energie, um ein verdichtetes Arbeitsfluid in einem hochenergetischen Zustand zu erzeugen. Das verdichtete Arbeitsfluid verlässt den Verdichter und strömt zu den Brennkammern, wo es sich mit Brennstoff vermischt und gezündet wird, um Verbrennungsgase zu erzeugen, die eine hohe Temperatur und einen hohen Druck aufweisen. Die Verbrennungsgase strömen zu der Turbine, wo sie expandieren, um Arbeit zu verrichten. Demzufolge ist die Turbine sehr hohen Temperaturen ausgesetzt, die auf die Verbrennungsgase zurückgehen. Infolgedessen müssen die verschiedenen Turbinenkomponenten (wie beispielsweise die Mantelringanordnungen, Rotoranordnungen, Laufradhohlräume und dergleichen) gekühlt und/oder mit Spülluft versorgt werden. Demgemäss besteht ein Bedarf danach, verbesserte Turbinenkühlsysteme und -verfahren zu schaffen. Gas turbines are used in industrial and commercial operations on a large scale. A typical gas turbine includes a compressor in the front part, one or more combustion chambers in about the middle and a turbine in the rear part. The compressor imparts kinetic energy to the working fluid (e.g., air) to produce a compressed working fluid in a high energy state. The compressed working fluid exits the compressor and flows to the combustors, where it is mixed with fuel and ignited to produce combustion gases having a high temperature and a high pressure. The combustion gases flow to the turbine where they expand to do work. As a result, the turbine is exposed to very high temperatures due to the combustion gases. As a result, the various turbine components (such as the shroud assemblies, rotor assemblies, impeller cavities, and the like) must be cooled and / or purged. Accordingly, there is a need to provide improved turbine cooling systems and methods.
Kurze Beschreibung der ErfindungBrief description of the invention
[0003] Einige oder all die vorstehenden Bedürfnisse und/oder Probleme können durch bestimmte Ausführungsformen der Offenbarung bewältigt werden. Some or all of the foregoing needs and / or problems may be addressed by certain embodiments of the disclosure.
[0004] Gemäss einer Ausführungsform ist eine Turbinenanordnung offenbart. Die Turbinenanordnung kann eine Rotoranordnung, eine Statoranordnung, die benachbart zu der Rotoranordnung positioniert ist, und einen Laufradhohlraum enthalten, der zwischen der Rotoranordnung und der Statoranordnung ausgebildet ist. Wenigstens eine unveränderliche Spülluftdurchlassöffnung kann der Statoranordnung zugeordnet sein. Die unveränderliche Spülluftdurchlassöffnung kann konfiguriert sein, um eine Spülluftströmung zu dem Laufradhohlraum zu liefern. Ausserdem kann wenigstens eine veränderliche Kühlluftdurchlassöffnung der Statoranordnung zugeordnet sein. Die wenigstens eine veränderliche Kühlluftdurchlassöffnung kann konfiguriert sein, um eine Kühlluftströmung zu dem Laufradhohlraum zu liefern. In one embodiment, a turbine assembly is disclosed. The turbine assembly may include a rotor assembly, a stator assembly positioned adjacent the rotor assembly, and an impeller cavity formed between the rotor assembly and the stator assembly. At least one fixed purge air passage opening may be associated with the stator assembly. The fixed purge air passage opening may be configured to provide purge air flow to the impeller cavity. In addition, at least one variable cooling air passage opening can be assigned to the stator arrangement. The at least one variable cooling air passage opening may be configured to provide cooling air flow to the impeller cavity.
[0005] Die Anordnung kann ferner eine Durchflusssteuerungsvorrichtung aufweisen, die der wenigstens einen veränderlichen Kühlluftdurchlassöffnung zugeordnet ist, wobei die Durchflusssteuerungsvorrichtung konfiguriert ist, um den Kühlluftfluss zu dem Laufradhohlraum durch Variation der Grösse der wenigstens einen veränderlichen Kühlluftdurchlassöffnung zu variieren. The assembly may further include a flow control device associated with the at least one variable cooling air passage opening, the flow control device configured to vary the cooling air flow to the wheel cavity by varying the size of the at least one variable cooling air passage opening.
[0006] Die Statoranordnung eines beliebigen vorstehend erwähnten Systems kann aufweisen: eine Statorwand; und einen Statorhohlraum, der durch die Statorwand definiert ist, wobei der Statorhohlraum mit einer Strömung einer Verdichterentnahmeluft in Strömungsverbindung steht. The stator assembly of any of the aforementioned systems may include: a stator wall; and a stator cavity defined by the stator wall, wherein the stator cavity is in flow communication with a flow of compressor extraction air.
[0007] Die wenigstens eine unveränderliche Spülluftdurchlassöffnung ist in der Statorwand positioniert. The at least one fixed purge air passage opening is positioned in the stator wall.
[0008] Die wenigstens eine veränderliche Kühlluftdurchlassöffnung einer beliebigen vorstehend erwähnten Anordnung kann in der Statorwand positioniert sein. The at least one variable cooling air passage opening of any of the aforementioned arrangements may be positioned in the stator wall.
[0009] Die Durchflusssteuerungsvorrichtung einer beliebigen vorstehend erwähnten Anordnung kann innerhalb des Statorhohlraums positioniert sein. The flow control device of any of the aforementioned devices may be positioned within the stator cavity.
[0010] Die Verdichterentnahmeluftströmung einer beliebigen vorstehend erwähnten Anordnung kann wenigstens einen Teil der Spülluftströmung und der Kühlluftströmung bilden. The compressor exhaust air flow of any of the aforementioned arrangements may form at least a portion of the purge air flow and the cooling air flow.
[0011] Die Anordnung gemäss einer beliebigen vorstehend erwähnten Bauart kann ferner einen Temperatursensor aufweisen, der dem Laufradhohlraum zugeordnet ist und mit der wenigstens einen veränderlichen Kühlluftdurchlassöffnung in Strömungsverbindung steht. The assembly according to any of the aforementioned types may further comprise a temperature sensor associated with the impeller cavity and in fluid communication with the at least one variable cooling air passage.
[0012] Die Anordnung einer beliebigen vorstehend erwähnten Bauart weist ferner eine Zwischenstufendichtung auf, die zwischen der Rotoranordnung und der Statoranordnung positioniert ist. The assembly of any type mentioned above further includes an interstage seal positioned between the rotor assembly and the stator assembly.
[0013] Gemäss einer weiteren Ausführungsform ist eine Turbinenanordnung offenbart. Die Turbinenanordnung kann eine Rotoranordnung, eine benachbart zu der Rotoranordnung positionierte Statoranordnung und einen Laufradhohlraum aufweisen, der zwischen der Rotoranordnung und der Statoranordnung ausgebildet ist. Wenigstens ein Spülluftkreislauf kann der Statoranordnung zugeordnet sein. Der Spülluftkreislauf kann konfiguriert sein, um eine Spülluftströmung zu dem Laufradhohlraum zu liefern. Ausserdem kann wenigstens ein Kühlluftkreislauf der Statoranordnung zugeordnet sein. Der Kühlluftkreislauf kann konfiguriert sein, um eine Kühlluftströmung zu dem Laufradhohlraum zu liefern. According to a further embodiment, a turbine arrangement is disclosed. The turbine assembly may include a rotor assembly, a stator assembly positioned adjacent the rotor assembly, and an impeller cavity formed between the rotor assembly and the stator assembly. At least one purge air circuit may be associated with the stator assembly. The purge air circuit may be configured to provide purge air flow to the impeller cavity. In addition, at least one cooling air circuit can be assigned to the stator arrangement. The cooling air circuit may be configured to provide cooling air flow to the impeller cavity.
[0014] Die Anordnung kann ferner eine Durchflusssteuerungsvorrichtung aufweisen, die dem wenigstens einen Kühlluftkreislauf zugeordnet ist, wobei die Durchflusssteuerungsvorrichtung konfiguriert ist, um den Kühlluftfluss zu dem Laufradhohlraum zu variieren. The assembly may further include a flow control device associated with the at least one cooling air circuit, the flow control device configured to vary the cooling air flow to the impeller cavity.
[0015] Die Durchflusssteuerungsvorrichtung einer beliebigen vorstehend erwähnten Anordnung kann ein Ventil in Strömungsverbindung mit dem wenigstens einen Kühlluftkreislauf aufweisen. The flow control device of any of the aforementioned arrangements may include a valve in fluid communication with the at least one cooling air circuit.
[0016] Die Statoranordnung einer beliebigen vorstehend erwähnten Bauart kann aufweisen: eine Statorwand; und einen Statorhohlraum, der durch die Statorwand definiert ist, wobei der Statorhohlraum mit einer Strömung einer Verdichterentnahmeluft in Strömungsverbindung steht. The stator assembly of any type mentioned above may comprise: a stator wall; and a stator cavity defined by the stator wall, wherein the stator cavity is in flow communication with a flow of compressor extraction air.
[0017] Der wenigstens eine Spülluftkreislauf einer beliebigen vorstehend erwähnten Anordnung kann eine Durchlassöffnung aufweisen, die in der Statorwand positioniert ist. The at least one purge air circuit of any of the aforementioned arrangements may include a passage opening positioned in the stator wall.
[0018] Die Durchlassöffnung einer beliebigen vorstehend erwähnten Anordnung kann unveränderlich sein. The passage opening of any of the above-mentioned arrangement may be fixed.
[0019] Der wenigstens eine Kühlluftkreislauf einer beliebigen vorstehend erwähnten Anordnung kann eine veränderliche Durchlassöffnung aufweisen, die in der Statorwand positioniert ist. The at least one cooling air circuit of any of the aforementioned arrangements may have a variable passage opening positioned in the stator wall.
[0020] Die Anordnung gemäss einer beliebigen vorstehend erwähnten Bauart kann ferner einen Temperatursensor aufweisen, der dem Laufradhohlraum zugeordnet ist und mit dem wenigstens einen Kühlluftkreislauf in Verbindung steht. The arrangement of any type mentioned above may further comprise a temperature sensor associated with the impeller cavity and communicating with the at least one cooling air circuit.
[0021] Die Anordnung gemäss einer beliebigen vorstehend erwähnten Bauart kann ferner eine Zwischenstufendichtung aufweisen, die zwischen der Rotoranordnung und der Statoranordnung positioniert ist. The assembly of any type mentioned above may further include an interstage seal positioned between the rotor assembly and the stator assembly.
[0022] Gemäss einer weiteren Ausführungsform ist ein Verfahren zur Lieferung einer Spülluftströmung und einer Kühlluftströmung zu einem Hohlraum in einer Gasturbinenanordnung offenbart. Das Verfahren kann ein Liefern der Spülluftströmung zu dem Hohlraum über wenigstens eine unveränderliche Spülluftdurchlassöffnung enthalten. Ausserdem kann das Verfahren ein Variieren des Kühlluftflusses zu dem Hohlraum mittels wenigstens einer veränderlichen Kühlluftdurchlassöffnung enthalten. In einigen Fällen kann der Hohlraum einen Laufradhohlraum und/oder einen Statorhohlraum enthalten. [0022] According to another embodiment, there is disclosed a method of providing a purge air flow and a cooling air flow to a cavity in a gas turbine assembly. The method may include providing the purge air flow to the cavity via at least one fixed purge air passage. In addition, the method may include varying the flow of cooling air to the cavity by means of at least one variable cooling air passage opening. In some cases, the cavity may include an impeller cavity and / or a stator cavity.
[0023] Das Verfahren kann ferner ein Variieren der Grösse der wenigstens einen veränderlichen Kühlluftdurchlassöffnung mit einer Durchflusssteuerungsvorrichtung aufweisen. The method may further comprise varying the size of the at least one variable cooling air passage opening with a flow control device.
[0024] Gemäss einer weiteren Ausführungsform ist ein System zur Lieferung einer einstellbaren Kühlluftströmung von einem Statorhohlraum zu einem Laufradhohlraum einer Turbinenanordnung offenbart. Das System kann wenigstens einen Kühlluftdurchgang enthalten, der konfiguriert ist, um die einstellbare Kühlluftströmung zu dem Laufradhohlraum aus dem Statorhohlraum zu liefern. Das System kann ferner eine Durchflusssteuerungsvorrichtung enthalten, die dem wenigstens einen Kühlluftdurchgang zugeordnet ist. Die Durchflusssteuerungsvorrichtung kann ein Ventil enthalten, das konfiguriert ist, um die einstellbare Kühlluftströmung innerhalb des wenigstens einen Kühlluftdurchgangs zu steuern. Ausserdem kann die Durchflusssteuerungsvorrichtung einen temperaturabhängigen Aktuator enthalten, der wenigstens teilweise innerhalb des Laufradhohlraums positioniert ist und mit dem Ventil in mechanischer Verbindung steht. Der temperaturabhängige Aktuator kann konfiguriert sein, um das Ventil zu öffnen und zu schliessen. In another embodiment, a system is disclosed for providing adjustable cooling air flow from a stator cavity to an impeller cavity of a turbine assembly. The system may include at least one cooling air passage configured to provide the adjustable cooling air flow to the impeller cavity from the stator cavity. The system may further include a flow control device associated with the at least one cooling air passage. The flow control device may include a valve configured to control the adjustable cooling air flow within the at least one cooling air passage. In addition, the flow control device may include a temperature dependent actuator that is at least partially positioned within the impeller cavity and in mechanical communication with the valve. The temperature dependent actuator may be configured to open and close the valve.
[0025] Der temperaturabhängige Aktuator des Systems kann aufweisen: ein Aktuatorgehäuse, das wenigstens teilweise innerhalb des Laufradhohlraums positioniert ist; und ein temperaturabhängiges Element, das im Inneren des Aktuatorgehäuses positioniert ist, wobei das temperaturabhängige Element konfiguriert ist, um sich in Abhängigkeit von einer Temperatur des Laufradhohlraums auszudehnen oder zusammenzuziehen, um das Ventil zu öffnen und zu schliessen. The temperature dependent actuator of the system may include: an actuator housing positioned at least partially within the impeller cavity; and a temperature responsive element positioned within the actuator housing, wherein the temperature responsive element is configured to expand or contract in response to a temperature of the impeller cavity to open and close the valve.
[0026] Das Ventil des Systems kann aufweisen: einen Ventilkörper in Strömungsverbindung mit dem wenigstens einen Kühlluftdurchgang; und einen Ventilteller, der konfiguriert ist, um als Reaktion auf den temperaturabhängigen Aktuator zu öffnen und zu schliessen, um die einstellbare Kühlluftströmung, die zu dem Laufradhohlraum durch den wenigstens einen Kühlluftdurchgang geliefert wird, anzupassen. The valve of the system may include: a valve body in flow communication with the at least one cooling air passage; and a valve plate configured to open and close in response to the temperature dependent actuator to adjust the adjustable cooling air flow provided to the impeller cavity through the at least one cooling air passage.
[0027] Der wenigstens einen Kühlluftdurchgang ist stromaufwärts von dem temperaturabhängigen Aktuator positioniert, um so die einstellbare Kühlluftströmung stromaufwärts des temperaturabhängigen Aktuators zu liefern. The at least one cooling air passage is positioned upstream of the temperature-responsive actuator so as to provide the adjustable cooling air flow upstream of the temperature-responsive actuator.
[0028] Das System gemäss einer beliebigen vorstehend erwähnten Bauart kann ferner wenigstens eine unveränderliche Spülluftdurchlassöffnung in Strömungsverbindung mit dem Laufradhohlraum aufweisen, wobei die wenigstens eine unveränderliche Spülluftöffnung konfiguriert sein kann, um einen konstanten Fluss der Spülluft zu dem Laufradhohlraum zu liefern. The system according to any of the aforementioned types may further include at least one fixed purge air passage opening in flow communication with the impeller cavity, wherein the at least one fixed purge air opening may be configured to provide a constant flow of purge air to the impeller cavity.
[0029] Weitere Ausführungsformen, Aspekte und Merkmale der Erfindung werden für Fachleute auf dem Gebiet aus der folgenden detaillierten Beschreibung, den beigefügten Zeichnungen und den angehängten Ansprüchen offenkundig. Further embodiments, aspects and features of the invention will become apparent to those skilled in the art from the following detailed description, the accompanying drawings and the appended claims.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
[0030] Es wird nun auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die nicht notwendigerweise massstabsgetreu gezeichnet sind. <tb>Fig. 1<SEP>zeigt eine beispielhafte schematische Ansicht einer Gasturbine gemäss einer Ausführungsform des Offenbarungsgegenstands. <tb>Fig. 2<SEP>zeigt eine beispielhafte schematische Schnittansicht eines Systems zur Lieferung einer Spülluftströmung und einer einstellbaren Kühlluftströmung zu einem Laufradhohlraum gemäss einer Ausführungsform des Offenbarungsgegenstands. <tb>Fig. 3<SEP>zeigt eine beispielhafte schematische Schnittansicht eines Systems zur Lieferung einer Spülluftströmung und einer einstellbaren Kühlluftströmung zu einem Laufradhohlraum gemäss einer Ausführungsform des Offenbarungsgegenstands. <tb>Fig. 4<SEP>zeigt eine beispielhafte schematische Schnittansicht eines Systems zur Lieferung einer einstellbaren Kühlluftströmung zu einem Laufradhohlräum gemäss einer Ausführungsform des Offenbarungsgegenstands. <tb>Fig. 5<SEP>zeigt eine beispielhafte schematische Schnittansicht eines Systems zur Lieferung einer einstellbaren Kühlluftströmung zu einem Laufradhohlraum gemäss einer Ausführungsform des Offenbarungsgegenstands.Reference will now be made to the accompanying drawings, which are not necessarily drawn to scale. <Tb> FIG. 1 <SEP> shows an exemplary schematic view of a gas turbine according to an embodiment of the disclosure. <Tb> FIG. FIG. 2 shows an exemplary schematic sectional view of a system for providing a purge air flow and an adjustable flow of cooling air to an impeller cavity according to an embodiment of the disclosure. FIG. <Tb> FIG. FIG. 3 shows an exemplary schematic sectional view of a system for providing a purge air flow and an adjustable flow of cooling air to an impeller cavity according to an embodiment of the disclosure. FIG. <Tb> FIG. FIG. 4 shows an exemplary schematic sectional view of a system for providing an adjustable flow of cooling air to an impeller cavity in accordance with an embodiment of the subject disclosure. FIG. <Tb> FIG. FIG. 5 shows an exemplary schematic sectional view of a system for providing adjustable cooling air flow to an impeller cavity according to an embodiment of the disclosure. FIG.
Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention
[0031] Anschauliche Ausführungsformen sind hier nachstehend in grösseren Einzelheiten unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen einige, jedoch nicht alle Ausführungsformen veranschaulicht sind. Der Offenbarungsgegenstand kann in vielfältigen Formen verkörpert sein und sollte nicht als auf die hierin erläuterten Ausführungsformen beschränkt ausgelegt werden. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen überall gleiche Elemente. Illustrative embodiments are hereinafter described in greater detail with reference to the accompanying drawings, in which some, but not all embodiments are illustrated. The subject disclosure may be embodied in various forms and should not be construed as limited to the embodiments discussed herein. Like reference numerals designate like elements throughout.
[0032] Die veranschaulichenden Ausführungsformen sind unter anderem auf Systeme und Verfahren zur Lieferung einer Spülluftströmung und einer einstellbaren Kühlluftströmung zu einem Laufradhohlraum und/oder einem Statorhohlraum gerichtet. Das heisst, die Systeme und Verfahren, wie sie hierin beschrieben sind, stellen Mittel bereit, um einen Kühlluftstrom, der aus dem Verdichter entnommen und zu dem Laufradhohlraum und/oder dem Statorhohlraum geliefert wird, anzupassen. Der Kühlluftstrom kann mittels einer veränderlichen Kühlluftdurchlassöffnung und/oder eines einstellbaren Kühlluftkreislaufs angepasst werden. The illustrative embodiments are directed, inter alia, to systems and methods for providing scavenging air flow and adjustable cooling air flow to an impeller cavity and / or stator cavity. That is, the systems and methods described herein provide means to adjust a flow of cooling air taken from the compressor and delivered to the impeller cavity and / or the stator cavity. The cooling air flow can be adjusted by means of a variable cooling air passage opening and / or an adjustable cooling air circuit.
[0033] In manchen Ausführungsformen kann eine Turbinenanordnung eine Rotoranordnung, eine Statoranordnung, die benachbart zu der Rotoranordnung positioniert ist, und einen Laufradhohlraum enthalten, der zwischen der Rotoranordnung und der Statoranordnung ausgebildet ist. Wenigstens eine unveränderliche Spülluftdurchlassöffnung und wenigstens eine veränderliche Kühlluftdurchlassöffnung können der Statoranordnung zugeordnet sein. Die unveränderliche Spülluftdurchlassöffnung kann konfiguriert sein, um eine Spülluftströmung zu dem Laufradhohlraum zu liefern, und die veränderliche Kühlluftdurchlassöffnung kann konfiguriert sein, um eine veränderliche Kühlluftströmung zu dem Laufradhohlraum zu liefern. Auf diese Weise kann die Spülluftströmung den Laufradhohlraum spülen, und die veränderliche Kühlluftströmung kann die Rotoranordnung kühlen. In some embodiments, a turbine assembly may include a rotor assembly, a stator assembly positioned adjacent the rotor assembly, and an impeller cavity formed between the rotor assembly and the stator assembly. At least one fixed purge air passage opening and at least one variable cooling air passage opening may be associated with the stator assembly. The fixed purge air passage opening may be configured to provide purge air flow to the impeller cavity, and the variable cooling air passage opening may be configured to provide variable cooling air flow to the impeller cavity. In this way, the purge air flow may purge the impeller cavity and the variable flow of cooling air may cool the rotor assembly.
[0034] In einigen Fällen kann eine Durchflusssteuerungsvorrichtung der veränderlichen Kühlluftdurchlassöffnung zugeordnet sein. Zum Beispiel kann eine Durchflusssteuerungsvorrichtung konfiguriert sein, um den Kühlluftfluss zu dem Laufradhohlraum durch Variation der Grösse der veränderlichen Kühlluftdurchlassöffnung zu variieren. In anderen Fällen kann die Durchflusssteuerungsvorrichtung ein Ventil enthalten, das der veränderlichen Kühlluftdurchlassöffnung oder einem Kühlluftkreislauf zugeordnet ist, der mit dem Lauf radhohlraum in Strömungsverbindung steht. In some cases, a flow control device may be associated with the variable cooling air passage opening. For example, a flow control device may be configured to vary the cooling air flow to the impeller cavity by varying the size of the variable cooling air passage opening. In other cases, the flow control device may include a valve associated with the variable cooling air passage or a cooling air circuit in fluid communication with the running wheel cavity.
[0035] In manchen Ausführungsformen kann die Statoranordnung einen Statorhohlraum enthalten, der durch eine Statorwand definiert ist. In einigen Fällen können die unveränderliche Spülluftdurchlassöffnung und die veränderliche Kühlluftdurchlassöffnung in der Statorwand positioniert sein. In anderen Fällen kann der Statorhohlraum mit einer Strömung einer Verdichterentnahmeluft in Strömungsverbindung stehen. Auf diese Weise kann die Verdichterentnahmeluftströmung wenigstens teilweise einen Teil der Spülluftströmung und der Kühlluftströmung bilden. Das heisst, die Strömung der Verdichterentnahmeluft kann in den Statorhohlraum eintreten, wobei ein Anteil der Verdichterentnahmeluftströmung durch die unveränderliche Spülluftdurchlassöffnung in der Statorwand hindurch und in den Laufradhohlraum eintreten kann, und ein Anteil der Verdichterentnahmeluftströmung kann durch die veränderliche Kühlluftdurchlassöffnung in der Statorwand hindurch und in den Laufradhohlraum eintreten. Die Spülluftströmung kann den Laufradhohlraum spülen, und die Kühlluftströmung kann die Rotoranordnung kühlen. In some embodiments, the stator assembly may include a stator cavity defined by a stator wall. In some cases, the fixed purge air passage opening and the variable cooling air passage opening may be positioned in the stator wall. In other cases, the stator cavity may be in flow communication with a flow of compressor extraction air. In this way, the compressor bleed airflow may at least partially form part of the purge air flow and the cooling air flow. That is, the flow of the compressor bleed air may enter the stator cavity with a portion of the compressor bleed air flow through the fixed purge air passage opening in the stator wall and into the impeller cavity, and a portion of the compressor bleed air flow may pass through the variable cooling air passage opening in the stator wall and into the stator Enter impeller cavity. The purge air flow may purge the impeller cavity and the cooling air flow may cool the rotor assembly.
[0036] In einigen Fällen kann die Durchflusssteuerungsvorrichtung innerhalb des Statorhohlraums positioniert sein. In anderen Fällen kann die Durchflusssteuerungsvorrichtung ausserhalb der Gasturbine positioniert sein. In manchen Ausführungsformen kann/können ein Temperatursensor und/oder ein Aktuator mit der Durchflusssteuerungsvorrichtung oder dem Ventil in Strömungsverbindung stehen und dem Laufradhohlraum und/oder der Statoranordnung zugeordnet sein. Zum Beispiel kann/können der Temperatursensor und/oder der Aktuator mit der Durchflusssteuerungsvorrichtung oder dem Ventil in Strömungsverbindung stehen und an der Statorwand montiert sein und wenigstens teilweise in den Laufradhohlraum hineinragen. Der Temperatursensor und/oder der Aktuator können konfiguriert sein, um die Durchflusssteuerungsvorrichtung oder das Ventil zu beeinflussen. In anderen Ausführungsformen kann eine Zwischenstufendichtung zwischen der Rotoranordnung und der Statoranordnung positioniert sein. In some cases, the flow control device may be positioned within the stator cavity. In other cases, the flow control device may be positioned outside the gas turbine. In some embodiments, a temperature sensor and / or an actuator may be in fluid communication with the flow control device or the valve and associated with the impeller cavity and / or the stator assembly. For example, the temperature sensor and / or the actuator may be in fluid communication with the flow control device or valve and mounted on the stator wall and at least partially protrude into the impeller cavity. The temperature sensor and / or the actuator may be configured to affect the flow control device or the valve. In other embodiments, an interstage seal may be positioned between the rotor assembly and the stator assembly.
[0037] In manchen Ausführungsformen kann die Turbinenanordnung wenigstens einen Spülluftkreislauf und wenigstens einen Kühlluftkreislauf enthalten, die der Statoranordnung zugeordnet sind. In einigen Fällen kann eine Durchflusssteuerungsvorrichtung dem Kühlluftkreislauf zugeordnet sein. Das heisst, die Durchflusssteuerungsvorrichtung kann konfiguriert sein, um den Zufluss der Kühlluft zu dem Lauf radhohlraum zu variieren. Zum Beispiel kann die Durchflusssteuerungsvorrichtung ein Ventil in Strömungsverbindung mit dem Kühlluftkreislauf enthalten. Auf diese Weise kann der Kühlluftkreislauf einen Strömungskreislauf enthalten, der eine Strömung einer Verdichterentnahmeluft durch ein Rohr oder eine Leitung leitet, das bzw. die mit dem Lauf radhohlraum verbunden ist. Das Ventil kann die Kühlströmung zu dem Laufradhohlraum anpassen, indem es auf die Laufradhohlraum- und/oder Rotoranordnungs-temperatur anspricht, wie sie durch ein oder mehrere Messinstrumente, wie beispielsweise den Temperatursensor, gemessen wird. In some embodiments, the turbine assembly may include at least one purge air circuit and at least one cooling air circuit associated with the stator assembly. In some cases, a flow control device may be associated with the cooling air circuit. That is, the flow control device may be configured to vary the inflow of the cooling air to the running wheel cavity. For example, the flow control device may include a valve in flow communication with the cooling air circuit. In this way, the cooling air circuit may include a flow loop that directs a flow of a compressor bleed air through a pipe or conduit that is connected to the running radhohlraum. The valve may adjust the cooling flow to the impeller cavity by responding to the impeller void and / or rotor assembly temperature as measured by one or more measuring instruments, such as the temperature sensor.
[0038] In manchen Ausführungsformen können die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren konfiguriert sein, um die Kühl- und Spülströmung zu einem Statorhohlraum zu liefern. Das heisst, in manchen Fällen kann eine feste Menge der Spülluftströmung aus einem Statorhohlraum zu einem anderen geliefert werden, und eine zusätzliche Menge der angepassten Kühlströmung kann ebenfalls zwischen Statorhohlräumen geliefert werden. In some embodiments, the systems and methods described herein may be configured to provide the cooling and purging flow to a stator cavity. That is, in some cases, a fixed amount of purge air flow may be delivered from one stator cavity to another, and an additional amount of the adjusted cooling flow may also be provided between stator cavities.
[0039] Indem nun auf die Zeichnungen verwiesen wird, zeigt Fig. 1 eine beispielhafte schematische Ansicht einer Gasturbine 100, wie sie hierin verwendet werden kann. Die Gasturbine 100 kann eine Gasturbine mit einem Verdichter 102 enthalten. Der Verdichter 102 kann eine ankommende Luftströmung 104 verdichten. Der Verdichter 102 kann die verdichtete Luftströmung 104 zu einer Brennkammer 106 liefern. Die Brennkammer 106 kann die verdichtete Luftströmung 104 mit einer unter Druck stehenden Brennstoffströmung 106 vermischen und das Gemisch zünden, um eine Strömung von Verbrennungsgasen 110 zu erzeugen. Obwohl lediglich eine einzige Brennkammer 106 veranschaulicht ist, kann die Gasturbine eine beliebige Anzahl von Brennkammern 106 enthalten. Die Verbrennungsgasströmung 110 kann zu einer Turbine 112 geliefert werden. Die Verbrennungsgasströmung 110 kann die Turbine 112 antreiben, um so mechanische Arbeit zu verrichten. Die in der Turbine 112 verrichtete mechanische Arbeit kann einen Verdichter 102 über eine Welle 114 und eine externe Last 116, wie beispielsweise einen elektrischen Generator oder dergleichen, antreiben. Referring now to the drawings, FIG. 1 shows an exemplary schematic view of a gas turbine engine 100 as may be used herein. The gas turbine 100 may include a gas turbine with a compressor 102. The compressor 102 may compress an incoming airflow 104. The compressor 102 may deliver the compressed airflow 104 to a combustor 106. The combustor 106 may mix the compressed airflow 104 with a pressurized fuel stream 106 and ignite the mixture to produce a flow of combustion gases 110. Although only a single combustor 106 is illustrated, the gas turbine may include any number of combustors 106. The combustion gas flow 110 may be delivered to a turbine 112. The combustion gas flow 110 may drive the turbine 112 so as to perform mechanical work. The mechanical work done in the turbine 112 may drive a compressor 102 via a shaft 114 and an external load 116, such as an electric generator or the like.
[0040] Die Gasturbine kann Erdgas, verschiedene Arten von Synthesegas und/oder andere Arten von Brennstoffen verwenden. Die Gasturbine kann eine beliebige von einer Anzahl unterschiedlicher Gasturbinen sein, die von der General Electric Company aus Schenectady, New York, angeboten werden, einschliesslich, jedoch nicht darauf beschränkt, derjenigen, wie beispielsweise einer Hochleistungsgasturbine einer 7er-oder einer 9er Reihe und dergleichen. Die Gasturbine kann unterschiedliche Konfigurationen aufweisen und kann andere Arten von Komponenten verwenden. Die Gasturbine kann eine von Flugtriebwerken abgeleitete Gasturbine, eine industrielle Gasturbine oder eine Kolbenmaschine sein. Es können auch andere Arten von Gasturbinen hierin verwendet werden. Es können mehrere Gasturbinen, andere Arten von Turbinen und andere Arten einer Energieerzeugungsausrüstung auch gemeinsam hierin verwendet werden. The gas turbine may use natural gas, various types of syngas, and / or other types of fuels. The gas turbine may be any of a number of different gas turbines offered by the General Electric Company of Schenectady, New York, including, but not limited to, those such as a 7 or 9 Series high performance gas turbine and the like. The gas turbine may have different configurations and may use other types of components. The gas turbine may be an aircraft engine-derived gas turbine, an industrial gas turbine, or a reciprocating engine. Other types of gas turbines may be used herein. Several gas turbines, other types of turbines, and other types of power generation equipment may also be used together herein.
[0041] In manchen Ausführungsformen, wie schematisch in Fig. 2 dargestellt, kann die Turbine 112 nach Fig. 1 eine Rotoranordnung 118 und eine Statoranordnung 120 enthalten. Die Statoranordnung 120 kann benachbart zu der Rotoranordnung 118 positioniert sein. Ein Laufradhohlraum 122 kann zwischen der Rotoranordnung 118 und der Statoranordnung 120 ausgebildet sein. In einigen Fällen kann eine Zwischenstufendichtung 121 zwischen der Rotoranordnung 118 und der Statoranordnung 120 positioniert sein. In some embodiments, as schematically illustrated in FIG. 2, the turbine 112 of FIG. 1 may include a rotor assembly 118 and a stator assembly 120. The stator assembly 120 may be positioned adjacent to the rotor assembly 118. An impeller cavity 122 may be formed between the rotor assembly 118 and the stator assembly 120. In some cases, an interstage seal 121 may be positioned between the rotor assembly 118 and the stator assembly 120.
[0042] Die Statoranordnung 120 kann eine Statorwand 124 enthalten. Die Statorwand 124 kann darin einen Statorhohlraum 126 definieren. Der Statorhohlraum 126 kann mit einer Strömung einer Verdichterentnahmeluft 128 in Strömungsverbindung stehen. Das heisst, die Verdichterentnahmeluftströmung 128 kann den Statorhohlraum 126 wenigstens teilweise füllen. The stator assembly 120 may include a stator wall 124. The stator wall 124 may define a stator cavity 126 therein. Stator cavity 126 may be in flow communication with a flow of compressor extraction air 128. That is, the compressor bleed airflow 128 may at least partially fill the stator cavity 126.
[0043] In einigen Fällen können eine unveränderliche Spülluftdurchlassöffnung 130 und eine veränderliche Kühlluftdurchlassöffnung 132 in der Statorwand 124 positioniert sein. Die unveränderliche Spülluftdurchlassöffnung 130 kann konfiguriert sein, um eine Spülluftströmung 134 zu dem Laufradhohlraum 122 zu liefern, und die veränderliche Kühlluftdurchlassöffnung 132 kann konfiguriert sein, um eine veränderliche Kühlluftströmung 136 zu dem Laufradhohlraum 122 zu liefern. Zum Beispiel kann die Strömung der Verdichterentnahmeluft 128 in den Statorhohlraum 126 eintreten, wo ein erster Anteil 134 der Verdichterentnahmeluftströmung 128 durch die unveränderliche Spülluftdurchlassöffnung 130 hindurchtreten kann und ein zweiter Anteil 136 durch die veränderliche Kühlluftdurchlassöffnung 132 hindurchtreten kann. Die Spülluftströmung 134 kann den Laufradhohlraum 122 spülen, und die veränderliche Kühlluftströmung 136 kann die Rotoranordnung 118 kühlen. In some cases, a fixed purge air passage opening 130 and a variable cooling air passage opening 132 may be positioned in the stator wall 124. The fixed purge air passage opening 130 may be configured to provide a purge air flow 134 to the impeller cavity 122, and the variable cooling air passage port 132 may be configured to provide a variable flow of cooling air 136 to the impeller cavity 122. For example, the flow of the compressor bleed air 128 may enter the stator cavity 126 where a first portion 134 of the compressor bleed airflow 128 may pass through the fixed purge air passage opening 130 and a second portion 136 may pass through the variable cooling air passage opening 132. The purge air flow 134 may purge the impeller cavity 122, and the variable cooling air flow 136 may cool the rotor assembly 118.
[0044] In einigen Fällen kann eine Durchflusssteuerungsvorrichtung 138 innerhalb des Statorhohlraums 126 positioniert sein. Die Durchflusssteuerungsvorrichtung 138 kann auch der veränderlichen Kühlluftdurchlassöffnung 132 zugeordnet sein. Zum Beispiel kann die Durchflusssteuerungsvorrichtung 138 konfiguriert sein, um den Fluss der Kühlluft 136 zu dem Laufradhohlraum 122 zu variieren. In einem Beispiel kann die Durchflusssteuerungsvorrichtung 138 den Fluss der Kühlluft 136 zu dem Laufradhohlraum 122 durch Variation der Grösse der veränderlichen Kühlluftdurchlassöffnung 132 variieren. In anderen Fällen kann die Durchflusssteuerungsvorrichtung 138 eine ventilartige Einrichtung oder einen Aktuator enthalten, die bzw. der der veränderlichen Kühlluftdurchlassöffnung 132 zugeordnet ist, um den Zufluss der Kühlluft 136 zu dem Laufradhohlraum 122 zu variieren. Zum Beispiel kann in manchen Ausführungsformen ein Temperatursensor 140 dem Laufradhohlraum 122 und/oder der Statoranordnung 120 zugeordnet sein. Der Temperatursensor 140 kann einen Teil der Durchflusssteuerungsvorrichtung 138 oder eine gesonderte Komponente bilden. In einigen Fällen kann/können der Temperatursensor 140 und/oder der Aktuator mit der Durchflusssteuerungsvorrichtung 138 in Verbindung stehen und an der Statorwand 124 montiert sein und wenigstens teilweise in den Laufradhohlraum 122 hineinragen. In Abhängigkeit von der Temperatur des Laufradhohlraums 122, der Statoranordnung 120 und/oder der Rotoranordnung 118 (wie durch den Temperatursensor 140 bestimmt) kann die Durchflusssteuerungsvorrichtung 138 den Fluss der Kühlluft 136, die über die veränderliche Kühlluftdurchlassöffnung 132 in den Laufradhohlraum 122 eintritt, mittels eines temperaturabhängigen Aktuators oder dergleichen vergrössern oder verringern. Jedoch kann in manchen Ausführungsformen die unveränderliche Spülluftdurchlassöffnung 130 unabhängig von der Temperatur des Laufradhohlraums 122 eine konstante dosierte Strömung der Spülluft 134 zu dem Laufradhohlraum 122 liefern. In some cases, a flow control device 138 may be positioned within the stator cavity 126. The flow control device 138 may also be associated with the variable cooling air passage 132. For example, the flow control device 138 may be configured to vary the flow of cooling air 136 to the impeller cavity 122. In one example, the flow control device 138 may vary the flow of cooling air 136 to the impeller cavity 122 by varying the size of the variable cooling air passage 132. In other instances, the flow control device 138 may include a valving or actuator associated with the variable cooling air passage 132 to vary the flow of the cooling air 136 to the impeller cavity 122. For example, in some embodiments, a temperature sensor 140 may be associated with the impeller cavity 122 and / or the stator assembly 120. The temperature sensor 140 may form part of the flow control device 138 or a separate component. In some cases, the temperature sensor 140 and / or the actuator may communicate with the flow control device 138 and be mounted on the stator wall 124 and at least partially protrude into the impeller cavity 122. Depending on the temperature of the impeller cavity 122, the stator assembly 120, and / or the rotor assembly 118 (as determined by the temperature sensor 140), the flow control device 138 may measure the flow of the cooling air 136 entering the impeller cavity 122 via the variable cooling air passage 132 increase or decrease the temperature-dependent actuator or the like. However, in some embodiments, the fixed purge air passage 130 may provide a constant metered flow of the purge air 134 to the impeller cavity 122, regardless of the temperature of the impeller cavity 122.
[0045] Fig. 3 zeigt in schematischer Weise ein System 300 zur Lieferung einer Spülluftströmung 323 und einer einstellbaren Kühlluftströmung 324 zu einem Laufradhohlraum 306. Zum Beispiel kann das System 300 eine Statoranordnung 302 enthalten, die benachbart zu einer Rotoranordnung 304 positioniert ist. Der Laufradhohlraum 306 kann zwischen der Rotoranordnung 304 und der Statoranordnung 302 ausgebildet sein. In einigen Fällen kann eine Zwischenstufendichtung 307 zwischen der Rotoranordnung 304 und der Statoranordnung 302 positioniert sein. FIG. 3 schematically illustrates a system 300 for providing a purge air flow 323 and an adjustable cooling air flow 324 to an impeller lumen 306. For example, the system 300 may include a stator assembly 302 positioned adjacent to a rotor assembly 304. The impeller cavity 306 may be formed between the rotor assembly 304 and the stator assembly 302. In some cases, an interstage seal 307 may be positioned between the rotor assembly 304 and the stator assembly 302.
[0046] Die Statoranordnung 302 kann wenigstens einen Spülluftkreislauf 308 und wenigstens einen Kühlluftkreislauf 310 enthalten. Sowohl der Spülluftkreislauf 308 als auch der Kühlluftkreislauf 310 können mit dem Laufradhohlraum 306 und einer Strömung einer Verdichterentnahmeluft 312 in Strömungsverbindung stehen. In einigen Fällen kann eine Durchflusssteuerungsvorrichtung 314 dem Kühlluftkreislauf 310 zugeordnet sein. Das heisst, die Durchflusssteuerungsvorrichtung 314 kann konfiguriert sein, um den Zufluss der Kühlluft zu dem Laufradhohlraum 306 zu variieren. Zum Beispiel kann die Durchflusssteuerungsvorrichtung 314 ein Ventil 316 in Strömungsverbindung mit dem Kühlluftkreislauf 310 enthalten. Auf diese Weise kann der Kühlluftkreislauf 310 einen Strömungskreislauf enthalten, der eine Strömung einer Verdichterentnahmeluft 312 durch ein Rohr oder eine Leitung zu dem Laufradhohlraum 306 leitet. Das Ventil 316 kann die Kühlströmung zu dem Lauf radhohlraum 306 anpassen, indem es auf die Laufradhohlraum-, Statoranordnungs- und/oder Rotoranordnungstemperatur anspricht, wie sie durch einen oder mehrere Überwachungsinstrumente, wie beispielsweise einen Temperatursensor 320, der mit dem Ventil 316 in Verbindung steht, gemessen wird. In einigen Fällen kann/können der Temperatursensor 320 und/oder ein Aktuator mit dem Ventil 316 in Verbindung stehen und können an der Statorwand montiert sein und wenigstens teilweise in den Laufradhohlraum 306 hineinragen. In einigen Fällen kann das Ventil 316 ausserhalb der Gasturbine angeordnet sein. The stator assembly 302 may include at least one purge air circuit 308 and at least one cooling air circuit 310. Both the purge air circuit 308 and the cooling air circuit 310 may be in fluid communication with the impeller cavity 306 and a flow of a compressor exhaust air 312. In some cases, a flow control device 314 may be associated with the cooling air cycle 310. That is, the flow control device 314 may be configured to vary the inflow of cooling air to the impeller cavity 306. For example, the flow control device 314 may include a valve 316 in fluid communication with the cooling air circuit 310. In this manner, the cooling air loop 310 may include a flow loop that directs flow of compressor bleed air 312 through a pipe or conduit to the impeller lumen 306. The valve 316 may adjust the cooling flow to the rotor cavity 306 by being responsive to the impeller cavity, stator assembly and / or rotor assembly temperature as determined by one or more monitoring instruments, such as a temperature sensor 320 in communication with the valve 316 , is measured. In some cases, the temperature sensor 320 and / or an actuator may be in communication with the valve 316 and may be mounted on the stator wall and at least partially protrude into the impeller cavity 306. In some cases, the valve 316 may be located outside the gas turbine.
[0047] Wie vorstehend beschrieben, sind die Spüldurchlassöffnungen (z.B. Löcher) und/oder -kreisläufe unveränderlich und bemessen, um den erforderlichen Spülfluss zu liefern, um die Spülanforderungen in dem Laufradhohlraum zu erfüllen. Der Rotorkühlluftstrom, der durch die veränderliche Kühlluftdurchlassöffnung und/oder den Kühlluftkreislauf geliefert wird, kann angepasst werden, und er kann folglich hinsichtlich der Umgebungsbedingungen optimiert werden. Zum Beispiel ist während kalter Umgebungsbedingungen ein geringerer Kühlluftstrom erforderlich, um die Laufradhohlraumtemperatur aufrechtzuerhalten; in diesem Fall kann die Durchflusssteuervorrichtung den Kühlluftfluss beschränken oder unterbrechen. Während heisser Umgebungsbedingungen kann eine grössere Kühlluftströmung erforderlich sein, um die Laufradhohlraumtemperatur unter der Auslegungsgrenze zu halten; unter diesen Bedingungen kann die Durchflusssteuerungsvorrichtung eine grössere Kühlluftströmung zulassen. Demgemäss kann die Durchflusssteuerungsvorrichtung, die zur Steuerung der Rotorkühlluft verwendet wird, unmittelbar auf die Laufradhohlraumtemperatur ansprechen und die Kühlluftströmung in der erforderlichen Weise einstellen, um die Rotortemperatur innerhalb der Auslegungsgrenze zu halten. Das Vorsehen eines veränderlichen Durchflussbereichs und folglich die Fähigkeit, den effektiven Durchflussbereich des Kühlkreislaufs zu variieren, bietet den zusätzlichen Vorteil der Optimierung und Verbesserung der Rückströmungsreserve. As described above, the purge ports (e.g., holes) and / or circuits are fixed and sized to provide the required purge flow to meet the purge requirements in the impeller cavity. The rotor cooling air flow provided by the variable cooling air passage opening and / or the cooling air circuit can be adjusted, and thus can be optimized in environmental conditions. For example, during cold environmental conditions, a lower cooling air flow is required to maintain the impeller cavity temperature; In this case, the flow control device may restrict or interrupt the cooling air flow. During hot ambient conditions, greater cooling air flow may be required to keep the impeller cavity temperature below the design limit; Under these conditions, the flow control device may allow a larger flow of cooling air. Accordingly, the flow control device used to control the rotor cooling air may respond directly to the impeller cavity temperature and adjust the cooling air flow as required to maintain the rotor temperature within the design limit. The provision of a variable flow area, and thus the ability to vary the effective flow area of the refrigeration cycle, provides the additional benefit of optimizing and improving the backflow reserve.
[0048] Es kann eine beliebige Anzahl von unveränderlichen und/oder variablen Löchern und/oder Kreisläufen hierin verwendet werden. Die unveränderlichen und/oder variablen Löcher und/oder Kreisläufe können eine beliebige Grösse, Gestalt und/oder Konfiguration aufweisen. Ausserdem müssen die variablen Durchflusslöcher und/oder Kreisläufe nicht notwendigerweise übereinstimmend arbeiten. Das heisst, einige können öffnen, und einige können schliessen. Ausserdem können die variablen Durchflusslöcher und/oder Kreisläufe als Reaktion auf einen beliebigen Parameter, wie beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, die Temperatur, Leistungsabgabe, Umgebungsbedingungen, Kosten, etc. eingestellt werden. Any number of fixed and / or variable holes and / or circuits may be used herein. The invariable and / or variable holes and / or circuits may be of any size, shape and / or configuration. In addition, the variable flow holes and / or circuits may not necessarily work consistently. This means that some can open and some can close. In addition, the variable flow holes and / or circuits may be adjusted in response to any parameter, such as, but not limited to, temperature, power output, ambient conditions, cost, etc.
[0049] Fig. 4 und 5 zeigen in schematisierter Weise eine beispielhafte Schnittansicht eines Systems 400 zur Lieferung einer einstellbaren Strömung von Kühlluft zu einem Laufradhohlraum 406. Zum Beispiel kann das System 400 eine Statoranordnung 402 enthalten, die benachbart zu einer Rotoranordnung 404 positioniert ist. Die Statoranordnung 402 kann eine Statorwand 405 enthalten, die einen Statorhohlraum 407 definiert. Der Laufradhohlraum 406 kann zwischen der Rotoranordnung 404 und der Statoranordnung 402 ausgebildet sein. In einigen Fällen kann eine Zwischenstufendichtung 408 zwischen der Rotoranordnung 404 und der Statoranordnung 402 positioniert sein. FIGS. 4 and 5 schematically illustrate an exemplary sectional view of a system 400 for providing an adjustable flow of cooling air to an impeller cavity 406. For example, the system 400 may include a stator assembly 402 positioned adjacent to a rotor assembly 404. The stator assembly 402 may include a stator wall 405 that defines a stator cavity 407. The impeller cavity 406 may be formed between the rotor assembly 404 and the stator assembly 402. In some cases, an interstage seal 408 may be positioned between the rotor assembly 404 and the stator assembly 402.
[0050] In manchen Ausführungsformen kann das System 400 konfiguriert sein, um die Temperatur innerhalb des Laufradhohlraums 406 durch Vergrösserung oder Verringerung einer einstellbaren Strömung von Kühlluft 412 zu dem Laufradhohlraum 406 zu erfassen, zu steuern und/oder anzupassen. Zum Beispiel kann das System 400 wenigstens einen Kühlluftdurchgang 410 enthalten, der konfiguriert ist, um die einstellbare Kühlluftströmung 412 zu dem Lauf radhohlraum 406 aus dem Statorhohlraum 407 zu liefern. Der Kühlluftdurchgang 410 kann eine beliebige Öffnung oder einen beliebigen Kanal zwischen dem Statorhohlraum 407 und dem Laufradhohlraum 406 enthalten. Die einstellbare Kühlluftströmung 412, die zu dem Laufradhohlraum 406 über den Kühlluftdurchgang 410 geliefert wird, kann durch eine Durchflusssteuerungsvorrichtung 414 gesteuert werden. Auf diese Weise kann die Durchflusssteuerungsvorrichtung 414 dem Kühlluftdurchgang 410 zugeordnet, jedoch nicht notwendigerweise innerhalb des Kühlluftdurchgangs 410 positioniert sein, um so die einstellbare Kühlluftströmung 412 anzupassen, die zu dem Laufradhohlraum 406 über den Kühlluftdurchgang 410 geliefert wird. In einigen Fällen können Abschnitte der Durchflusssteuerungsvorrichtung 414 an der Statorwand 405 montiert sein. In some embodiments, the system 400 may be configured to detect, control, and / or adjust the temperature within the impeller cavity 406 by increasing or decreasing an adjustable flow of cooling air 412 to the impeller cavity 406. For example, the system 400 may include at least one cooling air passage 410 configured to provide the adjustable cooling air flow 412 to the rotor cavity 406 from the stator cavity 407. The cooling air passage 410 may include any opening or channel between the stator cavity 407 and the impeller cavity 406. The adjustable cooling air flow 412 provided to the impeller cavity 406 via the cooling air passage 410 may be controlled by a flow control device 414. In this manner, the flow control device 414 may be associated with the cooling air passage 410, but may not necessarily be positioned within the cooling air passage 410 so as to accommodate the adjustable cooling air flow 412 provided to the impeller cavity 406 via the cooling air passage 410. In some cases, portions of the flow control device 414 may be mounted to the stator wall 405.
[0051] Um die einstellbare Kühlluftströmung 412, die zu dem Laufradhohlraum 406 durch den Kühlluftdurchgang 410 geliefert ’ wird, zu steuern, kann die Durchflusssteuerungsvorrichtung 414 ein Ventil 418 enthalten, das konfiguriert ist, um zu öffnen und zu schliessen, wodurch die einstellbare Kühlluftströmung 412, die zu dem Lauf radhohlraum 406 durch den Kühlluftdurchgang 410 geliefert wird, vergrössert oder verringert wird. Zum Beispiel befindet sich das Ventil 418, wie in Fig. 4 dargestellt, in der geschlossenen Stellung, wodurch die einstellbare Kühlluftströmung 412 daran gehindert und/oder beschränkt wird, in den Laufradhohlraum 406 einzutreten. Umgekehrt befindet sich das Ventil 418, wie in Fig. 5 dargestellt, in der geöffneten Stellung, wodurch der einstellbaren Kühlluftströmung 412 ermöglicht wird, in den Laufradhohlraum 406 einzutreten. In order to control the adjustable cooling air flow 412 that is delivered to the impeller cavity 406 through the cooling air passage 410, the flow control device 414 may include a valve 418 configured to open and close, thereby providing the adjustable cooling air flow 412 , which is supplied to the running wheel cavity 406 through the cooling air passage 410, is increased or decreased. For example, as shown in FIG. 4, the valve 418 is in the closed position, thereby preventing and / or restricting the adjustable cooling air flow 412 from entering the impeller cavity 406. Conversely, as shown in FIG. 5, the valve 418 is in the open position, allowing the adjustable cooling air flow 412 to enter the impeller cavity 406.
[0052] In manchen Ausführungsformen kann ein temperaturabhängiger Aktuator 420 mit dem Ventil 418 in mechanischer Verbindung stehen. Der temperaturabhängige Aktuator 420 kann konfiguriert sein, um das Ventil 418 zu öffnen und zu schliessen. Zum Beispiel kann der temperaturabhängige Aktuator 420 wenigstens teilweise innerhalb des Laufradhohlraums 406 positioniert sein, um wenigstens teilweise dem Laufradhohlraum 406 ausgesetzt zu sein. Auf diese Weise kann der temperaturabhängige Aktuator 420 die Temperatur innerhalb des Laufradhohlraums 406 erfassen und/oder auf diese reagieren. Als Reaktion kann der temperaturabhängige Aktuator 420 das Ventil 418 öffnen oder schliessen, um die Temperatur innerhalb des Laufradhohlraums 406 zu regulieren. In some embodiments, a temperature dependent actuator 420 may be in mechanical communication with the valve 418. The temperature dependent actuator 420 may be configured to open and close the valve 418. For example, the temperature responsive actuator 420 may be positioned at least partially within the impeller cavity 406 to at least partially expose the impeller cavity 406. In this way, the temperature dependent actuator 420 may sense and / or react to the temperature within the impeller cavity 406. In response, the temperature dependent actuator 420 may open or close the valve 418 to regulate the temperature within the impeller cavity 406.
[0053] In manchen Ausführungsformen kann der temperaturabhängige Aktuator 420 ein Aktuatorgehäuse 422 enthalten. In einigen Fällen kann das Aktuatorgehäuse 422 wenigstens teilweise innerhalb des Laufradhohlraums 406 und/oder wenigstens teilweise innerhalb des Statorhohlraums 407 positioniert sein. Das heisst, das Aktuatorgehäuse 422 kann wenigstens teilweise dem Laufradhohlraum 406- ausgesetzt sein. Zusätzlich kann ein temperaturabhängiges Element 424 im Inneren des Aktuatorgehäuses 422 positioniert sein. Das temperaturabhängige Element 424 kann konfiguriert sein, um sich als Reaktion auf eine Temperatur des Laufradhohlraums 406 auszudehnen oder zusammenzuziehen. Zum Beispiel kann das temperaturabhängige Element 424, während es sich ausdehnt, eine Stange 426 (oder ein anderes mechanisches Gestänge), die an dem Ventil 418 angebracht ist, schieben, wodurch das Ventil 418 geöffnet und der einstellbaren Kühlluftströmung 412 ermöglicht wird, in den Laufradhohlraum 406 über den Kühlluftdurchgang 410 einzutreten. Im umgekehrten Fall, wenn sich das temperaturabhängige Element 424 zusammenzieht, kann es die Stange 426 (oder ein anderes mechanisches Gestänge), die an dem Ventil 418 angebracht ist, ziehen, wodurch das Ventil 418 geschlossen und die einstellbare Kühlluftströmung 412 daran gehindert oder beschränkt wird, in den Laufradhohlraum 406 hinein über den Kühlluftdurchgang 410 einzutreten. In some embodiments, the temperature dependent actuator 420 may include an actuator housing 422. In some cases, the actuator housing 422 may be positioned at least partially within the impeller cavity 406 and / or at least partially within the stator cavity 407. That is, the actuator housing 422 may be at least partially exposed to the impeller cavity 406-. In addition, a temperature dependent element 424 may be positioned inside the actuator housing 422. The temperature dependent element 424 may be configured to expand or contract in response to a temperature of the impeller cavity 406. For example, as the temperature-dependent element 424 expands, it may push a rod 426 (or other mechanical linkage) attached to the valve 418, thereby opening the valve 418 and allowing the adjustable cooling air flow 412 into the impeller cavity 406 via the cooling air passage 410 enter. Conversely, as the temperature responsive element 424 contracts, it may pull the rod 426 (or other mechanical linkage) attached to the valve 418, thereby closing the valve 418 and restricting or restricting the adjustable cooling air flow 412 therefrom to enter the impeller cavity 406 via the cooling air passage 410.
[0054] In einigen Fällen kann das Ventil 418 einen Ventilkörper 428 und einen Ventilteller 430 enthalten. Zum Beispiel kann der Ventilkörper 428 eine Öffnung 432 zu dem Statorhohlraum 407 enthalten, und der Ventilteller 430 kann konfiguriert sein, um die Öffnung 432 zu öffnen und zu verschliessen. Das heisst, der Ventilteller 430 kann konfiguriert sein, um als Reaktion darauf, dass sich der temperaturabhängige Aktuator 420 ausdehnt oder zusammenzieht, zu öffnen oder zu schliessen. Auf diese Weise kann die Position des Ventiltellers 430 an der Öffnung 432 die einstellbare Kühlluftströmung 412 festlegen, die zu dem Laufradhohlraum 406 durch den Kühlluftdurchgang 410 geliefert wird. In some cases, the valve 418 may include a valve body 428 and a valve disk 430. For example, the valve body 428 may include an opening 432 to the stator cavity 407, and the valve head 430 may be configured to open and close the opening 432. That is, the valve disk 430 may be configured to open or close in response to the temperature dependent actuator 420 expanding or contracting. In this way, the position of the valve disk 430 at the port 432 may define the adjustable cooling air flow 412 that is provided to the impeller cavity 406 through the cooling air passage 410.
[0055] In manchen Ausführungsformen kann der Kühlluftdurchgang 410 stromaufwärts von dem temperaturabhängigen Aktuator 420 positioniert sein, um so die einstellbare Kühlluftströmung 412 stromaufwärts des temperaturabhängigen Aktuators 420 zu liefern. Das heisst, die Fluidströmung 436 innerhalb des Laufradhohlraums 406 kann radial nach aussen verlaufen. In manchen Ausführungsformen kann die Durchflusssteuerungsvorrichtung 420 nicht unmittelbar an dem Kühlluftdurchgang 410 montiert sein. In some embodiments, the cooling air passage 410 may be positioned upstream of the temperature dependent actuator 420 so as to provide the adjustable cooling air flow 412 upstream of the temperature dependent actuator 420. That is, the fluid flow 436 within the impeller cavity 406 may extend radially outward. In some embodiments, the flow control device 420 may not be mounted directly to the cooling air passage 410.
[0056] Obwohl Ausführungsformen in einer Sprache beschrieben sind, die für die strukturellen Merkmale und/oder methodischen Handlungen spezifisch ist, wird verstanden, dass die Offenbarung nicht notwendigerweise auf die speziellen Merkmale oder Handlungen, wie sie beschrieben sind, beschränkt ist. Vielmehr sind die speziellen Merkmale und Handlungen als veranschaulichende Formen zur Realisierung der Ausführungsformen offenbart. Although embodiments are described in language specific to the structural features and / or methodological acts, it is to be understood that the disclosure is not necessarily limited to the specific features or acts as described. Rather, the specific features and acts are disclosed as illustrative forms for implementing the embodiments.
[0057] Ausführungsformen der Offenbarung enthalten Systeme und Verfahren zur Lieferung einer Spülluftströmung und einer einstellbaren Kühlluftströmung zu einem Laufradhohlraum oder einem Statorhohlraum. Gemäss einer Ausführungsform ist eine Turbinenanordnung offenbart. Die Turbinenanordnung kann eine Rotoranordnung, eine Statoranordnung, die benachbart zu der Rotoranordnung positioniert ist, und einen Laufradhohlraum enthalten, der zwischen der Rotoranordnung und der Statoranordnung ausgebildet ist. Wenigstens eine unveränderliche Spülluftdurchlassöffnung kann der Statoranordnung zugeordnet sein. Die unveränderliche Spülluftdurchlassöffnung kann konfiguriert sein, um eine Spülluftströmung zu dem Laufradhohlraum zu liefern. Ausserdem kann wenigstens eine veränderliche Kühlluftdurchlassöffnung der Statoranordnung zugeordnet sein. Die wenigstens eine veränderliche Kühlluftdurchlassöffnung kann konfiguriert sein, um eine Kühlluftströmung zu dem Laufradhohlraum zu liefern. Embodiments of the disclosure include systems and methods for providing purge air flow and adjustable cooling air flow to an impeller cavity or stator cavity. In one embodiment, a turbine assembly is disclosed. The turbine assembly may include a rotor assembly, a stator assembly positioned adjacent the rotor assembly, and an impeller cavity formed between the rotor assembly and the stator assembly. At least one fixed purge air passage opening may be associated with the stator assembly. The fixed purge air passage opening may be configured to provide purge air flow to the impeller cavity. In addition, at least one variable cooling air passage opening can be assigned to the stator arrangement. The at least one variable cooling air passage opening may be configured to provide cooling air flow to the impeller cavity.
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