CN103917749A - 用于航改燃气涡轮的慢转的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

描述了一种航改燃气涡轮，其包括气体发生器(20)、气体发生器转子、动力涡轮区段以及慢转装置(33)，其中所述慢转装置设计和布置成在涡轮停机之后保持所述转子处于旋转运动。

Description

用于航改燃气涡轮的慢转的装置及方法
技术领域
本公开内容大体上涉及燃气涡轮，并且更具体地涉及航改燃气涡轮(aeroderivative gas turbines)。
背景技术
航改燃气涡轮广泛用作用于机械驱动应用的动力源，以及在工业厂房的发电、管线、离岸平台、LNG应用等中广泛使用。
燃气涡轮在例如紧急情形中可经历停机，且在短时间段之后重启。当涡轮的转子在停机之后不动时，热变形可随着转子部分与定子部分之间的间隙的减小或消除而发生，导致了转子部分与定子部分之间的摩擦，或引起转子锁定现象的出现。热变形涉及由若干原因引起的不一致温度场。在涡轮不动时转子的冷却是不一致的，由于自然对流现象，转子的上部的冷却慢于下部，生成了转子弯曲和屈服变形。定子与转子之间的间隙减小还可由与停机期间的二次流分布相关的温度扩散引起。涡轮不可重启，直到转子已达到适合的温度场和几何形状。在此方面，航改燃气涡轮的最关键部分为压缩机级的叶片末梢，在该处，有限的间隙设在定子与转子之间。
对于一些类型的燃气涡轮紧急停机，冷却过程需要相当长的时间，在此期间，涡轮和由此驱动的机械不可投入操作。这可引起实质的经济损失和/或带来技术或管理问题。
已经建议通过在停机周期期间将涡轮转子的回转保持在慢转状态下来解决该问题，因此避免转子的不一致冷却且防止了后者锁定。这通常通过借助于启动电动机来驱动涡轮转子旋转从而完成。启动电动机需要大量电能来驱动。对于一些特定的工厂紧急停机，没有AC电流可用，且不可使用启动电机或任何高能量消耗公用设施。
发明内容
本公开内容的实施例包括具有慢转装置的航改燃气涡轮，其由很低功率消耗的电机驱动，该电机可借助于有限容量的电源而被电力地供能，例如，借助于电池。这允许在燃气涡轮停机时保持燃气涡轮的气体发生器转子旋转，防止转子锁定，且因此允许一旦这变得可行涡轮就立即重启。
根据本文公开的主题的实施例，提供了一种航改燃气涡轮，其包括：具有气体发生器转子和相关外壳的气体发生器；具有功率涡轮转子和相关外壳的功率涡轮区段；以及与所述气体发生器转子有选择地接合的慢转装置。
在一些实施例中，气体发生器包括轴向压缩机、燃烧器、高压涡轮和相关的外壳、轴、轴承等。压缩机转子和高压涡轮转子一起形成气体发生器转子，其具有公共的轴，该轴由外壳中的端部轴承支承。慢转装置设计和布置成在涡轮停机之后保持气体发生器转子处于旋转运动。气体发生器转子的慢转确保了转子的所有部分以实质一致的方式冷却，因此避免了转子的锁定。
在一些实施例中，动力涡轮与气体发生器机械地独立，即，动力涡轮区段的转子和气体发生器转子的布置成线。燃烧气体在高压涡轮中部分地膨胀，且对气体发生器的压缩机供能。流出高压涡轮的燃烧气体然后在动力涡轮中进一步膨胀，以提供机械动力来驱动动力涡轮的轴和与其连接的负载旋转。因此，从在动力涡轮中膨胀的气体提取的全部功率用于驱动负载。
在一些实施例中，航改涡轮包括串联的第一压缩机和第二压缩机，空气部分地由第一压缩机加压，在第二压缩机中进一步压缩。这些燃气涡轮还包括串联的高压涡轮和动力涡轮。高压涡轮的转子和第二压缩机的转子形成气体发生器转子。动力涡轮的转子由旋转轴支承，旋转轴与气体发生器转子同轴地延伸，且驱动第一压缩机旋转。燃烧气体在高压涡轮中的膨胀生成机械动力来驱动第二压缩机；燃烧气体在动力涡轮中的进一步膨胀生成机械动力来驱动第一压缩机和连接到动力涡轮上的负载。
在两个布置中，慢转装置可提供成使得在燃气涡轮的停机时，气体发生器转子由慢转装置驱动成以慢速旋转。
在一些实施例中，慢转装置连接到燃气涡轮的辅助齿轮箱的端口上。更具体而言，根据优选实施例，慢转装置连接到辅助齿轮箱的一个端口上，辅助齿轮箱是针对涡轮的航空应用提供的，但其在涡轮用作用于工业应用(例如，用于发电、机械驱动等)的航改涡轮时保持不使用。在一些实施例中，慢转装置连接到辅助齿轮箱的燃料泵端口上。
因此，本文公开的主题还关于航改燃气涡轮，其具有气体发生器和气体发生器转子，还包括辅助齿轮箱、所述辅助齿轮箱上的燃料泵端口、以及连接到所述燃料泵端口上的慢转装置。
在一些实施例中，动力涡轮区段包括具有有限数目的膨胀区段的动力涡轮，例如，从两个到八个或六个此类区段，各个区段均包括由涡轮外壳支承的一组静止叶片和由涡轮转子支承的一组旋转叶片。因此，限制了动力涡轮转子的轴向长度。相对较大的间隙设在动力涡轮的旋转部分与静止部分之间。两个因素有助于任何可能的转子屈服的存在以及动力涡轮区段中的转子与定子之间的机械干涉的减小。因此，动力涡轮转子的慢转一般不需要。
本文公开的另一个主题为一种用于在紧急停机之后使燃气涡轮转子转动的慢转装置，其包括促动装置(例如电动机)、齿轮箱和可动输出轴，输出轴以扭转方式约束于齿轮箱的慢速输出部件上，可动输出轴可在操作位置与非操作位置之间有选择地移动。可动输出轴可为滑动输出轴。
根据另一个方面，提供了一种用于在停机时限制航改燃气涡轮中的转子的锁定的方法，燃气涡轮包括具有气体发生器转子的气体发生器和动力涡轮，所述方法包括以下步骤：
在停机时，将气体发生器转子机械地连接到慢转装置上，
在气体发生器转子的冷却期间借助于慢转装置使气体发生器转子以慢速旋转，直到涡轮重启或直到气体发生器转子已冷却至预定温度。
慢转速度通常低于150rpm，且优选为低于100rpm。在优选实施例中，该方法提供了将所述慢转装置连接到所述航改燃气涡轮的辅助齿轮箱的燃料泵端口上的步骤，所述端口连接到航改燃气涡轮的气体发生器转子上。
特征和实施例在下文公开，且在所附权利要求中进一步阐明，权利要求形成本描述的组成部分。以上简要描述阐明了本发明的各种实施例的特征，以便可更好理解接下来的详细描述，且以便可更好认识到本发明对本领域的贡献。当然，本发明的其它特征也将在下文中描述且将在所附权利要求中阐明。在此方面，在详细地阐释本发明的若干实施例之前，应当理解的是，本发明的各种实施例不限于其应用于构造的细节和在以下描述阐明或附图中示出的构件的布置。本发明能够有其它实施例且能够以各种方式实施和执行。另外，将理解的是，本文使用的术语和用语出于描述的目的，且不应当看作是限制。
因此，本领域的技术人员将认识到本公开内容所基于的构思可容易地用作设计其它结构、方法和/或系统来执行本发明的若干目的的基础。因此，重要的是，权利要求看作是包括此类等同构造至其不脱离本发明的精神和范围的程度。
附图说明
将容易获得本发明的公开实施例的更完整的认识和许多其伴随的优点，因为本发明在连同附图考虑时参照以下详细描述变得更好理解，在附图中：
图1示出了合并到普通操作机器(例如压缩机或压缩机组)的航改燃气涡轮的图解侧视图和局部截面视图；
图2示出了图1中的航改燃气涡轮的截面视图；
图3示出了一个实施例中的燃气涡轮的辅助齿轮箱和附接到其上的合并的慢转装置的透视图；
图4示出了一个实施例中的慢转装置的侧视图和局部截面视图；
图5示出了慢转装置的构件的透视图；
图6示出了沿图5中的线VI-VI的截面；
图7示出了另一个实施例中的慢转装置的横截面；
图8至图10示意性地示出了根据本文公开的主题设有慢转装置的航改燃气涡轮的另外的可能的实施例。
具体实施方式
示例性实施例的以下详细描述提到了附图。不同图中的相同参考标号表示相同或相似的元件。此外，附图不必按比例绘制。另外，以下详细描述不限制本发明。作为替代，本发明的范围由所附权利要求限定。
整个说明书中提到的"一个实施例"或"实施例"或"一些实施例"意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在公开的主题的至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各种位置出现的短语"在一个实施例中"或"在实施例中"或"在一些实施例中"不一定是指相同的实施例。此外，特定的特征、结构或特性可以以任何适合的方式合并在一个或多个实施例中。
图1示出了示例性实施例中的航改燃气涡轮1，其布置成向操作机器3例如发电机、离心压缩机或任何其它负载供能。离心压缩机3可为用于气体液化系统的制冷气体压缩机，或需要来自航改燃气涡轮1的机械动力来驱动的任何其它机器。在一些实施例中，还提供了启动电机，例如，电动机、液压电机、气动电机等，以启动航改燃气涡轮1，其将驱动机器3。
在一些实施例中，航改燃气涡轮1包括布置在涡轮的冷端下方的辅助齿轮箱上的启动液压电机1A(由泵和电动机供能，未示出)。
现在参看图2，在一些实施例中，航改燃气涡轮1包括压缩机区段9，其包括具有入口的压缩机前框架或钟形口11、外壳13、以及旋转地支承在轴16上且布置在外壳13中的转子14。压缩机转子14上的旋转叶片和外壳13上的静止叶片引起空气经过钟形口11吸入，压缩且给送至压缩机区段9的出口15。出口15与燃烧器17流体连通。离开压缩机区段9的压缩空气与气态或液体燃料一起给送到燃烧器17中。
燃烧器17与高压涡轮19流体连通。高压涡轮19由流经该处的燃烧气体驱动而旋转，且提供动力来驱动压缩机区段9。可用的动力的仅一部分由高压涡轮19使用来驱动压缩机。离开高压涡轮19的热气体仍加压，且将在航改燃气涡轮的下游区段中使用来生成机械动力。压缩机区段9、燃烧器17和高压涡轮19的合并通常称为气体发生器，且在图中总体上以20表示。
压缩机区段9的转子14和高压涡轮19的转子布置在公共轴16上，且共同地形成气体发生器转子。
由气体发生器20生成且离开高压涡轮19的气体流经下游的动力涡轮区段，其中气体中所含有的能量部分地转变成机械能。
在附图中所示的示例性实施例中，动力涡轮区段包括低压动力涡轮21，其包括定子21S和转子21R。在图中所示的实施例中，动力涡轮21的转子21R支承在涡轮轴22上，且以扭转方式连接到其上，所述涡轮轴22与气体发生器的轴16机械地分离。
动力涡轮21可包括可变数目的膨胀级。图2中所示的示例性实施例包括低速六级动力涡轮。其它实施例可包括高速动力涡轮，例如，高速两级动力涡轮。在23处离开动力涡轮的排出气体可用于联合发电的目的或简单地排放于大气中。
航改燃气涡轮可为LM2500+G4 LSPT或LM2500航改燃气涡轮，两者都是GE Aviation(Evendale, Ohio, USA)市售的。在其它实施例中，例如，航改燃气涡轮可为从GE Oil and Gas(Florence, Italy)市售的PGT25+G4航改燃气涡轮，或从Dresser-Rand Company(Houston, Texas, USA)市售的Dresser-Rand Vectra® 40G4航改燃气涡轮。在其它实施例中，航改燃气涡轮可为所有都从GE Oil and Gas(Florence, Italy)市售的PGT25+、PGT16、PGT 20，或从GE Aviation(Evendale, Ohio, USA)市售的LM6000航改燃气涡轮。
在一些实施例中，航改燃气涡轮轴可直接地驱动机器3，即，利用直接的机械连接，使得机器3与航改燃气涡轮的动力涡轮区段以相同速度旋转。在其它实施例中，齿轮箱可布置在动力涡轮的轴与机器3的轴之间。特定布置取决于设计考虑，基于使用的动力涡轮的类型(高速或低速)和/或基于机器3的转速。
在一些实施例中，航改燃气涡轮包括辅助齿轮箱31，有时也称为辅助齿轮箱(AGB)31。在所示的示例性实施例中，辅助齿轮箱31布置在燃气涡轮的冷端处，且更具体是在气体发生器20的压缩机前框架11下方。辅助齿轮箱31借助于未示出的一系列齿轮连接到气体发生器20的轴16上。在所示的实施例中，启动液压电机1A连接到辅助齿轮箱31上。
在航空应用中，涡轮用作喷气发动机，且利用液体燃料供能。液体燃料通常被经由布置在辅助齿轮箱31中且由轴16旋转的输出齿轮驱动的燃料泵给送。辅助齿轮箱设有用于燃料泵的连接的燃料泵端口。因此，气体发生器转子的旋转传输至燃料泵。这确保了燃料朝燃烧器流动的连续性，以保持涡轮连续地运行。当涡轮用作工业应用的航改涡轮时，提供成用于驱动燃料泵的辅助齿轮箱31的端口仍未使用，且由覆盖件密封地闭合。在LM2500燃气涡轮的安装设计手册(IDM)中，例如，此类端口称为A17端口。
根据一些实施例，用于旋转航改燃气涡轮同时在停机之后冷却的慢转装置33合并到辅助齿轮箱31，且具体至通常用于驱动燃料泵而提供的端口。
现在将参照图3至图6来描述慢转装置33的实施例。标号35指示了慢转装置33连接到其上的辅助齿轮箱31的端口。辅助端口35包括以扭转方式联接到齿轮39上的加工的中空轴37。如提到的那样，运动传动布置(例如，一组带齿的轮，未示出)设在气体发生器的轴16与齿轮39之间。
在图中所示的实施例中，慢转装置33包括以扭转方式联接到端口35的内部加工的中空轴37上的凸缘41。在一些实施例中，凸缘41借助于外部花键轴43和锁定机构以扭转方式且沿轴向连接到内部花键中空轴37上。在一些实施例中，锁定机构包括内部扩张器42，其可为截头形。内部扩张器42具有接合螺纹销42P的中心螺纹孔42H。如图5中所示，内部扩张器42和销42P从相对侧引入外部花键轴43的通孔43H中。孔43H的内径小于内部扩张器42的最大直径，使得内部扩张器借助于螺纹销42P的牵引引起外部花键轴43的径向扩张，所述扩张由在外部花键轴43加工的纵向切口促进。在图中所示的实施例中，外部花键轴43与凸缘41整体结合形成。在未示出的其它实施例中，外部花键轴43和凸缘41可由两个单独加工件制成且随后以扭转方式连接到彼此上。
凸缘41包括与可动轴44的离合器连接，可动轴44由电动机57通过齿轮箱45驱动而旋转。轴44可移动以便与花键轴43接合或解除接合。在一些示例性实施例中，轴44提供有滑移。在下文中，可动轴44因此也将指示为滑动轴44。
在一些实施例中，离合器连接包括多个弓形槽47。在所示的示例中，提供了四个槽47。参看图6可最佳地认识到弓形槽47的形状，图6示出了沿图5中的线VI-VI的一个弓形槽的截面视图。各个弓形槽47均具有倾斜的底部表面47A，其从凸缘41的前表面41A朝所述凸缘的内部延伸。出于随后将变得更清楚的目的，各个弓形槽47的倾斜底部表面47A形成与相应的销49共同作用的凸轮轮廓。销49从盘51伸出，盘51继而又以扭转方式接合到电机驱动的齿轮箱45的滑动轴44的第一端部上。
滑动轴44滑动地接合于套筒52，以便可沿轴向滑动，但以扭转方式约束到所述套筒上，例如，借助于键-槽布置或花键联接。滑动轴44与套筒52整体结合地旋转，但可根据双箭头f44在其中滑动。套筒52旋转地支承在电机驱动的齿轮箱45的壳体53中。套筒52由电动机57驱动而旋转。齿轮-蜗杆布置(未示出)以适合的减速比将旋转运动从电动机57传输至套筒52。
电机驱动的齿轮箱45和套筒52连接到辅助齿轮箱31。在一些实施例中，电机驱动的齿轮箱45以悬臂方式约束到辅助齿轮箱31上，隔离件59布置在壳体53与设在端口35上的覆盖件61之间且连接到该处。
滑动轴44的第二端部朝促动器65延伸到减速器55的壳体53的外侧。促动器65经由中空隔离件67支承在壳体53上，滑动轴44的第二端部延伸到中空隔离件67中。促动器65可为电促动器、电磁促动器或适于根据箭头f44克服作用为锁定装置的回弹性部件的作用来使滑动轴44沿轴向位移的任何其它促动器。在一些实施例中，回弹性部件为弹簧69，例如，布置在套筒52或与其整体结合的抵靠件和滑动轴44上的肩部71之间的螺旋压缩弹簧。回弹性部件69在解除接合位置推动滑动轴44，即，在销49与凸缘41的弓形槽47解除接合的位置。
迄今描述的慢转装置33的操作如下。当航改燃气涡轮操作时，促动器65不通电。滑动轴44通过回弹性部件69保持在非接合位置，使得销49相对于辅助凸缘41脱离接合。因此，回弹性部件69作用为锁定装置，因为其保持滑动轴44和盘51锁定，即，被推至相对于凸缘41的脱离接合位置。
在航改涡轮停机时，慢转装置33被触发。促动器65通电，且根据箭头f44朝端口35推动滑动轴44，使得销49接合弓形槽47。由弓形槽47的倾斜底部表面47A形成的凸轮轮廓便于销49与槽47的相互接合。电机57启动且经由套筒52、轴44、销49、凸缘41和外部花键轴43驱动齿轮39旋转。旋转运动传输至气体发生器20的轴16，使得后者保持缓慢旋转。包括压缩机14的转子和高压涡轮19的转子的气体发生器转子因此保持缓慢旋转，直到涡轮重新启动，或直到机器的温度达到上部与下部之间的温差引起的转子屈服变得可忽略的此轮廓。
一旦涡轮借助电机57的缓慢旋转已开始，则促动器65可不通电，以便减少能量消耗。可提供适合的措施来防止回弹性部件69使销49与弓形槽解除接合。例如，这可借助于适合的摩擦力或通过相应地定形销和弓形槽47的侧壁来实现。
航改燃气涡轮是相对较轻的机器。如果提供通过减速器55的适合的减速比，则气体发生器20的轴16可通过低功率电动机57来保持以慢速旋转。在一些实施例中，利用相对较小的电动机可达到并保持0.1rpm和150rpm之间的转速，该电动机例如具有0.1kW和1.5kW之间的功率，且优选低于1.0kW。优选的rpm值范围在10rpm和50rpm之间，例如，18rpm和30rpm之间，使用具有0.1kW和1.5kW之间的额定功率的电动机57，例如，0.3kW和1.0kW之间，且优选为0.3kW和0.6kW之间。应当理解的是，上文提到的数值仅通过举例的方式给出，且不应当认作是限制性的。
即使在没有电网可用时，电动机57因此也可由紧急电能源供能，如，电池或其它装置。图2中在58处示意性地示出了紧急电能源。
气体发生器20的转子的慢转速度足以在高压涡轮区段以及在轴向压缩机区段9两者中减少屈服且避免由转子的上部与下部之间的温差引起的转子的锁定。当涡轮重启时，一旦花键轴43的转速超过滑动轴44的速度，则由弓形槽47的倾斜底部表面47A形成的凸轮轮廓使滑动轴44与凸缘41自动地解除接合。电动机57可停止。回弹性部件69有助于滑动轴44的向后移动，且用作锁定装置，一旦涡轮已重启就防止慢转装置33的意外再接合。因此，避免了慢转装置33的破坏。
图7示出了修改的实施例中的慢转装置33的横截面。相同的参考标号表示与图4中相同或相似的构件。在该实施例中，滑动轴44借助于锁定装置101锁定在图中所示的解除接合位置。锁定装置101包括在形成于滑动轴44中的环形座44S中凸出的多个球形元件102。各个球形元件102部分地收纳在中空销103中，且从其突入环形座44S中。螺旋弹簧104收纳在各个销103，且沿径向方向回弹性地偏压球形元件102以保持所述球形元件102接合在环形座44S中。
环形座44S定形为具有大致径向的抵靠壁和从径向抵靠底壁朝促动器65延伸的倾斜的大致圆锥形的壁。该布置使得由弹簧104经由球形元件102施加的推力将滑动轴44保持在解除接合位置，直到促动器65提供充足的轴向推力来克服弹簧104的力，当需要涡轮的缓慢滚动时，引起球形元件102沿环形座44S的圆柱形壁滚动，同时滑动轴44朝处于接合位置的凸缘41移动。一旦滑动轴44已接近凸缘41且销49接合在弓形槽47中，则球形元件102接触滑动轴44的圆柱形外表面部分，使得弹簧104不再在滑动轴44上生成任何轴向力。促动器65可为不通电的。
当燃气涡轮在慢转周期之后重新启动时，滑动轴44通过作用于销49上的弓形槽47的倾斜底部表面47A的合并作用和作用于球形元件102上的弹簧104的径向力回到图7中所示的解除接合锁定位置。销49首先通过由弓形槽的倾斜的底部表面47A施加的轴向推力被推出弓形槽47，因为花键轴43的转速超过滑动轴44的转速。滑动轴44的轴向向后移动引起球形元件102又接合槽44S的倾斜圆锥形表面。由弹簧104施加的径向推力因此使滑动轴44进一步向后移动，直到又达到图7的最终收回位置。然后，锁定装置101将滑动轴44保持在收回位置，直到又使促动器69通电。
在一些实施例中，如果旋转的气体发生器转子20触碰外壳生成抵抗转矩，例如，如果压缩机叶片的末梢擦到压缩机外壳的内表面，则可提供安全控制，以便阻挡涡轮的慢转。
在一些示例性实施例中，该安全控制由慢转电机57与气体转子轴20之间的离合器机械地提供，例如，在慢转电机57与滑动轴44之间。
在其它实施例中，合并或作为机械控制的备选方案，可提供电子控制。电子地控制和停止涡轮的慢转的一种方式是通过控制由电动机57吸收的功率。在一些实施例中，可提供示意性地在图2中示出且标为60的控制单元和电流传感器(未示出)。电流传感器提供与由电机57吸收的电流成比例的信号。所述电流与由电机吸收的功率成比例。与检测到的电流成比例的值可与阈值相比较，且如果超过阈值，则电动机57可不通电，因此停止涡轮的慢转。
这提高了慢转装置的操作安全性。
上文所述的燃气涡轮包括压缩机、借助于第一轴传动地连接到所述压缩机上的高压涡轮、以及由独立于所述第一轴(即，气体发生器轴)的第二轴支承的动力涡轮。其它航改燃气涡轮布置可与如上文所述的慢转装置合并使用。
图8示意性地示出了一个与另一个流体连通按顺序布置的涡轮机的航改燃气涡轮200，其由以下组成：低压压缩机201、高压压缩机203、高压涡轮205、低压涡轮207。新鲜空气首先在低压压缩机201中压缩至中间压力，且输送至高压压缩机203，其将空气压缩到最终压力。燃料加至由高压压缩机203在燃烧室208中输送的压缩空气流。来自燃烧室208的处于高压和高温下的燃烧气体按顺序在高压涡轮205和在低压涡轮207中膨胀。高压涡轮207经由第一轴209机械地连接到高压压缩机203上。由高压涡轮205中的气体膨胀生成的机械动力用于驱动高压压缩机203。第二轴211同轴地延伸经过第一轴209，且机械地连接低压压缩机201和低压涡轮207。由低压涡轮207中的气体膨胀生成的机械动力部分地用于使低压压缩机211旋转。过剩的动力用于驱动负载215,217。在所示的实施例中，第二轴211经由齿轮箱219机械地连接到负载215,217上。负载215,217例如可由压缩机组形成，压缩机组包括由从动轴221旋转的第一压缩机215和第二压缩机217。
辅助齿轮箱31设在高压压缩机203的冷端处。所述辅助齿轮箱31包括旨在驱动液体燃料泵的燃料泵驱动端口。当燃气涡轮用于工业应用时，如在图8中所示的实施例中，辅助齿轮箱31的燃料泵端口用于连接慢转装置33。慢转装置33可设计为上文参照图3至图7所述的那样。慢转装置33将气体发生器转子保持在慢速转动状态下，气体发生器转子由高速压缩机203、轴209和高压涡轮205组成。
图9示出了包括慢转装置33的燃气涡轮布局的另一个实施例。在图9中的实施例中，燃气涡轮300包括以下的处于一个与另一个流体连通按顺序布置的涡轮机：低压压缩机301、高压压缩机303、高压涡轮305、第一低压涡轮307和第二低压涡轮310。新鲜空气在低压压缩机301中压缩，在中间冷却器302中冷却，且输送至高压压缩机303来用于在给送至燃烧室308之前的最终压缩，燃烧室308中燃料加至压缩空气流。来自燃烧室308的处于高压和高温的燃烧气体按顺序在高压涡轮305中、在第一低压涡轮307中和在第二低压涡轮310中膨胀。高压涡轮307经由第一轴309机械地连接到高压压缩机303上。由高压涡轮305中的气体膨胀生成的机械动力用于驱动高压压缩机303。第二轴311同轴地延伸经过第一轴309，且机械地连接低压压缩机201和低压涡轮307。由第一低压涡轮307中的气体膨胀生成的机械动力用于使低压压缩机311旋转。来自第一低压涡轮307的燃烧气体在第二低压涡轮310中进一步膨胀，第二低压涡轮310的轴311与第二轴311机械地分离，且驱动负载315。如果第二低压涡轮310的转速不同于负载315的转速，则齿轮箱319可介入所述两个涡轮机之间。
辅助齿轮箱31设在高压压缩机303的冷端处，且慢转装置33连接到辅助齿轮箱31的端口上，例如，提供成驱动液体燃料泵的端口。慢转装置33可设计为上文参照图3至图7所述的那样。在操作时，慢转装置33将气体发生器转子保持在慢转状态下，所述气体发生器转子由第一轴309、高压压缩机303和高压涡轮305组成。
图10示出了包括慢转装置33的燃气涡轮布局的另一个实施例。在图10中的实施例中，燃气涡轮400包括以下的处于一个与另一个流体连通按顺序布置的涡轮机：第一低压压缩机401、第二低压压缩机403、高压压缩机405、高压涡轮407、第一低压涡轮409和第二低压涡轮411。新鲜空气由三个压缩机401,403,405在三级压缩过程中按顺序压缩。中间冷却器402,404可分别设在第一低压压缩机401与第二低压压缩机403之间，以及第二低压压缩机403与高压压缩机405之间。燃料在燃烧室412中与压缩空气混合，且所得的燃烧气体按顺序在高压涡轮407中和在两个低压涡轮409,411中膨胀。由高压涡轮407中的气体膨胀回收的动力用于经由第一轴413来驱动高压压缩机405。第二轴415将第一低压涡轮409连接到第二低压压缩机403上，且在第一轴413内同轴地延伸。由第一低压涡轮中的燃烧气体的膨胀回收的动力因此用于使第二低压压缩机403旋转。第二低压涡轮经过第三轴417机械地连接到第一低压压缩机401上。由第二低压涡轮414回收的机械动力的一部分用于使第一低压压缩机401旋转。轴417的其余动力用于驱动负载420。如果负载420以不同于第二低压涡轮414的速度的转速旋转，则齿轮箱423可设在第三轴417与负载420之间。
辅助齿轮箱31设在高压压缩机405的冷端处，且慢转装置33连接到辅助齿轮箱31的端口上，例如，提供成驱动液体燃料泵的端口。慢转装置33可设计为上文参照图3至图7所述的那样。气体发生器转子由第一轴413、高压压缩机405和高压涡轮407组成，且在涡轮停机之后由慢转装置33保持旋转。
尽管本文所述的主题的公开实施例已经在附图中示出且在上文中结合若干示例性实施例具体地且详细地完整描述，但本领域的技术人员将清楚的是，许多改型、变化和省略是可能的，而不会实质上脱离新颖的教导内容，本文阐明的原理和构思，以及所附权利要求中叙述的主题的优点。因此，公开的创新方案的适当范围应当仅由所附权利要求的最宽解释来确定，以便涵盖所有此类改型、变化和省略。此外，任何过程或方法步骤的次序或顺序可根据备选实施例改变或重新排序。

Claims (29)

1. 一种航改燃气涡轮，包括气体发生器(20)、气体发生器转子、动力涡轮区段、以及慢转装置(33)，其中所述慢转装置设计和布置成在涡轮停机之后保持所述气体发生器转子处于旋转运动。
2. 根据权利要求1所述的航改燃气涡轮，其特征在于，所述航改燃气涡轮包括辅助齿轮箱(31)，并且其中所述慢转装置(33)与所述辅助齿轮箱(31)能够有选择地接合和解除接合。
3. 根据权利要求1或权利要求2所述的航改燃气涡轮，其特征在于，所述慢转装置(33)与所述辅助齿轮箱的燃料泵端口能够有选择地接合和解除接合。
4. 根据任一前述权利要求所述的航改燃气涡轮，其特征在于，所述辅助齿轮箱(31)传动地连接到所述气体发生器转子上。
5. 根据任一前述权利要求所述的航改燃气涡轮，其特征在于，所述航改燃气涡轮包括设有中空花键轴(37)的辅助齿轮箱(31)，其中第一离合器部分(41,43)旋转地接合到所述中空花键轴(37)上，且其中第二离合器部分(51)能够与所述第一离合器部分(41,43)有选择地连接和断开。
6. 根据任一前述权利要求所述的航改燃气涡轮，其特征在于，所述第一离合器部分包括槽(47)且所述第二离合器部分包括能够有选择地接合到所述槽(47)中的销(49)，或反之亦然。
7. 根据前述权利要求中的一项或多项所述的航改燃气涡轮，其特征在于，所述慢转装置(33)包括促动器(65)，其使所述慢转装置(33)有选择地接合到所述气体发生器转子上。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的航改燃气涡轮，其特征在于，所述促动器(65)为控制且布置成在涡轮停机时通电的电促动器。
9. 根据前述权利要求中任一项所述的航改燃气涡轮，其特征在于，所述慢转装置(33)包括电动机(57)、可动轴(44)和其间的齿轮箱，所述可动轴(44)能够有选择地在操作位置与非操作位置之间移动，在所述操作位置，所述可动轴接合至所述气体发生器转子，在所述非操作位置，所述可动轴(44)与所述气体发生器转子解除接合。
10. 根据前述权利要求中任一项所述的航改燃气涡轮，其特征在于，所述可动轴(44)滑动地收纳在所述慢转装置(33)的所述齿轮箱(45)的慢速输出部件(52)中。
11. 根据前述权利要求中任一项所述的航改燃气涡轮，其特征在于，所述可动轴(44)由锁定装置(69；101)保持在所述非操作位置，并且其中所述促动器(65)布置且控制成克服所述锁定装置(69；101)的作用而有选择地使所述可动轴(44)从所述非操作位置向所述操作位置移动。
12. 根据前述权利要求中的一项或多项所述的航改燃气涡轮，其特征在于，所述航改燃气涡轮包括对所述慢转装置(33)供能的紧急能源(58)。
13. 根据前述权利要求中任一项所述的航改燃气涡轮，其特征在于，所述紧急能源包括蓄电池(58)。
14. 根据前述权利要求中的一项或多项所述的航改燃气涡轮，其特征在于，所述航改燃气涡轮包括控制布置，如果所述气体发生器转子上的抵抗转矩超过阈值，则所述控制布置不触发所述慢转装置(33)。
15. 一种用于在涡轮停机之后使航改燃气涡轮的气体发生器转子转动的慢转装置(33)，包括电动机(57)、齿轮箱(45)和可动轴(44)，所述可动轴(44)以扭转方式约束到所述齿轮箱(45)的慢速输出部件(52)上，所述可动轴(44)在操作位置与非操作位置之间能够有选择地移动。
16. 根据权利要求15所述的慢转装置，其特征在于，所述可动轴(44)滑动地收纳在所述慢速输出部件(52)中。
17. 根据权利要求15或权利要求16所述的慢转装置，其特征在于，所述慢转装置包括：锁定装置(69；101)，其将所述可动轴(44)保持在所述非操作位置；以及促动器(65)，其布置且控制成克服所述锁定装置(69；101)的作用而有选择地使所述可动轴(44)从所述非操作位置向所述操作位置移动。
18. 根据权利要求15至权利要求17中的一项或多项所述的慢转装置，其特征在于，所述慢转装置包括对所述电动机供能的紧急能源(58)。
19. 根据权利要求18所述的慢转装置，其特征在于，所述紧急能源包括蓄电池(58)。
20. 根据权利要求15至权利要求19中的一项或多项所述的慢转装置，其特征在于，所述慢转装置包括控制布置，如果所述气体发生器转子上的抵抗转矩超过阈值，则所述控制布置不触发所述慢转装置。
21. 一种用于限制或防止航改燃气涡轮中的气体发生器转子在停机时锁定的方法，所述涡轮包括具有所述气体发生器转子的气体发生器(20)和动力涡轮(21)，所述方法包括以下步骤：
在停机时，将所述气体发生器转子机械地连接到慢转装置上，
在所述气体发生器转子的冷却期间借助于所述慢转装置(33)使所述气体发生器转子以减速旋转，直到所述涡轮重启或直到所述气体发生器转子已达到选择的温度状态。
22. 根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述气体发生器转子经过所述航改涡轮的辅助齿轮箱(31)连接到所述慢转装置(33)上。
23. 根据权利要求21或权利要求22所述的方法，其特征在于，所述气体发生器转子经过所述航改涡轮的燃料泵端口连接到所述慢转装置(33)上。
24. 根据权利要求21或权利要求22或权利要求23所述的方法，其特征在于，所述方法包括利用紧急能量电源(58)来对所述慢转装置供能。
25. 根据权利要求21至权利要求24中的一项或多项所述的方法，其特征在于，所述方法包括利用紧急蓄电池(58)来对所述慢转装置供能。
26. 根据权利要求21至权利要求25中的一项或多项所述的方法，其特征在于，所述气体发生器转子在冷却期间保持在低于150rpm的转速，优选为包括在1rpm和150rpm之间，且更优选包括在10rpm和50rpm之间，且甚至更优选在18rpm和30rpm之间。
27. 根据权利要求21至权利要求26中的一项或多项所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：如果所述气体发生器转子上的抵抗转矩超过阈值，则停止所述气体发生器转子的所述旋转。
28. 根据权利要求21至权利要求27中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：检测与由所述慢转装置吸收的电功率成比例的参数，且如果所述电功率超过阈值，则停止所述慢转装置。
29. 根据权利要求21至权利要求28中的一项或多项所述的方法，其特征在于，所述方法包括借助于紧急电能源对所述慢转装置供能的步骤。
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