軸向流類型的燃氣輪機的製作方法

2023-09-23 10:33:30 2

專利名稱：軸向流類型的燃氣輪機的製作方法
技術領域：
本發明涉及燃氣輪機的技術。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。更具體而言，本發明涉及設計用於燃氣輪機單元的軸向流渦輪的級。大體上，渦輪定子由具有槽口的導葉承載件組成，其中，導葉排和定子熱防護件排接連地安裝。同一級包括由具有槽口的旋轉軸組成的轉子，其中，轉子熱防護件排和葉片排接連地安裝。
背景技術：
本發明涉及軸向流類型的燃氣輪機，圖1中顯示了其實例。圖1的燃氣輪機10根據順序燃燒的原理來運行。它包括壓縮機11、具有多個燃燒器13和第一燃料供應12的第一燃燒室14、高壓渦輪15、具有第二燃料供應16的第二燃燒室17，以及交替的葉片20排和導葉21排(它們布置成沿著機器軸線22布置的多個渦輪級)的低壓渦輪18。根據圖1的燃氣輪機10包括定子和轉子。定子包括其中安裝有導葉21的導葉承載件19 ；這些導葉21必須形成成形通道，在燃燒室17中產生的熱氣流過成形通道。沿需要的方向流過熱氣路徑四的氣體撞擊在安裝在轉子軸的軸狹縫中的葉片20上，並且使渦輪轉子旋轉。為了保護定子殼體抵抗在葉片20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2中顯示了燃氣輪機10的典型的空氣冷卻式燃氣輪機級TS的區段。在燃氣輪機10的渦輪級TS內，導葉21排安裝在導葉承載件19上。在導葉21的下遊，提供了葉片 20排，它們中的各個在其尖部處具有外部平臺M，外部平臺M在上側上布置有齒(圖3 (B) 中的52)。與葉片20的尖部(和齒52)相對，定子熱防護件沈安裝在導葉承載件19上。 導葉21中的各個具有外部導葉平臺25。導葉21和葉片20用它們的相應的外部平臺25和 24來限定熱氣路徑四的邊界，來自燃燒室的熱氣流過熱氣路徑四。為了確保這種高溫燃氣輪機10的運行具有長的壽命，形成其流徑四的所有部件應當被有效地冷卻。渦輪部件的冷卻使用從所述燃氣輪機單元的壓縮機11供給的空氣來實現。為了冷卻導葉21，壓縮空氣通過孔27從氣室23供應到位於導葉承載件19和外部導葉平臺25之間的腔體觀中。然後，冷卻空氣傳送通過導葉翼型件，並且流出翼型件而進入渦輪流徑四中(見圖2中的翼型件的後緣處的水平箭頭)。葉片20使用這樣的空氣來冷卻該空氣沿豎直(徑向)方向傳送通過葉片柄部和翼型件，並且通過葉片翼型件狹縫以及通過外部葉片平臺M的齒52之間的開口來排到渦輪流徑四中。定子熱防護件沈的冷卻未在圖2中提供的設計中詳細說明，因為定子熱防護件沈被認為受到外部葉片平臺M的保護來抵抗主要熱氣流的有害影響。可認為上面描述的設計的缺點首先包括這樣的事實傳送通過葉片翼型件的冷卻空氣未為外部葉片平臺M提供足夠高效的冷卻，並且因而未為其提供長的壽命。相對的定子熱防護件26也未受到足夠的保護來抵抗來自熱氣路徑四的熱氣。其次，此設計的缺點在於，在圖2中的區域A內存在狹縫，因為會在導葉21和隨後的定子熱防護件26之間的接頭處出現冷卻空氣洩漏，從而導致進入渦輪流徑四中的冷卻空氣的損失。

發明內容
本發明的目的是提供一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，並且結合了冷卻空氣品質流和洩漏的減少與渦輪的渦輪級內的關鍵部件的改進的冷卻和有效的熱保護。這個和其它目的通過根據權利要求1的燃氣輪機來達到。本發明的燃氣輪機包括具有交替的空氣冷卻式葉片排和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對，並且導葉排和沿下遊方向的下一葉片排限定渦輪級，並且其中，葉片在它們的尖部處設有外部葉片平臺。根據本發明，在渦輪級內提供了機構來將已經用來冷卻渦輪級的導葉的尤其翼型件的冷卻空氣引導到位於外部葉片平臺和相對的定子熱防護件之間的第一腔體中，以保護定子熱防護件來抵抗熱氣，以及冷卻外部葉片平臺。根據本發明的一個實施例，外部葉片平臺在它們的外側上設有沿周向方向延伸的平行齒，並且所述第一腔體由平行齒限定邊界。根據本發明的另一個實施例，導葉各自包括外部導葉平臺，引導機構包括用於收集離開導葉翼型件的冷卻空氣的第二腔體，並且引導機構進一步包括用於將收集到的冷卻空氣沿徑向排到所述第一腔體中的機構。優選地，排出機構包括在外部導葉平臺的後壁處的、沿朝向相鄰的外部葉片平臺的流動方向疊置在第一齒上的突出部，以及屏，該屏覆蓋突出部，使得用於冷卻空氣的通道建立在突出部和屏之間，通道終止在第一腔體的正上方的徑向槽口中。根據本發明的另一個實施例，第二腔體和排出機構由多個孔連接，該多個孔穿過外部導葉平臺的後壁，並且沿周向方向相等地間隔開。根據本發明的又一個實施例，第二腔體通過凸肩來與外部導葉平臺的其餘部分分開，並且第二腔體由密封屏封閉。


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；圖2顯示了根據現有技術的燃氣輪機的渦輪級的冷卻細節；圖3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4以透視圖顯示了根據本發明的一個實施例的、圖3的導葉的外部平臺的構造， 其中，移除了所有屏；以及圖5以透視圖顯示了所有屏布置就位的、圖3的導葉的外部平臺的構造。部件列表
10、30燃氣輪機11壓縮機12、16燃料供應13燃燒器14、17 燃燒室15高壓渦輪18低壓渦輪19、40導葉承載件(定子)20、32 葉片21、31 導葉22機器軸線23、33 氣室24、34外部葉片平臺25、35外部導葉平臺26、36定子熱防護件27、37 孔28、38 腔體29、39熱氣路徑41、42、46 腔體43、47、49 屏44突出部45 孔48 凸肩50 狹縫51 蜂巢52齒(外部葉片平臺)TS渦輪級
具體實施例方式圖3顯示了根據本發明的一個實施例的燃氣輪機30的渦輪級的冷卻細節，並且展示了所提出的渦輪級TS的設計，其中，節約了冷卻空氣，因為利用了在導葉31中用完了的空氣。這個方案的新穎性不僅在於節約冷卻空氣，而且還在於有效地保護外部葉片平臺34 來抵抗來自熱氣路徑39的熱氣，因為對於渦輪級TS，有沿豎向從狹縫(圖3(B)中的50)排到葉片32的外部葉片平臺34的上側上的平行齒52之間的腔體41中的連續的冷卻空氣層。 通過在外部導葉平臺35的後壁處覆蓋突出部44的屏43來形成狹縫50 (見圖3、區域B和圖3⑶)。大體上，來自氣室33的冷卻空氣通過冷卻空氣孔37流到腔體38中，穿過穿孔屏 49，並且進入導葉翼型件的內部中的冷卻通道。在導葉31中用於冷卻的冷卻空氣從翼型件傳送到腔體46中，腔體46通過凸肩48(也見圖4)來與基本外部導葉平臺35隔開。然後，這個空氣從腔體46分布到一排沿周向方向相等地間隔開的孔45中。腔體46被密封屏 47(也見圖5)封閉。上面已經提到的穿孔屏49 (見圖5)位於外部導葉平臺35的剩餘的最大的部分的上方，並且空氣被供應通過這個屏中的孔，以冷卻平臺表面，以及進入內部導葉翼型件腔體(未在圖中顯示)。所提出的設計的重要的新特徵還在於，在導葉外部平臺35的後壁上提供了在下方配備有蜂巢51的突出部44 (見圖3- 。防止用完了的空氣額外地從腔體41洩漏到渦輪流徑39中的外部葉片平臺34的齒52中的前面一個位於突出部44的正下方。由於存在此突出部的原因，避免了有額外的空隙(見圖2，區域A)讓路來使冷卻空氣洩漏。因而，高效地利用用完了的冷卻空氣有可能避免將額外的冷卻空氣供應給定子熱防護件36以及給葉片護罩或外部葉片平臺34，因為用完了的空氣有效地封閉了腔體41。總之，所提出的冷卻方案具有以下優點1.利用在導葉31中用完了的空氣來冷卻部件，尤其是冷卻外部葉片平臺34。2.不存在對用於冷卻定子熱防護件36的額外的空氣的需要。3.由屏43覆蓋的突出部44會產生冷卻空氣的連續的空氣層，這連同外部葉片平臺34的前齒52會封閉位於外部葉片平臺34的外側上的齒52之間的腔體41。4.所提出的在外部導葉平臺35上的突出部44的形狀有可能避免在導葉31和定子熱防護件36之間的接頭區域(見圖2中的A)內有額外的冷卻空氣洩漏。5.用完了的空氣會穿透相鄰的定子熱防護件36之間的空隙而進入背側腔體 42 (見圖幻，並且防止定子部件過熱。因而，具有突出部44的導葉31和用於經使用的空氣的單獨的收集器46至48的結合，以及非冷卻式定子熱防護件36和具有形成於這些外部葉片平臺34的外部齒52之間的腔體41的兩叉式外部葉片平臺34的結合使得能夠設計出現代的高性能渦輪。
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(3 排和轉子熱防護件排的轉子，以及具有安裝在導葉承載件GO)上的交替的空氣冷卻式導葉(31)排和定子熱防護件(36)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(39)，使得所述葉片(3 排和定子熱防護件(36)排以及所述導葉(31)排和轉子熱防護件排分別彼此相對，並且導葉(31)排和沿下遊方向的下一葉片(32)排限定渦輪級 (TS)，並且其中，所述葉片(32)在它們的尖部處設有外部葉片平臺(34)，其特徵在於，在渦輪級(TS)內提供了機構(43-48)來將已經用來冷卻所述渦輪級(TS)的所述導葉(31)的尤其翼型件的冷卻空氣引導到位於所述外部葉片平臺(34)和相對的所述定子熱防護件(36) 之間的第一腔體Gl)中，以保護所述定子熱防護件(36)抵抗熱氣，以及冷卻所述外部葉片平臺(34) 0
2.根據權利要求1所述的燃氣輪機，其特徵在於，所述外部葉片平臺(34)在它們的外側上設有沿周向方向延伸的平行齒(52)，並且所述第一腔體由所述平行齒(5 限定邊界。
3.根據權利要求1或2所述的燃氣輪機，其特徵在於，所述導葉(31)各自包括外部導葉平臺(35)，所述引導機構(43-48)包括用於收集離開所述導葉翼型件的冷卻空氣的第二腔體(46)，並且所述引導機構(43-48)進一步包括用於將收集到的所述冷卻空氣沿徑向排到所述第一腔體Gl)中的機構03，44)。
4.根據權利要求3所述的燃氣輪機，其特徵在於，所述排出機構(43，44)包括在所述外部導葉平臺(3 的後壁處的、沿朝向相鄰的外部葉片平臺(34)的流動方向疊置在第一齒(52)上的突出部04)，以及屏(43)，所述屏03)覆蓋所述突出部(44)，使得用於所述冷卻空氣的通道建立在所述突出部G4)和所述屏之間，所述通道終止在所述第一腔體 (41)的正上方的徑向槽口中。
5.根據權利要求3或4所述的燃氣輪機，其特徵在於，所述第二腔體06)和所述排出機構03，44)由多個孔05)連接，所述多個孔05)穿過所述外部導葉平臺(35)的後壁， 並且沿周向方向相等地間隔開。
6.根據權利要求3至5中的任一項所述的燃氣輪機，其特徵在於，所述第二腔體06) 通過凸肩G8)來與所述外部導葉平臺(3 的其餘部分分開，並且所述第二腔體G6)由密封屏(47)封閉。
全文摘要
本發明涉及一種軸向流類型的燃氣輪機，包括具有交替的空冷式葉片排和轉子熱防護件排的轉子及具有安裝在導葉承載件上的交替的空冷式導葉排和定子熱防護件排的定子，其中定子同軸地包圍轉子而在其之間限定熱氣路徑，使得葉片排和定子熱防護件排及導葉排和轉子熱防護件排分別彼此相對，且導葉排和沿下遊方向的下一葉片排限定渦輪級，並且其中葉片在尖部處設有外部葉片平臺。冷卻空氣品質流和洩漏的減少連同渦輪級內的關鍵部件的改進的冷卻和有效的熱保護通過這樣來實現在渦輪級內提供機構來將已用來冷卻導葉的翼型件的冷卻空氣引導到位於外部葉片平臺和相對的定子熱防護件之間的第一腔體中，以保護定子熱防護件抵抗熱氣及冷卻外部葉片平臺。
文檔編號F01D9/00GK102477873SQ20111040796
公開日2012年5月30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