CN108374723A - 用于燃气涡轮发动机的热交换器 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及用于燃气涡轮发动机的热交换器。其中，热交换器(5)包括压力容器(6)，其具有用于空气的入口(7)、用于空气的出口(8)，以及收纳在压力容器(6)内用于热矢量流体的管束(9)。气体/固体分离器(10)设在压力容器(6)内用于分离由空气吸引的颗粒。

Description

用于燃气涡轮发动机的热交换器
优先权要求
本申请要求享有2017年1月31日提交的欧洲专利申请号17154084.2的优先权，该申请的公开内容通过引用并入本文中。
技术领域
本发明涉及一种用于燃气涡轮发动机的热交换器。燃气涡轮发动机可在发电站中采用。
背景技术
已知燃气涡轮发动机包括压缩机、燃烧室和涡轮。此外，它们还可包括第二燃烧室(连续燃烧室)和第二涡轮。
涡轮具有定子和转子，转子可在定子内旋转。热气体管道限定在定子和转子之间，燃烧室中生成的热气体穿过热气体管道。定子包括突入热气体管道中的导叶，且转子包括也突入热气体管道中的叶片。
在操作期间，空气在压缩机中压缩且引导到燃料在那里喷射的燃烧室中；压缩空气和燃料在燃烧室中燃烧，以生成引导到涡轮中的热气体，具体是穿过热气体管道。
由于燃烧室上和涡轮上的热负载很高，故冷却必须发生。具体而言，为了冷却涡轮，空气从压缩机取得且引导到涡轮中。此外，热交换器可置于压缩机与涡轮之间，其中目的在于在将其发送到涡轮之前冷却来自压缩机的压缩空气以提高冷却效率。
已知的热交换器包括压力容器，其具有空气入口、空气出口，以及用于冷却空气的热矢量流体(thermo-vector fluid)的管束；收纳在压力容器内的管束可为蛇线形或螺旋形，如，专利US5797259A和US7481265B2中示例性公开的。
从已知热交换器出现的问题在于压缩空气可包含可阻挡涡轮的叶片和导叶的冷却孔的固体颗粒，因此防止了正确冷却且因此引起涡轮的破坏。存在避免此类不便的需要。
发明内容
本发明的一个方面包括提供用于燃气涡轮发动机的热交换器，其防止阻挡涡轮的叶片和导叶的冷却孔。
这些和其它方面通过提供根据所附权利要求的燃气涡轮发动机的热交换器来获得。
有利地，热交换器具有紧凑结构，且允许气体/固体分离在热交换器内发生，以允许获得涡轮区域周围的空间而不导致庞大。
附图说明
其它特征和优点将从在附图中以非限制性实例示出的热交换器的优选但非排它性实例的描述中更清楚，在附图中：
图1示出了包括用于冷却从压缩机转移且出于冷却目的引导入涡轮的压缩空气的热交换器的燃气涡轮发动机的示意图；
图2示出了热交换器的第一实施例；
图3示出了热交换器的第二实施例；
图4示出了热交换器的第三实施例；
图5示出了气体/固体分离器的实施例。
部件列表：
1 燃气涡轮发动机
2 压缩机
3 燃烧室
4 涡轮
5 热交换器
6 压力容器
7 入口
8 出口
9 管束
10 气体/固体分离器
11 压力容器壁
12 导叶
13 纵轴线
14 电机
15 壁
16 空间
17 管
18 间隙
19A 第一相对端
19B 第二相对端
21 盖
22 热矢量流体入口
23 热矢量流体出口
g 重力方向。
具体实施方式
参看附图，这些示出了包括压缩机2、燃烧室3和涡轮4的燃气涡轮发动机1。热交换器5也设在燃气涡轮发动机1中，且连接在压缩机2与涡轮4之间，以便冷却从压缩机2抽出且引导入涡轮4来用于冷却的空气。燃气涡轮发动机1还可具有带有或没有在其间的高压涡轮的按顺序的两个燃烧室。
热交换器5包括优选圆柱形的压力容器6、用于气体的入口7和出口8，其中气体通常是来自压缩机的压缩空气。
在压力容器6内，空气通路限定在入口7与出口8之间；空气通路可具有入口7与出口8之间的单个行程，且在此情况下，入口7和出口8优选在压力容器6的相对部分处，或具有多个(例如，两个)行程，且在此情况下，入口7和出口8可在压力容器6的相同或不同部分处。
管束9收纳在压力容器6内来用于热矢量流体(如水)，其从热矢量流体入口22进入压力容器6，且从热矢量流体出口23离开压力容器6。
在本发明的优选实施例中，气体/固体分离器10参照流动方向设在管束9下游，且其优选固定到压力容器6的壁11上。
气体/固体分离器10可设在限定于压力容器相对端之间的压力容器6的任何中间部分中。
如图5中所示的气体/固体分离器10包括朝压力容器纵轴线13倾斜的导叶12，即，它们参照垂直于压力容器纵轴线13的平面倾斜。导叶12优选是非旋转导叶，但清楚的是也可为旋转导叶；在后一情况中，旋转可通过连接到导叶12上的电机14提供；例如，电机14可设在压力容器6内(如图4中示例性示出)。
在图2中所示的本发明的第一实施例中，热交换器5设有沿纵轴线13延伸且穿过管束9之间的管17；入口7位于突出到压力容器6外的管17的一端处。
此外，压力容器6包括在离压力容器6的底部一定距离处的壁15，以限定位于壁15与压力容器6的底部之间的空间16；出口8设在空间16处。
在壁15与管17之间限定了用于空气沿压力容器6流动的间隙18。
该实施例允许了空气通路具有两个行程，一个行程在管17内，且一个行程在管17外且穿过间隙18。
出口8在压力容器6的一侧处，但清楚的是其可开在不同位置上，例如，在压力容器6的底部处。
在该实施例中，气体/固体分离器10可固定到管17和/或压力容器6的壁11上。
在图3中所示的本发明的第二实施例中，压力容器6包括在纵轴线13上的第一相对端19a和第二相对端19b。入口7和出口8设在第一相对端19a和第二相对端19b上。该实施例允许了空气通路具有压力容器壁11内的一个行程。
管17提供成限定出口8且部分地突入压力容器6内，其中管17的一端收纳在压力容器6内保持与导叶12间隔开容器。
管17可设有盖21。
在图4中所示的本发明的第三实施例中，导叶12可制造成借助于电机14旋转；在此情况下，气体/固体分离器10未固定到压力容器6的壁11上。
热交换器的操作从描述和示出的内容而清楚，且大致在下文中。
当燃气涡轮发动机1操作时，压缩空气从压缩机2取得，且引导到热交换器5中且然后引导到涡轮4中。
参照图2的实施例，压缩空气经由入口7进入热交换器5，穿过管17(第一行程)，且然后在管17外穿过管束9(第二行程)，且由于穿过管束9的热矢量流体而冷却。当空气流穿过气体/固体分离器10时，气体/固体分离器10的导叶12生成空气流的旋流，其使得空气旋转；生成的离心力引起与空气流一起的固体颗粒从空气流分离且被推至压力容器6的壁，且沿压力容器的壁下落；标号g表示重力方向。例如，在图2的实施例中，固体颗粒聚集在壁15上，同时旋转空气穿过间隙18，且经由出口8移出压力容器6且引导至涡轮4。
从热交换器5流至涡轮4的空气较冷，没有固体颗粒，且整个过程在减小的压力损失下发生。
图3和图4中所示的实施例的操作类似于上述的一个；具体而言，在这些情况下，固体颗粒聚集在压力容器6的底部处。此外，结合图4的实施例，在需要提高气体/固体分离效率的情况下，可使导叶12旋转。
当然，所述的特征可独立于彼此提供。例如，所附权利要求中的各个的特征可独立于其它权利要求的特征而应用。
实际上，使用的材料和大小可根据要求和现有技术水平按期望选择。

Claims (15)

1.一种热交换器(5)，包括压力容器(6)，其具有用于空气的入口(7)、用于空气的出口(8)以及收纳在所述压力容器(6)内用于热矢量流体的管束(9)，其特征在于，至少一个气体/固体分离器(10)设在所述压力容器(6)内用于分离由所述空气吸引的颗粒。
2.根据权利要求1所述的热交换器(5)，其特征在于，所述至少一个气体/固体分离器(10)参照空气流方向设在所述管束(9)下游。
3.根据权利要求1所述的热交换器(5)，其特征在于，所述至少一个气体/固体分离器(10)固定到所述压力容器(6)的至少一个壁(11)上。
4.根据权利要求1所述的热交换器(5)，其特征在于，所述至少一个气体/固体分离器(10)包括多个导叶(12)。
5.根据权利要求4所述的热交换器(5)，其特征在于，所述导叶(12)是固定导叶。
6.根据权利要求4所述的热交换器(5)，其特征在于，所述导叶(12)是旋转导叶。
7.根据权利要求6所述的热交换器(5)，其特征在于，所述热交换器(5)包括连接到所述导叶(12)的电机(14)。
8.根据权利要求4所述的热交换器(5)，其特征在于，所述导叶(12)参照垂直于所述压力容器的纵轴线(13)的平面倾斜。
9.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述热交换器包括穿过所述管束(9)之间的管(17)；所述入口(7)位于突出所述压力容器(6)外的所述管(17)的一端处。
10.根据权利要求9所述的热交换器(5)，其特征在于，所述压力容器(6)包括壁(15)，所述壁(15)限定位于所述壁(15)与所述压力容器(6)的底部之间的空间(16)，间隙(18)限定在所述壁(15)与所述管(17)之间，所述出口(8)设在所述空间(16)处。
11.根据权利要求9所述的热交换器，其特征在于，所述至少一个气体/固体分离器(10)固定到所述管(17)上。
12.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述气体/固体分离器(10)设在所述压力容器(6)的中间部分处。
13.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述压力容器(6)包括第一相对端(19a)和第二相对端(19b)，其中所述入口(7)和所述出口(8)设在所述第一相对端(19a)和所述第二相对端(19b)处。
14.根据权利要求13所述的热交换器，其特征在于，所述热交换器包括部分地突入所述压力容器(6)内的管(17)，所述管(17)限定所述出口(8)且具有收纳在所述压力容器(6)内保持与所述导叶(12)间隔开的一端。
15.一种发电站的燃气涡轮发动机，包括压缩机(2)、至少一个燃烧室(3)、至少一个涡轮(4)，其特征在于，所述燃气涡轮发动机包括根据权利要求1至14中任一项所述的热交换器(5)。
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