CN106460677A - 用于燃气涡轮发动机的基于喷射器的外部排出系统 - Google Patents

用于燃气涡轮发动机的基于喷射器的外部排出系统 Download PDF

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Abstract

一种在燃气涡轮发动机中将冷却流动从压缩机提供到涡轮机的方法及系统。将第一、第二和第三冷却空气流动从压缩机通过相应喷射器作为外部排出空气流动提供到涡轮机的级。第一喷射器将从压缩机抽取的第一排出空气流动与从压缩机抽取的较低压力空气流动结合以形成第一冷却空气流动。第二喷射器将从压缩机抽取的第二排出空气流动与从第一排出空气流动抽取的二次部分结合以形成第二冷却空气流动。第三喷射器将从压缩机抽取的第三排出空气流动与从第二排出空气流动抽取的二次部分结合以形成第三冷却空气流动。

Description

用于燃气涡轮发动机的基于喷射器的外部排出系统
关于联邦政府赞助开发的声明
本发明的开发部分地由美国能源部授予的合同号DE-FC26-05NT42644支持。因此美国政府可享有本发明的某些权利。
技术领域
本发明大体涉及改善燃气涡轮发动机的效率，并且更具体地，涉及提供用于冷却涡轮机部件的排出空气的有效使用。
背景技术
在高温燃气涡轮机中，空气从压缩机排出并在外部被供应到涡轮机中的级以提供冷却且密封的空气。为了最小化与压缩空气相关的功率消耗并为了在可能的最小温度下将空气提供到涡轮机级，标准方法是为每个涡轮机级提供单独的排出阀。第一涡轮机级从燃烧器壳冷却使得排出阀仅针对下游的各级。
参考图4，示出了工业燃气涡轮机的示意图，并且该工业燃气涡轮机包括压缩机10、涡轮机12、燃烧器14以及典型的二次空气系统16。燃烧器14从压缩机10接收已压缩的空气并燃烧空气与燃料以产生提供到涡轮机12的热工作气体。二次空气系统包括用于将冷却空气从压缩机10提供到涡轮机12的外部排出阀。外部排出阀包括从靠近压缩机10的前级20的位置抽取空气的低压排出阀18、从靠近压缩机的中间级24抽取空气的中间排出阀22、以及从靠近压缩机10的后级28抽取空气的高压排出阀26。低压排出阀、中间排出阀以及高压排出阀18、22、26相应地将冷却空气流动提供到第四涡轮机级34、第三涡轮机级32以及第二涡轮机级30。还设置通常包括调节阀的调节回路36以调节（节流）通过每个压力排出阀18、22、26的冷却空气流动。
压缩机级（需要从其抽取空气）的选择由最差条件设置，该最差条件被描述为在压缩机排出源与涡轮机级槽之间的压力比最小时。这通常在寒冷天气中部分负载的情况下发生，通常为60%负载和-20F。在最差条件操作期间，压缩机入口引导轮叶（IGV）38（图4）和任何压缩机可变引导轮叶关闭，这减小了在压缩机10的级1中以及在具有可变轮叶的随后级中的压力上升。这导致在压缩机上的排出阀18、22、26处的源压力降低。然而，涡轮机12的第一三个级的压力比在负载减少时变化很小。在所有其他条件下，例如基本负载，与压缩机排出阀相关的旁路回路中的调节阀能够被激活以最小化所需的排出空气的量。由排出空气供应的冷却空气需求能够是轮叶供应腔中的压力和/或盘腔温度的函数。
虽然可以控制流动以防止使用过量的排出空气，但通过在外部排出回路中引入压力损耗来减少流动的过程是低效的。压缩机在将空气压缩到排出位置时做功并且在排出供应管线中的阀浪费该功。
发明内容
根据本发明的方面，描述了一种用于在燃气涡轮发动机中将冷却流动从压缩机提供到涡轮机的方法。所述方法包括以下步骤：将第一冷却空气流动从所述压缩机通过第一喷射器提供到所述涡轮机的级；以及将第二冷却空气流动从所述压缩机通过第二喷射器提供到所述涡轮机的另一级。所述第一喷射器将从所述压缩机抽取的第一排出空气流动与从所述压缩机抽取的较低压力空气流动结合以形成所述第一冷却空气流动，并且所述第二喷射器将从所述压缩机抽取的第二排出空气流动与从所述第一排出空气流动抽取的二次部分结合以形成所述第二冷却空气流动。
第三冷却空气流动能够从所述压缩机通过第三喷射器提供到所述涡轮机的另外的级。所述第三喷射器能够将从所述压缩机抽取的第三排出空气流动与从所述第二排出空气流动抽取的二次部分结合以形成所述第三冷却空气流动。
所述第一、第二和第三排出空气流动能够从压缩机上的连续下游位置抽取。
所述第一、第二和第三冷却空气流动能够被提供到涡轮机上的连续上游位置。
从所述压缩机到所述第一、第二和第三喷射器的相应地所述第一、第二和第三排出空气流动在发动机的全部所有操作条件下能够是未节流的流动。
从相应第一、第二和第三喷射器到所述涡轮机的所述第一、第二和第三冷却空气流动在发动机的全部所有操作条件下能够是未节流的流动。
从所述压缩机到所述第一、第二和第三喷射器的相应地所述较低压力空气流动、从所述第一排出空气流动抽取的所述二次部分以及从所述第二排出空气流动抽取的所述二次部分能够各自是可变地节流的流动。
从所述压缩机到所述第一和第二喷射器的相应地所述第一和第二排出空气流动在发动机的全部所有操作条件下能够是未节流的流动。
从所述相应的第一和第二喷射器到所述涡轮机的所述第一和第二冷却空气流动在发动机的全部所有操作条件下能够是未节流的流动。
从所述压缩机到所述第一和第二喷射器的相应地所述较低压力空气流动和从所述第一排出空气流动抽取的所述二次部分能够各自是可变地节流的流动。
根据本发明的另一方面，描述了一种用于在燃气涡轮发动机中将冷却从压缩机提供到涡轮机的多个级的系统。所述系统包括：第一喷射器，所述第一喷射器具有从所述压缩机接收排出空气的主流体入口和二次流体入口，并且具有连接到用于将第一冷却空气流动引导到涡轮机的级的第一冷却空气流动管线的出口；以及第二喷射器，所述第二喷射器具有从所述压缩机接收排出空气的主流体入口和二次流体入口，并且具有连接到用于将第二冷却空气流动引导到涡轮机的另一级的第二冷却空气流动管线的出口。第一排出空气管线将从所述压缩机抽取的空气引导到所述第一喷射器的所述主入口，并且第一二次空气管线将在所述第一排出空气管线的上游处从所述压缩机抽取的空气引导到所述第一喷射器的所述二次入口。第二排出空气管线将从所述压缩机抽取的空气引导到所述第二喷射器的所述主入口，并且第二二次空气管线将从所述第一排出空气管线抽取的空气引导到所述第二喷射器的所述二次入口。
第三排出空气管线能够设置成用于将从所述压缩机抽取的空气引导到第三喷射器的主入口，所述第三喷射器具有连接到用于将第三冷却空气流动引导到涡轮机的另外的级的第三冷却空气流动管线的出口。第三二次空气管线能够将从所述第二排出空气管线抽取的空气引导到所述第三喷射器的二次入口。
所述第一、第二和第三排出空气管线能够从所述压缩机上的连续下游位置抽取空气。
所述第一、第二和第三冷却空气管线能够将冷却空气提供到所述涡轮机上的连续上游位置。
所述第一二次空气管线、所述第二二次空气管线以及所述第三二次空气管线中的每个均能够包括相应地用于可变地节流到所述第一、第二和第三喷射器的流动的阀，并且所述排出空气管线和冷却空气流动管线能够各自被构造成没有任何阀来改变空气的流动。
根据本发明的又一方面，描述了一种用于在燃气涡轮发动机中将冷却从压缩机提供到涡轮机的多个级的系统。所述系统包括第一喷射器，所述第一喷射器具有从所述压缩机接收排出空气的主流体入口和二次流体入口，并且具有连接到用于将第一冷却空气流动引导到涡轮机的第四级的第一冷却空气流动管线的出口。所述系统额外地包括第二喷射器，所述第二喷射器具有从所述压缩机接收排出空气的主流体入口和二次流体入口，并且具有连接到用于将第二冷却空气流动引导到涡轮机的第三级的第二冷却空气流动管线的出口。所述系统还包括第三喷射器，所述第三喷射器具有从所述压缩机接收排出空气的主流体入口和二次流体入口，并且具有连接到用于将第二冷却空气流动引导到涡轮机的第二级的第三冷却空气流动管线的出口。第一排出空气管线将从所述压缩机抽取的空气引导到所述第一喷射器的主入口，并且第一二次空气管线将在所述第一排出空气管线的上游处从所述压缩机抽取的空气引导到所述第一喷射器的二次入口。第二排出空气管线将从所述压缩机抽取的空气引导到所述第二喷射器的主入口，并且第二二次空气管线将从所述第一排出空气管线抽取的空气引导到所述第二喷射器的二次入口。第三排出空气管线将从所述压缩机抽取的空气引导到所述第三喷射器的主入口，并且第三二次空气管线将从所述第二排出空气管线抽取的空气引导到所述第三喷射器的二次入口。
所述第一二次空气管线、所述第二二次空气管线以及所述第三二次空气管线中的每个均能够包括相应地用于可变地节流到所述第一、第二和第三喷射器的流动的阀，并且所述排出空气管线和冷却空气流动管线能够各自被构造成没有任何阀来改变空气的流动。
附图说明
虽然说明书以具体地指出并清楚地要求保护本发明的权利要求结束，但相信，通过结合附图的以下描述将更好地理解本发明，在附图中，相同参考数字指示相同元件，并且其中：
图1是并入在涡轮发动机中的本发明的构造的示意图；
图2是示出能够并入在本发明中的恒定面积喷射器的横截面视图；
图3是示出恒定面积喷射器的压缩比与喷射系数的关系的图表；以及
图4是并入了已知冷却系统的涡轮发动机的示意图。
具体实施方式
在优选实施例的以下详细描述中，参考形成本发明的一部分的附图，并且其中以例证方式而不是限制方式示出具体优选实施例，在具体优选实施例中可实施本发明。应理解，可使用其他实施例并且可在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出改变。
根据本发明的方面，提供一种方法和系统，其用于在燃气涡轮发动机中将冷却从压缩机提供到涡轮机的级。根据具体方面，冷却系统能够从压缩机上的现有排出空气端口位置抽取冷却空气，诸如在图4中示出的，并且将冷却空气的流动提供到涡轮机上的现有端口，从而将二次冷却气体供应到涡轮机内的部件。
参考图1，冷却系统被示意性地示出，并且其包括用于在燃气涡轮发动机44中将冷却从压缩机40提供到涡轮机42的多个级的系统。根据本发明的一般方面，冷却系统包括用于将空气的受控流动提供到涡轮机42中的多个级中的每一个的多个喷射器46。参考图2，每个喷射器46均具有主流体入口48、二次流体入口50以及扩散器出口52。如在下面更详细描述的，每个喷射器46均将来自压缩机40的排出空气流动接收在主流体入口和二次流体入口48、50中，并且混合排出空气流动，该排出空气流动作为冷却气体流动离开扩散器出口52到相应的涡轮机级。
可理解，喷射器是通常用于将低压流增压到更高、更能用的压力的常规装置，从而有效地利用可用能量而不浪费。主流体入口48将主空气流动传送到主喷嘴或动力喷嘴54，在该处，主空气流动被加速，从而降低其静压。较低压力的二次空气流动穿过二次入口50到喷射器46的二次喷嘴或吸气喷嘴56。二次流动朝向离开主喷嘴54的主流动被吸入，并且这两个流动混合并通过扩散器出口52排出，从而导致减速和离开的冷却空气流动的静压的恢复。提供到主入口48的主空气流动包括在比从压缩机40抽取的用于提供到二次入口50的二次空气流动的较低温度空气更高的温度下从压缩机40抽取的空气。离开扩散器46的混合流动因此处于比主流动的温度低并且比二次流动的温度高的中间温度。
如在图1中所见，冷却系统包括第一、第二和第三冷却回路59-1、59-2和59-3，其分别将冷却空气提供到涡轮机42的连续的第四级、第三级和第二级74、84和94，其中可理解的是，涡轮机级以常规方式布置成第三级84在第二级94的下游并且第四级74在第三级84的下游。额外地，可理解的是，涡轮机包括第一级（未示出），其在第二级94的上游并通过与本文中所述的冷却系统分离的冷却回路（未示出）接收冷却空气。
第一冷却回路59-1包括第一喷射器46-1，其通过连接到压缩机40上的第一排出端口60的第一排出空气管线58-1接收主空气流动。第一排出端口60优选地处于压缩机40的前级62处的现有排出位置。第一喷射器46-1通过上游较低压力排出管线接收二次空气流动，该上游较低压力排出管线限定连接到上游端口66的第一二次空气管线64-1。上游端口66能够是额外端口66，即，是额外于可以常规设置成用于将冷却空气供应到涡轮机级的那些端口的端口，并且能够被设置在压缩机40的前部级68处。与在第一排出端口60处提供的排出空气的温度和压力相比，在上游端口66处提供的排出空气处于更低温度和更低压力下。冷却空气流动通过用于将冷却空气引导到与涡轮机42的级相关联的端口72的第一冷却空气流动管线70离开第一喷射器46-1。尤其，端口72与涡轮机42的第四级74相关联并允许冷却空气通到第四级74的静止轮叶。
第二冷却回路59-2包括第二喷射器46-2，其通过连接到压缩机40上的第二排出端口76的第二排出空气管线58-2接收主空气流动。第二排出端口76优选地是在压缩机40的中间级78处现有的排出位置。第二喷射器46-2通过连接到第一排出空气管线58-1的第二二次空气管线64-2接收二次空气流动。即，第二二次空气管线64-2从在压缩机40的前级62处的第一排出端口60接收主空气流动的一部分。从第一排出空气管线58-1提供的二次空气与在第二排出端口76处提供的排出空气的温度和压力相比处于更低温度和更低压力下。冷却空气流动通过用于将冷却空气引导到与涡轮机42的另一级相关联的端口82的第二冷却空气流动管线80离开第二喷射器46-2。尤其，端口82与涡轮机42的第三级84相关联并允许冷却空气通到第三级84的部件。取决于发动机的具体构造，在第三级84中接收冷却空气的部件可仅包括轮叶或轮叶与叶片两者。
第三冷却回路59-3包括第三喷射器46-3，其通过连接到压缩机40上的第三排出端口86的第三排出空气管线58-3接收主空气流动。第三排出端口86优选地是在压缩机40的后级88处现有的排出位置。第三喷射器46-3通过连接到第二排出空气管线58-2的第三二次空气管线64-3接收二次空气流动。即，第三二次空气管线64-3从在压缩机40的中间级78处的第二排出端口76接收主空气流动的一部分。与在第三排出端口86处提供的排出空气的温度和压力相比，从第二排出空气管线58-2提供的二次空气处于更低温度和更低压力下。冷却空气流动通过用于将冷却空气引导到与涡轮机42的另外的级相关联的端口92的第三冷却空气流动管线90离开第三喷射器46-3。尤其，端口92与涡轮机42的第二级94相关联，并且允许冷却空气通到第二级94的部件。取决于发动机的具体构造，在第二级94中接收冷却空气的部件可仅包括轮叶或轮叶与叶片两者。
应理解，以示例性目的提供了用于涡轮机级74、84、94的上述被冷却部件，并且不旨在限制本发明的所描述的冷却系统。因此，除了针对涡轮机级74、84、94在本文中所描述的那些部件之外的其他部件可从第一、第二和第三冷却回路59-1、59-2、59-3接收冷却空气。
应注意，第一、第二和第三冷却回路59-1、59-2、59-3能够作为已知涡轮发动机中现有的冷却空气回路的代替物设置。例如，冷却回路59-1、59-2、59-3能够代替上面参考图4所述的冷却空气排出阀18、22、26和相关联的调节回路36。
对于冷却回路59-1、59-2、59-3中的每个，与二次空气管线64-1、64-2、64-3中的每个相关联的静压能够低于在涡轮机42上的相应端口72、82、92处的静压。因此，对于涡轮机端口72、82、92中的每个，相比在不实施喷射器46-1、46-2、46-3的情况下将通常可获得的冷却空气流动，能够提供更低温度的冷却空气流动。
此外，根据本发明的另一方面，在较高压力排出管线58-1、58-2、58-3或冷却空气流动管线70、80、90中的任一者中没有阀（即，未节流的流动）的情况下，实施对通过冷却回路59-1、59-2、59-3供应到涡轮机端口72、82、92的冷却空气的质量流动的控制。更确切地说，冷却回路59-1、59-2、59-3中的每个中的冷却空气流动能够通过位于相应二次空气管线64-1、64-2、64-3中的阀96-1、96-2、96-3来调节，如图1中可见。优选的是，对阀96-1、96-2、96-3进行控制以在最小温度下提供所需流动，从而意味着冷却空气流动利用最小量的来自排出管线58-1、58-2、58-3的高压空气和最大量的来自二次空气管线64-1、64-2、64-3的较低压力空气产生。
进入喷射器46的主入口48的主空气带走进入二次入口50的二次空气抵抗背压，该背压由在涡轮机端口72、82、92中的相应一个处的压力设定并如由与这些端口相关联的轮叶确定的。更具体地，喷射系数GS/GP是压缩比PB/PS的函数，其中GS是二次入口50处的质量流动速率；GP是主入口48处的质量流动速率；PB是涡轮机端口处的静压，从而在喷射器46的出口处建立对应的压力；以及PS是二次入口50处的静压。喷射系数与压缩比之间的关系在图3中示出，其示出压缩比的变化能够导致喷射系数的相对更大的变化。
由于阀96-1、96-2、96-3仅控制带走的较低温度二次空气流动（其通过各个喷射器46-1、46-2、46-3的二次流体端口50被吸入），并且不位于排出管线58-1、58-2、58-3中，从而为喷射器46-1、46-2、46-3或由冷却空气流动管线70、80、90限定的主流动管线提供推动压力，所以避免了与节流通过阀的高压流动相关联的损耗。因此，本冷却系统的流动控制布置导致到涡轮机42的级72、82、92的外部排出空气供应，这避免或降低了在产生排出空气时由压缩机40所消耗的能量的浪费。
发动机上的负载能够从发动机44的部分负载操作变化到发动机44的满负载操作或基本负载操作。本冷却系统被设计成在发动机操作的整个范围中提供充分冷却。例如，在最坏条件操作（其常规特征在于以60%负载并且在-20F的温度下操作，其中压缩机入口引导轮叶和任何压缩机可变引导轮叶关闭）期间，冷却系统被构造成在所有阀96-1、96-2、96-3都关闭的情况下操作，使得从喷射器46-1、46-2、46-3到冷却空气流动管线70、80、90的所有冷却空气以来自排出管线58-1、58-2、58-3的主空气被供应。在涡轮机操作移离最坏条件操作时，例如在较高功率输出下且具有增加的可变排出空气压力，阀96-1、96-2、96-3能够打开以提供待与主空气混合的较低温度的二次空气流动。阀96-1、96-2、96-3能够单独地被调节，即彼此独立地操作，以在每个冷却回路59-1、59-2、59-3中优化二次空气的使用。如从上面的描述可理解的，能够对阀96-1、96-2、96-3进行调节以针对每个相应喷射器46-1、46-2、46-3上的可用压缩比最大化二次空气的质量流动速率，从而在发动机44的全部所有操作条件下向冷却回路59-1、59-2、59-3提供所有所需的流动控制。
如上面描述的，本冷却系统能够降低到涡轮机42的外部排出空气的温度。因此，被提供到涡轮机部件（例如到涡轮机轮叶）的外部排出冷却空气的量能够被减少。由于用于产生冷却空气所需的压缩机功率的降低和冷却空气需求的降低的结合，所以本冷却系统提供提高的发动机功率和提高的发动机效率。
尽管已示出和描述了本发明的具体实施例，但对本领域技术人员将明显的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，能够做出各种其他改变和修改。因此，随附的权利要求预期涵盖在本发明的范围内的所有这样的改变和修改。

Claims (19)

1.一种在燃气涡轮发动机中将冷却流动从压缩机提供到涡轮机的方法，所述方法包括以下步骤：
将第一冷却空气流动从所述压缩机通过第一喷射器提供到所述涡轮机的级；
将第二冷却空气流动从所述压缩机通过第二喷射器提供到所述涡轮机的另一级；
其中：
所述第一喷射器将从所述压缩机抽取的第一排出空气流动与从所述压缩机抽取的较低压力空气流动结合以形成所述第一冷却空气流动，并且
所述第二喷射器将从所述压缩机抽取的第二排出空气流动与从所述第一排出空气流动抽取的二次部分结合以形成所述第二冷却空气流动。
2.如权利要求1所述的方法，其包括将第三冷却空气流动从所述压缩机通过第三喷射器提供到所述涡轮机的另外的级。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述第三喷射器将从所述压缩机抽取的第三排出空气流动与从所述第二排出空气流动抽取的二次部分结合以形成所述第三冷却空气流动。
4.如权利要求3所述的方法，其中，从所述压缩机上的连续下游位置抽取所述第一、第二和第三排出空气流动。
5.如权利要求3所述的方法，其中，将所述第一、第二和第三冷却空气流动提供到所述涡轮机上的连续上游位置。
6.如权利要求3所述的方法，其中，从所述压缩机到所述第一、第二和第三喷射器的相应地所述第一、第二和第三排出空气流动在所述发动机的全部所有操作条件下是未节流的流动。
7.如权利要求6所述的方法，其中，从所述相应第一、第二和第三喷射器到所述涡轮机的所述第一、第二和第三冷却空气流动在所述发动机的全部所有操作条件下是未节流的流动。
8.如权利要求6所述的方法，其中，从所述压缩机到所述第一、第二和第三喷射器的相应地所述较低压力空气流动、从所述第一排出空气流动抽取的所述二次部分、以及从所述第二排出空气流动抽取的所述二次部分各自是可变地节流的流动。
9.如权利要求1所述的方法，其中，从所述压缩机到所述第一和第二喷射器的相应地所述第一和第二排出空气流动在所述发动机的全部所有操作条件下是未节流的流动。
10.如权利要求9所述的方法，其中，从所述相应第一和第二喷射器到所述涡轮机的所述第一和第二冷却空气流动在所述发动机的全部所有操作条件下是未节流的流动。
11.如权利要求9所述的方法，其中，从所述压缩机到所述第一和第二喷射器的相应地所述较低压力空气流动和从所述第一排出空气流动抽取的所述二次部分各自是可变地节流的流动。
12.一种用于在燃气涡轮发动机中将冷却从压缩机提供到涡轮机的多个级的系统，所述系统包括：
第一喷射器，所述第一喷射器具有从所述压缩机接收排出空气的主流体入口和二次流体入口，并且具有连接到用于将第一冷却空气流动引导到所述涡轮机的级的第一冷却空气流动管线的出口；
第二喷射器，所述第二喷射器具有从所述压缩机接收排出空气的主流体入口和二次流体入口，并且具有连接到用于将第二冷却空气流动引导到所述涡轮机的另一级的第二冷却空气流动管线的出口；
其中：
第一排出空气管线将从所述压缩机抽取的空气引导到所述第一喷射器的所述主入口，并且第一二次空气管线将在所述第一排出空气管线的上游处从所述压缩机抽取的空气引导到所述第一喷射器的所述二次入口；以及
第二排出空气管线将从所述压缩机抽取的空气引导到所述第二喷射器的所述主入口，并且第二二次空气管线将从所述第一排出空气管线抽取的空气引导到所述第二喷射器的所述二次入口。
13.如权利要求12所述的方法，其包括第三排出空气管线，所述第三排出空气管线将从所述压缩机抽取的空气引导到第三喷射器的主入口，所述第三喷射器具有连接到用于将从第三冷却空气流动引导到所述涡轮机的另外的级的第三冷却空气流动管线的出口。
14.如权利要求13所述的方法，其中，第三二次空气管线将从所述第二排出空气管线抽取的空气引导到所述第三喷射器的二次入口。
15.如权利要求14所述的方法，其中，所述第一、第二和第三排出空气管线从所述压缩机上的连续下游位置抽取空气。
16.如权利要求14所述的方法，其中，所述第一、第二和第三冷却空气管线将冷却空气提供到所述压缩机上的连续上游位置。
17.如权利要求14所述的方法，其中，所述第一二次空气管线、所述第二二次空气管线以及所述第三二次空气管线中的每个均包括相应地用于可变地节流到所述第一、第二和第三喷射器的流动的阀，并且所述排出空气管线和冷却空气流动管线各自被构造成没有任何阀来改变空气的流动。
18.一种用于在燃气涡轮发动机中将冷却从压缩机提供到涡轮机的多个级的系统，所述系统包括：
第一喷射器，所述第一喷射器具有从所述压缩机接收排出空气的主流体入口和二次流体入口，并且具有连接到用于将第一冷却空气流动引导到所述涡轮机的第四级的第一冷却空气流动管线的出口；
第二喷射器，所述第二喷射器具有从所述压缩机接收排出空气的主流体入口和二次流体入口，并且具有连接到用于将第二冷却空气流动引导到所述涡轮机的第三级的第二冷却空气流动管线的出口；
第三喷射器，所述第三喷射器具有从所述压缩机接收排出空气的主流体入口和二次流体入口，并且具有连接到用于将第二冷却空气流动引导到所述涡轮机的第二级的第三冷却空气流动管线的出口；
其中：
第一排出空气管线将从所述压缩机抽取的空气引导到所述第一喷射器的所述主入口，并且第一二次空气管线将在所述第一排出空气管线的上游处从所述压缩机抽取的空气引导到所述第一喷射器的所述二次入口；
第二排出空气管线将从所述压缩机抽取的空气引导到所述第二喷射器的所述主入口，并且第二二次空气管线将从所述第一排出空气管线抽取的空气引导到所述第二喷射器的所述二次入口；以及
第三排出空气管线将从所述压缩机抽取的空气引导到所述第三喷射器的所述主入口，并且第三二次空气管线将从所述第二排出空气管线抽取的空气引导到所述第三喷射器的所述二次入口。
19.如权利要求18所述的方法，其中，所述第一二次空气管线、所述第二二次空气管线以及所述第三二次空气管线中的每个均包括相应地用于可变地节流到所述第一、第二和第三喷射器的流动的阀，并且所述排出空气管线和冷却空气流动管线各自被构造成没有任何阀来改变空气的流动。
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Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3130539B1 (en) 2015-08-12 2020-04-08 Rolls-Royce North American Technologies, Inc. Heat exchanger for a gas turbine engine propulsion system
US10113448B2 (en) 2015-08-24 2018-10-30 Saudi Arabian Oil Company Organic Rankine cycle based conversion of gas processing plant waste heat into power
US9745871B2 (en) 2015-08-24 2017-08-29 Saudi Arabian Oil Company Kalina cycle based conversion of gas processing plant waste heat into power
US10415476B2 (en) * 2015-12-15 2019-09-17 General Electric Company System for generating steam and for providing cooled combustion gas to a secondary gas turbine
US10415432B2 (en) * 2015-12-15 2019-09-17 General Electric Company Power plant with steam generation and fuel heating capabilities
US10577982B2 (en) * 2015-12-15 2020-03-03 General Electric Company Power plant with steam generation via turbine extraction and including a gas distribution manifold
US10584615B2 (en) * 2015-12-15 2020-03-10 General Electric Company System for generating steam via turbine extraction and compressor extraction including an ejector and static mixer
US20170233081A1 (en) * 2016-02-13 2017-08-17 Ge Aviation Systems Llc Method and aircraft for providing bleed air to an environmental control system
FR3053727B1 (fr) * 2016-07-07 2020-04-17 Safran Aircraft Engines Dispositif de circulation d'air entre un compresseur et une turbine d'une turbomachine d'aeronef a double flux, permettant une aspiration par effet de venturi de l'air present dans un compartiment inter-veine
JP6639338B2 (ja) * 2016-07-11 2020-02-05 三菱日立パワーシステムズ株式会社 ガスタービン及びガスタービンの運転方法
US10473037B2 (en) 2017-05-22 2019-11-12 United Technologies Corporation Passively-driven bleed source switching
DE102017211010A1 (de) 2017-06-29 2019-01-03 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinenanlage
KR101980789B1 (ko) * 2017-10-24 2019-05-21 두산중공업 주식회사 압축공기 공급장치 및 이를 포함하는 가스터빈
GB201720727D0 (en) * 2017-12-13 2018-01-24 Rolls Royce Plc Bleed Ejector
US10753208B2 (en) 2018-11-30 2020-08-25 General Electric Company Airfoils including plurality of nozzles and venturi
US10815828B2 (en) 2018-11-30 2020-10-27 General Electric Company Hot gas path components including plurality of nozzles and venturi
US11174816B2 (en) 2019-02-25 2021-11-16 Rolls-Royce Corporation Bypass duct conformal heat exchanger array
US20230228214A1 (en) * 2022-01-19 2023-07-20 General Electric Company Bleed flow assembly for a gas turbine engine
US20230392615A1 (en) * 2022-06-07 2023-12-07 Honeywell International Inc. Jet pump system

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6615574B1 (en) * 2000-01-14 2003-09-09 General Electric Co. System for combining flow from compressor bleeds of an industrial gas turbine for gas turbine performance optimization
CN101255820A (zh) * 2007-02-27 2008-09-03 通用电气公司 用于涡轮机组的冷却及密封空气系统的混合器
US20090104020A1 (en) * 2007-10-22 2009-04-23 General Electric Company System for delivering air from a multi-stage compressor to a turbine portion of a gas turbine engine
US20120117977A1 (en) * 2008-05-14 2012-05-17 Priscilla Childers Method and system for controlling a set point for extracting air from a compressor to provide turbine cooling air in a gas turbine

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2562369B1 (de) * 2011-08-22 2015-01-14 Alstom Technology Ltd Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinenanlage sowie Gasturbinenanlage zur Durchführung des Verfahrens
US9562475B2 (en) * 2012-12-19 2017-02-07 Siemens Aktiengesellschaft Vane carrier temperature control system in a gas turbine engine

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6615574B1 (en) * 2000-01-14 2003-09-09 General Electric Co. System for combining flow from compressor bleeds of an industrial gas turbine for gas turbine performance optimization
CN101255820A (zh) * 2007-02-27 2008-09-03 通用电气公司 用于涡轮机组的冷却及密封空气系统的混合器
US20090104020A1 (en) * 2007-10-22 2009-04-23 General Electric Company System for delivering air from a multi-stage compressor to a turbine portion of a gas turbine engine
US20120117977A1 (en) * 2008-05-14 2012-05-17 Priscilla Childers Method and system for controlling a set point for extracting air from a compressor to provide turbine cooling air in a gas turbine

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