CN104995374A - 用于燃气涡轮发动机的热量保持和分配系统 - Google Patents

Abstract

一种燃气涡轮发动机，包括压缩机段、燃烧器段和涡轮段，其在第一操作模式期间操作以产生动力输出。热量保持和分配系统被提供给所述发动机，其中在所述发动机停机之后，所述热量保持系统在第二操作模式下操作，以在所述压缩机段、所述燃烧器段和所述涡轮段中的每个的部件中维持升高的温度，从而实现(1)部件的有效循环寿命消耗的减小并延长与有效循环寿命消耗相关联的维修间隔，和(2)在非动力产生模式期间通过保持导叶承载件随时间的较高温度实现间隙和在周向取向上实现大部分静止部件的更均匀的温度。

Description

用于燃气涡轮发动机的热量保持和分配系统

技术领域

本发明涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地，涉及一种在燃气涡轮发动机停机之后在该燃气涡轮发动机内保持热量的系统。

背景技术

燃气涡轮发动机通常包括压缩机段、燃烧器段、涡轮段和排气段。在操作中，压缩机段可以引导环境空气并压缩它。来自于压缩机段的压缩空气进入燃烧器段的一个或多个燃烧器。压缩空气与燃烧器中的燃料混合，并且空气-燃料混合物可以在燃烧器内被燃烧以形成热工作气体。热工作气体被发送至涡轮段，在涡轮段热工作气体膨胀通过静止翼型件和旋转翼型件的交替行，并用来产生能驱动转子的动力。离开涡轮段的膨胀气体然后可经由排气段从该发动机排出。

在发动机操作期间，发动机的各个部件经受机械和热应力，其可能会在发动机操作时间周期内降低部件的机械完整性。部件寿命可能会受到发动机的总操作时间和热循环两者的影响，作为发动机停机和随后的发动机起动的结果，所述热循环可能发生。因此，维修计划被实施，以确保发动机被维护以在发动机操作期间保持发动机内期望的效率，并避免部件故障。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种燃气涡轮发动机，其包括压缩机段，其中被拉入发动机的流路的空气被压缩；燃烧器段，其中燃料与压缩空气的至少一部分混合并燃烧，以产生热燃烧气体；涡轮段，其中来自于燃烧器段的热燃烧气体在流路中膨胀以在第一操作模式期间从其提取能量；和涡轮段下游的排气歧管，用于接收包括来自于涡轮段的膨胀热燃烧气体的废气。提供了一种热量保持系统，其中热量保持系统在第二操作模式下操作，跟随发动机的停机，以在压缩机段、燃烧器段和涡轮段中的每一段的部件内维持升高的温度，以便实现部件的有效循环寿命消耗的降低和延长与有效循环寿命消耗相关联的维修间隔。

热量保持系统可以包括使在空气穿过发动机通过期间已经被加温的空气再循环的结构，在第二操作模式期间，加温的空气被从排气岐管再循环至流路的上游位置。

热量保持系统可在连续再循环回路内使加温空气再循环，所述连续再循环回路通过燃烧器段和涡轮段延伸到排气歧管内的这样的位置，即在该位置，加温空气被从流路中抽取，以进入使加温空气再循环到上游位置的结构。

发动机还可以包括围绕发动机周向间隔开的多个空气通道，以形成多个再循环回路。通过再循环回路中的每个的流可以被单独控制，以提供通过不同再循环回路的不同流，从而在周向方向上均衡发动机的温度。

使加温空气再循环的结构可由引气管形成，在第一操作模式之前的第三操作模式期间，引气管从压缩机内的引气腔中为排气歧管提供引气。

加温空气的再循环流动可以保持压缩机段内的压缩机叶片和周围导叶承载件之间，以及压缩机导叶和转子之间的间隙。

在根据本发明的另一个方面中，提供了一种燃气涡轮发动机，其包括压缩机段，其中被拉入发动机的流路的空气被压缩，压缩机具有压缩机外壳和穿过该压缩机外壳形成的多个压缩机引气开口。提供一种燃烧器段，其中燃料与来自于压缩机段的压缩空气的至少一部分混合并被燃烧以产生热燃烧气体。提供一种涡轮段，其中来自于燃烧器段的热燃烧气体被膨胀以从其提取能量，其中所提取的能量的至少一部分被用于在第一操作模式期间使涡轮转子旋转。排气歧管被定位在涡轮段的下游，该排气歧管包括歧管壳体，用于接收包括来自于涡轮段的膨胀热燃烧气体的废气。多个歧管开口穿过排气歧管壳体形成，并且多个引气管从各压缩机引气开口延伸到各歧管开口，用于在第一操作模式之前的第三操作模式期间，将来自于压缩机段的引气输送到歧管。排气返回段与各引气管相关联，各排气返回段具有位于在相应的排气歧管和压缩机引气开口之间的相应的引起管上的排气返回段入口和排气返回段出口。排气返回段输送在空气穿过发动机通过期间被加温的空气，在第二操作模式期间，加温空气从排气岐管通过相应的引气管被再循环至压缩机段，所述第二操作模式包括涡轮机转子的旋转，其跟随结束第一操作模式的发动机停机。

在引气管和排气返回段中的每个内可以提供有阀结构，以用于在第一和第三操作模式期间防止引气流通过排气返回段，并且用于防止空气流通过在排气返回段入口和出口之间的引气管的一段，同时在第二操作模式期间允许加温空气流通过排气返回段。

允许加温空气流通过排气返回段的阀结构可以包括排气阀，每个排气阀均具有多个处于完全闭合位置和完全打开位置之间的部分打开位置，并且包括连接到各排气阀的控制器，以用于在围绕压缩机段的不同周向位置提供差异分布的加温空气流，以在压缩机段内实现周向的均衡温度。

排气返回段可以分别包括鼓风机，用于在第二操作模式期间将加温空气流从排气歧管引导至压缩机段。

加温空气可被输送到周向围绕压缩机段定位的引起腔，并且可以从引气腔被排放到发动机的流路内，以第二操作模式期间实现燃烧器段和涡轮段的加温。

用于发动机的维修间隔可通过至少一个参数限定，所述至少一个参数包括多个冷起动周期，各冷起动周期通过在一个或多个部件低于针对该部件的预定冷温度时起动发动机限定，并且在第二操作模式期间，燃烧器段和涡轮段的加温，可以通过保持位于燃烧器段和涡轮段内的一个或多个部件的温度高于针对该部件的预定冷温度延长的一段时间，实现维修间隔的增大。

第二操作模式可以包括发动机的盘车装置操作，其紧紧跟随发动机的第一操作模式，以产生动力。

第三操作模式可以包括发动机在低于全功率下的启动操作，其中空气被从压缩机段的引气腔排出到排气歧管，以在压缩机的下游位置实现压力降低。

根据本发明的另一方面，提供了一种燃气涡轮发动机，其包括压缩机段，其中被拉入发动机的流路的空气被压缩，压缩机具有压缩机外壳，被形成在外壳和压缩机导叶承载件之间的压缩机引气腔，和在压缩机引气腔处穿过压缩机外壳形成的多个压缩机引气开口。提供一种燃烧器段，其中燃料与来自于压缩机段的压缩空气的至少一部分混合并被燃烧以产生热燃烧气体。提供一种涡轮段，其中来自于燃烧器段的热燃烧气体被膨胀以从其提取能量，其中所提取的能量的至少一部分被用于在第一操作模式期间使涡轮转子旋转。排气歧管位于涡轮段的下游，排气歧管包括歧管壳体，用于接收包括来自于涡轮段的膨胀热燃烧气体的废气。多个歧管开口穿过排气歧管壳体形成，并且多个引气管从各压缩机引气开口延伸到各歧管开口，用于在第三操作模式期间，将来自于压缩机段的引气输送到歧管，其中所述第三操作模式包括紧接第一操作模式之前的发动机启动操作。排气返回段与各引气管相关联，各排气返回段具有位于相应的歧管和压缩机引气开口之间的相应的引气管上的排气返回段入口和排气返回段出口。排气返回段输送已经在空气穿过发动机的通过期间被加温的空气，在第二操作模式期间，加温空气从排气岐管通过相应的引气管被再循环至压缩机段，所述第二操作模式包括在盘车装置操作期间涡轮转子的旋转，其跟随结束第一操作模式的发动机的停机。

在第二操作模式期间，供应自排气歧管的加温空气的再循环流可以从压缩机段被输送到燃烧器段和涡轮段。

用于发动机的维修间隔可由至少一个参数限定，所述至少一个参数包括多个冷起动周期，各冷起动周期通过在一个或多个部件低于针对该部件的预定冷温度时起动发动机被限定，并且至燃烧器段和涡轮段的加温空气的再循环流可以通过保持位于燃烧器段和涡轮段内的一个或多个部件的温度高于针对该部件的预定冷温度延长的一段时间，实现维修间隔的增大。

加温空气的再循环流可以降低燃烧器段和涡轮段内部件的热机械疲劳。

加温空气的再循环流可以保持压缩机段内的压缩机叶片和周围导叶承载件之间的间隙。

附图说明

虽然本说明书结束于特别指出并清楚地要求保护本发明的权利要求，人们认为，从结合附图的以下描述中，本发明将可以更好地被理解，其中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：

图1是示出本发明的各方面的燃气涡轮发动机的剖面图；

图2是图1所示的压缩机段的一部分的放大剖面图；

图3是示出了被用于不同操作中的发动机的维修间隔时间表；以及

图4是示意图，其示出了包括多个周向隔开的空气管道系统的控制的本发明的各个方面。

具体实施方式

在优选实施例的以下详细描述中，参考了附图，附图形成其一部分并且其中通过图示，而不是通过限制被示出，示出了本发明可以实行的特定优选实施例。但应理解，其它实施例可以被利用，并且可以进行改变而不脱离本发明的精神和范围。

参照图1，燃气涡轮发动机10被示出，从而例示了本发明的各方面。该发动机包括压缩机段12、包括多个燃烧器16(只示出一个)的燃烧器段14，和涡轮段18。此外，包括歧管壳体22的排气歧管20位于涡轮段18的下游，用于接收来自于涡轮段18的膨胀热废气。值得注意的是，这里所示的发动机10包括燃烧器16的环形阵列，其被围绕发动机10的纵向轴线24设置，所述纵向轴线24限定发动机10的方向。这样的结构通常称为“环管燃烧系统”。

另外参考图2，压缩机段12包括外壳26，其包围各个压缩机部件，所述压缩机部件包括从外壳26的内部结构被支撑的导叶承载件28，从导叶承载件28被支撑的静止导叶(vane)30，和支撑在转子组件34上并且以与导叶30交替的关系定位以形成压缩级的旋转叶片(blade)32。导叶30和叶片32跨过从入口38延伸到压缩机段12到排气歧管20的流路36径向延伸。

如从图2中最佳可见，叶片32包括径向外部叶尖32a，其接近导叶承载件28的内表面28a旋转。导叶承载件28的内表面28a为流路36限定径向外边界。此外，引气腔40被限定在导叶承载件28中的至少一些导叶承载件和外壳26之间，并且包括在外壳26内周向延伸的环形空腔。在图示的实施例中，三个引气腔被特别标识为40a，40b和40c，并位于压缩机段12内的轴向下游位置。相应的引气通道42a，42b和42c连接与流路36流体连通的引气腔40a，40b和40c。引气通道42a，42b，42c可通过在相邻的导叶承载件28之间形成的径向延伸的间隙限定，以用于将来自于流路36的压缩空气的一部分排出到引气腔40a，40b，40c内，如将在下面进一步描述的。

参照图1，燃烧器段14包括限定在燃烧器壳体(casing)46内的燃烧器外壳(shell)44，其接收来自于压缩机段12的压缩空气，在本文中称为“外壳空气”。外壳空气进入各个燃烧器16用于与燃料燃烧，以产生热燃烧气体。热燃烧气体通过与各燃烧器46相关联的过渡管道48被输送至涡轮段18。

涡轮段18包括支撑在涡轮壳体52内的导叶承载件50。静止涡轮导叶54被支撑在导叶承载件50上并且跨流路36径向向内延伸。导叶承载件50额外支撑环形段55，所述环形段55与导叶54的外端壁轴向交替布置地定位，以限定流路36的外边界。旋转涡轮叶片56被支撑在相应的涡轮转子盘58上，其与导叶54交替布置，以形成涡轮段18的级。旋转叶片56跨流路36径向向外延伸，并且叶片56的径向外尖端毗邻环形段55定位。热燃烧气体通过涡轮段18的级被膨胀以提取能量，并且从燃烧气体所提取的能量的至少一部分使转子34旋转，并在发动机10的动力产生操作模式，在本文被称为“第一操作模式”期间产生输出功。

在通过涡轮段18之后，热燃烧气体或废气，从涡轮段18通入，进入位于涡轮排气壳体60内的扩散器59，然后通入排气歧管20。

根据本发明的一个方面，提供了一种空气管道系统62，其在压缩机段12和歧管段20之间在发动机10的外壳之外延伸。空气管道系统62包括一个或多个引气管道，其从压缩机段12延伸到发动机10上的轴向下游位置，如图1通过引气管道64所示的。引气管道64在第一端66和第二端70之间轴向延伸，所述第一端被连接到延伸通过压缩机外壳26的引气端口68并与引气腔40b相关联，所述第二端70连接到与歧管开口74相关联的歧管端口72，所述歧管开口74在歧管段20内与流路36流体连通。

空气管道系统62另外包括排气返回段76，其包括排气返回管道78，所述排气返回管道78具有在第一接头82处附接到引气管道64的排气返回段入口80和在第二接头86处附接到引气管道64的排气返回段出口84。排气返回管道78在第一接头82和第二接头86处与引气管道64流体连通。排气返回段76还包括引气管道64的部分，其包括从歧管端口72延伸至第一接头82的第一管段76a，和从引气端口68延伸至第二接头86的第二管段76b。根据本发明的一个方面，排气返回段76形成发动机10的热量保持系统的一部分，以促进热量保持并在发动机10的非动力产生操作模式，在本文中被称为“第二操作模式”期间，维持压缩机段12、燃烧器段14和涡轮段18的部件的升高温度，如将在下面进一步描述的。

空气管道系统62还包括阀结构，其包括一对流量控制阀，包括第一或引气阀88和第二或排气阀90。引气阀88位于引气管道64中在第一接头82和第二接头86之间。排气阀90位于排气返回管78中在第一接头82和第二接头86之间。阀88、90在完全打开和完全闭合位置之间可调节，并且优选包括多个处于完全打开和完全闭合位置之间的部分打开位置，其中，阀88、90可以被配置为提供一系列的连续可变部分打开位置，以控制通过相应的引气管道64和排气返回管78的流量。阀88、90的位置可以由控制器92进行控制，其也可以包括一个控制器，用于控制发动机10的其它操作。

排气返回段76还包括鼓风机94，其位于排气返回管道78中在第一接头82和第二接头86之间，并且被配置为鼓吹或引导空气流在从排气返回段入口80到排气返回段出口84的方向上通过排气返回段76。鼓风机94可以是变速鼓风机，并且可以由控制器92进行控制，以在第二操作模式期间，提供从排气歧管20到压缩机段12，通过排气返回段76的空气流的选择速率。

引气管道64在低于全功率下的发动机启动操作模式，在本文中被称为“第三操作模式”期间从压缩机段12到排气歧管20输送引气。特别地，在第三操作模式期间，压缩机段12内的压缩空气被允许传递出流路36，通过引气通道42b到达引气腔40b并进入空气管道系统62和排气岐管20中，以便降低在压缩机段12的下游阶段的压力，并防止在启动期间当发动机10逐渐加速时失速。通过空气管道系统62的引气流在第三操作模式中通过关闭排气阀90并打开引气阀88至选定位置，以控制到排气歧管20的引气流而被控制，在排气歧管20中引气与在流路36中离开涡轮段18的废气混合。

应当理解的是，跟随发动机10的启动引气阀88被移动到闭合位置。特别地，跟随启动或第三操作模式，当发动机10处于第一操作模式以从发动机10产生动力输出时，引气阀88和排气阀90两者都被关闭，以防止空气和/或废气在发动机10的正常操作期间流过空气管道系统62。

在第一操作模式结束时，即，跟随发动机10的停机，诸如可以在由发动机10供给的电力网的需求减少时发生，发动机10在第二操作模式中被操作以保持发动机10内的热量，以便在压缩机段12、燃烧器段14和涡轮机段18的部件内保持热量。特别地，第二操作模式包括紧随第一操作模式打开排气阀90并致动鼓风机94，同时保持引气阀88关闭，以提供通过排气返回段76从排气歧管20到压缩机段12的引气腔40b的加温空气流，其也是目前的温度保持系统的一个元件。

第二操作模式还包括盘车装置操作，其中在操作中转子34由马达，例如电动马达驱动，其跟随发动机10的停止，以提供通过流路36从压缩机入口38到排气歧管20的空气流。当空气通过流路36时，其将被各种发动机部件加热或加温，所述部件在第一操作模式之后具有保留的热能。特别地，跟随发动机10的停机，已被暴露于热燃烧气体的燃烧器段14和/或涡轮段18部件可以具有约1200℃至1500℃的温度下。通常，在已知的发动机构造中，在盘车装置操作期间通过发动机的环境空气被加温并传递出发动机，其中环境空气通过压缩机入口38被供给，并且环境空气的连续供应通常为发动机部件提供冷却。

根据本发明的各方面，已通过流路36的加温空气的至少一部分从排气歧管20被再循环到引气腔40b，并然后通过引气通道42b进入流路36，在流路36中其与从压缩机入口38进入的环境空气混合。加温空气通过压缩机段12的最后的级，在引气腔40b下游，进入燃烧器外壳44，通过燃烧器16和过渡管道48进入涡轮段18，然后进入连续再循环路径中的排气歧管20内。当其通过燃烧器段14和涡轮段18时，再循环加温空气吸收额外的热量，并且在从排气歧管20被抽出后，被重新引入通过引气腔40b和引气通道42b，以向流路36内的空气流添加热能并降低空气流的冷却效果。如上所述，所描述的热量保持系统在压缩机段12、燃烧器段14和涡轮段18的部件内实现热量的保持，并降低这些部件的热机械疲劳。

为进一步描述本热量保持系统的优点，可以理解的是，发动机的循环操作，其包括作为发动机产生动力的操作的结果的发动机部件的加热，包括产生热燃烧气体的流，和跟随发动机的产生动力操作的随后的冷却操作，导致单个部件的热机械疲劳。该热机械疲劳导致部件的有效循环寿命消耗，其影响发动机的维修间隔，连同发动机操作的小时数。

也就是说，为了确保发动机10被检验和/或已经安排部件的更换，以维持期望的效率并避免部件的灾难性故障，发动机10按照时间表被运行和维修，所述时间表提供最大的操作小时数或“最大数量的”等效循环，例如，如由图3中的服务间隔箱Oi所示的。根据本发明的各方面，“等效循环”可以是实际循环的一个因素，其中发动机10在产生动力操作(加热)和停机(冷却)循环中被加热和冷却，或更典型地可考虑特定温度条件，其可以通过分配“积分(credit)”给特定的操作条件进行跟踪。例如，一定数目的积分，例如两个积分，可以被分配给其中在发动机停机后，发动机10或发动机10内的特定部件被冷却到高于预定温度的一定“热”温度，并提供随后的发动机的“热”启动的条件；并且更大数目的积分，例如四个积分，可以在发动机的温度下降到低于预定温度的“冷”温度，从而要求发动机的冷启动的情况下被分配。由于发动机的冷启动比发动机的热启动在发动机部件上导致更大量的热机械疲劳，因此积分的数量越大，反映部件的循环寿命消耗水平越高。在图3中的曲线图的竖轴上的有效循环寿命可以反映随着一系列的发动机起动增加的积分，其中，冷启动(较高积分值)将增加需要维修或维护的频率。

图3在“箱式服务概念(box service concept)”格式中示出了用于三种发动机的使用的服务间隔。上述服务箱Oi与描绘发动机在最佳、或理想的、服务水平下操作的线100相关联，在所述服务水平中发动机达到最大服务小时数，同时它达到最大的有效循环寿命。随后的箱O2和O3中的每个进一步描绘发动机的服务间隔，其中，各箱的左下角对应于在发动机维修之后的新的服务间隔的开始。因此，沿着线100的发动机操作将优化针对可用操作小时数的发动机有效启动次数。

在图3中的线102描绘了运行在基本负载操作模式下的发动机操作，其通常包括在起动之间的更长的操作期限。应该指出的是，线102的斜率比线100的斜率低，其对应于基本负载操作的典型的减少的起动数量，并相关联的服务箱B1，B2，B3在竖直方向被缩短。在达到有效的循环数量的极限之前，基本负载发动机的操作达到最大操作小时数的极限，即，服务B1，B2，B3的右手边界。因此，服务间隔将在与发动机在线100的最佳水平下操作相同的小时数发生，但将在间隔期间提供更少的有效循环的同时这样做。

在图3中的线104描绘了在峰值操作模式下的发动机操作，其中发动机通常被联机和脱机以在需求高峰期间提供峰值功率。而且典型地，与峰值发动机相关联的循环消耗更高，这是发动机所需的起动数目更高和起动之间的时间跨度大的结果，从而导致冷起动。这通过具有比线100和102更陡的斜率的线104来反映，并且相关联的服务箱P1，P2，P3在竖直方向上被拉长。在达到最大操作小时数的极限之前，在峰值模式下的发动机的操作通常达到服务间隔内等效周期的极限，即，服务箱B1、B2、B3的上边界。特别地，可以看出，对比与根据最佳线100操作的发动机相关联的服务间隔，在操作时间的基础上，峰值发动机更频繁地需要大约两倍半的维修。

根据本发明的一个方面，用于作为峰值发动机操作的发动机的维修或服务间隔可以通过实施热量保持系统，如由本发明的空气管道系统62所提供的进行改善，即，延长。特别地，通过提供再循环温空气到发动机10的热部件，发动机部件可以在较长的一段时间被保持在升高的温度下。例如，发动机可以在延长的一段时间被保持在高于稳定状态温度50％的温度下。因此，在横跨发动机10停机和启动之间的时间周期期间，发动机10内的温度可维持在一个较高的水平，从而导致发动机的起动更多是热起动，而具有降低的对部件的热机械疲劳。如上所述，热起动比冷起动获得更少的循环消费积分，使得空气管道系统62在发动机内保持热量的操作有效地降低峰值发动机线104的斜率，即朝着最佳线100移动它，以增加维修或服务间隔。

在根据本发明的另一个方面，向引气腔42b提供的加温空气可有利于保持一个或多个导叶承载件28的较高温度，以为压缩机叶片32和静止导叶30提供主动间隙控制。如上所述，压缩机叶片32的外尖端32a接近导叶承载件28的内表面28a旋转。发动机10停机后的导叶承载件28的冷却，其中导叶承载件28的冷却以比与转子34相关联的部件的冷却更大的速率发生，会导致热运动并减小间隙，并可能导致叶片32和承载件28之间的磨损接触。保持较高的导叶承载件温度可能会导致导叶承载件28的减小的热运动，使得承载件内表面28a和叶片尖端32a之间的更大间隙被保持，以避免或限制摩擦，所述摩擦与叶片32和承载件28之间的磨损相关联。

参照图4，本发明的另外的方面被示出，其包括多个空气管道系统62A-D，其中空气管道系统62A-D包括与在压缩机段12和排气歧管20之间延伸的空气管道系统62相同的元件，如图1所示。各空气管道系统62A-D的元件与空气管道系统62的元件被标以相同的附图标记，包括用相应的空气管道系统62A-D标识元件的字母后缀。

空气管道系统62A-D围绕压缩机段12和排气歧管20周向间隔开，以在第三操作模式中提供来自压缩机段12的引气的周向分布流，并且根据本发明的各方面，在第二操作模式中提供从排气歧管20到引气腔40b的加温空气的周向受控流。例如，可能期望提供到围绕压缩机段12的不同周向位置的加温空气的差分分布流，以便在压缩机段12内实现周向均衡温度。特别地，由于发动机10内的加温空气可倾向于流至发动机10的上部区域，在某些情况下，可能希望例如经由通过空气管道系统62C的更大流来提供至压缩机段12的下部区域的更大的加温空气流。加温空气的这种控制可用于保持叶尖32a和在压缩机段12内流路36周围的承载件内表面28a之间的基本相等的间隙。该控制的执行可以通过提供传感器来促进，诸如连接到控制器92的周向隔开的传感器106，如图4中由虚线连接“S”所示，以检测压缩机段12周围不同的周向位置之间的温度差。

此外，可能希望提供一种至压缩机段12的不同周向位置的差分分布流，以调整燃烧器段14和涡轮段18中的温度差，以便避免或限制可能在这些位置发生的发动机壳体的椭圆化。例如，如果外壳具有在周向方向上分区的结构，其中在燃烧器和涡轮段中温度的周向影响可能大于非分区结构，椭圆化可能会发生。经由空气管道系统62A-D的流量控制可以以类似于上面描述的方式实现，包括在不同位置提供传感器，用于确定在发动机上的周向温度分布。

通过空气管道系统62A-D中的流量变化可通过可变地打开各排气阀90A-D和/或通过可变地控制鼓风机94A-D，以引起或多或少的加温空气流量通过空气管道系统62A-D被提供。

应该理解的是，虽然描述了四个周向分布的空气管道系统62A-D，可以提供任何数目的空气管道系统，以获得本文所述的本发明的益处。另外，虽然加温空气的再循环流被示出和描述为与特定压缩机引气腔40b相关联，该具体描述是为了说明的目的，其他引气腔也可以被利用，并且加温空气可被输送到各个其他上游位置，只要这样的位置提供到流路36的入口。然而，应该指出的是，本发明的一个方面包括在压缩机段12，以及在排气歧管20中利用现有的引气端口和引气通道，以尽量减少实现本发明的各方面的任何修改的成本。

虽然本发明的具体实施例已被说明和描述，对于本领域技术人员显而易见的是，可以不脱离本发明的精神和范围进行各种其它的变化和修改。因此，旨在在所附权利要求中覆盖的所有这些变化和修改属于本发明的范围。

Claims (20)

1.一种燃气涡轮发动机，其包括：

压缩机段，其中被拉入所述发动机的流路的空气被压缩；

燃烧器段，其中燃料被与压缩空气的至少一部分混合并燃烧，以产生热燃烧气体；

涡轮段，其中来自于所述燃烧器段的所述热燃烧气体在所述流路中被膨胀以在第一操作模式期间从其提取能量；

所述涡轮段下游的排气歧管，用于接收废气，所述废气包括来自于所述涡轮段的膨胀的热燃烧气体；和

热量保持系统，所述热量保持系统在所述发动机停机之后在第二操作模式下操作，以在所述压缩机段、所述燃烧器段和所述涡轮段中的每一个的部件内维持升高的温度，以便实现所述部件的有效循环寿命消耗的减少并延长与所述有效循环寿命消耗相关联的维修间隔。

2.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中所述热量保持系统包括使已经在空气穿过所述发动机通过期间被加温的所述空气再循环的结构，在所述第二操作模式期间，加温空气被从所述排气歧管被再循环到所述流路的上游位置。

3.根据权利要求2所述的燃气涡轮发动机，其中所述热量保持系统在连续再循环回路内使所述加温空气再循环，所述连续再循环回路延伸通过所述燃烧器段和所述涡轮段到所述排气歧管的这样的位置，即，在所述位置，所述加温空气被从所述流路抽出，以进入使所述加温空气再循环到所述上游位置的所述结构。

4.根据权利要求3所述的燃气涡轮发动机，包括多个围绕所述发动机周向间隔开的空气通道，以形成多个再循环回路。

5.根据权利要求4所述的燃气涡轮发动机，其中通过各再循环回路的流量被单独控制，以提供通过不同再循环回路的不同流量，从而均衡所述发动机在周向方向的温度。

6.根据权利要求2所述的燃气涡轮发动机，其中使所述加温空气再循环的所述结构由引气管道形成，在所述第一操作模式之前的第三操作模式期间，所述引气管道向所述排气歧管提供来自所述压缩机中的引气腔的引气。

7.根据权利要求2所述的燃气涡轮发动机，其中所述加温空气的再循环流动在所述压缩机段内保持压缩机叶片和周围导叶承载件之间的间隙。

8.一种燃气涡轮发动机，包括：

压缩机段，其中被拉入所述发动机的流路的空气被压缩，所述压缩机具有压缩机外壳和穿过所述压缩机外壳形成的多个压缩机引气开口；

燃烧器段，其中燃料与来自所述压缩机段的压缩空气的至少一部分被混合并燃烧，以产生热燃烧气体；

涡轮段，其中来自所述燃烧器段的所述热燃烧气体被膨胀以从中提取能量，其中所提取的能量的至少一部分被用于在第一操作模式期间使涡轮转子旋转；

所述涡轮段下游的排气歧管，所述排气歧管包括歧管壳体，用于接收包括来自所述涡轮段的膨胀的热燃烧气体的废气；

多个穿过所述歧管壳体形成的歧管开口；

多个引气管道，从各压缩机引气开口延伸到各歧管开口以用于在所述第一操作模式之前的第三操作模式期间，从所述压缩机段输送引气到所述歧管；

排气返回段，其与各引气管道相关联，各排气返回段具有位于相应的引气管道上在相应的歧管和压缩机引气开口之间的排气返回段入口和排气返回段出口；并且

所述排气返回段输送已经在空气穿过所述发动机通过期间被加温的所述空气，在第二操作模式期间，加温空气通过相应的引气管道被从所述排气歧管再循环到所述压缩机段，所述第二操作模式包括在结束所述第一操作模式的所述发动机的停机之后的所述涡轮转子的旋转。

9.根据权利要求8所述的燃气涡轮发动机，包括位于所述引气管道和所述排气返回段中的每个中的阀结构，用于在所述第一操作模式和所述第三操作模式期间防止引气通过所述排气返回段的流动，并在所述第二操作模式期间防止空气通过所述引气管道在所述排气返回段入口和所述排气返回段出口之间的部分的流动，同时允许加温空气通过所述排气返回段的流动。

10.根据权利要求9所述的燃气涡轮发动机，其中允许通过所述排气返回段的加温空气的流动的所述阀结构包括：排气阀，各排气阀具有处于完全闭合位置和完全打开位置之间的多个部分打开位置；并包括连接到各排气阀的控制器，用于提供加温空气到所述压缩机段周围的不同周向位置的差分分布流动，以在所述压缩机段内实现周向均衡温度。

11.根据权利要求9所述的燃气涡轮发动机，其中所述排气返回段均包括鼓风机，用于在所述第二操作模式期间从所述排气歧管至所述压缩机段引导加温空气的流动。

12.根据权利要求8所述的燃气涡轮发动机，其中所述加温空气被输送到围绕所述压缩机段周向定位的引气腔，并且从所述引气腔被排入所述发动机的所述流路中，以在所述第二操作模式期间实现所述燃烧器段和所述涡轮段的加温。

13.根据权利要求12所述的燃气涡轮发动机，其中所述发动机的维修间隔是由包括多个冷起动周期的至少一个参数限定的，各冷起动周期通过在一个或多个部件低于针对所述部件的预定冷温度时起动所述发动机来限定，并且在所述第二操作模式期间，所述燃烧器段和所述涡轮段的加温，通过保持位于所述燃烧器段和所述涡轮段内的所述一个或多个部件的温度高于针对所述部件的所述预定冷温度延长的一段时间，实现所述维修间隔的增大。

14.根据权利要求13所述的燃气涡轮发动机，其中所述第二操作模式包括紧跟所述发动机的所述第一操作模式的所述发动机的盘车装置操作，以产生动力。

15.根据权利要求14所述的燃气涡轮发动机，其中所述第三操作模式包括所述发动机在低于全功率下的启动操作，其中空气被从所述压缩机段中的所述引气腔引到所述排气歧管，以在所述压缩机的下游位置实现压力降低。

16.一种燃气涡轮发动机，包括：

压缩机段，其中被拉入所述发动机的流路的空气被压缩，所述压缩机具有压缩机外壳，被形成在所述外壳和压缩机导叶承载件之间的压缩机引气腔，和在所述压缩机引气腔处穿过所述压缩机外壳形成的多个压缩机引气开口；

燃烧器段，其中燃料与来自于所述压缩机段的压缩空气的至少一部分被混合并燃烧以产生热燃烧气体；

涡轮段，其中来自于所述燃烧器段的所述热燃烧气体被膨胀以从其提取能量，其中所提取的能量至少一部分被用于在第一操作模式期间使涡轮转子旋转；

所述涡轮段下游的排气歧管，所述排气歧管包括歧管壳体，用于接收包括来自于所述涡轮段的膨胀的热燃烧气体的废气；

穿过所述排气歧管壳体形成的多个歧管开口；

多个引气管道，其从各压缩机引气开口延伸到各歧管开口，用于在第三操作模式期间，将来自于所述压缩机段的引气输送到所述歧管；所述第三操作模式包括在所述第一操作模式之前立即进行的发动机启动操作；

与各引气管道相关联排气返回段，各排气返回段具有位于相应引气管道上在相应的歧管和压缩机引气开口之间的排气返回段入口和排气返回段出口；

所述排气返回段输送已经在空气穿过所述发动机通过期间被加温的所述空气，在第二操作模式期间，加温空气从所述排气岐管通过相应的引气管道被再循环至所述压缩机段，所述第二操作模式包括在结束所述第一操作模式的所述发动机的停机之后在盘车装置操作期间的所述涡轮转子的旋转。

17.根据权利要求16所述的燃气涡轮发动机，其中在所述第二操作模式期间，供应自所述排气歧管的加温空气的再循环流从所述压缩机段被输送到所述燃烧器段和所述涡轮段。

18.根据权利要求17所述的燃气涡轮发动机，其中用于所述发动机的维修间隔通过包括多个冷起动周期的至少一个参数限定，各冷起动周期通过在一个或多个部件低于针对所述部件的预定冷温度时起动所述发动机来限定，并且至所述燃烧器段和所述涡轮段的所述加温空气的再循环流通过保持位于所述燃烧器段和所述涡轮段内的所述一个或多个部件的温度高于针对所述部件的所述预定冷温度延长的一段时间，实现所述维修间隔的增大。

19.根据权利要求18所述的燃气涡轮发动机，其中所述加温空气的再循环流降低所述燃烧器段和所述涡轮段内所述部件的热机械疲劳。

20.根据权利要求19所述的燃气涡轮发动机，其中所述加温空气的再循环流保持所述压缩机段内压缩机叶片和周围导叶承载件之间的间隙。