CN100425812C - 具有冷却设置的透平机械的部件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种透平机械的部件(1)，特别是燃气轮机的隔热板段，带有冷却装置，该装置具有至少一个用于冷却介质从部件(1)旁边或者内部通过的冷却通道。部件(1)的特征在于，冷却通道通过内径≥4mm的管(2)构成，该管固定在部件(1)上，其中管(2)螺旋形构成，以补偿部件(1)工作造成的变形。利用本部件可以在降低冷却介质泄漏率的情况下对部件的各区域有针对性地进行冷却。

Description

具有冷却设置的透平机械的部件
技术领域
本发明涉及一种透平机械，特别是燃气轮机的部件，带有冷却装置，该装置具有至少一个用于冷却介质从部件旁边或者内部通过的冷却通道。
背景技术
在特别是燃气轮机这种透平机械工作时，出现大大增加透平机械各部件负荷的高温。随着功率越来越大的燃气轮机的开发，达到已经超过各透平部件材料熔点的温度。为避免这些部件由于高工作温度受到损坏，这些部件必须在工作期间不断得到冷却。为此在这些透平部件的内部具有冷却通道，通过冷却通道将一般为吸入的压缩空气这种冷却介质从所要冷却的部位旁输送。除了例如冷却通道处于叶片内部的这种冷却通道直接分布在所要冷却区域内的对流冷却外，也使用所谓的冲击冷却以及薄膜式冷却。在冲击冷却时，冷却空气几乎垂直冲击到所要冷却的表面上，而在薄膜式冷却时，冷却空气几乎切向从这些表面掠过并在那里形成一个冷却空气膜。
通过冷却通道构成的冷却装置一般为开放式的系统，在这些系统中，介质通过孔或者开口从一个空穴流入同一或者其他部件的空穴内。但由于接触面膨胀这样会导致冷却介质过高的泄漏率。
所要冷却部件方面的一个例子是隔热板段，它们防止例如涡轮导向叶片的构架这种燃气轮机的外部构架与热气直接接触。根据隔热板的合金材料、工作时出现的温度以及设计，可以要求冷却或者不冷却隔热板。为冷却燃气轮机的这种部件，在公知的系统中使用已经提到的冷却装置，其中，冷却空气流过由这些部件或者透平设备部件的共同作用形成的空穴和连接开口，特别是冷却空气孔。在此方面，空穴的接触面由于通流的冷却空气也受到冷却，尽管不希望这样或者不希望部件的整个区域冷却。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种透平机械的，特别是燃气轮机的部件，带有冷却装置，该冷却装置可以在降低泄漏率的情况下有针对性地进行冷却。
该目的利用上述类型的透平机械的部件得以实现。该部件具有优点的可以参阅下面的说明以及实施例。
所提供的透平机械的部件带有冷却装置，该装置具有至少一个用于冷却介质从部件旁边或者内部通过的冷却通道，其特征在于，冷却通道由内径≥4mm的管构成，该管固定在部件上，其中管螺旋形构成，以补偿部件工作造成的变形。
与公知的解决方案不同的是，冷却通道通过部件本身的成型，特别是通过在部件内或者在与相邻部件，需要时与相应设置隔片的共同作用下构成的空穴构成，与此相反，本部件包括单独制造和成型的管，它们固定在部件的上面或者内部。在此方面，例如可以通过硬焊、焊接或者粘接或者通过其他适当的机械连接进行固定。部件本身例如可以是隔热板，但也可以是透平机械所要冷却的其他任何旋转的或者固定的部件，其中，只冷却一个局部邻接的区域或者冷却介质只通过该部件导入另一个所要冷却部件的冷却装置内，也就是通入二次冷却系统内。
利用本部件可以有针对性地仅冷却这些部件的一部分或者将冷却介质不冷却部件输送到二次冷却系统内。在这种情况下避免了为输送冷却介质膨胀的接触面，从而与公知的解决方案相比降低了泄漏率。附加具有例如用于固定导向叶片这种机械作用的直线隔热板段也具有值得重视的径向膨胀。通过与冷却介质大面积接触产生的温度梯度非常高并导致该部件不希望的严重热变形。通过依据本发明构成这种隔热板，可以将冷却介质仅输送到靠近热气路径所要冷却的表面上，而不会重点地冷却隔热板其他径向外置的区域。
在一优选的构成中，冷却设置的一个或者多个管至少分段柔性或者弹性构成，以便可以参与或补偿部件由热造成的膨胀变化。为此提供多种可能性。这些管可以具有多重弯曲或者绕成螺旋形的形状，特别是螺旋状分布。此外，管的单个段可以形成波纹管，从而在管的主要是轴向上呈柔性。在另一构成中，管与部件的连接部位，特别是在管穿过部件壁的部位上与滑动接头连接。这种连接也可以具有附加的密封件。此外，部件内的管可以由多个管部件组装而成。在这种情况下，也可以将滑动接头作为各管部件之间的连接件使用。
一侧部件以及另一侧冷却装置的单个或者多个管可以采用不同的技术彼此无关地制造，例如通过铸造、车削加工成型、半热成型或者冷成型或者通过类似公知的技术制造。在管由单个部件组成的情况下，这些部件同样可以通过例如像硬焊、焊接或者其他机械连接技术这些常用的技术相互连接。
在这种情况下，单个管可以根据要求通过管长度在其内径上变化。内径的横截面形状也可以适当的得到优化。这些管例如可以在直线段上具有圆形内横截面，而在弯曲区域内可以椭圆形或者近似椭圆形构成。
不言而喻，管将冷却介质所输送到的二次冷却系统可以在各种不同的公知冷却技术下使用，也就是对流冷却、冲击冷却或者薄膜式冷却。它可以在部件本身上以公知的方式构成或者也可以在相邻的部件内部或者上面构成。
附图说明
下面借助与附图相结合的实施例对本发明再次进行详细说明。其中：
图1示出构成具有冷却装置部件的第一实施例；
图2示出为冷却叶片包带的部件的另一结构；
图3示出构成具有冷却设置部件的第二实施例；
图4示出所使用的冷却管形状的实施例；
图5示出图4管的三个不同视图；
图6示出弯曲部位的管横截面的实施例。
具体实施方式
图1示出构成具有冷却装置本部件的第一实施例。在该实施例中，冷却装置由多重弯曲的管2组成，该管利用其第一末端固定在部件隔热板1的入口4上，并将冷却空气输送到部件1处于透平热气路径上的区域。冷却空气的行程通过图中所示的箭头表示。冷却空气通过部件1内的开口3排出进入热气路径，并从外侧冷却部件的该区域。不言而喻，在透平的常见结构中，多个这种管在热气路径的圆周上分布设置在隔热板1内。
通过冷却空气在管2内的封闭引导，部件1的其余部分不受到冷却，从而在部件内的径向上形成明显小的温度梯度。因为冷却空气也不进入部件1的整个内腔，所以泄漏率相对于这种构成明显降低。管2在本实施例中通过入口4内硬焊的套筒9与部件1连接。在部件1处于热气路径旁的区域上还可以设置密封件5，透平的叶片尖在工作期间嵌入该密封件内。
这一点在图2中示出，该图示出透平的一部分叶片6与密封件5嵌接。在该实施例中，隔热板1没有或者仅不明显地受到冷却。确切地说利用管2将冷却空气直接用于冷却叶片6的尖端。这一点通过图中可以看到的箭头表示，该箭头表示从管2排出的冷却空气击中叶片6的尖端。
图3示出构成本部件的另一实施例，其中，管2具有一个在上部区域内由波纹管7构成的段，它可以使管2轴向膨胀。这种轴向膨胀是需要的，以便参与或补偿在同方向上由于温度变化引起的部件1不同的膨胀。此外在该附图中，还示出一种通过滑动接头8(slip joint)实现的径向膨胀的可能性，通过这种可能性管2的出口端与部件1连接。在这种构成中，还可以看到通过滑动接头8的作用降低管2的横截面，它提高了冷却空气从管2的流出速度。
在这些实施例中，管2具有双重弯曲的形状，正如从图4中可看到的那样。通过在该实施例中弯曲处于两个垂直相对平面上的这种双重弯曲的形状，管2同样达到某种柔性。图5示出原则上构成这种双弯曲形状的可能性，该图以三个不同视图示出这种带有相应标注尺寸的管2。对于图5中可看到的标注尺寸来说，可以在取决于管外径的情况下在下列范围进行选择：X1＝0.2-50D，X2＝0.2-70D，Y1＝0.2-90D，R1＝0.5-10D，R2＝0.5-10D，α1＝2°-170°，α2＝2°-170°和α3＞10°。在此方面，这些尺寸根据部件1的形状以及冷却空气在部件内所要求的引导进行选择。在此方面，管的内径在≥4mm至最好最大70mm的数量级上变化。在这种情况下壁厚可以任意选择。
图6最后举例示出可以在弯曲部位上选择的管2的横截面。原则上管2直径D2和直径D1之间的关系可以取决于各自管段在D1/D2＝0.4-1.6的范围内变化。
附图符号
1隔热板
2管
3开口
4入口
5密封件
6叶片
7波纹管
8滑动接头
9套筒

Claims (12)

1. 一种透平机械的部件，带有冷却装置，该装置具有至少一个用于冷却介质从部件(1)旁边或者内部通过的冷却通道，其特征在于，冷却通道通过内径≥4mm的管(2)构成，该管固定在部件(1)上，其中管(2)螺旋形构成，以补偿部件(1)工作造成的变形。
2. 按权利要求1所述的部件，其特征在于，管(2)通过钎焊、焊接或者粘接在部件(1)上。
3. 按权利要求1所述的部件，其特征在于，至少单个管段柔性构成，以补偿部件(1)工作造成的变形。
4. 按权利要求3所述的部件，其特征在于，一个或者多个管段构成一个波纹管(7)，以补偿部件(1)工作造成的变形。
5. 按权利要求1所述的部件，其特征在于，一个或者多个管段通过滑动接头(8)相互连接或者与部件(1)连接，以补偿部件(1)工作造成的变形。
6. 按权利要求1所述的部件，其特征在于，管(2)具有至少两个弯曲的管段以及直线的管段，其中第一管段处于第一平面内，第二管段处于第二平面内，其中，两个平面的夹角在2°和170°之间。
7. 按权利要求6所述的部件，其特征在于，弯曲的管段具有主要为椭圆形的内横截面，直线的管段具有主要为圆形的内横截面。
8. 按权利要求6所述的部件，其特征在于，两个平面的夹角在80°和100°之间的角度。
9. 按权利要求6或8所述的部件，其特征在于，第一管段具有170°-190°的弯度，第二管段具有80°-100°的弯度。
10. 按权利要求1所述的部件，其特征在于，多个管(2)固定在部件(1)上。
11. 按权利要求1或10所述的部件，其特征在于，单个或者多个管(2)通入二次冷却系统内。
12. 将权利要求1-11之一或多个所述的部件用于燃气轮机的隔热板段的应用。
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