軸向流類型燃氣輪機的製作方法

2023-09-23 10:23:40 1

專利名稱：軸向流類型燃氣輪機的製作方法
技術領域：
本發明涉及燃氣輪機的技木。它涉及根據權利要求1的前序部分的軸向流類型的燃氣輪機。
背景技術：
本發明涉及軸向流類型的燃氣輪機，圖5中顯示了其實例。圖5的燃氣輪機10根據順序燃燒的原理來運行。它包括壓縮機1、具有多個燃燒器3和第一燃料供應2的第一燃燒室4、高壓渦輪5、具有第二燃料供應6的第二燃燒室7，以及具有交替的導葉13或33排和葉片16或36排(它們布置成沿著機器軸線9布置的多個渦輪級)的低壓渦輪8。根據圖5的燃氣輪機10包括定子和轉子。定子包括其中安裝有導葉13、33的殼體；這些導葉13、33必須形成成形通道，在燃燒室7中產生的熱氣流過成形通道。沿需要的方向流動的氣體撞擊在安裝在轉子軸的軸狹縫中的葉片16、36上，並且使渦輪轉子旋轉。 為了保護定子殼體抵抗在葉片16、36上面流動的熱氣，使用了安裝在相鄰的導葉排之間的定子熱防護件。高溫渦輪級需要將冷卻空氣供應到導葉、定子熱防護件和葉片中。圖1中顯示了燃氣輪機10的典型的被冷卻的燃氣輪機級TS的區段。在燃氣輪機 10的渦輪級TS內，導葉13排安裝在導葉承載件11上。在導葉13的下遊，提供了葉片16 排，其中的各個在其尖部處具有外部平臺17。與葉片16的尖部相對，定子熱防護件18安裝在導葉承載件11上。導葉13中的各個具有外部平臺14。導葉13和葉片16用它們的相應的外部平臺14和17來限定熱氣路徑12的邊界，來自燃燒室的熱氣流過熱氣路徑12。為了確保這種高溫燃氣輪機10的運行具有長的壽命，形成其流徑12的所有部件應當被有效地冷卻。因此，冷卻空氣23通過相應的冷卻膛孔21和22而被從氣室20引導到定子熱防護件18和導葉13以及葉片16的外部平臺17。但是，圖1的已知的渦輪設計需要將額外的足夠量的冷卻空氣23供應到定子熱防護件18的背部上的腔體19中，以冷卻那些定子熱防護件和外部葉片平臺17，並且這個特徵可看作此設計的短處。另ー個缺陷是傳統的定子熱防護件固定方式，其中，在導葉13和定子熱防護件18之間存在空隙(見圖1中的所圈出的區域A)，並且冷卻空氣的一部分會通過所述空隙從腔體19洩漏到渦輪流徑12 中(見區域A中的箭頭)。

發明內容
本發明的目的是提供ー種具有這樣的渦輪級冷卻方案的燃氣輪機該渦輪級冷卻方案避免了已知的冷卻構造的缺陷，並且顯著地減少了所述渦輪級內的冷卻空氣的消耗。這個和其它目的通過根據權利要求1的燃氣輪機來達到。本發明的燃氣輪機是軸向流類型，並且包括具有交替的空氣冷卻式葉片排和空氣冷卻式轉子熱防護件排的轉子， 以及具有安裝在導葉承載件上的交替的空氣冷卻式導葉排和空氣冷卻式定子熱防護件排的定子，其中，定子同軸地包圍轉子而在它們之間限定熱氣路徑，使得葉片排和定子熱防護件排以及導葉排和轉子熱防護件排分別彼此相關，並且導葉排和沿下遊方向的下一葉片排限定渦輪級。根據本發明，在渦輪級內提供了機構來再使用已經用來冷卻渦輪級的導葉的尤其翼型件的冷卻空氣來冷卻導葉的下遊的所述渦輪級的定子熱防護件。根據本發明的一個實施例，再使用機構包括用於在經使用的冷卻空氣離開導葉時收集經使用的冷卻空氣的第一機構，以及用於將收集到的經使用的冷卻空氣引導到導葉的下遊的所述渦輪級的定子熱防護件上以進行冷卻的第二機構。優選地，再使用機構進一歩包括用於將收集到的經使用的冷卻空氣引導到導葉的下遊的所述渦輪級的葉片的外部平臺上以進行冷卻的第三機構。根據本發明的另ー個實施例，渦輪級的導葉各自包括外部平臺，並且再使用機構在外部平臺的正上方結合到導葉中。根據另ー個實施例，收集機構包括用於導葉中的各個的、位於外部平臺的上側上的導葉冷卻空氣的出口處的第一腔體，引導機構包括沿周向方向延伸且連接到所述第一腔體上的第二腔體，其中，沿著周向方向相等地分布的多個第一沿軸向定向的孔將來自第二腔體的經使用的冷卻空氣引導到渦輪級的相鄰的定子熱防護件的外側上，以進行冷卻。根據本發明的又一個實施例，沿著周向方向相等地分布的多個第二沿軸向定向的孔將來自第二腔體的經使用的冷卻空氣引導到渦輪級的相鄰的葉片的外部平臺的外側上， 以進行冷卻。優選地，渦輪級的葉片的外部平臺各自包括沿周向定向的前齒，渦輪級的導葉用它們的外部平臺的後壁處的沿周向延伸的下遊突出部來疊置在所述前齒上，並且各個下遊突出部設有與前齒正正好相対的蜂巣。根據另ー個實施例，第一腔體由外部平臺的上側上的呈框架的形式的肋來建立， 該框架由密封屏覆蓋。根據另ー個實施例，第二腔體由外部平臺的後壁中的凹部建立，該凹部由密封屏
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現在通過不同的實施例且參照附圖來更密切地闡述本發明。圖1顯示了根據現有技術的燃氣輪機的渦輪級的冷卻細節；圖2顯示了根據本發明的一個實施例的燃氣輪機的渦輪級的冷卻細節；圖3以透視圖顯示了根據本發明的一個實施例的、圖2的導葉的外部平臺的構造， 其中，移除了所有的屏；圖4以透視圖顯示了所有的屏布置就位的、圖3的導葉的外部平臺的構造；以及圖5顯示了可用於實踐本發明的具有順序燃燒的燃氣輪機的眾所周知的基本設計。部件列表1壓縮機2、6燃料供應3燃燒器4、7燃燒室5高壓渦輪
8低壓渦輪
9軸線
10、30燃氣輪機
11、31導葉承載件
12、32熱氣路徑
13,33導葉
14、34外部平臺(導葉)
15、35腔體
16,36葉片
17、37外部平臺(葉片)
18,38定子熱防護件
19腔體
20氣室
21、22冷卻膛孔
23冷卻空氣
39、41、46、52 腔體
40肋
42孔
43孔
44密封屏
45屏
47突出部
48、49 鉤
50前齒(葉片外部平臺)
51蜂巣
TS渦輪級
具體實施例方式圖2提供了所提出的高溫渦輪級設計的一個實施例，其中，部分地節約了冷卻空氣，因為利用了在渦輪級的導葉中用完了的空氣。圖2的燃氣輪機30包括渦輪級TS，渦輪級TS具有導葉33排，後面是葉片36排。葉片36安裝在轉子上，未在圖中顯示轉子。導葉 33安裝在導葉承載件31上，導葉承載件31包圍轉子而限定熱氣路徑32。也安裝在導葉承載件31上的是定子熱防護件38，其與葉片36的尖部處的外部平臺37相対。外部平臺37 在它們的外側上設有各自沿周向方向延伸的若干個齒。這些齒中的ー個(前齒)具有參考標號50。在導葉33中用完了的空氣通過外部平臺34從導葉翼型件傳送到小腔體39，小腔體39通過肋40來與基本(外部)平臺34隔開(見圖2和幻。空氣然後從腔體39流到附近的沿著周向方向延伸的腔體41中，並且分配到平行的兩排沿周向方向相等地間隔開的第一孔42和第二孔43中(見圖2和;3)。第一孔42將經使用的冷卻空氣的射流引導到轉子熱防護件38的另ー側上。第二孔43將經使用的冷卻空氣的射流1引導到外部葉片平臺 37的前齒50。腔體39和41由公共的密封屏44(圖4)封閉。另ー個(穿孔的)屏45位於外部平臺34的剰餘的最大的部分的上方，並且用於冷卻平臺表面以及用於傳送到導葉翼型件的內部中的空氣穿過此屏的孔。上面描述的用完了的空氣的高效利用有可能避免額外地將新鮮的冷卻空氣供應給定子熱防護件38和葉片護罩或外部平臺37。所提出的根據圖2的設計的另ー個重要的創新在幹，在外部導葉平臺34的後壁上提供了突出部47(見圖2-4)。此突出部47在其下側上配備有蜂巣51。外部葉片平臺37 的前齒50位於突出部47的下方，並且這個齒50防止用完了的空氣從外部平臺37和定子熱防護件38之間的腔體46洩漏到渦輪流徑32中。當所提出的根據圖2的外部導葉平臺34的形狀與圖1中提供的外部導葉平臺14 的形狀相比吋，清楚的是，缺少額外的空隙還導致洩漏減到最少(見圖1中標識的區域A)。 因而，用完了的空氣會無損失地傳送通過第一孔42而進入定子熱防護件38和外部葉片平臺37之間的腔體46。這個空氣顯著地改進了外部葉片平臺37的熱狀態，並且有可能避免額外地供應空氣來冷卻定子熱防護件38。用完了的空氣也通過部件接頭中的空隙傳送到導葉承載件31和定子熱防護件38 之間的腔體52中。傳送通過第二孔43的用完了的空氣用來保護外部葉片平臺37的前齒 50。對於本發明，可獲得以下優點1.在導葉中用完了的空氣然後被用來冷卻其它部件。2.不存在對引入額外的空氣來冷卻定子熱防護件的需要。3.所提出的在其後壁上具有額外的突出部47的外部導葉平臺的形狀有可能避免額外的冷卻空氣通過圖1中的區域A所標識的狹縫洩漏。4.經使用的空氣會填充腔體52 (見圖2)，並且保護導葉承載件31免於過熱。因而，在其外部平臺34處具有突出部47的導葉和用於經使用的空氣的單獨的收集器(腔體39)的結合，以及它們之間形成有腔體46的非冷卻式定子熱防護件38和三叉式外部葉片平臺37的結合使得能夠產生現代的高性能渦輪。
權利要求
1.一種軸向流類型的燃氣輪機(30)，包括具有交替的空氣冷卻式葉片(36)排和空氣冷卻式轉子熱防護件排的轉子，以及具有安裝在導葉承載件(31)上的交替的空氣冷卻式導葉(3 排和空氣冷卻式定子熱防護件(38)排的定子，其中，所述定子同軸地包圍所述轉子而在它們之間限定熱氣路徑(32)，使得所述葉片(36)排和定子熱防護件(38)排以及所述導葉(33)排和轉子熱防護件排分別彼此相關，並且導葉(33)排和沿下遊方向的下一葉片(36)排限定渦輪級(TS)，其特徵在幹，在渦輪級(TS)內提供了機構(39-44)來再使用已經用來冷卻所述渦輪級(TS)的所述導葉(33)的尤其翼型件的冷卻空氣來冷卻所述導葉(33)的下遊的所述渦輪級(TS)的所述定子熱防護件(38)。
2.根據權利要求1所述的燃氣輪機，其特徵在幹，所述再使用機構包括用於在經使用的冷卻空氣離開所述導葉(33)時收集經使用的冷卻空氣的第一機構(39，40，44)，以及用於將收集到的經使用的冷卻空氣引導到所述導葉(33)的下遊的所述渦輪級(TS)的所述定子熱防護件(38)上以進行冷卻的第二機構01，42，44)。
3.根據權利要求2所述的燃氣輪機，其特徵在幹，所述再使用機構進一歩包括用於將收集到的經使用的冷卻空氣引導到所述導葉(33)的下遊的所述渦輪級(TS)的所述葉片 (36)的外部平臺(37)上以進行冷卻的第三機構(41,43,44).
4.根據權利要求1至3中的任一項所述的燃氣輪機，其特徵在幹，所述渦輪級(TS) 的所述導葉(3 各自包括外部平臺(34)，並且所述再使用機構(39-44)在所述外部平臺(34)的正上方結合到所述導葉(33)中。
5.根據權利要求3所述的燃氣輪機，其特徵在幹，所述收集機構包括用於所述導葉(33)中的各個的、位於所述外部平臺(34)的上側上的導葉冷卻空氣的出口處的第一腔體 (39)，所述引導機構包括沿周向方向延伸且連接到所述第一腔體(39)上的第二腔體(41)， 其中，沿著周向方向相等地分布的多個第一沿軸向定向的孔0 將來自所述第二腔體 (41)的經使用的冷卻空氣引導到所述渦輪級(TS)的相鄰的定子熱防護件(38)的外側上， 以進行冷卻。
6.根據權利要求5所述的燃氣輪機，其特徵在幹，沿著周向方向相等地分布的多個第 ニ沿軸向定向的孔G3)將來自所述第二腔體Gl)的經使用的冷卻空氣引導到所述渦輪級 (TS)的相鄰的葉片(36)的所述外部平臺(37)的外側上，以進行冷卻。
7.根據權利要求6所述的燃氣輪機，其特徵在幹，所述渦輪級(K)的所述葉片(36)的所述外部平臺(37)各自包括沿周向定向的前齒(50)，所述渦輪級(TS)的所述導葉(33)用它們的外部平臺(34)的後壁處的沿周向延伸的下遊突出部G7)疊置在所述前齒(50)上， 並且各個下遊突出部G7)設有與所述前齒(50)正好相対的蜂巣(51)。
8.根據權利要求5所述的燃氣輪機，其特徵在幹，所述第一腔體(39)由所述外部平臺(34)的上側上的呈框架形式的肋GO)建立，所述框架由密封屏G4)覆蓋。
9.根據權利要求5所述的燃氣輪機，其特徵在幹，所述第二腔體由所述外部平臺 (34)的後壁中的凹部建立，所述凹部由密封屏G4)覆蓋。
全文摘要
本發明涉及一種軸向流類型的燃氣輪機，其包括具有交替的空氣冷卻式葉片排和空氣冷卻式轉子熱防護件排的轉子，以及具有安裝在導葉承載件上的交替的空氣冷卻式導葉排和空氣冷卻式定子熱防護件排的定子，其中，定子同軸地包圍轉子而在它們之間限定熱氣路徑，使得葉片排和定子熱防護件排以及導葉排和轉子熱防護件排分別彼此相關，並且導葉排和沿下遊方向的下一葉片排限定渦輪級。通過這樣來實現顯著地減少冷卻空氣的消耗在渦輪級內提供機構來再使用已經用來冷卻渦輪級的導葉的尤其翼型件的冷卻空氣來冷卻導葉的下遊的所述渦輪級的定子熱防護件。
文檔編號F01D1/04GK102562169SQ20111040797
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月29日 優先權日2010年11月29日
發明者A·A·卡林, V·科斯特格 申請人:阿爾斯通技術有限公司