CN101506474B - 燃气轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带有空气冷却的燃气轮机(10)。以本发明提供了一种用于清洁在透平(30)内使用的冷却空气的有效措施，该措施是特别高效的。为使相对纯净的即无微粒的加压冷却空气流入透平(30)的冷却通道系统(58)内，建议在抽气口(54，55)的径向更外侧相邻地设有用于分离微粒的保护元件(60)，该保护元件(60)使压缩机末端空气中悬浮的微粒难以流入抽气口(54，55)内。以此可以避免承受热气体的冲击冷却的透平部件内的冷却孔的堵塞。

Description

燃气轮机
技术领域
本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分的燃气轮机。 
背景技术
燃气轮机及其工作方式一般地是已知的。在燃气轮机运行期间，为冷却透平的导流叶片和工作叶片需要具有冷却压力水平的冷却空气，该冷却空气通常提供于燃气轮机压缩机或其扩散器的出口处，且因此在此处获取。虽然由压缩机提供的加压空气已在前接于压缩机的吸入壳体内被预过滤，但布置在此处的过滤器不足以将流过燃气轮机的承受热气体的部件的冷却空气按要求地清洁。由压缩机末端空气携带的污染微粒至少对于压缩机末端空气的作为冷却空气用于透平冷却的部分是有风险的。风险尤其在于透平叶片冲击冷却所要求的冷却空气孔由于冷却空气中携带的污染微粒在其上的沉积而堵塞。这因此使得所要求的透平叶片的冷却可能不能得到持续保证。 
由此原因，必须通过另外的措施清洁供透平使用的冷却空气，以排除此类故障。 
为此，例如已知了布置在燃气轮机内部的过滤器管，但这导致了高成本且另外导致了复杂的构造。此外，已知了固定在压缩机出口处的用于使微粒偏转的板。US 4,820,116例如示出了此类的偏转板。该板的朝向压缩机的端部在此固定在扩散器壁上。该板的朝向透平的另一个端部是悬空的，且同时部分地突伸超出用于冷却空气的抽气口，其中，使冷却空气可以沿径向方向流入。这造成了污物分离度可能并不是足够的。 
发明内容
由此可见，本发明所要求保护的技术方案是提供一种此类燃气轮机，其中进一步降低了透平冷却的风险。 
为解决此技术问题，本发明建议在抽气口的径向更外侧相邻地设有用于 分离微粒的保护元件，该保护元件使压缩机末端空气中悬浮的微粒难以流入抽气口内。保护元件在此形成为分隔板，该分隔板以其朝向透平的端部固定地连接在透平侧的壳体上。通过此保护元件可以进一步改进透平冷却空气的清洁性；可能的有害微粒在冷却空气内的份额明显降低，使得冷却空气孔的堵塞能更少出现或完全避免。虽然保护元件与抽气口有间距地布置且轴向突伸入中空空间内，但已证明此保护元件有效地阻止了微粒流入到透平的冷却通道系统的入口开口内。此外，出现在中空腔室内的压缩机末端空气流的偏转意外地并不影响对空气冷却的燃烧室的冷却，而这可能阻碍此类保护元件的使用。 
保护元件构造为环形分隔板，以此将用于冷却空气的所述抽气口或全部抽气口以在其上方具有距离的分隔板完全覆盖。以此方式，分隔板特别地防止了在压缩机末端空气中携带的微粒流入到抽气口内。 
因此，所建议的措施导致了对于透平部件的持续无损害冷却，以此可提高透平的寿命和可使用性。 
本发明的设计的其它优点在从属权利要求中给出。 
在特别地有利的设计中，保护元件具有朝向压缩机的端部和与之对置的固定在透平上的端部，其中透平侧端部布置在比压缩机侧端部更小的半径上。因此，保护元件在透平的相对于机器轴线对称的上半部内形成了倾斜的平面，微粒可降落且沉积在该平面上。在此如下地选择保护元件的倾斜度，即，使保护元件的朝向压缩机的悬空端的位置高于其朝向透平的固定端。因此，在燃气轮机的上半部内形成了用于压缩机末端空气内悬浮的污染微粒的微粒阱。在可能会出现此问题的燃气轮机的上半部内，也可靠地避免了由于重力造成的微粒向抽气口内的流入。 
在本发明的有利的扩展中，所述抽气口或每个抽气口设在与转子环绕接合的轴保护件的表面内。可选地，所述抽气口或每个抽气口也可以构造为缝隙，所述缝隙由转子的端侧表面和固定的轴保护件形成。通过这些措施，可以以流动技术上特别地有效的方式从中空腔室取出压缩机末端空气的一部分作为冷却空气，且将其引导到转子内。 
如果保护元件将沿着机器轴线观察的每个抽气口的延伸完全地但却有距离地覆盖，那么分离度会特别高。 
此外，本发明尤其用于可轴向流过的静止的燃气轮机，该燃气轮机配备有多个同心于中心轴线布置且在周长上均匀分布的管状燃烧室。 
附图说明
下面结合附图解释本发明。 
图1以抽象图示出了在压缩机出口侧的端部和透平入口之间的区域内穿过燃气轮机的纵截面。 
具体实施方式
附图详细地示出了穿过可轴向流过的静止燃气轮机10的在压缩机12出口侧的端部和透平入口之间的轴向段内的纵截面。燃气轮机10的压缩机12中仅示出了最后一个压缩机级14，该压缩机级带有布置在转子16上的工作叶片18以及关于流过压缩机14的空气布置在气流下游的导流叶片20。此外，在压缩机导流叶片20的下游设有压缩机扩散器22，通过该压缩机扩散器22可以使从压缩机12端部流出的加压空气流入到中空腔室24内。中空腔室24也称为燃烧室增压器26或简称为增压器，它在轴向上观察时位于压缩机12和透平30之间。径向观察时，增压器26布置在位于更外侧的壳体32和位于更内侧的转子16或者说是轴保护件34之间。轴保护件34布置在转子侧且包围转子。轴保护件34在压缩机侧通过压缩机扩散器22以及通过压缩机导流叶片20与壳体32旋转固定地连接，且在透平侧与透平30的导流叶片49固定连接。此外，在增压器26内部提供了多个同心于机器轴线36布置的且在周长上均匀分布的管状燃烧室40，图中仅图示了管状燃烧室40的一个。每个管状燃烧室40在其朝向压缩机12的封闭端部42具有用于供入可燃介质B的燃烧器44。管状燃烧室40的与封闭端部42对置的开口端部46突伸入环形热气体通道内，其中示意性地描绘了第一透平级48的导流叶片49的一个。另外，在更下游处接有固定在转子16上的透平工作叶片50。 
燃气轮机10的可围绕机器轴线36旋转的转子16包括多个转子盘(尽管并未示出)，这些转子盘通过中央的或多个分散的拉伸杆柱相互张紧。转子盘的一部分承载了压缩机12和透平30的工作叶片18，50。 
在固定的轴保护件34内设有多个沿周长分布的孔56，孔56的布置在轴保护件的朝向中空腔室34的表面52内的开口被构造为抽气口54。通过这些孔56可将通过压缩机扩散器22供给增压器26的压缩机末端空气部分地取出以用于冷却透平部件。环形的第二抽气口55设在导流叶片49的导流叶片覆盖带62和轴保护件34的第二段之间。抽气口54，55因此设在中空腔室24的转子侧(即径向内侧)的限制壁内。但也可以替代所示出的技术方案规定，将抽气口54直接设在转子16内。 
在抽气口54的下游，将可取出的压缩机末端空气通过布置在转子16内和/或上的冷却通道系统58供给至第一透平级48的工作叶片50，以进行冷却。为冷却透平工作叶片49而设有可通过第二抽气口55取出的压缩机末端空气。此外，可将从增压器26取出的冷却空气也供给至转子16的其它的承受热气体的部件或透平部件。 
供给至增压器26的压缩机末端空气的绝大部分首先用于冷却管状燃烧室40，且然后通过燃烧介质B的燃烧用于热气体生成。为此，压缩机末端空气通过开口68供给至仅示意性地解释的燃烧室通道系统，该通道系统继续导向燃烧器44。 
为提供特别地纯净的，即仅带有特别少的污染微粒的冷却空气以用于冷却透平部件(例如冷却导流叶片49和/或工作叶片50)，提供了处于抽气口54，55的径向更外侧且与之具有距离的用于分离微粒的保护元件60，保护元件60使悬浮在压缩机末端空气内的微粒难于流入到抽气口54，55内。保护元件60被构造为分隔板，分隔板在导流叶片覆盖带62上，即在导流叶片49径向内侧的端部与透平30的壳体32固定地连接。例如，保护元件60可作为环形分隔板锥形地包围机器轴线36，使得分隔板的朝向压缩机12的悬空端64布置在大于固定在透平30上的对置的端部66的半径的半径上。 
在一种可选的设计中，轴保护件34与图示的技术方案相比也可以缩短地构造，使得布置在转子16的周面上的抽气口54可由分布在周长上的布置在转子盘内的孔形成，所述孔与冷却通道系统58流体连通。 
在附图中，在抽气口54的上方示处的保护元件60造成悬浮在压缩机末端空气内的微粒的分离，如下文中将描述。大约10μm量级的微粒主要地随着从压缩机扩散器22流出的压缩机末端空气的主流70，使得这些微粒与 
在附图中，在抽气口54的上方示处的保护元件60造成悬浮在压缩机末端空气内的微粒的分离，如下文中将描述。大约10μm量级的微粒主要地随着从压缩机扩散器22流出的压缩机末端空气的主流70，使得这些微粒与 
压缩机末端空气的大部分一起通过布置在管状燃烧室40上的开口68离开增压器26，以供给至燃烧器44并燃烧。此主流70的路径连同主流70所携带的小微粒(～10μm)基本上以附图标记70所表示的箭头示出。 
因为相对小的微粒在增压器26内跟随主流70，所以它们没有到达冷却通道系统58的抽气口54，55，使得水平分隔板由此原因而对于此微粒尺寸不具有明显的影响。 
通过近似水平布置的分隔板防止了大于50μm的量级的较大的微粒进入冷却通道系统58。随同压缩机末端空气从压缩机扩散器22流出的此类大微粒到达管状燃烧室40且由管状燃烧室40向下偏转。随后，压缩机末端空气的偏转的这一部分80连同微粒在透平30的方向上流动且然后从径向外侧到达分隔板的外侧。从此处起，压缩机末端空气水平地继续在压缩机扩散器22以及压缩机12的方向上流动。因为保护元件60突伸超出抽气口54的整个轴向延伸，所以尽管存在作用在微粒上的力，微粒也能够保持远离冷却通道系统58的抽气口54。在进一步的行进中，主流70携带了被供给至压缩机12的较大的微粒且将其输送到开口68，在此处微粒就离开增压器26。大于50μm的量级的微粒的此所述路径通过带有附图标记80的箭头在图中示出。 
由于处于保护元件60的固定端66的上方的拐角区域具有相对较慢的流动速度，此外在此位置上形成了对于微粒的沉积可能性，这进一步提高了冷却空气的纯净性。沉积在此位置上的微粒对于燃气轮机及其运行是无害的。 
总之，通过本发明提供了用于对在透平30内使用的冷却空气进行清洁的有效措施，该措施是特别高效的。因此，相对纯净的加压冷却空气可流入透平30的冷却通道系统58内，以此可以避免承受热气体的冲击冷却的透平部件的冷却孔的堵塞。 

Claims (7)

1.一种燃气轮机(10)，
该燃气轮机带有壳体(32)，在所述壳体(32)内沿机器轴线(36)相继布置压缩机(12)、至少一个燃烧室(40)和透平(30)；该燃气轮机还带有沿所述机器轴线(36)延伸的转子(16)，
其中，在轴向观察时在所述压缩机(12)和所述透平(30)之间且在径向观察时在所述壳体(32)和所述转子(16)之间设有与所述机器轴线(36)同心的中空腔室(24)，在所述中空腔室(24)内布置所述燃烧室(40)，且可以将在所述压缩机(12)内加压的抽吸空气作为压缩机末端空气供给至所述中空腔室(24)，且可通过至少一个转子侧的抽气口(54，55)从所述中空腔室(24)取出所述压缩机末端空气的一部分作为冷却空气来用于冷却透平，其中在所述抽气口(54，55)的径向更外侧相邻地设有用于分离微粒的保护元件(60)，所述保护元件(60)使所述压缩机末端空气中悬浮的微粒难以流入所述抽气口(54，55)内，其特征在于：所述保护元件(60)被构造成分隔板，所述分隔板以其朝向所述透平(30)的端部(66)固定地连接在透平侧的壳体(32)上，并且所述分隔板的朝向所述压缩机(12)的端部(64)悬空。
2.根据权利要求1所述的燃气轮机(10)，其中，所述保护元件(60)被构造为环形分隔板。
3.根据权利要求1或2所述的燃气轮机(10)，其中，所述保护元件(60)具有朝向所述压缩机(12)的与所述透平(30)对置的端部(64)，其中，透平侧的所述端部(66)布置在比压缩机侧的所述端部(64)更小的半径上。
4.根据权利要求1或2所述的燃气轮机(10)，其中，所述抽气口(54，55)或每个抽气口(54，55)设在一轴保护件(34)的朝向所述中空腔室(24)的表面(52)内。
5.根据权利要求1或2所述的燃气轮机(10)，其中，所述抽气口或每个抽气口(55)被构造成缝隙，所述缝隙由所述转子(16)的端侧表面和一固定的轴保护件(34)形成。
6.根据权利要求1或2所述的燃气轮机(10)，其中，所述保护元件(60)完全突伸超出每个抽气口(54)的沿所述机器轴线(36)观察的延伸。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的燃气轮机(10)，该燃气轮机是可轴向流过的且是静止的，带有多个同心于所述机器轴线(36)的均匀分布的管状燃烧室(40)。
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