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CN106460663A - 用于操作燃气涡轮发动机单元的方法 - Google Patents

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CN106460663A CN201580027865.XA CN201580027865A CN106460663A CN 106460663 A CN106460663 A CN 106460663A CN 201580027865 A CN201580027865 A CN 201580027865A CN 106460663 A CN106460663 A CN 106460663A
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Abstract

本发明涉及一种用于操作燃气涡轮发动机单元(10)的方法，燃气涡轮发动机单元包括至少具有压气机部(14)和涡轮机部(16)的燃气涡轮发动机(12，12a，12b，12c)，其中压气机部(14)和涡轮机部(16)可通过工作流体(18，20)来操作，并且燃气涡轮发动机单元进一步包括用于氧气提取处理的单元(22)，其中方法包括如下步骤：将来自压气机部(14)的压气机(24)的富氧工作流体(18)的总量排出至用于氧气提取处理的单元(22)以及通过氧气提取处理从富氧工作流体(18)中提取O2。

Description

用于操作燃气涡轮发动机单元的方法
技术领域
本发明涉及一种用于操作燃气涡轮发动机单元的方法，该燃气涡轮发动机单元包括至少具有压气机部和涡轮机部的燃气涡轮发动机，其中压气机部和涡轮机部可通过工作流体操作，并且燃气涡轮发动机单元还包括用于氧气提取处理的单元。本发明还涉及实施为执行发明方法的燃气涡轮发动机单元。
背景技术
在燃气涡轮发动机中，由压气机压缩过的工作流体进入燃烧器部，在燃烧器件中，发生工作流体与燃料的混合物的燃烧。所得到的燃烧气体借助于通过燃气涡轮发动机的涡轮机的气体的膨胀和偏转来驱动涡轮机。涡轮机工作或其一部分通过互连轴被传送至压气机。重要的是使燃烧过程燃尽并且具有低CO、NOx和未燃烧的碳氢化合物排放。燃气涡轮发动机的燃烧器被特定地构造，以便执行这样的燃烧过程。进入燃气涡轮发动机的工作流体基本上具有大气氧气(O2)含量，即约21％的O2。因此，这种含量的氧气在燃烧过程中存在于燃烧器部中，并且燃烧器适于利用包括约20％氧气的工作流体来执行燃烧。由于燃烧器可以补偿该氧气含量的微小变化，因此已知的是在燃烧过程之前提取少量工作流体，以便将其用于氧气提取处理，其中O2贫化的工作流体被再次传送至燃气涡轮发动机的燃烧器部以便燃烧。目前，在不对燃气轮机的燃烧性能造成不利影响的情况下，只能分离少量的总工作流体可用于氧气提取。此外，用于制氧的大规模空气分离目前是通过低温处理来执行，而这种低温处理成本高、占地面积大并且耗电量大。
本发明的第一目的是提供一种用于操作燃气涡轮发动机单元的方法，其能够实现大量的氧气提取并且具有高效低排放燃烧性能。
本发明的另一目的是提供一种燃气涡轮发动机单元，其能够提取大量氧气并且执行高效低排放燃烧。
这些目的可以通过根据独立权利要求的方案的方法和燃气涡轮发动机单元来解决。
发明内容
因此，本发明提供一种用于操作燃气涡轮发动机单元的方法，燃气涡轮发动机单元包括至少具有压气机部和涡轮机部的燃气涡轮发动机，其中压气机部和涡轮机部可通过工作流体来操作，并且燃气涡轮发动机单元进一步包括用于氧气提取处理的单元。
提出的方法包括如下步骤：将来自压气机部的压气机的富氧工作流体的总量排出至用于氧气提取处理的单元和通过氧气提取处理从富氧工作流体中提取O2。
由此，可以产生大量氧气，并且可以获得所有设备高的效率。此外，尤其可以建设性地容易使用具有足够高的O2含量的工作流体，因为传统的涡轮发动机包括提供富氧工作流体的压气机部。因此，富氧工作流体被压缩。此外，作为发明方法的进一步的结果，取代像从现有技术的低温处理中已知的那样从发电获得氧气提取处理所需的能量，从燃料输入获得氧气提取处理所需的能量。这节省了进一步的成本。因此，与现有的过程相比，所提出的构思在氧气产生和热效率方面是极有利的。
即使术语“压气机、燃烧室、涡轮机、壁、旁路、出口、返回通道、入口、密封构件、外壁、内壁、通道、壳体、腔、燃烧器和膜”在权利要求和说明书中以单数或具体数字的形式使用，但专利(申请)的范围不应该限于单数或具体数字的形式。还应该存在于发明的范围中的是具有多于一个或多个的上面提到的结构。
燃气涡轮发动机单元旨在意味着至少具有燃气涡轮发动机和用于氧气提取处理的单元的单元。还可以提供进一步的器具、部件、组件或单元。在该上下文中，燃气涡轮发动机是整个设备，至少具有压气机部和涡轮机部。此外且优选地，燃气涡轮发动机还可以包括燃烧器/燃烧部。用于氧气提取处理的单元可以是适于执行氧气的提取或分离的任何装置或组件。尤其是，提取单元是燃气涡轮发动机的外部单元。其在独立于燃气涡轮发动机的所供给的工作流体下操作或起作用。工作流体可以是对于本领域技术人员来说可行的包含氧气并且优选像空气一样的气态工作流体的任何介质或流体。“富氧”应该理解为具有约18％至30％的氧气含量，并且优选地理解为具有接近大气或近似20％至21％的氧气含量。
有利地，燃气涡轮发动机进一步包括具有至少一个燃烧室的燃烧部。此外，当方法进一步包括如下步骤时是有利的：向燃烧部的至少一个燃烧室馈送从氧气提取处理产生的贫氧工作流体。因此，工作流体可以有利地循环返回以用在涡轮发动机的进一步的过程步骤中。这减少了对新供给与从压气机部抽出的工作流体等量的工作流体的需要。在该上下文中，“贫氧”应该理解为具有低于压气机进料流或约10％至16％或甚至更低的氧气含量。因此，氧气提取处理可以提取高达20％的O2含量并且正常情况下至少约10％的O2含量。通常，所提取的量取决于操作模式和归因于所使用的燃烧系统的过程和规格而可能的量。词语“从氧气提取处理产生的”应该理解为“通过氧气提取处理所处理的”。系统中的、尤其是在氧气提取之前和之后的压力水平强烈地取决于负载、环境条件和氧气提取处理。对于100％负载和15℃环境空气温度的示例将在O2分离之前是20.2巴(a)压力和在O2分离之后的19.95巴(a)。
优选地，方法进一步包括如下步骤：使从氧气提取处理产生的贫氧工作流体在燃烧部的至少一个燃烧室中燃烧。这进一步减少了附加馈送的工作流体的需要。
在发明的尤其有益的实施例中，提供了方法进一步包括如下步骤：使燃烧的贫氧工作流体膨胀通过涡轮机部的涡轮机用于产生电。因此，本发明的高度是在产生氧气的同时获取功率产生而不是功率消耗。
因此，方法通过使用循环路径/布置来实现，该循环路径/布置适于将离开压气机部的被压缩的富氧工作流体供给至用于氧气提取处理的外部单元，并且将贫氧工作流体分别馈送回涡轮发动机或燃烧部的燃烧室以在其中燃烧。该构思的优点是使用所有燃气涡轮发动机压气机工作流体用于氧气处理，使得能够实现高的氧气产生。此外，将经过处理的工作流体引导到燃气涡轮发动机中有利地使得能够实现燃气涡轮发动机循环的全面性能。
在发明的优选实施例中，方法进一步包括如下步骤：在旁路通过燃烧室时通过富氧工作流体或贫氧工作流体将燃烧部的燃烧室的至少一个壁冷却。归因于此，可以有利地降低燃烧温度，避免了像NOx一样的大量有害燃烧产物。取决于燃气涡轮发动机的燃烧部的构造，冷却在O2提取处理之前或之后发生。在燃烧之前使用用于冷却的工作流体以获得良好的燃烧是非常重要的。在冷却空气通过膜冷却、喷射冷却或类似方式进入穿过燃烧装置壁的并行冷却的情况中，处理空气会较低并且火焰温度会较高，造成更多NOx的产生。当在氧气提取处理中分别集成燃气涡轮发动机或其燃烧器部时，并且尤其是当使用具有现代性能数据和高涡轮机入口温度的燃气涡轮发动机时，富氧工作流体的作为冷却介质的使用是非常重要的。该冷却构思使用了串联冷却的燃烧装置，例如与冷空气穿过壁创建冷空气层的并行冷却相比，对于完全烧尽是有利的。
此外，方法进一步包括如下步骤：将旁路通过至少一个燃烧室时的富氧工作流体或贫氧工作流体加热。因此，燃烧室的辐射热可以高效地用于提供富氧工作流体的温度升高，其中温度升高例如对于随后的氧气提取处理是必要的。这降低了氧气产生的成本，并因此降低了得到的氧气的总价格。此外，可以有利地节省燃气涡轮发动机单元的空间、部件和成本。术语“在旁路通过”燃烧室时在这里应该理解为“通过旁路通过燃烧室时”、“在经过燃烧室时”或者“在沿着邻接于燃烧室的通道行进时”。尤其是，工作流体不进入燃烧室并且不在燃烧室中加热或燃烧。
本发明进一步涉及一种燃气涡轮发动机单元，包括至少具有压气机部和涡轮机部的燃气涡轮发动机，其中压气机部和涡轮机部可通过工作流体和至少一个旁路来操作，并且进一步包括用于氧气提取处理的单元。
提出的是，旁路以将来自压气机部的压气机的富氧工作流体的总量排出至用于氧气提取处理的单元的方式来实施，并且其中用于氧气提取处理的单元以从富氧工作流体中提取O2的方式来实施。换言之，在富氧工作流体被供给至通过氧气提取处理从富氧工作流体中进行的O2的提取之前，富氧工作流体的总量或整体量行进经过旁路以被从燃气涡轮发动机排出。
归因于此，可以产生大量氧气并且可以获得所有设备高的效率。此外，尤其可以建设性地容易地使用具有足够高的O2含量的工作流体，因为传统的涡轮发动机包括提供富氧工作流体的压气机部。因此，富氧工作流体被压缩。此外，作为进一步的结果，取代从现有技术的低温处理中已知的那样从发电获得氧气提取处理所需的能量，从燃料输入获得氧气提取处理所需的能量。这节省了进一步的成本。因此，与现有的过程相比，所提出的构思在氧气产生和热效率方面是极有利的。
根据优选的改进，旁路从燃气涡轮发动机的压气机部的出口延伸至燃烧部的出口。归因于此，可以提供用于工作流体的直接通道。此外，这提供了用以加热富氧工作流体和用以冷却燃烧室的壁的足够的相互作用区。“出口”也应该理解为“离开口”。此外，来自压气机部的出口也是进入燃烧部的入口，因此它是两个部的连接区/区域。
此外提出的是，燃烧部的出口将燃烧部连接至用于氧气提取处理的单元。因此，可以提供用于富氧工作流体对提取单元的容易的访问。氧气提取单元可以在分别连接至燃烧部或其出口的工作流体的流动方向上，直接地或经由像管道或通道一样的连接部件来连接。
当燃气涡轮发动机单元包括从用于氧气提取处理的单元延伸至燃烧部的燃烧室的入口的返回通道时，可以建设性地容易提供贫氧工作流体的供给。返回通道优选地沿着燃烧部在结束于燃烧室的入口之前的一部分延伸。贫氧的工作流体被引导通过返回通道以在燃烧室中燃烧。
在发明的进一步的实现中，燃烧部包括将旁路与返回通道彼此分开的至少一个密封构件。因此，可以容易地防止富氧工作流体和贫氧工作流体的混合。密封构件可以是对于本领域技术人员来说可行的任何装置，像分隔壁等。优选地，至少一个密封构件是将富氧工作流体和贫氧工作流体分离的燃烧部的燃烧室的至少一个壁。除了经由旁路、用于氧气分离的单元、返回通道和燃烧室的路径之外，构造在压气机部与涡轮机部之间没有直接流动连接。
有利地，燃烧室包括外壁、内壁和布置在外壁与内壁之间的通道，并且其中富氧工作流体在从用于氧气提取的单元进入燃烧部之后沿着通道行进。根据该构造，富氧工作流体沿着现有技术的系统中已经存在的结构行进。因此，可以节省安装空间和成本。此外，通道是返回通道的一部分。外壁和内壁可以被实施为燃烧装置的内衬和外衬。
可选地，贫氧工作流体在通过燃烧部的出口离开燃烧部之前沿着通道行进。同样在该构造中，可以使用现有技术的结构，减少了的安装空间和成本。此外，通道是旁路的一部分。
此外，燃烧部包括壳体和/或其中壳体设置有至少一个出口和至少一个入口以将燃烧部与用于氧气提取处理的单元连接。因此，燃气涡轮发动机与用于氧气提取的单元之间的连接可以建设性地容易实现。至少一个出口和至少一个入口是歧管，以将燃烧部与用于氧气提取的单元连接。至少一个出口和/或至少一个入口可以被实施为凸缘孔(flangedhole)。
归因于发明的进一步的方面，燃烧部是在燃气涡轮发动机的至少压气机部与涡轮机部之间轴向布置的直列燃烧部(inline combustion section)。因此，可以在发明的燃气涡轮发动机单元中使用具有重建的外壳/壳体(被实施为具有用于氧气提取单元的歧管的燃烧部)的传统燃气涡轮发动机的构造。压气机部被基本上沿着工作流体的流动方向定向。
除了燃烧部的轴向或直列布置之外，燃烧部的其他布置是已知的。例如，已知将燃烧部布置成非直列配置或垂直于发动机的轴线布置，或者作为所谓的单顶安装的筒式燃烧装置，如例如从西门子SGT-2000E已知的。
可选地并且优选地，燃烧部包括至少一个单顶安装的筒式燃烧装置，尤其是基本上垂直于燃气涡轮发动机的轴线布置。归因于该构造，避免了用于叶片和翼片的冷却介质将通过氧气提取单元的像膜一样的组成部件。此外，燃烧室的燃烧器可以具有较高的驻留时间，这造成更好的燃尽并且使CO和未燃烧的碳氢化合物排放的量最小化。燃烧部中的工作流体的流动方向与压气机部和涡轮机部中的不同，即，它们基本上朝向彼此垂直。在该上下文中，“基本上垂直”意味着燃烧装置的定向可以从严格垂直定向偏离达30°。
当提供两个基本上对称布置的侧面安装的筒式燃烧装置时，可以提供与一个筒式实施例相比的对于燃气涡轮发动机的负载和热对称性。根据可行的构造，这些将安装在燃气涡轮发动机的相反侧。
根据发明的进一步的实现，燃烧部和/或单顶或侧面安装的筒式燃烧装置包括第一腔和至少一个第二腔，其中第一腔是燃烧室并且至少一个第二腔在全部环绕第一腔的外轮廓(优选圆周)的至少一个方向(优选圆周方向)上延伸，以建立用于排出富氧工作流体的旁路。因此，富氧工作流体可以围绕燃烧室自由地流动，以被直接引导至用于氧气产生的单元，并且以被加热并同时使燃烧室的壁冷却。优选地，旁路是基本上圆形的通道，其中“基本上圆形”旨在意味着旁路具有圆形形状或类似圆形的形状，像椭圆形或卵状。
有利地，燃烧部包括被选择用于贫氧工作流体的燃烧的至少一个燃烧器。因此，实现了高效的燃烧过程。燃烧器可以是对于本领域技术人员来说可行的任何燃烧器，像已知的标准贫式预混合型燃烧器。这样的燃烧器具有数百万的运行小时经验，并且与其他现有技术的燃烧器相比，它是一种仅具有两个气体燃料管线、先导和主火焰的稳健且简单的燃烧器。可能地，燃烧器可以被修改调整或者例如通过使先导燃料分流稳定而被修改调整。优选地，燃烧器的燃烧应该具有低的NOx排放和稳定的操作。
通常，燃烧工作流体中的低氧气含量使燃烧过程减慢，增加了不完全燃尽和高CO及未燃烧的碳氢化合物排放的风险。长的驻留时间对于实现良好的燃尽是非常重要的。根据发明的优选实施例，至少一个燃烧器或具体地燃烧装置体积具有在20毫秒(ms)与200ms之间的驻留时间。对于这些时间，已显示即使在工作流体中具有低O2含量，也可以实现完全燃烧。燃烧容积意味着燃烧装置和过渡的整个容积。这些容积组合造成驻留时间。
在发明的进一步方面中，提出的是用于氧气提取处理的单元包括至少一个离子传输膜以执行氧气提取处理。该方法已显示如现有的低温处理那样易于操纵。此外，它可以是紧凑且节省空间的布置。与现有的低温方法相比，这样的提取更加能量效率得多。离子膜与燃气涡轮发动机一起产生电，而低温方法消耗电。优选地，提取单元包括多个离子传输膜、例如堆叠的膜以分离氧气。
结合与附图有关地说明的示例性实施例的以下描述，该发明的上述特性、特征和优点及实现它们的方式是清楚的且可清楚地理解。
附图说明
将参照附图来描述本发明，其中：
图1：示出具有燃气涡轮发动机的上半部和用于氧气提取处理的单元的燃气涡轮发动机单元的一部分的示意性截面图，
图2：以截面图示出燃气涡轮发动机的可选地实施的筒式燃烧装置，
图3：以示意性俯视图示出来自图2的燃气涡轮发动机，
图4：示出可与来自图1的用于氧气提取处理的单元一起使用的可选燃气涡轮发动机的示意性截面图；和
图5：示出可与来自图1的用于氧气提取处理的单元一起使用的进一步的可选燃气涡轮发动机的示意性截面图。
具体实施方式
术语上游和下游是指通过燃气涡轮发动机12的空气流动和/或工作气体流动的流动方向，除非另有说明。如果使用且不另外指定，则术语轴向、径向和周向参照燃气涡轮发动机12的转动轴线52进行。
图1以截面图示出具有燃气涡轮发动机12和用于氧气提取处理的单元22的燃气涡轮发动机单元10的示例。按照工作流体18、20的流动顺序，燃气涡轮发动机12包括空气入口72(未详细示出)和具有压气机24的压气机部14、燃烧部26和具有涡轮机30的涡轮机部16，上述部件除大体在纵向或转动轴线56的方向上的燃烧部26之外都以流动顺序被布置。燃气涡轮发动机12进一步包括围绕转动轴线56可转动并且纵向地延伸穿过燃气涡轮发动机12的轴74。轴74将涡轮机部16驱动地连接至压气机部14。
在燃气涡轮发动机12的操作中，通过空气入口72吸入的空气被压气机部14压缩并被输送至燃烧部或燃烧器部26。通过压气机部14的压缩空气是具有约21％的O2含量的富氧工作流体18。燃烧部26包括一个或多个第二腔60(均实施为燃烧器增压室76)、一个或多个第一腔58(均实施为具有包围燃烧室28的壁32的燃烧室28)、和固定至燃烧室28的示例性的至少两个燃烧器66。第二腔60或燃烧器增压室76分别在燃烧部26的周向方向62(分别完全环绕第一腔58或燃烧室28的外轮廓64或圆周)上延伸，以建立富氧工作流体18的旁路34(参见下文)。因此，具有燃烧器66的燃烧室28位于一个燃烧器增压室76的内侧。
燃烧部26或燃烧器增压室76包括包围旁路34并因此包围燃烧室28的壳体50。该布置形成了或者就是所谓的单顶安装的筒式燃烧装置54，该单顶安装的筒式燃烧装置54基本上垂直于燃气涡轮发动机12的轴线56布置。因此，富氧工作流体18沿着基本上垂直于轴线56定向的方向或者在径向方向78上行进，并且在工作流体18的流动方向上有重大改变。
图3示意性地示出可选实施的燃气涡轮发动机12a(参见下文)的俯视图，从图3中可以看到，燃烧装置54的布置可以应用于图1的燃气涡轮发动机12，该燃气涡轮发动机12包括两个筒式燃烧装置54，这两个筒式燃烧装置54被实施为侧面安装的筒式燃烧装置54并且相对于轴线56对称布置。此外，两个侧面安装的筒式燃烧装置54被定向成从相对于轴线56的严格垂直定向略微偏离以及具有相对于彼此和轴线56的相反的弯曲。
在行进经过压气机部14之后，富氧工作流体18进入压气机部14的扩散器80，并且通过出口36被从扩散器80分别排出到燃烧器增压室76或旁路34内。旁路34从压气机部14的出口36延伸至燃烧部26的被布置在其壳体50中的出口38。出口38例如被实施为凸缘孔。如在图3中可以看到的，每个燃烧部26或燃烧装置54或壳体50也均可以具有两个出口38。
从扩散器出口36排出的富氧工作流体18沿着旁路34在径向方向78和周向方向62上流动至燃烧部26的出口38。富氧工作流体18在旁路通过燃烧室28时被加热，因此，旁路34以将旁路通过燃烧室28的富氧工作流体18加热的方式来实施。与加热同时地，富氧工作流体18在旁路通过燃烧室28的壁32时将后者冷却并因此将燃烧室28中的总体温度冷却。
经加热的富氧工作流体18离开燃烧部26的出口38并沿着通道82流动，通道28将燃气涡轮发动机12或燃烧部26与用于氧气提取处理的单元22连接。因此，旁路34被实施以将来自压气机部14的压气机24的富氧工作流体18的总量排出至用于氧气提取处理的单元22。用于氧气提取处理的单元22被实施以从经加热的富氧工作流体18中提取O2。因此，提取单元22包括离子传输膜70并且在该示例性实施例中是离子传输膜70的渣(stag)(未详细示出)，用以执行氧气提取处理。
在提取氧气之后，现在的贫氧工作流体20具有近似10％至16％的O2含量。燃气涡轮发动机单元10包括返回通道40，返回通道40将提取单元22与燃气涡轮发动机12连接并从提取单元22延伸至燃烧室28的入口42。返回通道40在通过燃烧部26的位于其壳体50中的入口52同时延伸到燃烧室28的上部84内。入口52例如被实施为凸缘孔。因此，在提取处理之后，贫氧工作流体20流动回燃气涡轮发动机12，行进经过返回通道40，以通过入口42进入燃烧室28。
为了使行进经过旁路34的富氧工作流体18与行进经过返回通道40的贫氧工作流体20分开，燃烧部26包括将旁路34与返回通道40彼此分开的密封部件44，像密封膜。密封构件44由燃烧室28的壁32来实施。
进入燃烧室28或燃烧器66的贫氧工作流体20分别与气态或液态燃料混合。空气/燃料混合物接着被燃烧，并且所得到的燃烧气体86或燃烧所产生的工作气体经由过渡管道88被沿通道引向下游涡轮机部16。
涡轮机部16包括被附接至轴74的多个叶片承载盘90。在本示例中，涡轮机部16包括两个盘90，每个盘均承载涡轮机叶片92的环形阵列。然而，叶片承载盘90的数目可以不同，即仅一个盘90或多于两个盘90。另外，被固定至燃气涡轮发动机12的定子96的导向翼片94被布置在涡轮机叶片92之间。在燃烧室28的出口与前列的涡轮机叶片92之间设置了入口导向翼片94。
来自燃烧室28的燃烧气体86进入涡轮机部16并驱动涡轮机叶片92，该涡轮机叶片92进而使轴74转动。导向翼片94用于优化燃烧或工作气体或流体86到涡轮机叶片92上的角度。压气机部14包括轴向上的一系列导向翼片级98和转子叶片级100。
用于操作燃气涡轮发动机单元10的方法包括以下步骤：
富氧工作流体18由压气机部14的压气机24提供并被引导通过压气机部14的出口36到旁路34。在旁路34，富氧工作流体18在旁路通过燃烧室28时被加热。同时，燃烧室28的壁32由旁路通过时的富氧工作流体18冷却。旁路34将来自压气机部14的压气机24的富氧工作流体18的总量排出至用于氧气提取处理的单元22。在将现在经加热的富氧工作流体18经由燃烧部26的出口38和通道82引导至用于O2提取处理的单元22之后，通过提取单元22的离子传输膜70从经加热的富氧工作流体18中提取O2。随后，使现在的贫氧工作流体20经由返回通道40馈送回燃烧室28，以通过燃烧器66与所添加的燃料一起燃烧。燃烧容积68、换言之燃烧室28与过渡管道88一起将具有20毫秒(ms)与200ms之间的驻留时间。
对于贫氧工作流体20的燃烧，具体地选择和/或修改燃烧器66以用于贫氧工作流体20的燃烧。燃烧器64可以例如是贫式预混合型燃烧器。
图2至图5示出了燃气涡轮发动机单元10的燃气涡轮发动机12的燃烧部26的三个可选实施例。保持相同的组成部件、特征和功能原则上大致用相同的附图标记来表示。然而，为了在这些实施例之间进行区分，为图2至图5中的实施例的不同的附图标记添加字母“a”至“c”。以下描述大致局限于与图1中的实施例的差异部分，其中关于保持相同的组成部件、特征和功能，可以参考图1中的实施例的描述。
图2的实施例在筒式燃烧装置54a的构造上与图1的实施例的不同。经由压气机部14的出口36排出的富氧工作流体18行进经过基本上与燃烧部26a的燃烧室28a的壁28平行布置的旁路34。燃烧装置54a的径向端102包括围绕燃烧室28a在周向方向62上延伸的基本上圆形的管道106，该管道106作为旁路34的端部104。富氧工作流体18经由布置在燃烧部26a的壳体50中并实施为凸缘孔的出口38离开圆形管道106并因此离开旁路34和燃烧部26a。在通过出口38离开旁路34之后，经加热的富氧工作流体18行进经过通向用于氧气提取的单元的通道。旁路34将来自压气机部14的压气机24的富氧工作流体18的总量排出至用于氧气提取处理的单元。在用于氧气提取处理的单元处，示例性地由离子传输膜(未示出)提取O2。
在氧气提取之后，经由从提取单元延伸至燃烧室28a的入口42的返回通道40，将现在的贫氧工作流体20引导回燃烧部26a。返回通道40的端部108从壳体50的入口52延伸至燃烧室28a的入口42，并且被实施为在围绕燃烧器布置112的周向方向62上延伸的基本上圆形的管道110，该燃烧器布置112包括多个燃烧器(典型地为约5个至30个)。被实施为分隔壁114的密封构件44将管道106与管道110分开并因此将旁路34与返回通道40分开，以防止富氧与贫氧工作流体18、20在燃烧部26a中混合。
图3示意性地示出燃气涡轮发动机12a的俯视图，从图3可以看出，燃气涡轮发动机12a包括两个筒式燃烧装置54，这两个筒式燃烧装置54被实施为侧面安装的筒式燃烧装置54并且相对于轴线56对称布置。此外，两个侧面安装的筒式燃烧装置54被定向成从相对于轴线56的严格垂直定向略微偏离以及具有相对于彼此和轴线56的相反的弯曲。
注意，与图2所示的壳体50的示例性形状相比，图3中的燃烧部26a的壳体50具有略微不同的形状。具体地，壳体50具有两个出口34，这两个出口34将燃烧部26a连接至用于氧气分离的单元。
图4和图5示出可选燃气涡轮发动机12b、12c的截面图，这两个燃气涡轮发动机12b、12c均可以与图1中介绍的用于氧气提取处理的单元一起用在燃气涡轮发动机单元10中。来自图4和图5的实施例相对于根据图1的实施例的不同之处在于，在这两个实施例中，燃烧部26b、26c是直列(inline)燃烧部26b、26c，该燃烧部26b、26c轴向布置在燃气涡轮发动机12b、12c的至少压气机部14与涡轮机部16之间并且在燃气涡轮发动机12b、12c的纵向或转动轴线56的方向上。直列燃烧部26b、26c包括由双壁筒116限定的燃烧室28b、28c，或者燃烧室28b、28ca分别包括外壁46和内壁32。通道48布置在外壁46与内壁32之间。
来自图4和图5的实施例在富氧和贫氧工作流体18、20的流动路径上彼此不同。
现在参见图4，从压气机部14的压气机24排出的富氧工作流体18通过出口36进入旁路34。在通过燃烧部26b的壳体50中的出口38离开旁路34之后，富氧工作流体18行进经过通向用于氧气提取的单元(未示出)的通道。旁路34将来自压气机部14的压气机24的富氧工作流体18的总量排出至用于氧气提取处理的单元。在用于氧气分离的单元中，示例性地通过离子传输膜(未示出)来提取O2。
现在的贫氧工作流体20经由从提取单元延伸至燃烧室28b的入口42的返回通道40被引导回燃烧部26b。返回通道40延伸穿过燃烧部26b的壳体50的入口52。返回通道40的端部是通道48，因而通道48是返回通道40的在燃烧部26b中的一部分。因此，贫氧工作流体20在从提取单元出来进入燃烧部26b之后沿着通道48行进。在旁路通过燃烧室28b时，贫氧工作流体20被加热并且同时将燃烧室28b的内壁和外壁32、46冷却，因而将燃烧室28b中的总体温度冷却。在进入燃烧室28b之后，贫氧工作流体20通过燃烧室28b的燃烧器66与所添加的燃料一起燃烧。被实施为分隔壁114的密封构件44将旁路34与燃烧部26b中的返回通道40分开，以防止富氧与贫氧工作流体18、20混合。
反向的流动路径被示出在图5的实施例中。从压气机部14的压气机24排出的富氧工作流体18通过出口36进入旁路34。旁路34包括管道118以允许富氧工作流体18桥接燃烧室28c。通道48是旁路34的在燃烧部26c中的一部分。具体来说，富氧工作流体18的一部分在离开出口36之后直接进入管道118并进入通道48，由此桥接燃烧室28c。富氧工作流体18的另一部分首先进入通道48并随后在到达出口38之前进入管道118。
在旁路通过燃烧室28c时，富氧工作流体18被加热并且同时将燃烧室28c的内壁32冷却并因此将燃烧室28c中的总体温度冷却。在流过旁路34或管道118和通道48之后，富氧工作流体18通过燃烧部26c的壳体50中的出口38离开燃烧部26c。因此，富氧工作流体18在通过出口38离开燃烧部26c之前沿着通道48行进。旁路34将来自压气机部14的压气机24的富氧工作流体18的总量排出至用于氧气提取处理的单元。
在离开燃烧部26c之后，经加热的富氧工作流体18行进经过通向用于氧气提取的单元的通道。在用于氧气提取的单元处，示例性地通过离子传输膜(未示出)来提取O2。
现在的贫氧工作流体20经由从提取单元延伸至燃烧室28c的入口42的返回通道40并通过燃烧部26c的壳体50的入口52被引导回燃烧部26c。为了越过管道118，燃烧部26c包括将返回通道40与燃烧室28c的入口42连接的贯通通道120。在进入燃烧室28c之后，贫氧工作流体20通过燃烧室28c的燃烧器66与所添加的燃料一起燃烧。被实施为分隔壁114的密封构件44和管道118的外壁122将旁路34与燃烧部26c中的返回通道40分开，以防止富氧与贫氧工作流体18、20的混合。
应该注意的是，术语“包括”不排除其他元件或步骤，并且“一”或“一个”不排除多个。也可以将与不同实施例相关联地描述的元件进行组合。还应该注意的是，权利要求中的附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。
虽然通过优选实施方案详细说明和描述了本发明，但本发明不受所公开的实施例的限制，并且本领域技术人员可以从中导出其他变化而不偏离发明的范围。

Claims (15)

1.一种用于操作燃气涡轮发动机单元(10)的方法，所述燃气涡轮发动机单元包括至少具有压气机部(14)和涡轮机部(16)的燃气涡轮发动机(12，12a，12b，12c)，其中所述压气机部(14)和所述涡轮机部(16)能通过工作流体(18，20)来操作，并且所述燃气涡轮发动机单元进一步包括用于氧气提取处理的单元(22)，其中所述方法包括如下步骤：
-将来自所述压气机部(14)的压气机(24)的富氧工作流体(18)的总量排出至所述用于氧气提取处理的单元(22)；和
-通过氧气提取处理从所述富氧工作流体(18)中提取O2。
2.根据权利要求1所述的方法，
其中所述燃气涡轮发动机(12，12a，12b，12c)进一步包括具有至少一个燃烧室(28，28a，28b，28c)的燃烧部(26，26a，26b，26c)，并且其中所述方法进一步包括如下步骤：
-向所述燃烧部(26，26a，26b，26c)的至少一个燃烧室(28，28a，28b，28c)馈送从所述氧气提取处理产生的贫氧工作流体(20)；和/或
-使从所述氧气提取处理产生的贫氧工作流体(20)在所述燃烧部(26，26a，26b，26c)的所述至少一个燃烧室(28，28a，28b，28c)中燃烧。
3.根据权利要求1或2所述的方法，
其中所述方法进一步包括如下步骤：
-使所燃烧的贫氧工作流体(20)膨胀通过所述涡轮机部(16)的涡轮机(30)、特别是用于产生电。
4.根据任一前述权利要求所述的方法，
其中，所述方法进一步包括如下步骤：
-在旁通所述至少一个燃烧室(28，28a，28b，28c)时通过所述富氧工作流体(18)或所述贫氧工作流体(20)将所述燃烧部(26，26a，26b，26c)的所述至少一个燃烧室(28，28a，28b，28c)的至少一个壁(32，46)冷却；和
-在旁通所述至少一个燃烧室(28，28a，28b，28c)时将所述富氧工作流体(18)或所述贫氧工作流体(20)加热。
5.一种燃气涡轮发动机单元(10)，包括：至少具有压气机部(14)和涡轮机部(16)的燃气涡轮发动机(12，12a，12b，12c)，其中所述压气机部(14)和所述涡轮机部(16)能通过工作流体(18，20)和至少一个旁路(34)来操作，并且所述燃气涡轮发动机单元进一步包括用于氧气提取处理的单元(22)，其中所述至少一个旁路(34)以将来自所述压气机部(14)的压气机(24)的富氧工作流体(18)的总量排出至所述用于氧气提取处理的单元(22)的方式来实施，并且其中所述用于氧气提取处理的单元(22)以从所述富氧工作流体(18)中提取O2的方式来实施。
6.根据权利要求5所述的燃气涡轮发动机单元，其中所述至少一个旁路(34)从所述燃气涡轮发动机(12，12a，12b，12c)的压气机部(14)的至少一个出口(36)延伸至所述燃烧部(26，26a，26b，26c)的至少一个出口(38)和/或其中所述燃烧部(26，26a，26b，26c)的至少一个出口(38)将所述燃烧部(26，26a，26b，26c)连接至所述用于氧气提取处理的单元(22)。
7.根据权利要求5或6所述的燃气涡轮发动机单元，其特征在于至少一个返回通道(40)从所述用于氧气提取处理的单元(22)延伸至所述燃烧部(26，26a，26b，26c)的所述至少一个燃烧室(28，28a，28b，28c)的至少一个入口(42)。
8.根据权利要求5和7中的任一项所述的燃气涡轮发动机单元，其中所述燃烧部(26，26a，26b，26c)包括将所述至少一个旁路(34)与所述至少一个返回通道(40)彼此分开的至少一个密封构件(44)。
9.根据权利要求5至8中的任一项所述的燃气涡轮发动机单元，其中所述至少一个燃烧室(28b，28c)包括外壁(46)、内壁(32)和布置在所述外壁(46)与所述内壁(32)之间的通道(48)，和/或其中所述富氧工作流体(18)在从所述用于氧气提取处理的单元(22)进入所述燃烧部(26b)之后沿着所述通道(48)行进，或者贫氧工作流体(20)在通过所述燃烧部(26c)的至少一个出口(38)离开所述燃烧部(26c)之前沿着所述通道(48)行进。
10.根据权利要求5至9中的任一项所述的燃气涡轮发动机单元，其中所述燃烧部(26，26a，26b，26c)包括壳体(50)和/或其中所述壳体(50)设置有至少一个入口(52)和至少一个出口(38)以将所述燃烧部(26，26a，26b，26c)与所述用于氧气提取处理的单元(22)连接。
11.根据权利要求5至10中的任一项所述的燃气涡轮发动机单元，其中所述燃烧部(26b，26c)是在所述燃气涡轮发动机(12b，12c)的至少所述压气机部(14)与所述涡轮机部(16)之间轴向布置的直列燃烧部(26b，26c)。
12.根据权利要求5至10中的任一项所述的燃气涡轮发动机单元，其中所述燃烧部(26，26a)包括至少一个单顶安装的筒式燃烧装置(54，54a)，尤其是基本上垂直于所述燃气涡轮发动机(12，12a)的轴线(56)布置。
13.根据权利要求14所述的燃气涡轮发动机单元，其中所述燃烧部(26，26a)和/或所述单顶安装的筒式燃烧装置(54，54a)包括第一腔(58)和至少一个第二腔(60)，其中所述第一腔(58)是所述燃烧室(28，28a)并且所述至少一个第二腔(60)在全部环绕所述第一腔(58)的外轮廓(64)的至少一个方向(62)上延伸以建立用于排出所述富氧工作流体(18)的所述至少一个旁路(34)。
14.根据权利要求5至13中的任一项所述的燃气涡轮发动机单元，其中所述燃烧部(26，26a，26b，26c)包括被选择用于贫氧工作流体(20)的燃烧的至少一个燃烧器(66)和/或其中所述燃烧部(26，26a，26b，26c)包括具有在20毫秒(ms)与200ms之间的驻留时间的燃烧装置容积(68)。
15.根据权利要求5至14中的任一项所述的燃气涡轮发动机单元，其中所述用于氧气提取处理的单元(22)包括至少一个离子传输膜(70)以执行所述氧气提取处理。
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