CN101082307B - 用于优化燃气涡轮机内冷却的设备 - Google Patents

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Abstract

用于优化如下类型的燃气涡轮机内的冷却的设备(30)，燃气涡轮机包括至少一个装配有燃烧室(10)和外壳(16)和内壳(32)的压缩机、至少一个装配有一系列叶片(12)的涡轮机轮(14)和至少一个装配有一个或多个支承轴承(34)的高压转子(38)，压缩机能生成冷却空气，冷却空气通过合适的通道(20)传送到所述的涡轮机轮(14)。在设备(30)的外表面上存在一个或多个沟槽(26)，沟槽(26)允许来自压缩机的空气的另外的流量通向通道(20)，以增加向所述的涡轮机轮(14)的总冷却空气流。设备(30)可以容易地安装而不需要拆卸外壳(16)，且设备(30)组装在现有的机器上以替代支承轴承(34)的密封件(36)的通风管(22)。

Description

用于优化燃气涡轮机内冷却的设备
技术领域
本发明涉及用于燃气涡轮机的部件，且更特定地涉及用于便于燃气涡轮机的第一级的涡轮机轮的冷却的设备。
背景技术
燃气涡轮机，也称为燃烧涡轮机，是旋转驱动机器，它将包含在燃气流内的势能转化为传输到旋转轴的机械能。
涡轮机一般地包括压缩机或涡轮压缩机，从外侧移开的空气被引入到其内。在燃烧室(多个燃烧室)内，因此多种喷嘴供给燃料，燃料与空气混合以形成空气-燃料触发混合物。
轴向类型的压缩机由涡轮机带动，涡轮机供给机械能，从而转化燃烧室内的燃气的焓。
在一些应用中，膨胀跳跃(jump)再分为两个部分跳跃，每个在涡轮机内发生。在燃烧室下游的高压或第一级涡轮机带动压缩机，而收集了来自高压涡轮机的气体的低压或第二级涡轮机则连接到使用者。
压缩机、燃烧室、多种涡轮机级、输出轴、控制系统和点火系统形成了燃气涡轮机设备的基本部分。
至于涉及到燃气涡轮机的运行，已知空气通过入口管道抽吸到压缩机内。在此管道内，空气具有低压和低温特征，而当空气通过压缩机时其压力和温度增加。空气然后穿过燃烧室(多个燃烧室)，在此处它参与燃烧过程，其结果是温度进一步显著地升高。
燃料可以是液体或气体类型的燃料，且通过特定的喷嘴将燃料引入到燃烧室内。当机器被激活时，通过火花塞触发燃烧。
当作为燃烧结果的高压高温气体离开燃烧室时，它到达涡轮机级，在此它出产了在压缩机和燃烧室内积累的能量的部分，且然后通过出口通道流动到外侧。
在燃气涡轮机中，涡轮机轮通常必须被冷却以保持运行温度与该涡轮机轮的材料的特征相容。冷却通常地通过从轴向压缩机抽取的且合适地传输的空气流实现，空气然后径向地向外侧通过每个涡轮机轮表面和定子之间的空隙传送。这些空气流触及涡轮机轮的表面，从而冷却了它们。
特别地，在一些已知类型的应用中，与压缩机输送相应地安装了迷宫密封系统，即包括带有一系列截面放大和收缩的通道，或安装了另一个类型的密封系统。从所述的密封件吸取的空气流实现了第一级涡轮机轮的前表面(压缩机侧)的冷却。
有时，作为迷宫系统的过度密封或其他原因的结果，冷却空气流可能不足。作为结果，与第一级涡轮机轮和定子之间的前空隙一致地测量的温度的可接受极限上升，且因此涡轮机轮自身的温度也上升。这可能导致涡轮机轮运行寿命的严重下降。
为使所述的温度返回到可接受的值，因此需要增加来自压缩机的冷却空气流，在已知类型的涡轮机中，此增加通过密封系统的间隙增加或在内壳内与压缩机输送和冷却空气通道一致地造成一个或多个具有合适的直径的孔实现。为在现有的涡轮机内被激活，然而两种解决方法要求拆卸多种部件，这意味着更高的成本且也意味着对于整个机器的长周期的停机。
发明内容
本发明的目的因此是提供特别地用于冷却燃气涡轮机的第一级的涡轮机轮的前表面的设备，该设备能解决以上所述的缺点，允许获得另外的冷却空气流且变化其流量，而不必对机器的主要部件进行费力的拆卸或处理/替代。
本发明的进一步的目的是提供用于燃气涡轮机的设备，它是不昂贵的、简单的且安装快速的，如果将设备安装在现有的涡轮机上或随后进一步替代以优化冷却空气流量，则使得最小化机器的停机时间和成本。
根据本发明的这些目的通过提供如下的用于优化燃气涡轮机的第一级的涡轮机轮的冷却的设备实现。具体来说，用于优化这样的类型的燃气涡轮机内的冷却的设备，该类型的燃气涡轮机包括至少一个装配有燃烧室和外壳和内壳的压缩机、至少一个装配有一系列叶片的涡轮机轮和至少一个装配有一个或多个支承轴承的高压转子，所述的压缩机能生成冷却空气，冷却空气通过合适的通道传送到所述的涡轮机轮，其特征在于：在所述的设备的外表面上，存在一个或多个沟槽，沟槽允许来自所述的压缩机的空气的另外的流量通向所述的通道，以增加向所述的涡轮机轮的总冷却空气流；所述的沟槽位于形成所述的设备的管道的轴向方向。
根据本发明的用于优化燃气涡轮机内的冷却的设备的特征和优点将从如下的参考附带的示意图的例证性且非限制性描述中更明显，其中：
附图说明
图1是示出了已知类型的燃气涡轮机的第一级区的截面视图；
图2是示出了装配有根据本发明的用于优化冷却的设备的燃气涡轮机的第一级区的截面视图；
图3是安装在燃气涡轮机内的根据本发明的设备的部分的放大的截面视图；
图4是根据本发明的设备的侧视图；
图5是沿图4的线B-B获得的横截面视图；
图6是根据本发明的设备的纵截面视图；和
图7是图6中以C指示的细节的放大的截面视图。
具体实施方式
特别地参考附图的图1和图2，这些图示出了以参考数字10指示的燃气涡轮机的燃烧室的部分、一些在轴向压缩机的输送侧上的叶片级40、第一级涡轮机的叶片12、第一级涡轮机轮14和外壳16和内壳32。
在内壳32的面向压缩机的端部上安装了密封系统18，来自压缩机的空气吸取通过它而意图为用于冷却第一级涡轮机轮14的前表面(压缩机侧)。
参考数字34则指示了高压转子38的支承轴承，带有用于润滑油的相对密封件36。其他的支承轴承和推力轴承位于轴向压缩机的抽吸侧且未示出。
冷却空气基于图1和图2中表示出的箭头所指示的走向通过合适的通道20传送向第一级涡轮机轮14和定子部分之间的空隙，以接触第一级涡轮机轮14的前表面(压缩机侧)，从而冷却它且也防止热气体进入到空隙内。
最后，通风管22设计(图1)为与外部流体连通，其功能是在轴承34的密封件36内维持足够的空气压力，以允许对润滑油的最优的阻断而不加压润滑油自身的排放管道。
所述的通风管22具有能从机器外侧安装和移除的特征。它实际上通过固定装置28堵塞在外壳16上且简单地插入到位于内壳32内的合适的壳体内。
在图1中可见，如迄今为止所必需地，为增加冷却空气向涡轮机轮14的前侧的流动，如何作为对密封系统18的更复杂的修改的替代来直接地在内壳32上产生一个或多个孔24，以增加指向涡轮机轮自身14的总空气流量。
另一方面，图2示出了根据本发明的用于优化燃气涡轮机内的冷却的设备30，设备30安装在机器内，其替代了通风管22。设备30在图3和随后的附图中详细地图示，且以管道的形式生产。虽然它的在轴承34的密封件36内维持足够的空气压力的功能保持未变，但它能引导另外的冷却空气的量进入到通道20而不需要在内壳32上的另外的孔，且不需要修改密封系统18。
更特定地且特别地参考图3和随后的附图，本发明的目的是在形成了设备30的管道的外表面上存在一个或多个沟槽26，一旦设备30自身已组装为插入到内壳32的特定的圆形开口的运行位置且通过固定元件28阻塞在外壳16上，则沟槽允许从压缩机向通道20通过另外的空气流量，以增加向涡轮机轮14的前表面的冷却空气总流动。
基于图示的实施例，本发明的目的是使沟槽26位于形成设备30的管道的轴向方向且在意图为插入到内壳32的壁内的设备30自身的部分内获得，因此形成向通道20的实际的出口孔用于来自压缩机的空气。
应指出的是，沟槽26的尺寸和个数可以根据除了常规地通过密封系统18供给外的冷却空气的进一步的量确定，这基于涡轮机轮14的运行情况获得。特别地，足以快速地且简单地以设备30替代通常的通风管22，或以另一个具有类似特征但不同的沟槽26的设备代替本设备30，以改变且优化在通道20内的冷却空气的总流量。
尽管对第一级涡轮机轮14的不足的冷却空气流量降低了涡轮机轮14自身的运行寿命，但过度的空气流量也负面地影响燃气涡轮机的性能(动力的供给和产生)。设备30因此允许调节冷却空气流量以确保涡轮机轮14的运行寿命和整个机器的性能。
因此可见，根据本发明的设备30以非常简单和经济的方式实现了前文中指定的目的，也考虑到降低设备30自身的成本，从而允许供给到第一级涡轮机轮前表面的冷却空气的量被增加和优化，而不需要对机器的主要部件进行费力的拆卸和修改。以允许了通过不同量的空气的其他设备容易地替代设备30也允许了根据不同的运行情况和要求来优化涡轮机轮的冷却情况和机器的性能。
这样构想的本发明的用于优化燃气涡轮机的冷却的设备可以在任何情况中经历多个修改和变化，所有这些包括在相同的发明构思中。
进一步地，在实践中使用的材料以及尺寸和部件可以根据技术要求变化。

Claims (7)

1.一种用于优化这样的类型的燃气涡轮机内的冷却的设备(30)，该类型的燃气涡轮机包括：燃烧室(10)、至少一个装配有外壳(16)和内壳(32)的压缩机、至少一个装配有一系列叶片(12)的涡轮机轮(14)和至少一个装配有一个或多个支承轴承(34)的高压转子(38)，所述的压缩机能生成冷却空气，冷却空气通过合适的通道(20)传送到所述的涡轮机轮(14)，其特征在于：在所述的设备(30)的外表面上，存在一个或多个沟槽(26)，沟槽(26)允许来自所述的压缩机的空气的另外的流量通向所述的通道(20)，以增加向所述的涡轮机轮(14)的总冷却空气流；
所述的沟槽(26)位于形成所述的设备(30)的管道的轴向方向。
2.根据权利要求1所述的设备(30)，其特征在于：设备(30)通过一个或多个固定元件(28)组装在所述的外壳(16)上的运行位置内。
3.根据权利要求1所述的设备(30)，其特征在于：所述的沟槽(26)在意图为插入到所述的内壳(32)的壁内的所述的设备(30)的部分内获得。
4.根据权利要求1所述的设备(30)，其特征在于：所述的沟槽(26)的尺寸、形式和个数能根据基于所述的涡轮机轮(14)的冷却要求而待供给的冷却空气的量确定，同时确保燃气涡轮机的性能。
5.根据权利要求1所述的设备(30)，其特征在于：设备(30)能作为所述的一个或多个支承轴承(34)的密封件(36)的通风管(22)的替代来安装，所述的设备(30)也具有维持所述的一个或多个支承轴承(34)的所述的密封件(36)内的足够的空气压力的功能。
6.根据权利要求1所述的设备(30)，其特征在于：设备(30)用于燃气涡轮机的第一级的所述的涡轮机轮(14)的面向所述的压缩机的前表面的冷却。
7.一种燃气涡轮机，其特征在于：其包括根据权利要求1所述的设备(30)。
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