CN104975951A - 用于利用燃料加热的间隙控制的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于利用燃料加热的间隙控制的方法和设备。一种对燃气涡轮中的涡轮外壳提供压缩冷却空气的间隙控制设备，该设备包括：冷却气体通路，其延伸穿过涡轮外壳的内环形壳体；冷却气体管道，其连接至燃气涡轮的压缩机并且连接至涡轮外壳，其中，冷却气体管道接收来自压缩机的压缩空气并且将压缩空气输送至涡轮外壳，并且其中，冷却气体管道与冷却气体通路流体地连通；和换热器，其连接至冷却气体管道并且连接至燃料管道，该燃料管道对燃气涡轮的燃烧器输送燃料，其中，换热器使热从冷却气体传递到燃料。

Description

用于利用燃料加热的间隙控制的方法和设备
技术领域
本发明涉及涡轮，例如燃气涡轮中的间隙控制。
背景技术
涡轮中的间隙典型地指在转子和围绕转子的定子外壳之间的缝隙的尺寸。转子典型地为轴向涡轮，其具有各自安装在涡轮叶轮上的动叶的排。叶轮安装在涡轮的轴上。定子外壳容纳转子并且包括定位在动叶的排之间的静止喷嘴的排。间隙通常指在动叶的末梢和定子外壳之间的环形缝隙。
间隙需要允许动叶旋转而不相对于定子外壳摩擦。如果间隙过大，那么燃烧气体可在动叶的末梢上方泄露并且不驱动涡轮的旋转。如果间隙过小，那么末梢可相对于定子外壳摩擦并且可导致损坏涡轮的振动。
由于涡轮在其多种操作阶段期间受到加热和冷却，因而间隙变化。在间隙中的变化是由涡轮构件的热膨胀和收缩引起的。涡轮典型地由具有不同热膨胀速率的金属构件形成。涡轮叶轮、叶轮上的动叶和绕动叶的环形壳体以不同的速率膨胀和收缩。由于不同的热膨胀速率，故在燃气涡轮加热和冷却时，间隙可增加或缩减。
无论何时涡轮动叶旋转，均需要间隙，包括：当涡轮在启动期间加热时、当燃气涡轮从全速无负载(FSNL)操作过渡至全速满负载(FSFL)操作过渡时和在全速满负载(FSFL)操作期间、和当涡轮停止时。在燃气涡轮的任意和全部操作阶段期间维持适当的间隙是通过间隙控制系统实现的。
间隙控制系统和技术在燃气涡轮操作的全部阶段期间提供适当的间隙。常规的间隙控制系统和技术包括：冷却系统，其安装在与燃气涡轮相邻的外部制动器上；复合传感和促动系统，其用于调节从压缩机放出的冷却流，并且用于涡轮冷却和外部热传递系统，以在冷却空气进入涡轮之前加热或冷却该冷却空气。常规的间隙控制系统和技术倾向于由于它们调整流动穿过壳体或动叶的冷却流体的量而是主动的。一些主动常规间隙系统响应于某些操作条件而受到促动，例如在当间隙处于其最窄处时而发生的窄点处。例如，加热冷却空气可添加至涡轮外壳，来增大外壳的热膨胀，并因而增大窄点处的间隙。
主动间隙控制系统通常机械上复杂、昂贵且要求计算机或液压控制器。被动间隙控制系统不要求控制器，并且倾向于相对地机械简单且廉价。但是，被动控制器通常不具有调整供给至涡轮的冷却气体的冷却容量的能力。即使考虑到常规间隙控制系统，也依然存在对可靠、经济的间隙控制系统和技术的长期以来的需要，确保在燃气涡轮操作的所有阶段的适当间隙，并且避免尤其在稳定操作阶段(例如FSFL)的过多间隙。
发明内容
已经构思一种间隙控制的方法，其中，使用燃料来冷却在间隙控制中使用的冷却剂。当冷却剂流动穿过涡轮，例如定子外壳和喷嘴时，冷却剂影响涡轮的热膨胀或收缩。热膨胀或收缩的量取决于冷却剂的温度，并且具体而言取决于冷却剂温度与涡轮温度之间的差异。间隙控制可至少部分地通过调整冷却剂的温度而实现。构思的方法为通过在冷却剂与流到燃气涡轮的燃烧器的燃料之间传递热来调整冷却剂的温度。
该构思的方法可以以冷却剂和燃料流的一部分行进穿过的换热器来体现。冷却剂通常由燃料流冷却，因为燃料处于比冷却剂低的温度，该冷却剂可为从燃气涡轮中的压缩机的一个或更多个级抽取的压缩空气。流动穿过换热器的燃料的速率影响穿过换热器流到涡轮的冷却剂的冷却量。燃料流越大，则流到涡轮的冷却剂的温度越低。
燃料的流动速率增加，以使燃气涡轮从全速、无负载(FSNL)过渡至全速、满负载(FSFL)。当燃料流动速率增加时，在冷却剂的冷却方面存在类似增加(例如降低的温度)。增加的冷却降低了冷却剂在FSFL操作期间加热且使涡轮外壳热膨胀的能力。降低的能力导致在FSFL下的间隙的减小，这在其他情况下将在冷却剂未由燃料冷却时发生。
当燃料流量相对低时，冷却剂被冷却至比燃料流量高时小得多的程度。在低燃料流量期间，冷却剂保持相对热，并因而导致涡轮外壳热膨胀至比冷却剂已经由更大的燃料流量冷却时大的程度。在低燃料流量期间允许涡轮外壳热膨胀可用于在燃料流量低时(例如在FSNL期间)增大间隙。
通过使用燃料流来冷却流到涡轮外壳的冷却剂，被动间隙控制系统可构造为允许：低燃料流量操作期间增大的间隙；和高燃料流量操作期间减小的间隙。该能力对于在低燃料流量操作期间具有间隙窄点的燃气涡轮可为有用的。
该间隙控制系统可通过提供换热器而形成，从压缩机抽取的压缩冷却剂流和燃料流的一部分行进穿过该换热器。间隙控制依赖燃料流的变化来改变冷却剂流的冷却量。间隙控制系统可体现为不带有阀、促动器或其他主动控制装置。
已经构思一种间隙控制设备来对燃气涡轮中的涡轮外壳提供压缩的冷却空气，该设备包括：冷却气体通路，其延伸穿过涡轮外壳的内环形壳体；冷却气体管道，其连接至燃气涡轮的压缩机并且连接至涡轮外壳，其中，冷却气体管道接收来自压缩机的压缩空气并且将压缩空气输送至涡轮外壳，并且其中，冷却气体管道与冷却气体通路流体地连通；和换热器，其连接至冷却气体管道并且连接至燃料管道，该燃料管道对燃气涡轮的燃烧器输送燃料，其中，换热器使热从冷却气体传递到燃料。
已构思一种燃气涡轮，其包括：涡轮外壳，其包封燃气涡轮中的旋转涡轮；燃料管道，其能够连接至燃料的供应源并且连接至燃气涡轮的燃烧器，其中，燃料穿过燃料管道从燃料供应源流到燃烧器；冷却气体管道，其连接至燃气涡轮的压缩机并且连接至涡轮外壳，其中，冷却气体管道接收来自压缩机的压缩空气并且将压缩空气输送至涡轮外壳中的内部通路；和换热器，其连接至燃料管道并且连接至冷却气体管道，其中，换热器使热从冷却气体传递到燃料。
已构思一种方法以用于燃气涡轮中的间隙控制，该燃气涡轮具有压缩机、燃烧器、涡轮和容纳涡轮的涡轮外壳，该方法包括：从压缩机抽取压缩空气；在换热器中冷却压缩空气，其中来自压缩空气的热传递至流到燃烧器的燃料，和通过使冷却的压缩空气行进穿过通路涡轮外壳，调节涡轮外壳与涡轮的旋转区段之间的缝隙。
技术方案1：一种燃气涡轮，包括：
涡轮外壳，其包封所述燃气涡轮中的旋转涡轮；
燃料管道，其能够连接至燃料的供应源且连接至所述燃气涡轮的燃烧器，其中，燃料穿过所述燃料管道从燃料供应源流到所述燃烧器；
冷却气体管道，其连接至所述燃气涡轮的压缩机并且连接至所述涡轮外壳，其中，所述冷却气体管道接收来自所述压缩机的压缩空气并且将所述压缩空气输送至所述涡轮外壳中的内部通路，和
换热器，其连接至所述燃料管道并且连接至所述冷却气体管道，其中，所述换热器使热从冷却气体传递到燃料。
技术方案2：根据技术方案1所述的燃气涡轮，其特征在于，所述燃料管道包括主管道和旁通管道，其中，所述旁通管道联接至所述换热器并且形成用于流动穿过所述换热器的燃料的通路，并且所述旁通管道具有都连接至所述主管道的用于燃料的入口和出口。
技术方案3：根据技术方案1所述的燃气涡轮，其特征在于，所述换热器是双管换热器，其包括：第一管，其连接至所述燃料管道并且形成用于流动穿过所述换热器的燃料的通路；和第二管，其连接至所述冷却气体管道并且形成用于流动穿过所述换热器的冷却气体的通路。
技术方案4：根据技术方案1所述的燃气涡轮，其特征在于，所述换热器是双壁换热器，其包括第一和第二壁，所述第一和第二壁将流动穿过所述换热器的燃料与流动穿过所述换热器的冷却气体分开。
技术方案5：根据技术方案1所述的燃气涡轮，其特征在于，还包括：入口导管，其具有出口，所述出口构造为将空气引导到所述压缩机中；和入口放热(IBH)管道，其联接至所述压缩机和所述入口导管，其中，IBH管道构造为将压缩空气从所述压缩机引导至所述入口导管。
技术方案6：根据技术方案1所述的燃气涡轮，其特征在于，所述内部通路是所述涡轮外壳的内环形壳体中的通路。
技术方案7：根据技术方案6所述的燃气涡轮，其特征在于，所述内部通路延伸所述内环形壳体的长度的至少一半。
技术方案8：一种对燃气涡轮中的涡轮外壳提供压缩冷却空气的间隙控制设备，所述设备包括：
冷却气体通路，其延伸穿过所述涡轮外壳的内环形壳体；
冷却气体管道，其连接至所述燃气涡轮的压缩机并且连接至所述涡轮外壳，其中，所述冷却气体管道接收来自所述压缩机的压缩空气并且将所述压缩空气输送至所述涡轮外壳，并且其中，所述冷却气体管道与所述冷却气体通路流体地连通，和
换热器，其连接至所述冷却气体管道并且连接至将燃料输送至所述燃气涡轮的燃烧器的燃料管道，其中，所述换热器使热从冷却气体传递到燃料。
技术方案9：根据技术方案8所述的间隙控制设备，其特征在于，所述燃料管道包括主管道和旁通管道，其中，所述旁通管道联接至所述换热器并且形成用于流动穿过所述换热器的燃料的通路，并且所述旁通管道具有都连接至所述主管道的用于燃料的入口和出口。
技术方案10：根据技术方案8所述的间隙控制设备，其特征在于，所述换热器是双管换热器，其包括：第一管，其连接至所述燃料管道并且形成用于流动穿过所述换热器的燃料的通路；和第二管，其连接至所述冷却气体管道并且形成用于流动穿过所述换热器的冷却气体的通路。
技术方案11：根据技术方案8所述的间隙控制设备，其特征在于，所述换热器是双壁换热器，其包括第一和第二壁，所述第一和第二壁将流动穿过所述换热器的燃料与流动穿过所述换热器的冷却气体分开。
技术方案12：根据技术方案8所述的间隙控制设备，其特征在于，所述燃气涡轮包括：入口导管，其具有出口，所述出口构造为将空气引导到所述压缩机中；和入口放热(IBH)管道，其联接至所述压缩机和所述入口导管，其中，IBH管道构造为将压缩空气从所述压缩机引导至所述入口导管。
技术方案13：根据技术方案8所述的间隙控制设备，其特征在于，所述冷却气体通路延伸所述内环形壳体的长度的至少一半。
技术方案14：一种用于燃气涡轮中的间隙控制的方法，所述燃气涡轮具有压缩机、燃烧器、涡轮和容纳所述涡轮的涡轮外壳，所述方法包括：
从所述压缩机抽取压缩空气；
在换热器中冷却所述压缩空气，其中，使来自所述压缩空气的热传递至流到所述燃烧器的燃料；和
通过使冷却的压缩空气行进穿过通路涡轮外壳，调节所述涡轮外壳与所述涡轮的旋转区段之间的缝隙。
技术方案15：根据技术方案14所述的方法，其特征在于，所述涡轮外壳中的所述通路是穿过内环形壳体的通路并且所述通路延伸所述环形壳体的长度的至少一半。
技术方案16：根据技术方案14所述的方法，其特征在于，在执行抽取、冷却和调节的步骤时，还使所述燃气涡轮从全速、无负载条件过渡到全速、满负载条件。
技术方案17：根据技术方案16所述的方法，其特征在于，还包括：在所述全速、无负载条件下，使由所述压缩机输出的压缩空气从所述燃烧器转向并转向至用于所述压缩机的入口导管，并且在过渡期间，不使压缩空气转向至所述入口导管。
技术方案18：根据技术方案14所述的方法，其特征在于，流动穿过所述换热器的燃料以比从所述压缩机抽取且流动穿过所述换热器的压缩空气快的速率增加。
技术方案19：根据技术方案14所述的方法，其特征在于，压缩空气的冷却是利用流到所述燃烧器的燃料的一部分执行的，并且所述方法还包括使燃料的所述部分从主燃料管道转向到旁通管道中，其中，所述旁通管道联接至所述换热器并且形成用于流动穿过所述换热器的燃料的通路。
技术方案20：根据技术方案18所述的方法，其特征在于，燃料的转向至所述换热器的相关部分在所述燃气涡轮的操作期间保持恒定。
附图说明
图1显示了涡轮和涡轮壳体的剖视图的燃气涡轮的示意图。
图2是涡轮外壳的示范内环形壳体的一部分的透视图。
图3是显示了在工业燃气涡轮中从全速、无负载(FSNL)到全速、满负载(FSFL)的示范过渡的图。
附图标记
10           燃气涡轮
12           压缩机
14           燃烧器
15           燃料
16           涡轮
17           去往压缩机的入口
18           涡轮的环形外壳
20           动叶
22           涡轮叶轮
23           IBH-入口放热
24           喷嘴
26           内环形壳体
27           燃烧气体
28           气体通路
30           护罩
32           外环形壳体
34           气室
36           气室
37           压缩空气管道
38           槽道
40           冷却通路
42           去往通路的入口
44           穿过通路的空气流
45           通路的出口
46           凹穴室
47           密封凹穴室的盘
48           压缩机抽取调节阀
50           换热器
52           换热器中的用于燃料的管
54           换热器中的用于压缩空气的管
55           去往燃烧器的管道
56           流转向器
58           流转向器
60           速度
62           负载
64           全速
66           满负载
67           IBH关闭
68           燃料速率
70           冷却剂流速率
72           窄点。
具体实施方式
图1显示了具有压缩机12、燃烧器14以及涡轮16的燃气涡轮10。入口导管17提供通路，该通路用于空气进入燃气涡轮并且导向至去往压缩机的入口。
燃气涡轮通过压缩空气、将压缩空气与燃料15混合、燃烧混合物和用燃烧气体驱动涡轮来生成功率。涡轮包括环形外壳18，其容纳绕轴23旋转的涡轮动叶20(还称作叶片)的排。各排中的动叶安装在涡轮叶轮22上。静止喷嘴24(还称作导向静叶)的排在动叶的排之间。热燃烧气体27(可见箭头)在环形热气体通路28中流动穿过动叶20和喷嘴24的排。涡轮外壳18形成热气体通路28的外表面。通路28的内壁接近叶轮22的外轮缘。
用于从压缩机抽取的压缩空气的管道23将空气从压缩机的出口(末级)导向至入口导管17。管道23包括在入口放热(IBH)系统中，该系统在燃气涡轮在无负载或低负载条件下操作时使用。通过使压缩空气从燃烧器转向并且转向至去往压缩机的入口，IBH系统降低了压缩机效率，使得燃气涡轮将以自持方式在没有或具有最小负载的情况下操作。当涡轮仅由在燃烧器中形成的热燃烧气体驱动时，燃气涡轮是自给的。如果压缩机效率不降低，那么将需要将大得多的负载施加至自持的燃气涡轮，来避免在涡轮速度方面的非期望增加。将压缩空气添加至入口空气，IBH系统(管道23)加热进入压缩机的压缩空气。
涡轮外壳18包括外环形壳体32，其容纳且支撑内环形壳体26。内环形壳体围绕动叶和喷嘴的排。喷嘴24安装至内环形壳体26。护罩30的环形排安装至内涡轮壳体26并且与动叶的末梢对准。护罩30与动叶20的末梢之间的缝隙称作燃气涡轮的“间隙”或“隙距”。
小的间隙确保了动叶末梢上方的最小量的热燃烧气体泄漏。如果间隙变得过小，那么动叶的末梢相对于护罩刮擦，这导致对动叶和护罩的磨损，并且可产生涡轮中的振动。磨损通常是非期望的，因为其增大了隙距并且可导致对动叶和护罩的损坏。振动通常是非期望的，因为它们可损坏涡轮。
环形气室34、36形成在涡轮外壳18的外和内环形壳体32、26之间。这些气室34、36将由压缩空气管道37输送的压缩空气分配至在内环形壳体26中且延伸穿过喷嘴24的冷却通路40。压缩空气从压缩机12的一个或更多个级抽取，并且流动穿过管道37。环绕较前级动叶的气室34接收比由围绕较后级涡轮的气室36接收的压缩空气压缩至更高程度且来自压缩机的较后级的空气。在涡轮壳体18中的气室的布置和数量和待联接至气室中的各个的压缩机级的选择是设计选择的问题。
图2是环形的内环形壳体26的区段的透视图。内环形壳体典型地由金属材料形成。壳体的外表面具有环形凸耳和肋，它们接合外环形壳体32。内环形壳体的外表面形成气室34、36的外壁(图1)。气室的内壁由内环形壳体26形成。内环形壳体的径向在内表面包括槽道38的排，以接收护罩30的钩部。
内部冷却通路40(见虚线)布置在内涡轮壳体内。来自环形气室34、36中的一个的压缩空气进入去往冷却通路(例如冷却通路40)的入口42。空气流动穿过通路(见曲折箭头44)和出口45进入槽道38中。冷却通路40可布置为沿着燃气涡轮的旋转轴线纵向地延伸。冷却通路可跟随曲折(例如转回)路线，通过在接近内环形壳体轴向端部的跨越凹穴室46处反转方向。数个冷却通路40可布置为绕涡轮壳体的周缘对称。跨越凹穴室可在内环形壳体的前面上由盘47(图4)密封。冷却通路在壳体中的布置是设计选择的问题，并且在设计涡轮壳体中有经验的工程师的技能之内。
在空气流动穿过冷却通路40时，热传递在内涡轮壳体26与压缩空气之间发生。如果壳体处于比压缩空气高的温度，那么压缩空气冷却内涡轮壳体。涡轮壳体通常比压缩空气热，因为热燃烧气体流动穿过热气体通路28并且加热内涡轮壳体。
来自管道37的压缩空气可从压缩机13流动穿过压缩机抽取调节阀48，调节阀48调节从压缩机取出并引导至涡轮外壳的压缩空气的流。调节阀可为可调整阀和固定孔口的常规平行布置。在燃气涡轮的操作期间，可调整阀可设置到固定位置。或者，可调整阀48可在燃气涡轮操作期间受到控制，来向涡轮外壳提供更多或更少的冷却空气。压缩抽取调节阀是常规的。
当空气流到涡轮外壳时，管道37中的压缩空气行进穿过换热器50。燃料15也流动穿过换热器。热通过换热器从压缩空气37传递至燃料。加热燃料(尤其是气体燃料)是常规的，并且用于通过降低达到燃烧器中的期望点火温度所需要的燃料的量来改善燃气涡轮的效率。利用用于涡轮中的间隙控制的压缩空气来加热燃料不是常规的。
换热器50可为双管换热器，其确保了燃料的任何泄漏不允许燃料与流动穿过换热器的压缩空气混合和潜在地燃烧。双管换热器是常规的并且适于在用于燃气涡轮的燃料与压缩空气之间传递热。在双管换热器中，燃料和压缩空气可流动穿过在交换器内的分开的管52、54。换热器内的传导性材料(例如流体或金属)在管之间传递热。例如，换热器中的冷凝流体可通过压缩空气而蒸发且通过燃料而冷凝。冷凝流体提供用于在压缩空气与燃料之间传递热的有效且高容量的介质。
双壁换热器也可用作换热器50。双壁换热器具有将燃料与压缩空气分开的两个壁。由于该双壁，故一个壁中的泄漏不会导致压缩空气和燃料在换热器中的混合。壁之间的换热器体积可填充有在具有燃料的管与具有压缩空气的管之间传导热的固体、液体、或气体。
燃料15的一部分引导穿过换热器50。燃料从燃料供应源15穿过管道55流到燃气涡轮的燃烧器14。燃料的一部分由流转向器56(例如一个入口/两个出口阀)转向。流转向器可设置在固定的操作位置处，使得在燃气涡轮的所有操作阶段期间，燃料的恒定部分被转向通过换热器。第二流转向器58在换热器的下游并且将流动穿过换热器的燃料与流动穿过管道52的燃料合并。第一和第二流转向器56、58使流动穿过燃料管道60的燃料的一部分转向，该燃料管道60从燃料管道55延伸穿过换热器50并返回至管道55。
图3是显示了在从全速、无负载(FSNL)到全速、满负载(FSFL)的示范工业燃气涡轮中的燃料流量的速率的图。该过渡典型地包括在燃气涡轮的操作中。该过渡在燃气涡轮已启动之后发生并且通过燃烧燃料而自持。在示范过渡中，燃气涡轮的旋转速度60从全速操作的大约百分之二十(20％)加速至百分之百(100％)。在过渡的初始部分期间，不对燃气涡轮施加负载62。负载62可由联接至驱动轴的发电机施加。发电机对驱动轴施加扭矩，该扭矩由通过燃气涡轮生成的扭矩克服。在燃气涡轮达到全速64之后不久，负载62可逐渐增加，直至负载达到百分之百66。在67正前方或当加速将负载施加至燃气涡轮时，入口放热(IBH)系统减少或切断穿过管道37(图1)到燃气涡轮入口的压缩机空气流。
速度60的增加是增加燃料流动的速率68的结果。在负载62施加至燃气涡轮时，燃料流动速率68也增加。连同燃气涡轮达到FSFL条件，燃料流动速率达到最大值。冷却剂流动的速率70也与燃料流动速率68的增加一起增加。从压缩机抽取冷却剂流。当压缩机速度增加且燃气涡轮上的负载增加时，从压缩机流入燃烧器中的工作流体(例如空气)的量增加，以导致涡轮产生更多的功来驱动负载。当负载在FSFL期间未施加时，压缩机出口空气的一部分在入口放热(IBH)时转向至压缩机的前部。当IBH关闭(点67)时，从压缩机抽取冷却剂的速率70增加。在该实例中，冷却剂流动速率70以燃料流增加的速率68的大约一半增加。速率方面的该差异影响换热器50中的冷却剂的冷却量。冷却剂的冷却量增加，因为燃料流动速率比冷却剂速率更迅速地增大。
在从FSNL过渡到FSFL期间，涡轮可具有“窄点”72。窄点是旋转和静止构件的热膨胀之间的间隙在燃气涡轮的操作期间变得最窄处。使用燃料来冷却冷却剂是在FSNL到FSFL过渡期间在窄点72处提供间隙控制并且在FSFL期间减小间隙的有效且简易的技术。
燃气涡轮设计为：即使在从FSNL过渡到FSFL期间窄点短时期发生，也在窄点处提供适当的隙距。窄点处的适当的间隙的设计要求可导致在窄点之外的操作条件下的比期望大的间隙。例如，FSFL下的间隙可比所期望的大，使得间隙在窄点处是适当的。FSFL或其它稳定状态操作条件期间的比必须的大的间隙可降低燃气涡轮的效率以长期的操作时期。
与FSNL下和窄点72处的冷却相比，在FSFL下的燃料流的更大的速率68提供FSFL下的冷却剂的更大冷却。可通过利用燃料冷却压缩空气37减小的在FSFL和其它操作条件下的间隙，以减小燃气涡轮的静止和旋转构件之间的间隙。冷却流入冷却通路40中的压缩空气37导致内环形壳体的更大冷却。该更大的冷却将减小环形壳体的热膨胀，并且缩减环形壳体与涡轮的旋转构件之间的间隙。
压缩空气的冷却量取决于流动穿过换热器的燃料的量。燃料流量越大，压缩空气的冷却量就越大。可充分利用燃料流量与压缩空气冷却量之间的关系以用于间隙控制的益处。该充分利用可通过如下来体现：利用燃料流来对冷却剂进行冷却，以调节动叶的末梢与附接至内环形壳体的护罩之间的隙距。该调节可包括在燃料流量相对低(例如，在FSNL期间)时使冷却剂的冷却最小化。在FSNL期间使冷却剂的冷却最小化可用来确保在窄点处，缝隙不变得太窄。该调节还可包括在燃料流量增加时增加冷却剂的冷却，来确保缝隙在FSFL期间不变得太大。
例如，在燃气涡轮从全速、无负载(FSNL)过渡至全速、满负载(FSFL)时，燃料流量显著地增加。与在燃料流量的增加协同地，在换热器中的压缩空气的冷却增加。该增加的冷却应用于在燃气涡轮接近FSFL和在FSFL下运行时，与在燃气涡轮处于或接近FSNL时内环形壳体的冷却相比，提供内环形壳体的更大冷却。
由燃料流量的增加导致的增加的内环形壳体的冷却可应用于在FSFL下或附近维持期望的间隙，同时在FSNL下或附近提供窄点处的充足间隙。在FSNL下，燃料流量的速率相对低，并且压缩空气的换热器中的冷却量小。如果燃气涡轮在FSNL下或附近具有窄点，那么期望少量的压缩空气的冷却。为了在窄点处提供适当的间隙，在燃气涡轮处于窄点时允许内环形壳体热膨胀是有用的。在燃气涡轮过渡超出窄点时，增加的燃料流量导致冷却内环形壳体的压缩空气的更大冷却。该更大的冷却减缓内环形壳体的热膨胀并且在燃气涡轮达到FSFL时使间隙最小化。
虽然已经结合目前认为最实用且优选的实施例描述了本发明，但是应当理解的是，本发明不限于公开的实施例，而是相反地，意图覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同布置。

Claims (10)

1. 一种燃气涡轮，包括：
涡轮外壳，其包封所述燃气涡轮中的旋转涡轮；
燃料管道，其能够连接至燃料的供应源且连接至所述燃气涡轮的燃烧器，其中，燃料穿过所述燃料管道从燃料供应源流到所述燃烧器；
冷却气体管道，其连接至所述燃气涡轮的压缩机并且连接至所述涡轮外壳，其中，所述冷却气体管道接收来自所述压缩机的压缩空气并且将所述压缩空气输送至所述涡轮外壳中的内部通路，和
换热器，其连接至所述燃料管道并且连接至所述冷却气体管道，其中，所述换热器使热从冷却气体传递到燃料。
2. 根据权利要求1所述的燃气涡轮，其特征在于，所述燃料管道包括主管道和旁通管道，其中，所述旁通管道联接至所述换热器并且形成用于流动穿过所述换热器的燃料的通路，并且所述旁通管道具有都连接至所述主管道的用于燃料的入口和出口。
3. 根据权利要求1所述的燃气涡轮，其特征在于，所述换热器是双管换热器，其包括：第一管，其连接至所述燃料管道并且形成用于流动穿过所述换热器的燃料的通路；和第二管，其连接至所述冷却气体管道并且形成用于流动穿过所述换热器的冷却气体的通路。
4. 根据权利要求1所述的燃气涡轮，其特征在于，所述换热器是双壁换热器，其包括第一和第二壁，所述第一和第二壁将流动穿过所述换热器的燃料与流动穿过所述换热器的冷却气体分开。
5. 根据权利要求1所述的燃气涡轮，其特征在于，还包括：入口导管，其具有出口，所述出口构造为将空气引导到所述压缩机中；和入口放热(IBH)管道，其联接至所述压缩机和所述入口导管，其中，IBH管道构造为将压缩空气从所述压缩机引导至所述入口导管。
6. 根据权利要求1所述的燃气涡轮，其特征在于，所述内部通路是所述涡轮外壳的内环形壳体中的通路。
7. 根据权利要求6所述的燃气涡轮，其特征在于，所述内部通路延伸所述内环形壳体的长度的至少一半。
8. 一种对燃气涡轮中的涡轮外壳提供压缩冷却空气的间隙控制设备，所述设备包括：
冷却气体通路，其延伸穿过所述涡轮外壳的内环形壳体；
冷却气体管道，其连接至所述燃气涡轮的压缩机并且连接至所述涡轮外壳，其中，所述冷却气体管道接收来自所述压缩机的压缩空气并且将所述压缩空气输送至所述涡轮外壳，并且其中，所述冷却气体管道与所述冷却气体通路流体地连通，和
换热器，其连接至所述冷却气体管道并且连接至将燃料输送至所述燃气涡轮的燃烧器的燃料管道，其中，所述换热器使热从冷却气体传递到燃料。
9. 根据权利要求8所述的间隙控制设备，其特征在于，所述燃料管道包括主管道和旁通管道，其中，所述旁通管道联接至所述换热器并且形成用于流动穿过所述换热器的燃料的通路，并且所述旁通管道具有都连接至所述主管道的用于燃料的入口和出口。
10. 根据权利要求8所述的间隙控制设备，其特征在于，所述换热器是双管换热器，其包括：第一管，其连接至所述燃料管道并且形成用于流动穿过所述换热器的燃料的通路；和第二管，其连接至所述冷却气体管道并且形成用于流动穿过所述换热器的冷却气体的通路。
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