DE102009025803A1

DE102009025803A1 - System and method for cooling heated components in a turbine

Info

Publication number: DE102009025803A1
Application number: DE102009025803A
Authority: DE
Inventors: Stuart Samuel Collins; Paul Jeffrey Meyer; Paul Stephen Dimascio
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2008-05-19
Filing date: 2009-05-14
Publication date: 2009-11-26
Also published as: FR2931193A1; US20090285677A1; CN101586496A; JP2009281383A

Abstract

Es sind Systeme und Verfahren zur Kühlung erhitzter Komponenten in einer Turbine geschaffen. Gemäß einer Ausführungsform ist ein System zur Kühlung einer Turbine geschaffen, das wenigstens eine Flüssigkeitsquelle (116) enthalten kann, die eine Kühlflüssigkeit enthalten kann. Das System kann ferner wenigstens eine Flüssigkeitsdüse (118) in Fluidverbindung mit der Flüssigkeitsquelle (116) oder den Flüssigkeitsquellen enthalten, die betrieben werden kann, um die Kühlflüssigkeit in einer zerstäubten Form neben wenigstens eine erhitzte Turbinenkomponente zu liefern, die in einem Heißgaspfad (216) der Turbine positioniert ist. Beim Liefern der zerstäubten Kühlflüssigkeit neben die erhitzte(n) Turbinenkomponente oder -komponenten wechselt die Phase wenigstens eines Teils der Kühlflüssigkeit im Wesentlichen zu Gas.Systems are provided for cooling heated components in a turbine. According to one embodiment, there is provided a system for cooling a turbine that may include at least one fluid source (116) that may contain a cooling fluid. The system may further include at least one fluid nozzle (118) in fluid communication with the fluid source (116) or fluid sources that may be operated to deliver the cooling fluid in an atomized form adjacent to at least one heated turbine component disposed in a hot gas path (216). the turbine is positioned. In delivering the atomized cooling fluid adjacent to the heated turbine component or components, the phase of at least a portion of the cooling fluid substantially gasifies.

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die Erfindung betrifft allgemein Turbinen und insbesondere Systeme und Verfahren zum Kühlen erhitzter Komponenten in Turbinen.The This invention relates generally to turbines, and more particularly to systems and Method for cooling heated Components in turbines.

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNGBACKGROUND TO THE INVENTION

In einer Turbine, beispielsweise einer Gasturbine, sind bestimmte Komponenten, wie beispielsweise Leitapparate bzw. Düsen, Turbinen, Laufschaufeln oder der Mantel bzw. das Deckband, in dem Heißgaspfad angeordnet und heißen Gasen ausgesetzt, die eine Temperatur aufweisen können, die höher ist als der Schmelzpunkt einer oder mehrerer der Komponenten. In bestimmten Gasturbinen der momentanen Generation kann die Temperatur der Heißgase bis zu 1600°C erreichen. Deshalb werden in vielen Fällen die in dem Heißgaspfad positionierten Komponenten während eines Betriebs der Turbine gekühlt. In beispielhaften herkömmlichen Systemen dient von einem Verdichter der Gasturbine abgezapfte Luft zum Kühlen der Komponenten. Jedoch hat diese Luft bereits viel Arbeit oder Energie bei der Umströmung der Brennkammer der Gasturbine verbraucht. Die Luft dringt dann in die Komponenten, wie die Turbinenlaufschaufeln oder -leitschaufeln, ein, um diese zu kühlen, so dass diese in dem Heißgaspfad „überleben” können. Danach wird die Luft zurück in den Heißgaspfad ausgegeben. Da die Luft die Brennkammer umströmt, verbrennt sie keinen Brennstoff und erhält keine zusätzliche Bewegungsenergie. Folglich kann diese Luft in an deren Turbinenstufen keine nützliche Arbeit verrichten. Infolgedessen nimmt die Effizienz der Gasturbine ab.In a turbine, for example a gas turbine, are certain components, such as nozzles or nozzles, turbines, blades or the shroud or shroud, placed in the hot gas path and exposed to hot gases, which may have a temperature which is higher as the melting point of one or more of the components. In particular Gas turbines of the current generation can increase the temperature of the hot gases to 1600 ° C to reach. Therefore, in many cases, in the hot gas path positioned components during cooled operation of the turbine. In exemplary conventional systems is used by a compressor of the gas turbine bled air for cooling the Components. However, this air already has a lot of work or energy in it the flow around the combustion chamber of the gas turbine consumed. The air then penetrates into the components, such as the turbine blades or vanes, to cool it, so that they can "survive" in the hot gas path. After that the air gets back in the hot gas path output. As the air flows around the combustion chamber, it does not burn fuel and receives no additional Kinetic energy. Consequently, this air in at their turbine stages no useful Doing work. As a result, the efficiency of the gas turbine decreases from.

In anderen beispielhaften herkömmlichen Systemen können die erhitzten Komponenten mit Dampf anstatt mit Luft, die dem Verdichter entnommen wird, gekühlt werden. Der Dampf kann einer Dampfturbine entnommen und durch Rohre in die erhitzte Turbinenkomponente eingeleitet werden, die in dem Heißgaspfad positioniert ist. Der Dampf weist im Allgemeinen einen höheren Wärmeübergangskoeffizienten auf und absorbiert deshalb mehr Hitze von der Turbinenkomponente in dem Heißgaspfad. Demgemäß kann eine Dampfkühlung eine bessere Lösung gegenüber Lösungen mit Luftkühlung erzielen. Der Dampf kann von dem Gaspfad entnommen und in die Dampfturbine wieder eingeführt werden. Ein Teil der Wärmeenergie, die der Dampf aus dem Heißgaspfad zieht, kann folglich in der Dampfturbine wiedergewonnen werden, um zusätzliche Nutzarbeit zu schaffen. Somit kann die Effizienz von dampfgekühlten Gasturbinen größer sein als die der luftgekühlten Gasturbinen.In other exemplary conventional systems can the heated components with steam instead of with air, which is the compressor is removed, cooled become. The steam can be taken from a steam turbine and through pipes be introduced into the heated turbine component, which in the Hot gas path is positioned. The steam generally has a higher heat transfer coefficient and therefore absorbs more heat from the turbine component in the hot gas path. Accordingly, a steam cooling a better solution across from solutions with air cooling achieve. The steam can be taken from the gas path and into the steam turbine reintroduced become. Part of the heat energy, the steam from the hot gas path can therefore be recovered in the steam turbine, for additional To create useful work. Thus, the efficiency of steam-cooled gas turbines to be taller as that of the air-cooled gas turbines.

Jedoch können herkömmliche Dampfkühlsysteme relativ kompliziert sein. Beispielsweise wird der Dampf aus stationären Rohrleitungen entnommen, und er muss in die umlaufenden Schaufeln eingeleitet werden. Das Dampfzufuhr- und -wiedergewinnungssystem muss gut abgedichtet gehalten werden, weil der Dampf bei einem sehr hohen Druck vorliegt, und er ansonsten in dem Dampfsystem eine Leckage herbeiführen würde. Außerdem sollte das Dampfsystem, weil der Dampf zurück zu der Dampfturbine strömt, auch zur Aufrechterhaltung von Reinheit dicht verschlossen sein.however can conventional Steam cooling systems be relatively complicated. For example, the steam from stationary pipelines and he must be introduced into the rotating blades become. The steam supply and recovery system must be well sealed held because the steam is at a very high pressure, and otherwise he would cause leakage in the steam system. In addition, should the steam system, because the steam flows back to the steam turbine, too to maintain tightness.

Demgemäß besteht ein Bedarf an Systemen und Verfahren zur Kühlung erhitzter Komponenten in Turbinen.Accordingly, there is a need for systems and methods for cooling heated components in turbines.

KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION

Ausführungsformen der Erfindung können sich an einige oder alle der vorstehend beschriebenen Bedürfnisse richten. Ausführungsformen der Erfindung sind allgemein auf Systeme und Verfahren zum Kühlen erhitzter Turbinenkomponenten in einer Turbinenmaschine gerichtet.embodiments The invention can be some or all of the needs described above judge. embodiments The invention is generally more heated to systems and methods for cooling Turbine components directed in a turbine engine.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein System zur Kühlung erhitzter Komponenten in einem Heißgaspfad einer Turbine geschaffen. Das beispielhafte System kann wenigstens eine Flüssigkeitsquelle enthalten, die ein flüssiges Kühlmittel bzw. eine Kühlflüssigkeit enthalten kann. Das System kann ferner wenigstens eine Flüssigkeitsdüse enthalten, die mit der Flüssigkeitsquelle oder den Flüssigkeitsquellen in Strömungsverbindung steht und funktionsfähig ist, um die Kühlflüssigkeit in einer zerstäubten bzw. versprühten Form in die Nähe wenigstens einer erhitzten Turbinenkomponente zu liefern, die in einem Heißgaspfad der Turbine angeordnet ist. Gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform wechselt bei einer Lieferung der zerstäubten Kühlflüssigkeit in die Nähe der erhitzten Turbinenkomponente oder Turbinenkomponenten wenigstens ein Teil der Kühlflüssigkeit im Wesentlichen seine Phase zu Gas.According to one exemplary embodiment The invention is a system for cooling heated components in a hot gas path created a turbine. The exemplary system may at least a source of fluid contain a liquid coolant or a cooling liquid may contain. The system may further include at least one fluid nozzle, those with the fluid source or the fluid sources in fluid communication stands and works is to the coolant in a nebulized or sprayed Shape in the vicinity to provide at least one heated turbine component, which in a hot gas path the turbine is arranged. According to this exemplary embodiment When the atomized coolant is delivered, it will move near the heated turbine component or turbine components at least a portion of the cooling liquid essentially its phase to gas.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein Verfahren zum Kühlen erhitzter Komponenten in einem Heißgaspfad einer Turbine geschaffen. Dieses beispielhafte Verfahren kann eine Bereitstellung wenigstens einer Flüssigkeitsquelle enthalten, die eine Kühlflüssigkeit aufweist und mit wenigstens einer Flüssigkeitsdüse in Strömungsverbindung steht, wobei die Flüssigkeitsdüse oder die Flüssigkeitsdüsen benachbart zu wenigstens einer erhitzten Turbinenkomponente positioniert ist bzw. sind, die in einem Heißgas- Pfad der Turbine angeordnet ist. Das Verfahren kann ferner ein Zerstäuben der Kühlflüssigkeit aus der Flüssigkeitsquelle oder den Flüssigkeitsquellen und ein Zuführen der zerstäubten Kühlflüssigkeit in die Nähe der erhitzten Turbinenkomponente oder Turbinenkomponenten enthalten. Gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform wechselt die Phase wenigstens eines Teils der Kühlflüssigkeit im Wesentlichen zu Gas, wenn die zerstäubte Kühlflüssigkeit in die Nähe der erhitzten Turbinenkomponente oder der erhitzten Turbinenkomponenten geliefert wird.In accordance with another exemplary embodiment of the invention, a method of cooling heated components in a hot gas path of a turbine is provided. This exemplary method may include providing at least one liquid source having a cooling fluid and being in fluid communication with at least one fluid nozzle, wherein the fluid nozzle or nozzles are positioned adjacent to at least one heated turbine component located in a hot gas path of the turbine is arranged. The method may further include atomizing the cooling liquid from the liquid source or sources and supplying the atomized cooling liquid to the vicinity the heated turbine component or turbine components. In accordance with this exemplary embodiment, the phase of at least a portion of the cooling fluid substantially gasifies as the atomized cooling fluid is delivered into proximity with the heated turbine component or components.

Gemäß einer noch weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben einer Turbine geschaffen. Dieses beispielhafte Verfahren kann ein Anlassen der Turbine, ein Erhöhen der Turbinendrehzahl, damit sie unter einer vorbestimmten Last arbeitet, und ein Zerstäuben einer Kühlflüssigkeit enthalten. Das Verfahren kann ferner nach dem Erhöhen der Turbinendrehzahl für einen Betrieb bei der vorbestimmten Last ein Zuführen der zerstäubten Kühlflüssigkeit neben wenigstens eine erhitzte Turbinenkomponente enthalten, die in einem Heißgaspfad der Turbine angeordnet ist, wobei beim Zuführen der zerstäubten Kühlflüssigkeit wenigstens ein Teil des flüssigen Kühlmittels seine Phase im Wesentlichen in eine Gasphase ändert. Das Verfahren kann ferner eine Reduktion der Turbinendrehzahl für einen Betrieb unter einer geringeren als der vorbestimmten Last und nach der Reduktion der Turbinendrehzahl bis auf unterhalb der vorbestimmten Last ein Abführen überflüssiger Flüssigkeit aus dem Heißgaspfad enthalten.According to one Yet another exemplary embodiment of the invention a method for operating a turbine created. This exemplary Method may include starting the turbine, increasing the turbine speed with it she works under a predetermined load, and a sputtering one coolant contain. The method may further be performed after increasing the Turbine speed for one Operating at the predetermined load, supplying the atomized cooling liquid besides at least one heated turbine component contained in a hot gas path the turbine is arranged, wherein when supplying the atomized cooling liquid at least a part of the liquid refrigerant essentially changes its phase into a gas phase. The method may further a reduction of the turbine speed for operation below a less than the predetermined load and after the reduction of the Turbine speed to below the predetermined load, a discharge of excess liquid the hot gas path contain.

Weitere Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung offensichtlich, die in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen angegeben ist.Further embodiments and aspects of the invention will become apparent from the following description obviously, in conjunction with the following drawings is specified.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Nachdem die Ausführungsform der Erfindung in allgemeinen Worten beschrieben worden sind, wird nun auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind und in denen zeigen:After this the embodiment of the invention have been described in general terms now on the attached Drawings which are not drawn to scale and in which show:

1 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Systems zur Kühlung einer erhitzten Turbinenkomponente gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; 1 a functional block diagram of an exemplary system for cooling a heated turbine component according to an embodiment of the invention;

2 eine Ansicht einer Turbinenlaufschaufel, die eine beispielhafte erhitzte Turbinenkomponente repräsentiert, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; 2 a view of a turbine blade, which represents an exemplary heated turbine component, according to an embodiment of the invention;

3 ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Kühlen einer erhitzten Turbinenkomponente gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht; und 3 3 is a flowchart illustrating an exemplary method of cooling a heated turbine component according to one embodiment of the invention; and

4 ein Flussdiagramm unter Veranschaulichung eines beispielhaften Verfahrens zum Betreiben einer Turbine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 4 a flowchart illustrating an exemplary method for operating a turbine according to an embodiment of the invention.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION THE INVENTION

Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung sind nachstehend in größeren Einzelheiten unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen einige, jedoch nicht alle Ausführungsformen veranschaulicht sind. In der Tat kann die Erfindung in vielen unterschiedlichen Formen verwirklicht sein, und sie sollte nicht derart ausgelegt werden, als wäre sie auf die hier angegebenen Ausführungsformen beschränkt; vielmehr sind diese Ausführungsformen angegeben, damit diese Offenbarung den anwendbaren rechtlichen Anforderungen genügt. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich durchwegs auf gleiche Elemente.exemplary embodiments The invention will now be described in greater detail by reference on the attached Drawings are described in which some, but not all embodiments are illustrated. In fact, the invention can be many different Shapes and should not be interpreted as would limited to the embodiments given herein; much more These are the embodiments in order for this disclosure to comply with applicable legal requirements. Same Reference numerals refer to like elements throughout.

Ein Starten und Erhöhen der Drehzahl einer Turbine führt zu einer Verbrennung in einer Brennkammer der Turbine. Bei einer Verbrennung kann die Temperatur der heißen Gase, die erzeugt werden, oberhalb der Schmelztemperatur verschiedener Turbinenkomponenten, die in dem Heißgaspfad angeordnet sind, liegen. Zum Kühlen der erhitzten Turbinenkomponenten in dem Heißgaspfad der Turbine kann folglich ein flüssiges Kühlmittel zerstäubt und zu den erhitzten Turbinenkomponenten oder in deren Nähe geliefert werden. Aufgrund der größeren Energiemenge, die durch die Kühlflüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, während ihres Phasenwechsels von einer Flüssigkeit zu einem Gas absorbiert wird, ist ein Zuführen der zerstäubten Kühlflüssigkeit zu den oder in die Nähe der erhitzten Turbinenkomponenten effizienter bei der Kühlung der Komponenten im Vergleich zu lediglich dampfgekühlten oder lediglich luftgekühlten Turbinen. Ferner wirkt ein Einmischen der Kühlflüssigkeit in Luft zusätzlich als ein Kühlmechanismus für die Luft, bevor das Gemisch aus Luft und Gas zu den erhitzten Turbinenkomponenten geliefert wird.One Start and Increase the speed of a turbine leads to combustion in a combustion chamber of the turbine. At a Combustion can be the temperature of the hot gases that are generated above the melting temperature of various turbine components, the the hot gas path are arranged lie. For cooling the heated turbine components in the hot gas path of the turbine can consequently a liquid coolant atomized and delivered to the heated turbine components or in their vicinity become. Due to the larger amount of energy, through the coolant, such as water while their phase change from a liquid to a gas absorbed is, is a feeding the atomized coolant to or near the heated turbine components more efficient in cooling the Components compared to only steam-cooled or air-cooled turbines. Furthermore, a mixing of the cooling liquid in air additionally acts as a cooling mechanism for the Air, before the mixture of air and gas to the heated turbine components is delivered.

1 zeigt ein Funktionsblockdiagramm eines Systems 100 zur Kühlung einer erhitzten Turbinenkomponente gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die erhitzte Turbinenkomponente eine Turbinenlaufschaufel 102, wie beispielsweise eine Turbinenschaufel 102 der ersten Stufe, sein. Dennoch ist es zu verstehen, dass andere Turbinenkomponenten, wie beispielsweise ein Turbinenlaufrad, ein Turbinenleitapparat bzw. eine Turbinendüse, ein Turbinenmantel bzw. -deckband oder jede beliebige Kombination von diesen ebenfalls durch die hier beschriebenen Systeme und Verfahren gekühlt werden. In einer Gasturbine werden Heißgase im Inneren einer Brennkammer erzeugt, wodurch Heißgastemperaturen in einem Bereich von etwa 1000°C bis etwa 1600°C erzeugt werden. Nachdem sie die Brennkammer verlassen haben, können die Heißgase anfangs durch einen Turbinenleitapparat bzw. eine Turbinendüse 104 der ersten Stufe der Gasturbine strömen, der bzw. die mit der erhitzten Turbinenkomponente, wie beispielsweise der Turbinenschaufel 102, in Verbindung steht. Es ist zu verstehen, dass in 1 zu Anschauungszwecken lediglich der Turbinenleitapparat 104 der ersten Stufe veranschaulicht ist und dass andere beispielhafte Turbinen mehrere Leitapparate, Laufschaufeln und dergleichen enthalten können. Somit sind die Turbinenleitapparate 104 und die Turbinenschaufeln 102 oder sonstige Turbinenkomponenten den Heißgasen bei sehr hohen Temperaturen ausgesetzt. Demgemäß können diese Turbinenkomponenten Temperaturen weit oberhalb der Schmelztemperaturen der Komponentenmaterialien ausgesetzt sein. 1 shows a functional block diagram of a system 100 for cooling a heated turbine component according to an embodiment of the invention. In an exemplary embodiment, the heated turbine component may be a turbine blade 102 such as a turbine blade 102 the first stage, his. However, it is to be understood that other turbine components, such as a turbine runner, turbine nozzle, turbine shroud, or any combination thereof, are also cooled by the systems and methods described herein. In a gas turbine, hot gases are generated inside a combustion chamber, whereby hot gas temperatures in a range of about 1000 ° C to about 1600 ° C are generated. After leaving the combustor, the hot gases may initially pass through a turbine nozzle or turbine nozzle 104 the first stage of the gas turbine flow, the one with the heated turbine component, such as the turbine blade 102 , communicates. It is understood that in 1 for illustrative purposes, only the turbine nozzle 104 The first stage is illustrated and that other example turbines may include multiple nozzles, blades, and the like. Thus, the turbine nozzles 104 and the turbine blades 102 or other turbine components exposed to the hot gases at very high temperatures. Accordingly, these turbine components may be exposed to temperatures well above the melting temperatures of the component materials.

Zum Kühlen der Turbinenschaufel 102 wird Luft von einem Verdichter 106 der Gasturbine aus zugeführt. Die Luft kann zuerst durch einen inneren Raum 108 des Turbinenleitapparats 104 hindurchströmen. Nachdem sie den Turbinenleitapparat 104 verlässt, strömt die Luft durch eine Einleiteinrichtung 110 hindurch, die die Luft neben einem Fuß 112 der Turbinenschaufel 102 ausgibt. Der Fuß 112 ist der radial innerste Abschnitt der Turbinenschaufel 102. Der Fuß 112 weist gewöhnlich eine Befestigungseinrichtung (wie in 2 veranschaulicht) auf, die derart maschinell hergestellt ist, dass die Turbinenschaufel 102 an einem Turbinenlaufrad angebracht werden kann. Ferner gibt die Einleiteinrichtung 110 die Luft derart aus, dass die Luft gerichtet und geleitet wird, damit sie in die Turbinenschaufel 102 durch den Fuß 112 hindurch eintritt. 1 zeigt ferner ein Rohr 114, das eine Kühlflüssigkeit durch den Turbinenleitapparat 104 hindurchfährt. In einer beispielhaften Ausführungsform wird die Kühlflüssigkeit von einer Flüssigkeitsquelle 116 geliefert. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Kühlflüssigkeit im Wesentlichen Wasser sein, obwohl es verständlich ist, dass in anderen Ausführungsformen die Flüssigkeitsquelle 116 andere flüssige Kühlmittel als Wasser liefern kann. Nachdem sie das Rohr 114 passiert hat, strömt die Kühlflüssigkeit durch eine Flüssigkeitsdüse 118 hindurch. Die Flüssigkeitsdüse 118 liefert die Kühlflüssigkeit zu der erhitzten Turbinenkomponente oder neben bzw. benachbart zu dieser. Wie in 1 veranschaulicht, kann die Flüssigkeitsdüse beispielsweise die Kühlflüssigkeit in die Nähe des Fußes 112 der Turbinenschaufel 102 zuführen. Es ist zu verstehen, dass die Flüssigkeitsdüse 118 in anderen beispielhaften Ausführungsformen die Kühlflüssigkeit zu anderen Turbinenkomponenten, wie beispielsweise einem Turbinenrad, einer Turbinenleitschaufeln, einem Turbinenmantel oder einer beliebigen Kombination von diesen, liefern kann.For cooling the turbine blade 102 gets air from a compressor 106 fed from the gas turbine. The air can first through an inner space 108 of the turbine nozzle 104 flow through. After the turbine nozzle 104 leaves, the air flows through an inlet device 110 passing the air next to one foot 112 the turbine blade 102 outputs. The foot 112 is the radially innermost portion of the turbine blade 102 , The foot 112 usually has a fastening device (as in 2 illustrated), which is machined such that the turbine blade 102 can be attached to a turbine wheel. Furthermore, the introduction device 110 The air is directed so that the air is directed and directed to the turbine blade 102 through the foot 112 through. 1 further shows a tube 114 passing a cooling fluid through the turbine nozzle 104 shall pass through. In an exemplary embodiment, the cooling fluid is from a fluid source 116 delivered. In an exemplary embodiment, the cooling fluid may be substantially water, although it will be understood that in other embodiments, the fluid source 116 can supply other liquid coolant than water. After the pipe 114 has happened, the cooling liquid flows through a liquid nozzle 118 therethrough. The fluid nozzle 118 provides the cooling fluid to, or adjacent to, the heated turbine component. As in 1 For example, the fluid nozzle may communicate the cooling fluid near the foot 112 the turbine blade 102 respectively. It is understood that the fluid nozzle 118 In other exemplary embodiments, the cooling fluid may deliver to other turbine components, such as a turbine wheel, turbine vanes, turbine shell, or any combination thereof.

In verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen kann die Flüssigkeitsdüse 118 im Inneren eines Turbinenlaufrads oder an der Außenseite eins Turbinenmantels bzw. -deckbands angeordnet sein. Die Lage der Flüssigkeitsdüse 118 bestimmt die Stelle zum Ausgeben der Kühlflüssigkeit bei oder in der Nähe der erhitzten Turbinenkomponente 102. In verschiedenen beispielhaf ten Ausführungsformen kann die Flüssigkeitsdüse 118 von einer Injektorbauart, einer Venturi-Bauart oder dergleichen sein.In various exemplary embodiments, the fluid nozzle 118 be arranged inside a turbine runner or on the outside of a turbine shroud or cover. The location of the fluid nozzle 118 determines the location for dispensing the coolant at or near the heated turbine component 102 , In various exemplary embodiments, the fluid nozzle may be 118 of an injector type, a Venturi type or the like.

Wenn die von der Flüssigkeitsdüse 118 gelieferte Kühlflüssigkeit mit einer erhitzten Turbinenkomponente, wie beispielsweise der Turbinenschaufel 102, direkt in Kontakt kommt, kann die Kühlflüssigkeit eine deutliche Verringerung der Temperatur in einem lokalen Bereich, in dem die Kühlflüssigkeit in Kontakt kommt, herbeiführen. Dies kann in dem Material der Komponente einen hohen Temperaturgradienten hervorrufen, der gegebenenfalls einen hohen Spannungsgradienten in dem Material der erhitzten Komponente verursachen kann, so dass an der durch die Kühlflüssigkeit kontaktierten Stelle eine Rissbildung entstehen kann. Um derartige Beschädigungen an der erhitzten Turbinenkomponente zu vermeiden, wird die Kühlflüssigkeit in einer beispielhaften Ausführungsform in die Luft in einer zerstäubten bzw. versprühten Form ausgegeben, und wenigstens ein Teil der Kühlflüssigkeit wechselt seine Phase von Flüssigkeit zu Gas, wenn er sich mit der Luft vermischt und hohen Temperaturen ausgesetzt wird. Ein Phasenwechsel zu Gas vermeidet einen direkten Kontakt durch die Kühlflüssigkeit in flüssiger Form an einer Stelle an der erhitzten Komponente.If that of the fluid nozzle 118 provided coolant with a heated turbine component, such as the turbine blade 102 , comes into direct contact, the cooling liquid can cause a significant reduction in the temperature in a local area in which the cooling liquid comes into contact. This may cause a high temperature gradient in the material of the component, which may eventually cause a high voltage gradient in the material of the heated component, such that cracking may occur at the location contacted by the cooling liquid. In an exemplary embodiment, to avoid such damage to the heated turbine component, the cooling liquid is discharged into the air in atomized form, and at least a portion of the cooling liquid changes its phase from liquid to gas as it mixes with the air and high temperatures. A phase change to gas avoids direct contact by the liquid coolant in a liquid at a location on the heated component.

In einigen Situationen kann die die Flüssigkeitsquelle 116 verlassende Kühlflüssigkeit unter einem Druck stehen, der kleiner ist als der Druck der den Verdichter 106 verlassenden Luft. In einem derartigen Fall kann die Kühlflüssigkeit nicht in einer zerstäubten Form in die Luft ausgegeben werden und kann sich somit nicht gleichmäßig durch das Luftmedium verteilen. Demgemäß kann die Kühlflüssigkeit mit Druck beaufschlagt werden, bevor sie in das Luftmedium hinein ausgegeben wird. Somit kann in einer beispielhaften Ausführungsform eine Druckbeaufschlagungspumpe verwendet werden, um die Kühlflüssigkeit derart mit Druck zu beaufschlagen, dass die Kühlflüssigkeit zu dem Luftmedium im Wesentlichen zerstäubt austreten und bei oder in der Nähe der erhitzten Turbinenkomponente über das Luftmedium hinweg gleichmäßig verteilt werden kann. Beispielsweise kann die Kühlflüssigkeit mit Druck beaufschlagt werden, um unter einen Druck von etwa 2,8 × 10⁶ N/m² (400 psi) oder mehr gesetzt werden.In some situations, the fluid source 116 leaving the cooling liquid are under a pressure which is lower than the pressure of the compressor 106 leaving air. In such a case, the cooling liquid can not be dispensed into the air in an atomized form and thus can not disperse evenly through the air medium. Accordingly, the cooling liquid can be pressurized before being discharged into the air medium. Thus, in one exemplary embodiment, a pressurizing pump may be used to pressurize the cooling liquid such that the cooling liquid may exit the air medium in a substantially atomized manner and be evenly distributed across the air medium at or near the heated turbine component. For example, the cooling fluid may be pressurized to be pressurized to about 2.8 x 10 ⁶ N / m ² (400 psi) or more.

Ein Vermischen der Kühlflüssigkeit mit der Luft vor dem Einleiten der Luft neben der erhitzten Turbinenkomponente, wie beispielsweise der Turbinenschaufel 102, kann auch der Kühlung der erhitzten Turbinenkomponente nutzen, da die latente Verdampfungswärme der Kühlflüssigkeit im Vergleich zu der spezifischen Wärme der Kühlflüssigkeit und der Gasform aus der Kühlflüssigkeit und der Luft sehr hoch ist. Wenn beispielsweise die Kühlflüssigkeit Wasser ist, betragen die latente Verdampfungswärme von Wasser, die spezifische Wärme von Wasser und die spezifische Wärme von Dampf in etwa 2,26 × 10² J/kg, 4,184 J/kg-°C bzw. 2 J/kg-°C. Demgemäß können in einer dampfgekühlten Turbine 2 Joule Wärme bei einer Erhöhung um etwa 1°C für jedes Kilogramm Dampf absorbiert werden, während in einer wassergekühlten Turbine eine Wärmemenge von 4,184 Joule bei einer Temperaturerhöhung um etwa 1°C für jedes Kilogramm Wasser absorbiert werden kann. Jedoch können in einem System, wie beispielsweise dem System 100, in dem Wasser in Dampf umgewandelt wird, 2,26 × 10² Joule Wärme durch jedes Kilogramm Wasser bei der Umsetzung zu Dampf absorbiert werden. Außerdem geschieht dies bei einer konstanten Temperatur ungefähr bei dem Siedepunkt von Wasser. Das Wasser absorbiert Wärme bei 2,26 × 10² J/kg-°C, bis im Wesentlichen das gesamte Wasser in Dampf umgewandelt ist. Dies ergibt eine hohe Wärmeentzugskapazität für die Kühlflüssigkeit. Ferner wirkt die Einmischung der Kühlflüssigkeit in die Luft und ihre anschließende Umwandlung in Gas als ein Kühlmechanismus für die Luft, bevor das Luft- und Gas-Gemisch in die Nähe der erhitzten Turbinenkompo nente, wie beispielsweise der Turbinenschaufel 102, geliefert wird. In der beispielhaften Ausführungsform zum Kühlen wenigsten einer Turbinenlaufschaufel 102 kann, wenn sich die Phase der Kühlflüssigkeit zu dem gasförmigen Medium ändert, das Gas- und Luft-Gemisch in einen inneren Raum 120 der Turbinenschaufel 102 durch den Fuß 112 hindurch eintreten.Mixing the cooling liquid with the air prior to introducing the air adjacent to the heated turbine component, such as the turbine blade 102 , can also use the cooling of the heated turbine component, since the latent Ver is very high heat of vaporization of the cooling liquid compared to the specific heat of the cooling liquid and the gas form of the cooling liquid and the air. For example, when the cooling liquid is water, the latent heat of vaporization of water, the specific heat of water and the specific heat of steam are about 2.26 × 10 ² J / kg, 4.184 J / kg-C and 2 J / kg, respectively - ° C. Accordingly, in a steam cooled turbine 2 Joule heat can be absorbed at an increase of about 1 ° C for each kilogram of steam, while in a water-cooled turbine, a heat of 4.184 Joule can be absorbed at a temperature increase of about 1 ° C for each kilogram of water. However, in a system such as the system 100 in which water is converted to steam, 2.26 × 10 ² joules of heat are absorbed by each kilogram of water in the conversion to steam. Moreover, this happens at a constant temperature approximately at the boiling point of water. The water absorbs heat at 2.26 x 10 ² J / kg-° C until substantially all the water is converted to steam. This results in a high heat removal capacity for the cooling liquid. Further, the mixing of the cooling liquid into the air and its subsequent conversion to gas acts as a cooling mechanism for the air before the air and gas mixture near the heated Turbinenkompo component, such as the turbine blade 102 , is delivered. In the exemplary embodiment, for cooling at least one turbine bucket 102 For example, as the phase of the cooling liquid changes to the gaseous medium, the gas and air mixture may be in an internal space 120 the turbine blade 102 through the foot 112 go through.

In einer beispielhaften Ausführungsform kann optional ein Rohrleitungssystem 122 vorgesehen sein, um die Flüssigkeitsquelle 116 mit der Flüssigkeitsdüse 118 zu verbinden und um die richtige Zufuhr der Kühlflüssigkeit von der Flüssigkeitsquelle 116 zu der Flüssigkeitsdüse 118 sicherzustellen. Ferner könnte das Rohrleitungssystem 122 sich in einer Umgebung befinden, in der die Temperaturen im Wesentlichen so hoch sind, dass die Phase der Kühlflüssigkeit in die Gasform wechselt. Dies führt dazu, dass die Kühlflüssigkeit einen Teil der Warmeentzugskapazität verliert, die besser für die erhitzte Turbinenkomponente 102 reserviert wäre. Um den Phasenwechsel der Kühlflüssigkeit zu dem Gas zu vermeiden, kann das Rohrleitungssystem 122 von seiner Umgebung thermisch isoliert sein. Außerdem kann das Rohrleitungssystem 122 aufgrund des Korrosionseffektes der Kühlflüssigkeit korrodieren. Demgemäß kann das Rohrleitungssystem 122 in einer beispielhaften Ausführungsform mit einem Korrosionsschutzüberzug versehen sein.In an exemplary embodiment, a piping system may optionally be provided 122 be provided to the fluid source 116 with the fluid nozzle 118 To connect and to the correct supply of the cooling liquid from the liquid source 116 to the fluid nozzle 118 sure. Furthermore, the piping system could 122 are in an environment where the temperatures are substantially high enough to cause the phase of the cooling liquid to change to gaseous form. As a result, the coolant loses some of the heat removal capacity, which is better for the heated turbine component 102 reserved. In order to avoid the phase change of the cooling liquid to the gas, the piping system 122 be thermally insulated from its environment. In addition, the piping system 122 corrode due to the corrosion effect of the coolant. Accordingly, the piping system 122 be provided in an exemplary embodiment with a corrosion protection coating.

In einigen Situationen während eines Betriebs des Systems 100 ist die Drehzahl der Gasturbine derart reduziert, dass die Gasturbine nicht mehr unter einer vorbestimmten Last arbeitet. Die Gasturbine kann ein Spülen bzw. Abführen der überschüssigen Kühlflüssigkeit, die nicht in die Gasphase umgewandelt wird, aus dem Heißgaspfad erfordern. Somit ist in einer beispielhaften Ausführungsform eine Spüleinheit in der Gasturbine optional vorgesehen. Jedoch können beispielhafte Gasturbinen gewöhnlich ein Ableitungssystem zur Ableitung des unverbrann ten Brennstoffs aus dem Innenraum der Gasturbine enthalten. Demgemäß kann in einer beispielhaften Ausführungsform das Brennstoffableitungssystem zu der Spüleinheit 124 erweitert werden, um jede überschüssige Kühlflüssigkeit, die in dem Pfad verbleibt, abzuführen.In some situations during operation of the system 100 the speed of the gas turbine is reduced such that the gas turbine no longer operates under a predetermined load. The gas turbine may require purging the excess cooling liquid that is not converted to the gas phase from the hot gas path. Thus, in one exemplary embodiment, a purge unit is optionally provided in the gas turbine. However, exemplary gas turbines may commonly include a drainage system for draining the unburned fuel from the interior of the gas turbine. Accordingly, in an exemplary embodiment, the fuel discharge system may be to the purge unit 124 be extended to dissipate any excess cooling liquid remaining in the path.

2 zeigt eine Ansicht einer beispielhaften Turbinenschaufel 202, die ein Beispiel für die wenigstens eine erhitzte Turbinenkomponente in einem Heißgaspfad 216 der Turbine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung repräsentiert. Die Turbinenschaufel 202 weist eine erste Seite 218A und eine zweite Seite 218B auf, die die gegenüberliegenden Wände der Turbinenschaufel 202 darstellen und einen Innenraum 208 im Inneren der Turbinenschaufel 202 bilden. Die Turbinenschaufel 202 kann mehrere Öffnungen 204 und eine Schaufelplattform 206 enthalten. Die Öffnungen 204 erstrecken sich durch die erste Seite 218A und die zweite Seite 218B der Turbinenschaufel 202 hindurch. Ein Gemisch 210 aus einer Kühlflüssigkeit und Luft kann an dem Fuß 212 oder in der Nähe des Fußes 212 der Turbinenschaufel 202 geliefert werden, wobei an dieser Stelle das Gemisch 210 durch die Schaufelplattform 206 in die Turbinenschaufel 202 eintritt. Das Gemisch 210 durchströmt ferner den Innenraum 208. Da die Luft bereits eine hohe Temperatur von etwa 750°C aufweist und die Kühlflüssigkeit in der zerstäubten Form überall in der gesamten Luft gleichmäßig verteilt ist, absorbiert die Kühlflüssigkeit Wärme von der Luft und wechselt in eine im Wesentlichen gasförmige Phase. Da die Kühlflüssigkeit des Gemisches 210 in das Gas umgewandelt wird, wird ein gasförmiges Gemisch 214 gebildet. Das gasförmige Gemisch 214 kann anschließend wenigstens teilweise aus den Öffnungen 204 in den Heißgaspfad 216 austreten. 2 shows a view of an exemplary turbine blade 202 , which provides an example of the at least one heated turbine component in a hot gas path 216 represents the turbine according to an embodiment of the invention. The turbine blade 202 has a first page 218A and a second page 218B on top of the opposite walls of the turbine blade 202 represent and an interior 208 inside the turbine blade 202 form. The turbine blade 202 can have several openings 204 and a paddle platform 206 contain. The openings 204 extend through the first page 218A and the second page 218B the turbine blade 202 therethrough. A mixture 210 from a coolant and air can be attached to the foot 212 or near the foot 212 the turbine blade 202 are delivered, at which point the mixture 210 through the scoop platform 206 in the turbine blade 202 entry. The mixture 210 also flows through the interior 208 , Since the air already has a high temperature of about 750 ° C and the cooling liquid in the atomized form is uniformly distributed throughout the air, the cooling liquid absorbs heat from the air and changes into a substantially gaseous phase. Because the cooling liquid of the mixture 210 is converted into the gas, becomes a gaseous mixture 214 educated. The gaseous mixture 214 can then at least partially from the openings 204 in the hot gas path 216 escape.

Es ist zu verstehen, dass die Turbinenschaufel 202 lediglich zu Veranschaulichungszwecken vorgesehen ist und dass an dere erhitzte Turbinenkomponenten in einem Heißgaspfad 216 auf eine Weise, die der hier beschriebenen ähnlich ist, gekühlt werden können. In zahlreichen unterschiedlichen beispielhaften. Ausführungsformen kann die erhitzte Turbinenkomponente beispielsweise, jedoch nicht ausschließlich, eine Turbinendüse bzw. ein Turbinenleitapparat, eine Turbinenlaufschaufel, ein Turbinenlaufrad, einen Turbinenmantel bzw. -deckband oder eine Kombination von diesen sein.It is understood that the turbine blade 202 is provided for illustrative purposes only and that at other heated turbine components in a hot gas path 216 in a manner similar to that described here, can be cooled. In many different exemplary. Embodiments may include, but are not limited to, the heated turbine component, a turbine nozzle, a turbine blade, a turbine runner, a turbine shroud, or a combination of these.

3 veranschaulicht ein beispielhaftes Verfahren, gemäß dem eine Ausführungsform der Erfindung funktionieren kann. Es ist ein Flussdiagramm 300 gezeigt, das ein beispielhaftes Verfahren zum Kühlen der erhitzten Turbinenkomponente in einem Heißgaspfad einer Turbine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. 3 FIG. 12 illustrates an example method according to which an embodiment of the invention may function. It is a flowchart 300 which illustrates an exemplary method of cooling the heated turbine component in a hot gas path of a turbine in accordance with an embodiment of the invention.

Das beispielhafte Verfahren beginnt in Block 302. In Block 302 wird wenigstens eine Flüssigkeitsquelle bereitgestellt, um ein flüssiges Kühlmittel bzw. eine Kühlflüssigkeit zu, benachbart zu oder in die Nähe einer oder mehrerer erhitzten Turbinenkomponenten zu liefern. In zahlreichen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen kann die erhitzte Turbinenkomponente beispielsweise ein Turbinenleitapparat bzw. eine Turbinendüse, eine Turbinenlaufschaufel, ein Turbinenlaufrad, ein Turbinenmantel oder -deckband oder eine Kombination von diesen sein, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Kühlflüssigkeit Wasser sein, obwohl andere Kühlmittel geliefert werden können. Die Flüssigkeitsquelle steht mit wenigstens einer Flüssigkeitsdüse in Strömungsverbindung, die benachbart zu oder in der Nähe der erhitzten Turbinenkomponente oder -komponenten positioniert ist. Demgemäß lässt sich die eine oder lassen sich die mehreren Flüssigkeitsdüsen betreiben, um die Kühlflüssigkeit von der Flüssigkeitsquelle zu oder in die Nähe der einen oder meh reren erhitzten Turbinenkomponenten zuzuführen. Die Flüssigkeitsdüse oder -düsen kann/können von einer Injektor-Bauart, einer Venturi-Bauart oder dergleichen sein.The example method begins in block 302 , In block 302 At least one fluid source is provided to deliver a liquid coolant to, adjacent to, or proximate to one or more heated turbine components. In numerous different exemplary embodiments, the heated turbine component may be, for example, but not limited to, a turbine nozzle, turbine blade, turbine runner, turbine shroud or shroud, or a combination thereof. In an exemplary embodiment, the coolant may be water, although other coolant may be provided. The liquid source is in fluid communication with at least one fluid nozzle positioned adjacent to or proximate to the heated turbine component or components. Accordingly, one or more of the plurality of fluid nozzles may be operated to supply the cooling fluid from the fluid source to or near the one or more heated turbine components. The fluid nozzle or nozzles may be of an injector type, a Venturi type or the like.

In einem Beispiel kann ein Rohrleitungssystem von der Flüssigkeitsquelle zu der Flüssigkeitsdüse die Strömungsverbindung zwischen diesen schaffen. In beispielhaften Ausführungsformen kann das Rohrleitungssystem, z. B. während eines Turbinenbetriebs, deutlich hohen Temperaturen ausgesetzt sein, was die Kühlflüssigkeit veranlassen kann, in dem Rohrleitungssystem wenigstens teilweise ihre Phase zu wechseln. Somit kann das Verfahren in einer beispielhaften Ausführungsform ferner eine Wärmeisolation des Rohrleitungssystems enthalten, um einen Wärmeübergang auf die Kühlflüssigkeit im Inneren des Rohrleitungssystems aus dessen Umgebung aus zu vermeiden.In an example may be a piping system from the liquid source to the fluid nozzle the flow connection between them. In exemplary embodiments, the piping system, z. During a turbine operation, be exposed to high temperatures, what the coolant at least partially in the piping system to change their phase. Thus, the method can be used in an exemplary embodiment Furthermore, a thermal insulation of the piping system, to transfer heat to the coolant inside the piping system from its surroundings.

Nach dem Block 302 folgt ein Block 304, in dem die Kühlflüssigkeit aus der Flüssigkeitsquelle im Wesentlichen zerstäubt wird. Die Flüssigkeitsdüse kann funktionsmäßig in der Lage sein, die Kühlflüssigkeit im Wesentlichen zu zerstäuben. Ferner kann die Turbine in anderen beispielhaften Ausführungsformen eine Druckbeaufschlagungspumpe zur Druckbeaufschlagung der von der Flüssigkeitsquelle empfangenen Kühlflüssigkeit und auch zur Unterstützung einer Zerstäubung der Kühlflüssigkeit enthalten.After the block 302 follows a block 304 in that the cooling liquid from the liquid source is substantially atomized. The fluid nozzle may be operable to substantially atomize the cooling fluid. Further, in other exemplary embodiments, the turbine may include a pressurizing pump for pressurizing the cooling fluid received from the fluid source and also for assisting atomization of the cooling fluid.

Nach dem Block 304 folgt ein Block 306, in dem die Flüssigkeitsdüse die zerstäubte Kühlflüssigkeit der Luft neben oder in der Nähe der erhitzten Turbinenkomponente oder -komponenten zuführt. Eine Zufuhr der zerstäubten Kühlflüssigkeit in einer im Wesentlichen gleichförmigen Weise zu der von dem Verdichter gelieferten Luft ermöglicht der mit der Luft vermischten Kühlflüssigkeit, ihre Phase im Wesentlichen zu Gas zu än dern, wenn sie innerhalb des Heißgaspfades höheren Temperaturen ausgesetzt wird.After the block 304 follows a block 306 in that the fluid nozzle supplies the atomized cooling fluid to the air adjacent or in the vicinity of the heated turbine component or components. Supplying the atomized cooling liquid in a substantially uniform manner to the air supplied by the compressor allows the cooling liquid mixed with the air to substantially change its phase to gas when exposed to higher temperatures within the hot gas path.

In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Verfahren eine Bereitstellung einer Spüleinheit enthalten, um die Kühlflüssigkeit aus dem Heißgaspfad abzuführen, wenn die Drehzahl der Turbine unter eine vorbestimmte Last reduziert wird. In einer Ausführungsform kann das Abführen der Kühlflüssigkeit aus dem Heißgaspfad vor dem nächsten Anlauf der Turbine durchgeführt werden. In einem anderen Beispiel kann die Kühlflüssigkeit beim Abschalten der Turbine gespült bzw. abgeführt werden.In an exemplary embodiment the method includes providing a purging unit to the coolant from the hot gas path dissipate, when the speed of the turbine is reduced below a predetermined load becomes. In one embodiment can the discharge the cooling liquid from the hot gas path before the next Startup of the turbine performed become. In another example, the cooling liquid may be at shutdown of the turbine rinsed or dissipated become.

4 veranschaulicht ein weiteres beispielhaftes Verfahren, gemäß dem eine Ausführungsform der Erfindung funktionieren kann. Es ist ein Flussdiagramm 400 gezeigt, das ein beispielhaftes Verfahren zum Betreiben einer Turbine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. 4 illustrates another exemplary method according to which an embodiment of the invention may function. It is a flowchart 400 which illustrates an exemplary method of operating a turbine according to one embodiment of the invention.

Das beispielhafte Verfahren beginnt in Block 402. In Block 402 wird die Turbine angelassen. Nach dem Block 402 folgt ein Block 404, in dem die Drehzahl der Turbine gesteigert wird, um die Turbine unter einer vorbestimmten Last zu betreiben. Ein Anlassen und Erhöhen der Drehzahl der Gasturbine führt zu einem Verbrennungsprozess in einer Brennkammer der Gasturbine. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Temperatur der erzeugten Heißgase deutlich oberhalb der Schmelztemperatur verschiedener Turbinenkomponenten liegen, die in dem Heißgaspfad angeordnet sind.The example method begins in block 402 , In block 402 the turbine is started. After the block 402 follows a block 404 in that the speed of the turbine is increased to operate the turbine under a predetermined load. Starting and increasing the rotational speed of the gas turbine leads to a combustion process in a combustion chamber of the gas turbine. In an exemplary embodiment, the temperature of the generated hot gases may be well above the melting temperature of various turbine components disposed in the hot gas path.

Nach dem Block 404 folgt ein Block 406, in dem eine von der Flüssigkeitsquelle empfangene Kühlflüssigkeit zerstäubt wird, die verwendet werden kann, um die eine oder mehreren erhitzten Turbinenkomponenten in dem Heißgaspfad der Turbine zu kühlen. In einem beispielhaften Verfahren zerstäubt eine mit der Flüssigkeitsquelle in Strömungsverbindung stehende Flüssigkeitsdüse im Wesentlichen die Kühlflüssigkeit. In beispielhaften Ausführungsformen kann die Kühlflüssigkeit Wasser sein, obwohl andere Kühlmittel geliefert werden können.After the block 404 follows a block 406 in which a cooling liquid received from the liquid source is atomized, which may be used to cool the one or more heated turbine components in the hot gas path of the turbine. In an exemplary method, a fluid nozzle in fluid communication with the fluid source substantially vaporizes the coolant. In exemplary embodiments, the cooling fluid may be water, although other coolant may be provided.

Nach dem Block 406 folgt ein Block 408, in dem die zerstäubte Kühlflüssigkeit neben oder in der Nähe der erhitzten Turbinenkomponente oder -komponenten geliefert wird. Da in diesem beispielhaften Verfahren die Kühlflüssigkeit in einer zerstäubten Form geliefert und der Luft in dem Heißgaspfad zugeführt wird, der eine Temperatur aufweist, die höher ist als eine Siedetemperatur der Kühlflüssigkeit, vollzieht wenigstens ein Teil der Kühlflüssigkeit einen Phasenwechsel und wird in eine Gasphase umgewandelt. In beispielhaften Ausführungsformen kann die erhitzte Turbinenkomponente oder können die erhitzten Turbinenkomponenten eine Turbinenschaufel, einen Turbinenleitapparat bzw. eine Turbinendüse, ein Turbinenrad, einen Turbinenmantel bzw. ein Turbinendeckband oder dergleichen enthalten.After the block 406 follows a block 408 in which the atomized coolant is delivered adjacent to or near the heated turbine component or components. Because in this exemplary Method, the cooling liquid supplied in an atomized form and the air is supplied in the hot gas path having a temperature which is higher than a boiling temperature of the cooling liquid, at least a part of the cooling liquid undergoes a phase change and is converted into a gas phase. In example embodiments, the heated turbine component or components may include a turbine blade, a turbine nozzle, a turbine wheel, a turbine shroud, or the like.

Nach dem Block 408 folgt ein Block 410, in dem die Drehzahl der Turbine reduziert wird, so dass die Turbine unter einer geringeren als der vorbestimmten Last arbeitet, wie beispielsweise bei einer Verlangsamung oder Abschaltung. Es kann möglich sein, dass bei der Reduktion der Last oder momentanen Unterbrechung des Betriebs der Turbine ein Teil der Kühlflüssigkeit gegebenenfalls keinen Phasenwechsel vollzieht. Die in der Turbine verbleibende Flüssigkeit kann zu Korrosion von Turbinenkomponenten führen und kann eventuell die Erzeugung von Rissen in den Turbinenkomponenten aufgrund eines hohen Belastungsfaktors herbeiführen. Folglich schließt sich an den Block 410 ein Block 412 an, in dem jeder Überschuss einer derartigen Kühlflüssigkeit aus dem Heißgaspfad gespült bzw. abge führt wird. In einem Beispiel kann das Abführen der Kühlflüssigkeit aus dem Heißgaspfad vor einem nächsten Anlauf der Turbine durchgeführt werden. In einem weiteren Beispiel kann die Kühlflüssigkeit beim Abschalten der Turbine abgeführt werden.After the block 408 follows a block 410 in that the speed of the turbine is reduced so that the turbine operates under a load less than the predetermined load, such as during deceleration or shutdown. It may be possible that during the reduction of the load or momentary interruption of the operation of the turbine, a part of the cooling liquid may not undergo a phase change. The liquid remaining in the turbine can lead to corrosion of turbine components and may eventually cause the generation of cracks in the turbine components due to a high loading factor. Consequently, joins the block 410 a block 412 in which any excess of such a cooling liquid is flushed or abge leads from the hot gas path. In one example, the discharge of the cooling liquid from the hot gas path may be performed prior to a next start-up of the turbine. In another example, the cooling liquid may be removed when the turbine is switched off.

In verschiedenen Turbinen kann die Turbineneffizienz durch die Einbringung der Luft in den Heißgaspfad aufgrund dessen, dass die Luft während der Verdichterstufe eine wesentliche Arbeit erfährt, beeinträchtigt sein. Das Einbringen einer Kühlflüssigkeit in die Luft, wie beispielsweise in der vorstehend beschriebenen Weise, erhöht die Kühleffizienz und hilft folglich, die Menge der zur Kühlung der erhitzten Turbinenkomponente verbrauchten Luft zu reduzieren.In Different turbines can increase turbine efficiency through the introduction the air in the hot gas path due to the fact that the air during the compressor stage undergoes an essential work, be impaired. The introduction of a cooling liquid into the air, such as in the one described above Way, increased the cooling efficiency and thus helps to reduce the amount of cooling of the heated turbine component reduce used air.

Mit Hilfe der in der vorstehenden Beschreibung und den zugehörigen Zeichnungen dargebotenen Lehre werden viele Modifikationen und weitere Ausführungsformen der hier angegebenen Beispiele, die diese Beschreibung betrifft, einfallen. Somit ist zu erkennen, dass die Erfindung in vielen Formen verwirklicht sein kann und nicht auf die vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen beschränkt sein sollte. Folglich ist es zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf die speziellen Ausführungsformen, wie sie offenbart sind, beschränkt sein soll und dass die Modifikationen und weitere Ausführungsformen in dem Rahmen der beigefügten Ansprüche mit umfasst sein sollen. Obwohl hier spezielle Ausdrücke verwendet werden, werden sie lediglich in einem allgemeinen und beschreibenden Sinne und nicht für die Zwecke einer Beschränkung verwendet.With Help in the above description and the accompanying drawings presented teachings are many modifications and other embodiments the examples given here, which relates to this description, come to mind. Thus, it will be appreciated that the invention is in many forms be realized and not on those described above exemplary embodiments limited should be. Consequently, it should be understood that the invention is not on the specific embodiments, as disclosed are limited should be and that the modifications and other embodiments in the context of the attached claims to be included. Although here special expressions used they become merely general and descriptive Senses and not for the purpose of a restriction used.

Es sind Systeme und Verfahren zur Kühlung erhitzter Komponenten in einer Turbine geschaffen. Gemäß einer Ausführungsform ist ein System zur Kühlung einer Turbine geschaffen, das wenigstens eine Flüssigkeitsquelle 116 enthalten kann, die ei ne Kühlflüssigkeit enthalten kann. Das System kann ferner wenigstens eine Flüssigkeitsdüse 118 in Fluidverbindung mit der Flüssigkeitsquelle 116 oder den Flüssigkeitsquellen enthalten, die betrieben werden kann, um die Kühlflüssigkeit in einer zerstäubten Form neben wenigstens eine erhitzte Turbinenkomponente zu liefern, die in einem Heißgaspfad 216 der Turbine positioniert ist. Beim Liefern der zerstäubten Kühlflüssigkeit neben die erhitzte(n) Turbinenkomponente oder -komponenten wechselt die Phase wenigstens eines Teils der Kühlflüssigkeit im Wesentlichen zu Gas.Systems are provided for cooling heated components in a turbine. According to one embodiment, there is provided a system for cooling a turbine comprising at least one fluid source 116 may contain, which may contain ei ne cooling liquid. The system may further include at least one fluid nozzle 118 in fluid communication with the fluid source 116 or the liquid sources that may be operated to deliver the cooling liquid in an atomized form adjacent to at least one heated turbine component that is in a hot gas path 216 the turbine is positioned. In delivering the atomized cooling fluid adjacent to the heated turbine component or components, the phase of at least a portion of the cooling fluid substantially gasifies.

102102: TurbinenlaufschaufelTurbine blade
104104: Turbinenleitapparatturbine nozzle
106106: Verdichtercompressor
108108: Innenraum (in dem Turbinenleitapparat)inner space (in the turbine nozzle)
110110: Einleiteinrichtunginducer
112112: Fußfoot
114114: Rohrpipe
116116: Flüssigkeitsquelleliquid source
118118: Flüssigkeitsdüsefluid nozzle
120120: Innenraum (in der Turbinenschaufel)inner space (in the turbine blade)
122122: RohrleitungssystemPiping
124124: Spüleinheitrinsing unit
202202: Turbinenschaufelturbine blade
204204: Öffnungenopenings
206206: Schaufelplattformblade platform
208208: Innenrauminner space
210210: Gemischmixture
212212: Fußfoot
214214: Gasförmiges GemischGaseous mixture
216216: HeißgaspfadHot gas path
218A218A: Erste SeiteFirst page
218B218B: Zweite SeiteSecond page
300300: Verfahrenmethod
302–306302-306: Funktionsblöckefunction blocks
400400: Verfahrenmethod
402–412402-412: Funktionsblöckefunction blocks

Claims

System ( 100 ) for cooling heated components in a hot gas path ( 216 ) a turbine ( 102 ), comprising: at least one liquid source ( 116 ) having a cooling liquid; and at least one fluid nozzle ( 118 ) associated with the at least one fluid source ( 116 ) in Strö tion and is operable to supply the cooling liquid in an atomized form in the vicinity of at least one heated turbine component, which in a hot gas path ( 216 ) of the turbine is arranged; wherein upon delivery of the atomized coolant to the vicinity of the at least one heated turbine component, at least a portion of the coolant substantially changes its phase to gas.

The system of claim 1, further comprising at least one pump for pressurizing the cooling fluid from the at least one fluid source ( 116 ) having.

The system of claim 1, further comprising a pipeline system ( 122 ) comprising the at least one liquid source ( 116 ) and the at least one fluid nozzle ( 118 ) connects to each other.

System according to claim 3, wherein the pipeline system ( 122 ) has a thermal insulation.

The system of claim 1, wherein the cooling fluid Has water.

The system of claim 1, wherein the at least one heated turbine component is at least one of a turbine blade (10). 102 ), a turbine wheel, a turbine nozzle ( 104 ) or a turbine shroud.

The system of claim 1, wherein the at least one heated turbine component comprises a turbine blade (10). 102 ), which has a first page ( 218A ) and a second page ( 218B ) having an interior space ( 120 ) and several openings ( 204 ) extending through at least either the first side ( 218A ) and / or the second page ( 218B extend), and wherein upon supply of the atomized cooling liquid in the vicinity of the turbine blade ( 102 ) at least a portion of the gas through the interior ( 120 ) passes through and from the interior ( 120 ) in the hot gas path ( 216 ) through at least a part of the plurality of openings ( 204 ) passes through.

The system of claim 1, further comprising a flushing unit ( 124 ) for discharging an excess amount of the cooling liquid from the hot gas path ( 216 ) having.

Process for cooling heated components in a hot gas path ( 216 ) of a turbine, comprising: providing ( 302 ) at least one liquid source ( 116 ) having a cooling fluid in fluid communication with at least one fluid nozzle ( 118 ), wherein the at least one fluid nozzle ( 118 ) is positioned in the vicinity of at least one heated turbine component which is in a hot gas path ( 216 ) of the turbine is arranged; Sputtering ( 304 ) of the cooling liquid from the at least one liquid source ( 116 ); and feeding ( 306 ) the atomized cooling liquid in the vicinity of the at least one heated turbine component; wherein, when the atomized cooling fluid is supplied to the vicinity of the at least one heated turbine component, the phase of at least part of the cooling fluid substantially changes to gas.

The method of claim 9, further comprising pressurizing the cooling fluid from the at least one fluid source ( 116 ) by at least one pump.