技术领域
[0001] 本
申请和所得的
专利大体涉及
燃气涡轮发动机，并且更特定地涉及使用共同
歧管以用于功率增加和减少的排放的联合燃气涡轮辅助系统。辅助系统可包括
压缩机入口抽汽加热、空气旁通、
蒸汽喷射、次级燃烧等以用于改善的整体效率和输出。
背景技术
[0002] 燃气涡轮发动机的操作效率通常在热燃烧气体流的
温度升高时增加。但是，更高的燃烧气体流温度可导致更高
水平的氮
氧化物(NOx)和其它类型的不被期望的排放的产生。这种排放可在美国受联邦和国家两者的法规的管辖，并且还可在海外遭受相似的法规。而且，燃气涡轮发动机和
发电厂的资金供应通常可受国际排放标准的管辖。因而在有效的温度范围内操作燃气涡轮发动机，同时还确保氮氧化物的输出和其它类型的受调节的排放充分保持在要求水平内之间，存在平衡行为。许多其它类型的操作参数也可在提供这种优化平衡中改变。
[0003] 可使用不同类型的排放降低和/或功率增加系统。例如，次级燃烧和迟贫喷射可在
燃烧器中在下游提供空气/
燃料混合物，来实现改善的排放性能。次级燃烧系统还可用来提供旁通空气，以用于在“关闭”或低负载操作期间降低的排放。还已知不同类型的入口抽汽加热系统。入口抽汽加热系统还向压缩机空气入口提供
热压缩机排出空气，来升高引入的空气流的温度，以便在部分负载操作期间改善排放。同样地，已知不同类型的功率增加系统。例如，这些功率增加系统可向压缩机排出气室或其它地方提供蒸汽，来增加进入燃烧器的空气的
质量流量，以便改善整体功率输出。但是，这些各种排放降低和功率增加系统通常可能是复杂的并且可需要各种类型的附加功率等来操作。这些辅助系统中的每一个还可需要其自身的控制系统和
硬件。
[0004] 因而存在对带有简化的排放降低、功率增加、以及其它类型的辅助系统的燃气涡轮发动机的期望。这种简化的辅助系统还可较不复杂，并因而在操作中更加可靠，同时用减少的附加耗用功率提供改善的整体系统效率和输出。
发明内容
[0005] 本申请和所得的专利因而提供一种燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机可包括压缩机、燃烧器、多个辅助系统、以及共同辅助系统歧管。共同辅助系统歧管与压缩机、燃烧器、以及辅助系统连通。
[0006] 本申请和所得的专利还提供一种操作燃气涡轮发动机的方法。该方法可包括如下步骤：提供与燃气涡轮发动机的压缩机和燃烧器连通的共同辅助系统歧管；向共同辅助系统歧管提供压缩机排出空气的流；以及将压缩机排出空气的流引导至绕压缩机
定位的入口抽汽加热系统并作为旁通流引导至燃烧器。
[0007] 本申请和所得的专利还提供一种燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机可包括压缩机、燃烧器、多个辅助系统、以及共同辅助系统歧管。共同辅助系统歧管可包括歧管抽出管线、歧管旁通管线、以及在其间的三通
阀。
[0008] 当结合若干
附图和所附
权利要求检阅下列详细说明之后，本申请和所得专利的这些和其它特征和改进对本领域技术人员将是显而易见的。
附图说明
[0009] 图1是带有多个辅助系统的燃气涡轮发动机的示意图。
[0010] 图2是带有共同辅助系统歧管的燃气涡轮发动机的示意图，该歧管如可在本文中所描述与多个辅助系统连通。
[0011] 图3是图2的共同辅助系统歧管的局部示意图。
[0012] 图4是图2的共同辅助系统歧管的一部分的局部剖视图。
具体实施方式
[0013] 现在参考附图，其中遍及若干视图，相同标号意指相同元件，图1显示了如可在本文中使用的燃气涡轮发动机10的示意图。燃气涡轮发动机10可包括压缩机15。压缩机15压缩引入的空气流20。压缩机15将压缩的空气流20输送至燃烧器25。燃烧器25将压缩的空气流20与加压的燃料流30混合，并点燃混合物来产生燃烧气体35的流。尽管显示了仅仅单个燃烧器25，但是燃气涡轮发动机10可包括定位成周向阵列或其它的任意数量的燃烧器25。燃烧气体35的流转而被输送至涡轮40。燃烧气体35的流驱动涡轮40以便产生机械功。在涡轮40中产生的机械功经由轴45驱动压缩机15，和外部负载50，例如，发
电机等。
[0014] 燃气涡轮发动机10可使用
天然气、
液体燃料、各种类型的
合成气、和/或其它类型的燃料和它们的混合。燃气涡轮发动机10可为由纽约、斯克内克塔迪的通用电
力公司提供的多种不同燃气涡轮发动机中的任一种，包括但不限于，例如7或9系列重载燃气涡轮发动机的那些等。燃气涡轮发动机10可具有不同构造并且可使用其它类型的部件。其它类型的燃气涡轮发动机也可在本文中使用。多个燃气涡轮发动机、其它类型的涡轮、以及其它类型的功率产生设备也可在本文中一起使用。
[0015] 如在上面所描述，燃气涡轮发动机10可包括多个辅助系统55。这些辅助系统55可包括入口抽汽加热系统60。一般地描述，入口抽汽加热系统60可包括从压缩机15的压缩机排出
外壳64延伸的抽出管线62。压缩机排出空气66的抽出物可因而前进至压缩机15的入口来加温引入的空气流20。压缩机15还可在其上包括多个入口导向静叶68来以任何
角度将空气流20引导入压缩机15。
[0016] 辅助系统55还可包括蒸汽增加系统70。一般地描述，蒸汽增加系统70可将蒸汽流72从蒸汽源74引导至压缩机排出外壳64或燃烧器25。蒸汽流72可增加进入燃烧器25的空气流20的质量流量，以用于如在上面所描述在整体功率输出上的增加。
[0017] 辅助系统55还可包括次级燃烧系统和/或迟贫喷射系统80。一般地描述，另一燃料流82可与压缩机排出空气的流混合，并在燃烧器25中向下游喷射。次级燃烧系统80因而提供分阶段的燃烧以用于增加的整体功率和改善的排放。压缩机排出空气还可用作旁通空气。其它类型的排放、功率增加、以及辅助系统可在本文中以其它构造使用，并且带有其它部件和容量。在本文中描述的辅助系统55仅仅出于实例的目的。
[0018] 图2至图4显示了如可在本文中所描述的燃气涡轮发动机100。燃气涡轮发动机100可包括多个辅助系统110。辅助系统110可与在上面描述的那些相似，和/或可包括其它系统和其它类型的功能。燃气涡轮发动机100可包括连接这些辅助系统110和其它部件中的一些或全部的共同辅助系统歧管120。共同辅助系统歧管120可具有任何适当的尺寸、形状或构造，并且可与任意数量的辅助系统110一起使用。
[0019] 辅助系统110可包括入口抽汽加热系统130。与在上面所描述相似，入口抽汽加热系统130可包括入口抽汽加热抽出管线140。入口抽汽加热抽出管线140可与共同辅助系统歧管120和压缩机排出外壳64或其它地方连通。入口抽汽加热抽出管线140可在三通阀150或其它类型的连接件处与共同辅助系统歧管120相遇。三通阀150可为常规的设计。其它类型的空气引导装置可在本文中使用。三通阀150的操作可经由歧管抽出管线152作为抽汽加热将压缩机排出空气66的抽出物输送至压缩机15，或经由歧管旁通管线154作为旁通空气输送至燃烧器25。压缩机排出空气66还可用于任何其它目的。压缩机排出空气
66的体积和压缩机排出空气66的终点可根据负载和其它类型的操作参数由三通阀150改变。其它构件和其它构造也可在本文中使用。
[0020] 辅助系统110在本文中还可包括蒸汽增加系统160。与在上面所描述相似，蒸汽增加系统160可包括蒸汽管线170，其经由共同辅助系统歧管120与燃烧器25和蒸汽源165连通。蒸汽增加系统160可经由共同辅助系统歧管120的歧管旁通管线154向燃烧器25或其它地方输送蒸汽流72，以便增加穿过其的质量流量速度。其它构件和其它构造也可在本文中使用。
[0021] 辅助系统110还可包括次级燃烧系统180。与在上面所描述相似，次级燃烧系统180可包括次级燃料管线190。次级燃料管线190可经由共同辅助系统歧管120与燃烧器
25和次级燃料源195连通。具体地，次级燃料管线190可共轴地定位在歧管旁通管线154内，并且可在向燃烧器25内的入口的正上游终止，在它们之间带有间隙。其它构件和其它构造以及其它构造可在本文中使用。
[0022] 如在图4中所显示，共同辅助系统歧管120可具有多个燃烧器进入端口200。任意数量的燃烧器进入端口120可在本文中使用以用于在其中的各种流。燃烧器进入端口120可具有绕燃烧器25或其它地方的任何期望的定位。其它构件和其它构造可在本文中使用。其它类型的辅助系统110可用在本文中使用。整体燃气涡轮控制可操作辅助系统110，并且可使用共同辅助系统歧管120和/或专用的辅助系统
控制器。
[0023] 共同辅助系统歧管120可因而用来向压缩机15提供入口抽汽加热，和向燃烧器25或其它地方提供旁通空气、蒸汽、次级燃料等。入口抽汽加热空气和旁通空气可从入口抽汽加热抽出管线140供应，并且经由三通阀150引导入歧管抽出管线152或歧管旁通管线154。备选地，空气流可与蒸汽流和/或用于在燃烧器25内的次级燃烧的燃料流一起使用。
空气流可用于任何适当的目的。蒸汽-空气-燃料喷射可不直接附接至燃烧器25，以便允许被动稀释空气旁通。旁通空气可在使用时用来增加穿过稀释区段的空气流。同样地，蒸汽可绕过燃烧器25的大部分，以便降低在头端部上的整体影响，并减少贫油熄火或燃烧动态问题的机会。
[0024] 现有的燃气涡轮发动机系统可在处于全速度、没有负载条件下的操作中使用入口抽汽加热。但是，共同辅助系统歧管120的使用允许旁通空气的使用，直至接近整体基本负荷操作。旁通空气可用来增加燃烧器头端部温度，以便改善在低点火温度下的燃烧操作性，并且增加排放
顺应性关机(compliant turndown)。旁通空气还用来降低燃烧压力下降，并且改善循环效率(热耗率)，以便减少在部分负载操作下的燃料燃烧。大约百分之五(5％)的旁通空气流可改善整体耗热率多于大约百分之一(1％)。其它类型的负载路径和其它类型的操作参数可在本文中被调节。
[0025] 排放顺应性关机可改善大约50华氏度(50°)(大约十摄氏度(10°))的现有整体容量。这种改善可根据整体系统构造与负载的大约百分之二(2％)或更多相对应。而且，带有次级燃烧的大燃烧温度可操作性范围可允许燃气涡轮发动机的负载遵循高效的负载路径，其带有由旁通空气引起的其它改善。
[0026] 对于在现有多级设计上进行改进的评估构造，入口导向静叶可在大约百分之八十(80％)的负载附近开放至最大。在到达完全导向静叶
位置之后，次级燃烧燃料可增加来保持排放基本不变。在达到完全燃烧温度时，旁通空气可被关闭以便保持排放顺应性。旁通空气还可在蒸汽增加模式下关闭来改善负载和循环效率。在蒸汽增加时，次级燃烧燃料可降低以便改善排放或操作性。其它类型的负载策略可在本文中使用。其它构件和其它构造可在本文中使用。
[0027] 共同辅助系统歧管120的使用因而允许改善循环效率、排放顺应性负载范围、以及整体排放。共同辅助系统歧管120提供在峰值负荷、基本负荷、以及部分负荷操作下的整体操作灵活性。具体地，各个辅助系统110在本文中可用来改善在负载期间的性能，并且另外同时共同辅助系统歧管120提供简化的设计来适应不同的系统和功能性。辅助系统110的任何类型和数量可适应于本文中。
[0028] 应当明白的是，前述内容仅仅涉及本申请和所得专利的某些
实施例。许多改变和改型可由本领域技术人员在本文中进行，而不偏离如由以下权利要求及其等同物限定的本发明的一般精神和范围。
