CH698465A2 - Vorrichtung und Verfahren zur Turbinenkühlung. - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zur Turbinenkühlung. Download PDFInfo
- Publication number
- CH698465A2 CH698465A2 CH00125/09A CH1252009A CH698465A2 CH 698465 A2 CH698465 A2 CH 698465A2 CH 00125/09 A CH00125/09 A CH 00125/09A CH 1252009 A CH1252009 A CH 1252009A CH 698465 A2 CH698465 A2 CH 698465A2
- Authority
- CH
- Switzerland
- Prior art keywords
- turbomachine
- fluid stream
- compressor
- stream
- fluid
- Prior art date
Links
- 238000001816 cooling Methods 0.000 title claims abstract description 46
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 43
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract description 5
- 239000003570 air Substances 0.000 description 48
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 11
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 6
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 4
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 2
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 238000009420 retrofitting Methods 0.000 description 1
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
- F02C6/04—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
- F02C6/06—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output providing compressed gas
- F02C6/08—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output providing compressed gas the gas being bled from the gas-turbine compressor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
- F01D11/02—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by non-contact sealings, e.g. of labyrinth type
- F01D11/04—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by non-contact sealings, e.g. of labyrinth type using sealing fluid, e.g. steam
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
- F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
- F01D11/10—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using sealing fluid, e.g. steam
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
- F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
- F01D25/12—Cooling
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
- F02C7/12—Cooling of plants
- F02C7/16—Cooling of plants characterised by cooling medium
- F02C7/18—Cooling of plants characterised by cooling medium the medium being gaseous, e.g. air
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Es wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Kühlung und/oder Abdichtung einer Gasturbine (214) durch selektive Verstärkung des Drucks von Luft bereitgestellt, die von einer unteren Absaugstufe abgesaugt wird. Der Druck der abgesaugten Luft (226) wird durch einen externen Verdichter (242) verstärkt, bevor er zur Kühlung und/oder Abdichtung der Turbinenkomponenten verfügbar wird. Eine Bypass-Leitung (228) schliesst eine höhere Absaugstufe ein, um Luft zur Kühlung der Turbine bereitzustellen.
Description
Hintergrund der Erfindung
[0001] Gasturbinen ("GT") verwenden allgemein Luft, die von einer oder mehreren Stufe(n)/Öffnung(en) des GT-Hauptverdichters abgezapft wird, um die Kühlung und/oder Abdichtung der Komponenten im Heissgasweg im Inneren der GT zu gewährleisten. Luft wird aus dem Verdichter abgesaugt und von aussen den Stellen im Turbinenabschnitt zugeführt, die einer Kühlung bedürfen. Jede Luft, die im Verdichter verdichtet wird und nicht zur Erzeugung von Verbrennungsgasen genutzt wird, verringert den Wirkungsgrad der Maschine. Deshalb ist es wünschenswert, die Kühlluftmenge, die aus dem Verdichter abgesaugt wird, zu reduzieren.
[0002] Diese Luft muss im Vergleich zum Druck der heissen Verbrennungsgase im Inneren der GT einen ausreichend höheren Druck aufweisen (Gegendrucktoleranz), um einen unbeabsichtigten Heissgaseintritt in das Kühlsystem zu verhindern. Der Druck, der von den Turbinenkomponenten benötigt wird, bestimmt die Stufe, wo die Luft aus dem Verdichter abgesaugt wird. Um einen ausreichenden Versorgungsdruck zu gewährleisten, ist es wünschenswert, Absaugstufen/-öffnungen mit höheren Drucken zu wählen. Ein anderer Parameter, der die verfügbaren Absaugpunkte entlang der Verdichterstufen begrenzt, ist die Lage der Absaugöffnungen, um eine Abdrosselung und Druckschwankungen zu vermeiden.
Doch die Absaugung von Luft aus der frühestmöglichen Stufe des Verdichters wird den Wirkungsgrad des Verdichters erhöhen, indem sie die Menge der Arbeit verringert, die in der abgesaugten Luft verloren geht. Deshalb ist es wünschenswert, den Kühlstrom für Turbinenkomponenten mit ausreichender Gegendrucktoleranz aus der möglichst unteren Absaugstufe des Verdichters zu entnehmen.
[0003] Verdichter weisen Absaugöffnungen auf, die an verschiedenen Stufen angeordnet sind, um Luft mit geeignetem Druck zur Turbinenkühlung über den gesamten Gasturbinen-Betriebsbereich hinweg zu entnehmen. Die Dimensionierung des Systems, um die Auslegungsanforderungen (z.B. Mindestströmung, Gegendrucktoleranz, Quelle und Senke-Druckverhältnis) bei schlechtesten Betriebsbedingungen (d.h., Betriebslast, Umgebungstemperatur) zu erfüllen, führt aber bei anderen Betriebsbedingungen zu einer übermässigen Verdichterabzapfung. Dies führt zu Verlusten sowohl in der Nutzleistungsabgabe als auch im Wirkungsgrad.
[0004] Fig. 1 zeigt die grundsätzliche Arbeitsweise konventioneller Kühlsysteme in Turbomaschinen. Der Verdichter 10 weist einen Einlass 16 auf, um Umgebungsluft anzusaugen. Verdichterluft kann von verschiedenen Stellen des Verdichters abgesaugt und verschiedenen Stellen der Turbine 14 zugeführt werden, die einer Kühlung bedürfen. Die Absaugstellen werden gewählt, um Luft mit den erforderlichen Drucken zuzuführen. Die verbleibende Verdichterluft 18 wird der Brennkammer 12 zugeführt, wo sie mit Brennstoff 20 vermischt wird. Das heisse Verbrennungsgas wird dann über den Strom 22 der Turbinenkomponente 14 zugeführt. Eine Einzelwelle 34 treibt den Generator 32 an. Die Ströme 26, 28 und 30 stellen Kühlluftentnahmen aus dem Verdichter dar, die zum Turbinenabschnitt der. Turbomaschine geleitet werden, um Heissgasweg-Komponenten zu kühlen.
Die Ströme 26 und 28 führen jeweils die Nieder- und Zwischendruck-Kühlluft zu und können über externe Rohrleitungen zu den Teilen geleitet werden, die einer Kühlung bedürfen. Der Strom 30 führt das Hochdruck-Kühlmittel zu und wird von einer höheren Stufe (z.B. Stufe 15 oder Stufe 16 oder dem Verdichterauslass) abgesaugt, um die Gegendrucktoleranz sowie den Massendurch-satzbedarf zu erfüllen. Der Strom 30 wird typischerweise durch das Innere der Turbomaschine geführt, z.B. durch die Bohrung des Verdichterturbinenläufers.
[0005] Zwischen- und/oder Niederdruck-Luft durchläuft eine konventionelle Öffnung, die den zur Kühlung zugeführten Massendurchsatz reguliert und den Überdruck senkt, bevor sie in die Turbine 14 eintritt, z.B. in die Turbinenstufen-Düse. Die statische Öffnungen lässt jedoch keine Anpassung an Tagesschwankungen in der Umgebungstemperatur zu. Da die Schwankung in der Umgebungstemperatur eine Schwankung im Luftdruck verursacht, führt dieses Design zu einer übermässigen Kühlluftabsaugung und zu einer begleitenden Leistungseinbusse.
[0006] Als Modifikation des obigen Systems wird typischerweise ein strömungsmodulierendes Ventil in den Weg der Zwischen- und/oder Niederdruck-Luft eingefügt, um die Regulierung der Kühlluftdurchflussmenge bei Tagesschwankungen der Umgebungstemperatur zu unterstützen. Dies beseitigt aber nicht die Drosselungsanforderung.
[0007] Eine weitere Modifikation, wie in US 6 550 253 erläutert, beinhaltet die Verwendung einer Strahldüse im Zwischenströmungsweg. In diesem modifizierten System dient der Strom aus unteren Stufen (zum Beispiel Absaugluft aus der 9. Stufe) als Absaugstrom, und Luft, die aus mittleren Stufen (zum Beispiel aus der 13. Stufe) abgesaugt wird, wird als Antriebsstrom genutzt. Dies führt zu Einsparungen in der teuren Kühlluft aus mittleren Stufen und der zugehörigen Verdichtungsarbeit. Die Leistung einer Strahldüse ist Schwankungen des vorgeordneten Saugdrucks sowie des Auslassdrucks gegenüber sehr empfindlich. Aus diesem Grunde wird die Leistung stark durch Tagesschwankungen in der Umgebungstemperatur beeinflusst.
[0008] Priestley (US 6 389 793) offenbart ein anderes Kühlverfahren, bei dem ein externer Verdichter, der mit Umgebungsluft versorgt wird, parallel zum Hauptverdichter der GT installiert ist. Dies erhöht die Verfügbarkeit von Luft für die Verbrennung und erhöht dadurch die Leistungsabgabe der GT. Fig. 2 zeigt ein Beispiel dieses alternativen Verfahrens. Der Einfachheit halber werden für entsprechende Komponenten ähnliche Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet, jedoch mit einer vorstehenden "1". Die jeweiligen Nieder-, Zwischen- und Hochdruck-Kühlluftströme 126, 128 und 130 werden vom einem separaten externen Verdichter 136 erzeugt, der durch den Motor 138 angetrieben wird. Dieses Verfahren setzt aber voraus, dass der externe Verdichter hohe Druckverhältnisse erzeugt und daher dementsprechend ausgelegt ist.
Zusätzlich sind die betreffenden Volumenströme hoch, was die Grösse, das Gewicht und daher die Kosten des externen Verdichters erhöht.
[0009] Kozak (US 4 901 520) offenbart ein Kühlsystem für einen GT-Motor, bei dem Luft aus dem Endverdichter abgezapft wird und danach zusätzlich durch einen Nebenverdichter unter Druck gesetzt wird, um den Druck zu erhöhen, bevor sie dem Turbinenabschnitt des Motors zugeführt wird. Doch im obigen Kühlsystem ist der Nebenverdichter im Inneren der Gasturbine, eine Erweiterung des ersten Hauptverdichters. Zusätzlich dazu, dass der Absaugdruck hoch ist, bleibt die Endtemperatur der Luft hinter dem Nebenverdichter hoch. Deshalb gibt es keine Senkung im Kühlstrombedarf und keine damit verbundenen Vorteile in der Reduktion der nicht ladbaren Luft.
Kurze Beschreibung der Erfindung
[0010] Hierin wird eine Vorrichtung und ein Verfahren beschrieben, um den Fluidstrom in einer Turbomaschine durch selektive Verstärkung des Drucks des aus einer Absaugstufe abgesaugten Fluidstroms zu regulieren. Ein erster Fluidstrom wird in einem Verdichter der Turbomaschine hergestellt und zu einer externen Komponente der Turbomaschine zur selektiven Verstärkung des Drucks des Fluidstroms geleitet. Der resultierende zweite Fluidstrom wird einer inneren Komponente der Turbomaschine zur Kühlung zugeführt. Das Verfahren beseitigt die Notwendigkeit, den Druck weit über den Versorgungspunktdruck zu erhöhen, wie dies bei verfügbaren Verdichterabsaugöffnungen erforderlich ist, wie im konventionellen Design, wodurch der Wirkungsgrad der gekühlten Turbomaschinen, z.B. Gasturbinen, erhöht wird.
Die resultierende Abnahme in der Auslasstemperatur der Kühlluft ergibt eine Abnahme in der Gesamtmasse, die aus dem Verdichter abgesaugt wird, wodurch weniger ladbare Luft erzeugt wird, die hinter der Brennkammer der Turbomaschine eingeleitet wird. Der erhöhte Massenstrom zur Brennkammer sorgt für mehr Leistungsabgabe, indem mehr Brennstoff in der Gasturbine verbrannt wird.
[0011] In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Absaugöffnung auf, aus welcher ein erster Fluidstrom erzeugt wird und zu einer ersten Stelle ausserhalb der Turbomaschine geleitet wird, und eine Komponente ausserhalb der Turbomaschine, die einen zweiten Fluidstrom herstellt, dessen Druck höher ist als der Druck des ersten Stroms. Dann wird der zweite Strom zu einer zweiten Stelle im Inneren der Turbomaschine geleitet, um die Komponenten darin zu kühlen und/oder abzudichten.
[0012] In einer anderen Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Bereitstellung von Kühl- und/oder Abdichtungsluft im Inneren einer Turbomaschine das Absaugen eines ersten Fluidstroms aus einer Absaugstufe, das Leiten des Stroms zu einer ersten Stelle ausserhalb der Turbomaschine und das Erzeugen eines zweiten Stroms, dessen Druck höher ist als der des ersten Stroms, und das Zuführen des zweiten Stroms mit dem verstärkten Druck zu Komponenten im Inneren der Turbomaschine.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0013]
<tb>Fig. 1<sep>ist ein schematisches Diagramm eines konventionellen Kühlverfahrens für Gasturbinen.
<tb>Fig. 2<sep>zeigt eine Variante eines konventionellen Kühlverfahrens, das einen externen Verdichter zeigt, der mit Umgebungsluft versorgt wird.
<tb>Fig. 3<sep>ist ein schematisches Diagramm eines Kühlverfahrens für Gasturbinen nach einer Ausführungsform der Erfindung.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
[0014] Fig. 3 zeigt eine beispielhafte veranschaulichende Ausführungsform zur Regelung der Eigenschaften eines Fluidstroms in Turbomaschinen durch selektive Verstärkung. Der Einfachheit halber werden für entsprechende Komponenten ähnliche Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet, jedoch mit einer vorstehenden "2". Der Ausdruck "selektive Verstärkung" bedeutet das Erhöhen des Drucks von Luft, die mindestens zum Teil aus einer Absaugstufe eines Verdichters der Turbomaschine abgesaugt wird, auf einen gewünschten Wert, und dann das Verwenden dieser Luft zur Kühlung und/oder Abdichtung der Gasturbinenkomponenten der Turbomaschine, statt direkt Verdichterluft mit hohem Druck als Kühlluft zu verwenden.
[0015] In einer beispielhaften veranschaulichenden Ausführungsform wird Luft 226 aus einer Verdichterstufe mit Luft bei einem relativ niedrigem Druck (zum Beispiel die 9. Stufe) abgesaugt, die nach dem Durchlauf des Absperrventils 240 den externen Zusatzverdichter 242 erreicht. Der externe Verdichter erhöht den Druck der Zuluft auf einen erforderlichen Wert und macht sie für die Kühlung und/oder Abdichtung einer Komponente verfügbar, zum Beispiel der Düse und dem Hohlraum der Turbinenstufe der Turbine 214, die hinter dem externen Zusatzverdichter liegt. Demgegenüber wird in konventionellen Kühlsystemen die Absaugung aus einer Stufe durchgeführt, die höher ist als die untere Stufe (z.B., die 13. Stufe des Verdichters), um Kühlluft bereitzustellen, die die Gegendruckanforderung erfüllt.
[0016] In einer anderen beispielhaften veranschaulichenden Ausführungsform wird eine Bypass-Leitung zur Kühlung der Turbine mit Luft 228 vorgesehen, die aus einer Zwischendruck-Stufe (zum Beispiel die 13. Stufe des Verdichters) abgesaugt wird. Die Luft 228 durchläuft das Modulationsventil 244, bevor sie an die Turbine 214 abgegeben wird. Die Verwendung einer bestehenden Leitung (siehe z.B. Fig. 1und die Leitung 28 darin) als Bypass-Leitung erleichtert den Kühlstrom bei einem Ausfall des externen Verdichters, wodurch der Kühl- und/oder Abdichtungs-. betrieb für die Turbine wiederhergestellt wird, die Zuverlässigkeit des Kühl- und/oder AbdichtSystems erhöht wird und die Nachrüstung dieses Designs in bestehenden Systemen vereinfacht wird.
[0017] Zusätzlich zur Hauptleitung und Bypass-Leitung kann eine Leitung 236 vorgesehen werden, die von der Hauptleitung 226 abzweigt. Dies entspricht der gleichen Niederdruck-Absaugleitung zur Versorgung der hinteren Turbinenstufen wie in den konventionellen Kühlsystemen. Luft 236 läuft durch das Modulationsventil 244, bevor sie an einer anderen Stelle der Turbine verfügbar wird. Überdies stellt die Leitung 230 Abzapfluft mit relativ hohem Druck dar, die zum Beispiel aus Stufe 15 oder Stufe 16 des Verdichters oder einem Verdichterauslasspunkt abgesaugt wird. Diese Luft wird innen geführt und zur Kühlung anderer Stellen der Turbine genutzt, z.B. der Brennkammerauskleidungen, der Schaufeln der 1. und/oder 2. Stufe, der Eingangsstufen und Düsen.
[0018] Die Verwendung der unter Druck gesetzten Luft der unteren Stufen beseitigt die Notwendigkeit hoher Verdichtungsverhältnisse für den Zusatzverdichter. Ferner werden die Volumenströme auf signifikante Weise reduziert, fast um ein Siebtel im Vergleich zu einem konventionellen Kühlsystem in Umgebungsluft, wodurch die Grösse, das Gewicht und die Kosten des Verdichters auf wünschenswerte Weise reduziert werden.
[0019] Das Kühlverfahren der beispielhaften veranschaulichenden Ausführungsform, die hierin vorgestellt wurde, beseitigt die Verdichterarbeit, die notwendig ist, um den Druck weit über den Versorgungspunktdruck für die Turbinenkom-ponentenkühlung zu erhöhen. Dies verbessert den Wirkungsgrad und die Nettoleistung von Gasturbinen, selbst unter Berücksichtigung der benötigten Zusatzverdichter-Leistung.
[0020] Zusätzlich führt die Senkung in der Auslasstemperatur der Kühlluft, die auf den reduzierten Auslassdruck zurückzuführen ist, zu einer nachfolgenden Abnahme in der Gesamtluftmasse, die aus dem Verdichter abgesaugt wird. Dies erhöht die Verfügbarkeit der nicht ladbaren Luft, was zu einem erhöhten Massendurchsatz zur Brennkammer führt. Die zusätzliche Luft kann zur Erhöhung der Leistungsabgabe genutzt werden, indem in der GT mehr Brennstoff verbrannt wird.
[0021] Das Kühl- und Abdichtungssystem mit selektiver Verstärkung verwendet externe, im Handel erhältliche Verdichter, die z. B. durch eine thermische, elektrische, hydraulische, chemische Quelle oder eine Kombination davon angetrieben werden kann, die im Vergleich zu Vorrichtungen wie Strahldüsen viel leistungsfähiger sind. Zudem ist ihre Leistung Tagesschwankungen der Umgebungstemperatur gegenüber nicht sehr empfindlich.
[0022] Allgemein benutzt sich die schriftliche Beschreibung Beispiele, um die Erfindung einschliesslich der besten Art der Ausführung zu offenbaren, und auch, um dem Fachmann die Umsetzung der Erfindung in die Praxis zu erlauben, einschliesslich der Herstellung und Anwendung von Geräten und Systemen und der Durchführung der zugehörigen Verfahren. Der patentfähige Umfang der Erfindung wird durch die Ansprüche definiert und kann andere Beispiele einschliessen, die dem Fachmann einfallen werden. Derartige andere Beispiele liegen im Umfang der vorliegenden Erfindung,-wenn sie Strukturelemente aufweisen, die nicht vom Wortlaut der Ansprüche abweichen, oder wenn sie äquivalente Strukturelemente mit unwesentlichen Abweichungen vom Wortlaut der Ansprüche aufweisen.
[0023] Auch wenn die Erfindung in Verbindung mit dem beschrieben wurde, was gegenwärtig als die praktischste und bevorzugte Ausführungsform betrachtet wird, versteht es sich, dass die Erfindung sich nicht auf die offenbarte Ausführungsform beschränkt, sondern im Gegenteil verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen abdecken soll, die im Geist und Umfang der beiliegenden Ansprüche liegen.
Claims (10)
1. Verfahren zur Bereitstellung eines Kühl- und/oder Abdichtungsfluidstroms in Turbomaschinen, umfassend:
a) das Herstellen eines ersten Fluidstroms (226) in der Turbomaschine und das Leiten des ersten Fluidstroms zu einer ersten Stelle ausserhalb der Turbomaschine;
b) das Herstellen eines zweiten Fluidstroms an dieser ersten Stelle, wobei dieser zweite Fluidstrom einen Druck aufweist, der höher ist als der Druck des ersten Fluidstroms; und
c) das Zuführen des zweiten Fluidstroms an eine zweite Stelle im Inneren der Turbomaschine, wobei der Schritt des Herstellens eines ersten Fluidstroms (226) das Absaugen des ersten Fluidstroms (226) aus einer Stufe eines Verdichters (210) umfasst, der Teil der Turbomaschine ist,
der Schritt des Herstellens eines zweiten Fluidstroms das Leiten des ersten Fluidstroms (226) durch einen externen Zusatzverdichter (242) umfasst, und
wobei der Schritt des Zuführens des zweiten Fluidstroms an eine zweite Stelle das Bereitstellen dieses zweiten Fluidstroms für eine Gasturbinenkomponente (214) umfasst, die Teil der Turbomaschine ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, ausserdem umfassend das Leiten des ersten Fluidstroms (226) durch ein erstes Absperrventil (240), bevor er in den externen Zusatzverdichter (242) eintritt, und das Leiten des aus dem externen Zusatzverdichter (242) austretenden Fluidstroms durch ein zweites Absperrventil (240), bevor er der zweiten Stelle zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, ausserdem umfassend das Herstellen eines dritten Fluidstroms (228) in der Turbomaschine und das Zuführen des dritten Fluidstroms an die zweite Stelle der Turbomaschine, wobei der Schritt des Herstellens eines dritten Fluidstroms (228) in der Turbomaschine das Absaugen des dritten Fluidstroms (228) von einer anderen Stufe des zur Turbomaschine gehörigen Verdichters (210) mit einem Druck umfasst, der höher ist als der Druck des ersten Fluidstroms (226).
4. Verfahren nach Anspruch 3, ausserdem umfassend das Leiten des dritten Fluidstroms (228) durch ein Modulationsventil (244).
5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Temperatur des zweiten Fluidstroms niedriger ist als die des dritten Stroms (228), was zu einem reduzierten Massendurchsatzbedarf für die Kühlung führt, einen erhöhten Massendurchsatz zu einer Brennkammer (212) bewirkt, die Teil der Turbomaschine ist, und die Ausgangsleistung der Turbomaschine erhöht.
6. Vorrichtung zur Bereitstellung eines Kühl- und/oder Abdichtungsfluidstroms in Turbomaschinen, umfassend:
a) eine erste Absaugöffnung, um einen ersten Fluid-, ström (226) in der Turbomaschine herzustellen und den ersten Fluidstrom zu einer ersten Stelle ausserhalb der Turbomaschine zu leiten;
b) eine Komponente (242) an dieser ersten Stelle ausserhalb der Turbomaschine, um einen zweiten Strom an der ersten Stelle herzustellen, wobei dieser zweite Fluidstrom einen Druck aufweist, der höher ist als der Druck des ersten Fluidstroms; wobei der zweite Strom einer zweiten Stelle im Inneren der Turbomaschine zugeführt wird,
wobei der erste Fluidstrom (226) von einer ersten Absaugöffnung eines Verdichters (210) abgesaugt wird, der Teil der Turbomaschine ist, und der erste Fluidstrom (226) einen externen Zusatzverdichter (242) durchläuft, um den zweiten Fluidstrom herzustellen, und
wobei der zweite Fluidstrom einer Gasturbinenkomponente (214) zugeführt wird, die Teil der Turbomaschine ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, ausserdem umfassend ein erstes Absperrventil (240), das zwischen der ersten Absaugöffnung und dem externen Zusatzverdichter (242) angeordnet ist, und ein zweites Absperrventils (240), das zwischen dem externen Zusatzverdichter (242) und der zweiten Stelle angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, ausserdem umfassend eine Bypass-Leitung (228) zum Herstellen eines dritten Fluidstroms (228) in der Turbomaschine und zum Zuführen des dritten Fluidstroms (228) an der zweiten Stelle der Turbomaschine, um die Zuverlässigkeit des Turbomaschinensystems und die Nachrüstfähigkeit. am bestehenden System zu erhöhen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, ausserdem umfassend ein Modulationsventil (244), das zwischen der zweiten Absaugöffnung und der zweiten Stelle angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Temperatur des zweiten Fluidstroms niedriger ist als die des dritten Stroms (228), was zu einem geringeren Massendurchsatzbedarf zur Kühlung führt, einen erhöhten Massendurchsatz zu einer Brennkammer (212) bewirkt, die Teil der Turbomaschine ist, und die Ausgangsleistung der Turbomaschine erhöht.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US12/024,235 US8096747B2 (en) | 2008-02-01 | 2008-02-01 | Apparatus and related methods for turbine cooling |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CH698465A2 true CH698465A2 (de) | 2009-08-14 |
Family
ID=40822311
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CH00125/09A CH698465A2 (de) | 2008-02-01 | 2009-01-28 | Vorrichtung und Verfahren zur Turbinenkühlung. |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8096747B2 (de) |
| JP (1) | JP2009185807A (de) |
| CN (1) | CN101498244A (de) |
| CH (1) | CH698465A2 (de) |
| DE (1) | DE102009003408A1 (de) |
Families Citing this family (64)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL2003264C2 (en) * | 2009-07-23 | 2011-01-25 | Micro Turbine Technology B V | Method for manufacturing a micro gas turbine. |
| US8997500B2 (en) | 2010-02-19 | 2015-04-07 | United Technologies Corporation | Gas turbine engine oil buffering |
| US8516828B2 (en) | 2010-02-19 | 2013-08-27 | United Technologies Corporation | Bearing compartment pressurization and shaft ventilation system |
| JP5595232B2 (ja) * | 2010-11-09 | 2014-09-24 | 三菱重工業株式会社 | ガスタービンおよび冷却方法 |
| EP2562369B1 (de) * | 2011-08-22 | 2015-01-14 | Alstom Technology Ltd | Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinenanlage sowie Gasturbinenanlage zur Durchführung des Verfahrens |
| US10724431B2 (en) | 2012-01-31 | 2020-07-28 | Raytheon Technologies Corporation | Buffer system that communicates buffer supply air to one or more portions of a gas turbine engine |
| US9194248B2 (en) * | 2012-06-07 | 2015-11-24 | General Electric Company | Reheat steam bypass system |
| RU2563445C2 (ru) * | 2012-07-13 | 2015-09-20 | Альстом Текнолоджи Лтд | Способ и устройство для регулирования помпажа газотурбинного двигателя |
| US10480418B2 (en) | 2012-10-26 | 2019-11-19 | Powerphase Llc | Gas turbine energy supplementing systems and heating systems, and methods of making and using the same |
| WO2014066276A2 (en) * | 2012-10-26 | 2014-05-01 | Kraft Robert J | Gas turbine energy supplementing systems and heating systems, and methods of making and using the same |
| US8893510B2 (en) * | 2012-11-07 | 2014-11-25 | Siemens Aktiengesellschaft | Air injection system in a gas turbine engine |
| US9670796B2 (en) | 2012-11-07 | 2017-06-06 | General Electric Company | Compressor bellmouth with a wash door |
| US10272475B2 (en) | 2012-11-07 | 2019-04-30 | General, Electric Company | Offline compressor wash systems and methods |
| JP6030462B2 (ja) * | 2013-01-30 | 2016-11-24 | 株式会社Ihi | 加圧焼却設備及び加圧焼却方法 |
| US20160069264A1 (en) * | 2013-07-22 | 2016-03-10 | Joseph D. Brostmeyer | Gas turbine engine with turbine cooling and combustor air preheating |
| EP2857656A1 (de) * | 2013-10-01 | 2015-04-08 | Alstom Technology Ltd | Gasturbine mit Kühlluftkühlsystem und Verfahren zum Betrieb einer Gasturbine bei niedriger Teillast |
| US10371055B2 (en) | 2015-02-12 | 2019-08-06 | United Technologies Corporation | Intercooled cooling air using cooling compressor as starter |
| US10731560B2 (en) | 2015-02-12 | 2020-08-04 | Raytheon Technologies Corporation | Intercooled cooling air |
| US20160237905A1 (en) * | 2015-02-12 | 2016-08-18 | United Technologies Corporation | Intercooled cooling air |
| US9856793B2 (en) | 2015-02-12 | 2018-01-02 | United Technologies Corporation | Intercooled cooling air with improved air flow |
| US11808210B2 (en) | 2015-02-12 | 2023-11-07 | Rtx Corporation | Intercooled cooling air with heat exchanger packaging |
| US10145269B2 (en) | 2015-03-04 | 2018-12-04 | General Electric Company | System and method for cooling discharge flow |
| JP6585073B2 (ja) | 2015-04-02 | 2019-10-02 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | ターボ機械におけるホイールおよびバケットのためのヒートパイプ温度管理システム |
| US9797310B2 (en) | 2015-04-02 | 2017-10-24 | General Electric Company | Heat pipe temperature management system for a turbomachine |
| US9850819B2 (en) | 2015-04-24 | 2017-12-26 | United Technologies Corporation | Intercooled cooling air with dual pass heat exchanger |
| US10480419B2 (en) | 2015-04-24 | 2019-11-19 | United Technologies Corporation | Intercooled cooling air with plural heat exchangers |
| US10830148B2 (en) | 2015-04-24 | 2020-11-10 | Raytheon Technologies Corporation | Intercooled cooling air with dual pass heat exchanger |
| US10221862B2 (en) | 2015-04-24 | 2019-03-05 | United Technologies Corporation | Intercooled cooling air tapped from plural locations |
| US10100739B2 (en) | 2015-05-18 | 2018-10-16 | United Technologies Corporation | Cooled cooling air system for a gas turbine engine |
| EP3109437A1 (de) * | 2015-06-22 | 2016-12-28 | United Technologies Corporation | Zwischengekühlte kühlluft mit hilfskompressorsteuerung |
| EP3109436B1 (de) * | 2015-06-22 | 2020-02-26 | United Technologies Corporation | Gasturbine mit zwischengekühlter kühlluft mit verbessertem luftstrom |
| EP3109438B1 (de) * | 2015-06-22 | 2019-09-18 | United Technologies Corporation | Zwischengekühlte kühlluft mit mehreren wärmetauschern |
| US9752503B2 (en) * | 2015-06-29 | 2017-09-05 | General Electric Company | Power generation system exhaust cooling |
| US10794288B2 (en) | 2015-07-07 | 2020-10-06 | Raytheon Technologies Corporation | Cooled cooling air system for a turbofan engine |
| US10578028B2 (en) | 2015-08-18 | 2020-03-03 | General Electric Company | Compressor bleed auxiliary turbine |
| US10711702B2 (en) * | 2015-08-18 | 2020-07-14 | General Electric Company | Mixed flow turbocore |
| US10066632B2 (en) * | 2015-12-10 | 2018-09-04 | General Electric Company | Inlet bleed heat control system |
| US10443508B2 (en) | 2015-12-14 | 2019-10-15 | United Technologies Corporation | Intercooled cooling air with auxiliary compressor control |
| US10330010B2 (en) * | 2015-12-14 | 2019-06-25 | United Technologies Corporation | Compressor core inner diameter cooling |
| US20170218844A1 (en) * | 2016-02-01 | 2017-08-03 | United Technologies Corporation | Cooling air for variable area turbine |
| US20170241340A1 (en) * | 2016-02-19 | 2017-08-24 | United Technologies Corporation | Turbocompressor for aircraft environmental control system |
| US20170306847A1 (en) * | 2016-04-26 | 2017-10-26 | United Technologies Corporation | Combined Drive for Cooling Air Using Cooing Compressor and Aircraft Air Supply Pump |
| US10746181B2 (en) * | 2016-08-22 | 2020-08-18 | Raytheon Technologies Corporation | Variable speed boost compressor for gas turbine engine cooling air supply |
| US10563577B2 (en) * | 2016-08-22 | 2020-02-18 | United Technologies Corporation | Low rotor boost compressor for engine cooling circuit |
| US10669940B2 (en) | 2016-09-19 | 2020-06-02 | Raytheon Technologies Corporation | Gas turbine engine with intercooled cooling air and turbine drive |
| JP6218095B2 (ja) * | 2016-10-20 | 2017-10-25 | 株式会社Ihi | 加圧焼却設備 |
| US10794290B2 (en) | 2016-11-08 | 2020-10-06 | Raytheon Technologies Corporation | Intercooled cooled cooling integrated air cycle machine |
| US10550768B2 (en) | 2016-11-08 | 2020-02-04 | United Technologies Corporation | Intercooled cooled cooling integrated air cycle machine |
| US11242799B2 (en) | 2016-12-09 | 2022-02-08 | Powerphase International, Llc | Air logic control for auxiliary air injection system |
| JP2018096352A (ja) * | 2016-12-16 | 2018-06-21 | 川崎重工業株式会社 | ガスタービンエンジンおよびその制御方法 |
| US10961911B2 (en) | 2017-01-17 | 2021-03-30 | Raytheon Technologies Corporation | Injection cooled cooling air system for a gas turbine engine |
| US10995673B2 (en) | 2017-01-19 | 2021-05-04 | Raytheon Technologies Corporation | Gas turbine engine with intercooled cooling air and dual towershaft accessory gearbox |
| US10577964B2 (en) | 2017-03-31 | 2020-03-03 | United Technologies Corporation | Cooled cooling air for blade air seal through outer chamber |
| US10711640B2 (en) | 2017-04-11 | 2020-07-14 | Raytheon Technologies Corporation | Cooled cooling air to blade outer air seal passing through a static vane |
| US10738703B2 (en) * | 2018-03-22 | 2020-08-11 | Raytheon Technologies Corporation | Intercooled cooling air with combined features |
| US10830145B2 (en) | 2018-04-19 | 2020-11-10 | Raytheon Technologies Corporation | Intercooled cooling air fleet management system |
| US10808619B2 (en) | 2018-04-19 | 2020-10-20 | Raytheon Technologies Corporation | Intercooled cooling air with advanced cooling system |
| US10718233B2 (en) | 2018-06-19 | 2020-07-21 | Raytheon Technologies Corporation | Intercooled cooling air with low temperature bearing compartment air |
| US11255268B2 (en) | 2018-07-31 | 2022-02-22 | Raytheon Technologies Corporation | Intercooled cooling air with selective pressure dump |
| PL435035A1 (pl) * | 2020-08-20 | 2022-02-21 | General Electric Company Polska Spółka Z Ograniczoną Odpowiedzialnością | Gazowe silniki turbinowe zawierające wbudowane maszyny elektryczne i powiązane układy chłodzenia |
| US12286928B2 (en) * | 2020-10-28 | 2025-04-29 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Compressed air supply system |
| US11815022B2 (en) * | 2021-08-06 | 2023-11-14 | Rtx Corporation | Platform serpentine re-supply |
| US20250027445A1 (en) * | 2023-07-21 | 2025-01-23 | Raytheon Technologies Corporation | Buffer air assembly for an aircraft engine |
| US12410748B1 (en) * | 2024-05-21 | 2025-09-09 | Rtx Corporation | Boost compressor augmentation for hybrid electric thermal management systems |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2940257A (en) * | 1953-03-27 | 1960-06-14 | Daimler Benz Ag | Cooling arrangement for a combustion turbine |
| US4901520A (en) | 1988-08-12 | 1990-02-20 | Avco Corporation | Gas turbine pressurized cooling system |
| US5724806A (en) | 1995-09-11 | 1998-03-10 | General Electric Company | Extracted, cooled, compressed/intercooled, cooling/combustion air for a gas turbine engine |
| US5782076A (en) | 1996-05-17 | 1998-07-21 | Westinghouse Electric Corporation | Closed loop air cooling system for combustion turbines |
| US5755556A (en) * | 1996-05-17 | 1998-05-26 | Westinghouse Electric Corporation | Turbomachine rotor with improved cooling |
| US5778675A (en) | 1997-06-20 | 1998-07-14 | Electric Power Research Institute, Inc. | Method of power generation and load management with hybrid mode of operation of a combustion turbine derivative power plant |
| US6038849A (en) | 1998-07-07 | 2000-03-21 | Michael Nakhamkin | Method of operating a combustion turbine power plant using supplemental compressed air |
| JP2001271655A (ja) * | 2000-03-24 | 2001-10-05 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 循環空冷式ガスタービン |
| US6389793B1 (en) | 2000-04-19 | 2002-05-21 | General Electric Company | Combustion turbine cooling media supply system and related method |
| US6550253B2 (en) | 2001-09-12 | 2003-04-22 | General Electric Company | Apparatus and methods for controlling flow in turbomachinery |
| JP3872407B2 (ja) * | 2002-09-24 | 2007-01-24 | 株式会社日立製作所 | コンバインド発電プラントおよびクローズド空気冷却ガスタービンシステム |
| US7581401B2 (en) * | 2005-09-15 | 2009-09-01 | General Electric Company | Methods and apparatus for cooling gas turbine engine components |
-
2008
- 2008-02-01 US US12/024,235 patent/US8096747B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2009
- 2009-01-23 JP JP2009012444A patent/JP2009185807A/ja not_active Withdrawn
- 2009-01-28 CH CH00125/09A patent/CH698465A2/de not_active Application Discontinuation
- 2009-01-29 DE DE102009003408A patent/DE102009003408A1/de not_active Withdrawn
- 2009-02-01 CN CNA2009100070338A patent/CN101498244A/zh active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101498244A (zh) | 2009-08-05 |
| US8096747B2 (en) | 2012-01-17 |
| JP2009185807A (ja) | 2009-08-20 |
| DE102009003408A1 (de) | 2009-08-06 |
| US20090196736A1 (en) | 2009-08-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CH698465A2 (de) | Vorrichtung und Verfahren zur Turbinenkühlung. | |
| DE102008037481B4 (de) | System zur Zuführung von Luft von einem Mehrstufenverdichter zu einem Turbinenabschnitt einer Gasturbine | |
| DE102021201627A1 (de) | Wärmekraftmaschine mit Dampfzufuhrvorrichtung | |
| EP2394041B1 (de) | Brennkraftmaschine | |
| DE102004051359B4 (de) | Kompressorsystem sowie damit ausgestattetes Brennstoffzellensystem und Verfahren zur Luftversorgung eines Brennstoffzellensystems | |
| CH697807A2 (de) | Verbrennungsgasturbinenvorrichtung mit Kühlung von Heissgaswegteilen durch von externem Verdichter zugeführtem Kühlmedium sowie Betriebsverfahren dazu. | |
| EP1442203A1 (de) | Verfahren zur steuerung der kühlluftmassenströme einer gasturbogruppe | |
| EP2136052A1 (de) | Turboproptriebwerk mit einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Kühlluftstroms | |
| DE10216953B4 (de) | Vorrichtung und Verfahren zur Versorgung einer Brennstoffzelle mit Prozessluft und deren Verwendung | |
| DE10236324A1 (de) | Verfahren zum Kühlen von Turbinenschaufeln | |
| CH707919A2 (de) | System und Verfahren zur Erhöhung der Gasturbinenausgangsleistung. | |
| WO1999063204A1 (de) | Gasturbine sowie verfahren zur kühlung einer turbinenstufe | |
| DE19748078B4 (de) | Turboverdichtetes Brennstoffversorgungssystem für einen Gasbrennstoffmotor | |
| CH703587A2 (de) | Druckbetätigter Stopfen. | |
| DE102009025754A1 (de) | Turbomaschine und Verfahren zum Verbessern des Wirkungsgrades in einer Turbomaschine | |
| DE102013201482B3 (de) | Mehrstufiger Verdichter | |
| CH699395A1 (de) | Gasturbine und verfahren zu deren betrieb. | |
| DE19902437A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum schnellen Anfahren und zur schnellen Leistungssteigerung einer Gasturbinenanlage | |
| CH706939A2 (de) | Leistungserhöhungssysteme und Netzfrequenzsteuerung. | |
| DE102022112099A1 (de) | Brennstoffzellensystem und Verfahren zu dessen Betrieb | |
| DE102015110044A1 (de) | Verbundene Gasturbinen-Zusatzsysteme | |
| DE102012000886A1 (de) | Elektrischer Turbolader zur Luftversorgung einer Brennstoffzelle | |
| DE2623945A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zum beeinflussen des beschleunigungsplans in abhaengigkeit von einer kompressorabzapfung | |
| DE102012224009A1 (de) | Verfahren zum Betreiben einer Gasturbine | |
| WO2023208459A1 (de) | Verfahren zum betreiben eines mehrstufigen luftverdichtungssystems, mehrstufiges luftverdichtungssystem sowie brennstoffzellensystem |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| AZW | Rejection (application) |