CN102383942A - 用于快速涡轮减速的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于快速涡轮减速的系统和方法。具体而言，本申请提供了一种用于关闭程序期间的涡轮减速的燃气涡轮发动机系统(100)。该燃气涡轮发动机系统(100)可包括：延伸通过涡轮(160)的转子(170)、与转子(170)接合的发电机以及与转子(170)连通的起动系统(210)。起动系统(210)可使发电机(180)的操作相反，以便在关闭程序期间施加扭矩到转子(170)上。

Description

用于快速涡轮减速的系统和方法
相关申请
本申请是于2009年5月4日提交并且题名为“燃气涡轮关闭”的美国序列号12/434755的部分继续申请。美国序列号12/434755通过全部引用而被包括到本文中。
技术领域
本申请大体上涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地说，涉及用于在涡轮关闭程序期间提高涡轮转子以及其它构件的减速率从而限制通过其的进气的系统和方法。
背景技术
使燃气涡轮发动机关闭的通常途径是随时间逐渐减少燃料流。对于特定涡轮而言，一旦燃料流和/或转子速度足够低，可停止燃料流并且涡轮减速到最小速度。该最小速度可被称为“转动齿轮速度”，即，在该速度处转子必须被外部源持续转动从而防止转子的热弯曲。
然而，随时间减少燃料流不提供与转子速度的直接关系。相反，可导致转子速度相对于时间变化。转子速度的这些变化可在燃料与空气比方面产生显著差异，因为进气与转子速度相关，而燃料流不与速度直接相关。具体而言，不受控并且变化的燃料与空气比可导致燃烧温度、排气温度以及作为结果的排放率的变化。
此外，现有关闭程序可导致一段时间的“冷”定子和“热”转子以及其它构件，直到相应热状态随着较冷的空气流经过涡轮而正常化。因此，部件间隙通常设置得比所需的更大以便适应这些热过渡。然而，额外的空隙通常导致整体涡轮性能的损失。这些热过渡还可促进部件疲劳，并且因此降低部件寿命。
因此需要用于涡轮关闭程序的改进的系统和方法。优选地，这些改进的方法和系统可在关闭期间提高涡轮转子和相关构件的减速率，以便减少通过其的较冷空气的整体进入并且另外减少相关联的热过渡。
发明内容
因此，本申请提供了一种用于关闭程序期间的涡轮减速的燃气涡轮发动机系统。该燃气涡轮发动机系统可包括延伸通过涡轮的转子、与转子接合的发电机以及与转子连通的起动系统。该起动系统可使发电机的操作相反，以便在关闭程序期间施加扭矩到转子上。
本申请还提供了一种用于关闭燃气涡轮发动机系统的方法。该方法可包括下列步骤：减少到燃烧器的燃料流；使发电机的操作相反以便施加扭矩到转子上；以及，提高转子的减速度以便限制进入该燃气涡轮发动机系统的空气流。
本申请还提供了一种用于关闭程序期间的涡轮减速的燃气涡轮发动机系统。该燃气涡轮发动机系统可包括：延伸通过涡轮的转子；压缩机，其与转子连通以用于产生空气流；与转子接合的发电机；以及，与转子连通的起动系统。该起动系统可经由负载换向变换器使发电机的操作相反，以便在关闭程序期间施加扭矩到转子上，从而限制空气流。
对于本领域普通技术人员而言，当结合附图和所附权利要求来理解下面的详细描述时，本申请的这些和其它特征与改进将会变得显而易见。
附图说明
图1是可如本文所述的燃气涡轮发动机的示意图。
项目清单
100燃气涡轮发动机
110压缩机
120空气流
130燃烧器
140燃料流
150燃烧气体流
160涡轮
170转子
180发电机
190热回收蒸汽发生器
200蒸汽流
210起动系统
220负载换向变换器
具体实施方式
现在参看附图，其中类似的标号表示类似的元件，图1示出了可如本文所述的燃气涡轮发动机100的示意图。燃气涡轮发动机100可包括压缩机110。压缩机110压缩进入的空气流120。压缩机110将压缩的空气流120输送至燃烧器130。燃烧器130将压缩的空气流120与压缩的燃料流140混合，并且点燃该混合物以产生燃烧气体流150。虽然仅仅示出了单个燃烧器130，但是，燃气涡轮发动机100可包括多个燃烧器130。燃烧气体流150又被输送至涡轮160。燃烧气体流150驱动涡轮160以便经由涡轮转子170的转动来产生机械功。涡轮160中产生的机械功经由涡轮转子170而驱动压缩机110和外部负载(例如发电机180等等)。然后可将燃烧气体流150输送至热回收蒸汽发生器190等等。到热回收蒸汽发生器190的燃烧气体流150可加热蒸汽流200，以用于在例如蒸汽发生器、燃料预热器等中使用。
燃气涡轮发动机100可使用天然气、各种类型的合成气以及其它类型的燃料。燃气涡轮发动机100可为由纽约州斯卡奈塔第的通用电气公司等提供的任何数量的不同涡轮。燃气涡轮发动机100可具有其它构造并且可使用其它类型的构件。其它类型的燃气涡轮发动机也可在此处使用。多个燃气涡轮发动机100、其它类型的涡轮以及其它类型的动力产生设备可在此处一起使用。
起动系统210可与发电机180连通。起动系统210可在常规方式下辅助燃气涡轮发动机100的起动。起动系统210还可包括负载换向变换器220等等。简而言之，负载换向变换器220可使发电机180的操作相反，以便将发电机180转换成电动机(其设置用于转子170的动力转动)。因此，起动系统210可在再生模式(regenerative mode)下作用，用以使发电机180相反以便施加反扭矩到转子170上。
在关闭程序期间，可根据预定程序减少到燃烧器130的燃料流140。在关闭程序中的预期点，可启动起动系统210的负载换向变换器220，从而使发电机180相反以便施加反扭矩到转子170上。施加扭矩到转子170上通常提高转子170的减速率。提高转子170的减速率因而限制当前相对较冷的空气流120的进入。具体而言，可绕转子170减少空气流120，并且进一步在燃气涡轮发动机100内下游以及例如在热回收蒸汽发生器190等中减少空气流120。
当现有热梯度从全速、全负载操作降低时，减少较冷空气流120因而留下传导作为绕转子170的主要传热机制。具体而言，减少空气流120可减少带有“冷”定子和“热”转子的时间以及其它构件中的变化。此外，减少定子和转子以及其它构件之间的热过渡还可提供改进的冷构造间隙的用途。改进的间隙因此可降低排放，同时提高整体涡轮效率。减少的热过渡还可减少整体构件疲劳。
显而易见的是，前述内容仅涉及本申请的某些实施例，并且在不偏离如由所附权利要求与其等同物所限定的本发明的大体精神和范围的情况下，可由本领域普通技术人员在其中做出许多修改和变型。

Claims (14)

1.一种用于关闭程序期间的涡轮减速的燃气涡轮发动机系统(100)，包括：
延伸通过涡轮(160)的转子(170)；
与所述转子(170)接合的发电机(180)；以及
与所述转子(170)连通的起动系统(210)；
其中，所述起动系统(210)可使所述发电机(180)的操作相反，以便在关闭程序期间施加扭矩到所述转子(170)上。
2.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机系统(100)，其特征在于，所述燃气涡轮发动机系统(100)还包括压缩机(110)，所述压缩机(110)与所述转子(170)连通以用于产生空气流(120)。
3.根据权利要求2所述的燃气涡轮发动机系统(100)，其特征在于，使所述发电机(180)的操作相反以便施加扭矩到所述转子(170)上限制越过所述转子(170)的所述空气流(120)。
4.根据权利要求2所述的燃气涡轮发动机系统(100)，其特征在于，使所述发电机(180)的操作相反以便施加扭矩到所述转子(170)上限制通过所述涡轮(160)的所述空气流(120)。
5.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机系统(100)，其特征在于，所述燃气涡轮发动机系统(100)还包括位于所述涡轮(160)下游的热回收蒸汽发生器(190)。
6.根据权利要求5所述的燃气涡轮发动机系统(100)，其特征在于，使所述发电机(180)的操作相反以便施加扭矩到所述转子(170)上限制通过所述热回收蒸汽发生器(190)的所述空气流。
7.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机系统(100)，其特征在于，所述起动系统(210)包括与所述发电机(180)连通的负载换向变换器(220)。
8.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机系统(100)，其特征在于，所述燃气涡轮发动机系统(100)还包括燃烧器(130)，并且，其中，燃料流(140)在所述发电机(180)施加扭矩到所述转子(170)时或之前减少。
9.一种用于关闭燃气涡轮发动机系统(100)的方法，包括：
减少到燃烧器(130)的燃料流(140)；
使发电机(180)的操作相反以便施加扭矩到转子(170)上；以及
提高所述转子(170)的减速度以便限制进入所述燃气涡轮发动机系统(100)的空气流(120)。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述使发电机(180)的操作相反的步骤包括以再生模式使用起动装置(210)。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述使发电机(180)的操作相反的步骤包括操作负载换向变换器(220)。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述提高所述转子(170)的减速度以便限制进入所述燃气涡轮发动机系统(100)的空气流(120)的步骤包括限制围绕所述转子(170)的所述空气流(120)。
13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述提高所述转子(170)的减速度以便限制进入所述燃气涡轮发动机系统(100)的空气流(120)的步骤包括限制通过涡轮(160)的所述空气流(120)。
14.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述提高转子(170)的减速度以便限制进入所述燃气涡轮发动机系统(100)的空气流(120)的步骤包括限制通过热回收蒸汽发生器(190)的所述空气流(120)。
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