CN101787929A - 可外部调节的冲击冷却歧管安装件和热电偶壳 - Google Patents

可外部调节的冲击冷却歧管安装件和热电偶壳 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种可外部调节的冲击冷却歧管安装件和热电偶壳。一种安装件(152)包括：附连到壳体(120)上的安装螺栓(156)；在其远端处接合壳体(120)的内套管(158)；以及接合歧管(140)且接合内套管(158)的外套管(160)。内套管(158)相对于外套管(160)可调，从而允许歧管(140)相对于壳体(120)可调。

Description

可外部调节的冲击冷却歧管安装件和热电偶壳
技术领域
本文公开的主题涉及燃气轮机，且更特别地，涉及用于燃气轮机的空气冲击冷却歧管的可调安装件。
背景技术
空气冲击冷却用于操纵燃气轮机的壳体温度，以及降低和保持旋转的叶片与伴随的内部壳体表面之间的空隙。壳体的冷却大体上须要相对均匀，以避免不希望有的非圆度和局部应力集中。冷却的效率受各种空气冲击冷却构造的影响。燃气轮机上的空气冲击冷却构造的一个问题是难以在大型的不一致的非标准壳体表面上实现相对一致的传热系数。在一些燃气轮机上应用小的冲击孔和相对短的喷嘴到表面距离。虽然这些特征可在壳体上产生所需的较高传热系数，但是使用相对小的冲击冷却孔的问题是需要在越过孔有相对高的差压压降的情况下操作。这会导致需要不合乎要求的高的冷却空气供应压力，这会不利地影响燃气轮机的净效率。而且，相对较小的孔和较短的孔到表面的距离具有有害的横流，且对恒定的冷却剂流率的冷却效率有无意的作用。因此，可能需要高压鼓风机以及增加的系统资金和操作成本。
一种已知的空气冲击冷却构造包括固定到涡轮壳体上、在目标冷却区域正上方的多个歧管。通常使用安装件来将歧管固定到涡轮壳体上。将冷却空气提供给歧管，其具有形成于各个歧管的下板中的一系列空气冲击孔。对在下板上的冲击孔的大小和定位进行选择，以在作为由空气冲击冷却系统冷却的目标的涡轮壳体上产生相对一致的和期望的传热系数。关于这种类型的歧管冷却系统，各个歧管的下板和涡轮壳体之间的距离决定了由歧管实现的对壳体的冷却。但是，将歧管固定到壳体上的安装件是有问题的，因为当歧管安装在壳体上时，安装件不允许对歧管的下板和涡轮壳体之间的间隙距离进行任何调节。安装件间隙距离仅可以在从壳体上移除歧管的情况下进行调节。这导致了需要用不合需要的、耗时的反复试验的方法来实现下板和壳体之间的期望的间隙距离。也就是说，通常需要将歧管布置在壳体上以及从壳体上取下若干次，直到实现期望的间隙距离，以及由此实现壳体的合适冷却量为止。
发明内容
根据本发明的一个方面，一种安装件包括：附连到壳体上的安装螺栓；在其远端处接合壳体的内套管；以及接合歧管且接合内套管的外套管，内套管相对于外套管可调，从而允许歧管相对于壳体可调。
根据本发明的另一个方面，用于将具有一对间隔开的板的歧管安装到壳体上的安装件，板其中之一定位成离其中形成有多个冷却孔的壳体最近，该安装件包括：附连到壳体上的安装螺栓；在其远端处接合壳体的内套管；以及接合歧管且能够以螺纹的方式接合内套管的外套管，内套管相对于外套管可调，从而允许歧管相对于壳体可调。
根据本发明的又一个方面，一种方法包括：将安装螺栓附连到壳体上；使内套管与壳体接合；以及使外套管与歧管接合，且与内套管接合，内套管相对于外套管可调，从而允许歧管相对于壳体可调。
根据结合附图得到的以下描述，这些和其它优点和特征将变得更加显而易见。
附图说明
在说明书结论部分处的权利要求书中特别指出和明确要求保护了被视为本发明的主题。根据结合附图得到的以下详细描述，本发明的前述和其它特征和优点显而易见，其中：
图1是燃气轮机的截面图；
图2是图1的燃气轮机中的涡轮叶片与罩的空隙的详细视图；
图3是在图1的燃气轮机上实现的冲击冷却系统；
图4是冲击冷却歧管的截面图，该冲击冷却歧管是图3的冲击冷却系统的一部分；
图5是图4的冲击冷却歧管的详细截面图；
图6是用于图4和5的冲击冷却歧管的根据本发明的一个实施例的安装件的详细视图；
图7是安装螺栓和热电偶保持器的截面图，其是图6的安装件的一部分；
图8是内套管的截面图，该内套管是图6的安装件的一部分；以及
图9是外套管的截面图，该外套管是图6的安装件的一部分。
具体实施方式参看附图以实例的方式阐述了本发明的实施例，以及优点和特征。部件列表：
  110   燃气轮机
  112，114   压缩机区段
  116   涡轮区段
  118，120   壳体
  126   罩
  122   叶片
  123   叶尖
  128   空隙
  122   叶片
  130   鼓风机
  132   控制风门
  134   互连管
  136   分配集管
  140   歧管
  142   上板
  144   供气管
  146   下板
  148   冲击孔
  150   柱
  152   安装件
  154   热电偶
  156   安装螺栓
  158   内套管
  160   外套管
  164，166   孔
  168   远端
  170   沉孔
  172，184   孔口
  122   叶片
  174   六角头
  155   杆或线材
  176，188   凸缘
  178，206   表面
  180   螺纹
  186   扁平部分
  192，204   石墨衬垫
  194，202   金属垫圈
  198，200   螺母
  208   内孔口
具体实施方式
图1示出了燃气轮机110的一个实施例。燃气轮机包括压缩机区段112、燃烧器区段114和涡轮区段116。涡轮机110还包括压缩机壳体118和涡轮壳体120。涡轮壳体120和压缩机壳体118包围燃气轮机110的主要零件。涡轮区段116包括轴和多组旋转的和静止的涡轮叶片。
参看图1和2，涡轮壳体120可包括固定到壳体120的内表面上的罩126。罩126可设置在旋转的涡轮叶片122的尖端附近，以最大程度地减小经过叶尖的空气泄漏。叶尖123和罩126之间的距离称作空隙128。注意到，由于叶片和壳体在燃气轮机运行期间的不同的热生长特性，各个涡轮级的空隙128并不一致。
对燃气轮机的效率的一个贡献因素(contributor)是通过叶尖到达壳体空隙128的空气/排气泄漏量。由于涡轮叶片122和涡轮壳体120的不同的热生长特性，随着涡轮转变经过从点火到基荷稳态条件的过渡，空隙128显著地改变。可实现包括其操作序列的空隙控制系统，以在所有操作条件期间处理具体空隙特性。错误设计和/或控制系统的排序可能会导致涡轮叶片123尖端与壳体罩126过度地摩擦，这可能会导致空隙增大以及性能降低。
如图3的示例性实施例所示，可使用冲击空气冷却系统来减小和保持涡轮罩126和伴随的叶尖123之间的空隙。冲击空气冷却系统可包括鼓风机130、流控制风门132、互连管134、分配集管136和一系列冲击冷却歧管140。冲击冷却歧管140固定到涡轮壳体120上。在图3的示例性实施例中，多个(例如八个)冲击歧管140固定在涡轮壳体120的周边的周围。冲击冷却鼓风机130从环境空气中抽吸，且将空气吹过流控制风门132、互连管134、分配集管136，并且进入冲击冷却歧管140中。鼓风机130可为任何鼓风装置，包括风扇或喷射器。冲击冷却歧管140提供将传送到涡轮壳体120的相对一致的传热系数。应当理解，冲击空气冷却系统不限于本文所公开的构件，而是可包括使空气能够沿冲击冷却歧管140通过的任何构件。
参看图4和5所示的示例性实施例，冲击冷却歧管140可设计成涡轮壳体120的目标区域的轮廓。各个冲击冷却歧管140可包括具有供气管144的上板142和具有多个冲击孔148的下板146、侧部件，调平柱150，以及垂下的支承件或安装件152。安装件152(以及因此歧管140)根据本发明的一个实施例可以在外部调节，且下文关于图6-9更加详细地描述和示出了安装件152。冲击孔148允许空气从冲击冷却歧管140流到涡轮壳体，以选择性地冷却涡轮壳体。
冲击孔148可设置成阵列。在一个示例性实施例中，冲击孔148可以隔开从1.25至2.5英寸的范围，且单个冲击孔148可大小设置成介于0.12和0.2英寸之间。需要变化的孔大小和间距来补偿涡轮壳体120的几何结构的不一致性。下板146上的冲击孔148的大小和定位在作为冲击空气冷却系统的目标的壳体120上产生了一致的传热系数。但是，冲击孔不限于这些大小或间距。上板142和下板146之间的距离也可尺寸设置成以便降低内部压力变化，该内部压力变化会引起相对更加一致的冷却孔压力比。
各个冲击冷却歧管下板146和涡轮壳体120之间的间隙距离会影响传热系数。间隙太大可导致不合需要的传热系数。间隙太小可导致不合需要的以及不一致的传热系数。在一个示例性实施例中，介于0.5和1.0英寸之间的间隙提供合适的传热系数。但是，间隙不限于此范围，且可以是提供合适的传热系数的任何距离。如下文更加详细地描述的，根据本发明的实施例，当歧管140安装或固定在涡轮壳体120上时，安装件152提供歧管下板146和涡轮壳体120之间的间隙距离的外部调节。
燃气轮机的一个示例性实施例可包括多个冲击冷却歧管140。歧管140可固定到涡轮的壳体120上、在壳体120上的目标冷却区域正上方。冲击冷却歧管140可设置成使得在它们的边缘和壳体的任何突起之间存在足够的间距。这为穿过冲击孔148的空气提供自由路径，以从冲击冷却歧管140下面排到环境中。在一个示例性实施例中，两个邻近的冲击冷却歧管之间的间距可介于1至30英寸之间，且该间距取决于壳体突起和凸缘式接头。间距不限于这些尺寸，且可按任何合适的距离来间隔。冲击冷却歧管140还可对包括水平分隔接头的任何轴向凸缘提供冲击冷却。
参看图6，更加详细地示出了根据本发明的一个实施例的安装件152。在本发明的实施例中，安装件152起到以距涡轮壳体120的表面预定的间隙距离来保持或支承歧管140(特别地，形成于歧管140的下板146中的冲击孔148)的作用。安装件152还用作用于监视涡轮壳体120的温度的热电偶154的槽或保持器。也参看图7-9，安装件152包括各种构件的组件，这些构件包括同样保持热电偶154的安装螺栓156(图7)、内套管158(图8)和外套管160(图9)。
安装件152通过歧管140的上板142中的孔164和歧管140的下板146中的孔166而定位。安装螺栓156包括带螺纹远端168，带螺纹远端168接合形成于涡轮壳体120中的带螺纹沉孔170，以将安装件152固定到壳体120上。热电偶体154拧入或固定在位于安装螺栓156的近端处的六角头174内的带螺纹或攻了丝的槽或孔口172中。孔口172继续不带螺纹地通过安装螺栓156的整个长度。热电偶154包括设置成通过孔口172的长度的细杆或线材155，其中杆155终止于壳体120中的沉孔170中。在安装螺栓156与壳体120的螺纹接合的下方，杆155在沉孔170中与壳体120发生接触，从而允许测量壳体120的温度。
内套管158在远端处包括凸缘176，凸缘176座于壳体120的表面178上。内套管沿其长度的一部分包括外部阳螺纹180。螺纹180沿着孔口184的一部分与内部阴螺纹182接合。根据下文所述的本发明的实施例，内套管158的近端包括扁平部分186，扁平部分186用于调节歧管140相对于壳体120的位置或间隙距离。可采取除了扁平之外的任何其它合适形状的扁平部分186延伸超过外套管160，以允许希望使用例如扳手来调节间隙距离的人接近扁平部分186。
外套管160的远端包括凸缘188，凸缘188通过使用石墨衬垫192和金属片垫圈194来接合下歧管板146的表面190。外套管160的近端沿其长度的一部分包括外部阳螺纹196。螺纹196与定位成彼此相邻且还邻近金属片垫圈202和石墨衬垫204的两个锁紧螺母198、200接合。石墨衬垫204接合歧管140的上板142的表面206。外套管160通过上板142中的孔164而定位。安装螺栓156沿着内套管158的整个长度穿过内孔口208。
在使用中，在已使用本发明的实施例的安装件152将歧管140装配或安装到涡轮壳体120上之后，可改变歧管的下板146离壳体120的间隙距离，而不需要如以上关于已知设计所提到的那样从壳体120上移除歧管140。相反，可通过使用抓到内套管158的扁平部分186上的扳手或其它合适的工具，且然后或者沿顺时针方向或者沿逆时针方向转动内套管158来改变安装到壳体120上的歧管140的间隙距离。这样，内套管156的外螺纹180就相对于外套管160的内螺纹182“运动”，或者相对于外套管160的内螺纹182可调，从而调节歧管140相对于涡轮壳体120的间隙距离。
本文所描述和示出的根据本发明的实施例的安装件152提供改进的歧管到壳体的间隙距离空隙控制，且当歧管140在初始装配期间以及随后的歧管重新安装期间安装到壳体120上时缩短安装时间。在重新安装期间，也可由安装件152保持相对改进的和更精密的公差。
虽然已经结合仅有限数量的实施例对本发明进行了详细描述，但是应当容易理解，本发明不限于这样的所公开的实施例。相反，可对本发明进行修改，以便结合在这以前尚未描述但与本发明的精神和范围相当的任何数量的变型、修改、替换或等效布置。另外，虽然已经描述了本发明的各种实施例，但将理解的是，本发明的各方面可仅包括所述实施例中的一些。因此，本发明不应被视为受前述描述的限制，而是仅受所附权利要求书的范围的限制。

Claims (8)

1.一种安装件，包括：
安装螺栓(156)，其附连到壳体(120)上；
内套管(158)，所述内套管(158)在其远端处接合所述壳体(120)；
外套管(160)，其接合歧管(140)且接合所述内套管(158)，所述内套管(158)相对于所述外套管(160)可调，从而允许所述歧管(140)相对于所述壳体(120)可调。
2.根据权利要求1所述的安装件(152)，其特征在于，所述安装螺栓(156)进一步包括在所述安装螺栓(156)的近端处的用于热电偶(154)的槽(172)。
3.根据权利要求2所述的安装件(152)，其特征在于，所述安装螺栓(156)进一步包括用于所述热电偶(154)的线材(155)的内孔口(172)。
4.根据权利要求1所述的安装件(152)，其特征在于，所述安装螺栓(156)通过螺纹(168)附连到所述壳体(120)上。
5.根据权利要求1所述的安装件(152)，其特征在于，所述内套管(158)包括孔口(208)，所述安装螺栓(156)通过所述孔口(208)而定位。
6.根据权利要求1所述的安装件(152)，其特征在于，所述内套管(158)通过位于所述内套管(158)上的螺纹(180)和位于所述外套管(160)上的螺纹(182)而相对于所述外套管(160)可调。
7.根据权利要求1所述的安装件(152)，其特征在于，所述内套管(158)包括能够由外部工具旋转以相对于所述外套管(160)来调节所述内套管(158)的部分(186)。
8.根据权利要求1所述的安装件(152)，其特征在于，所述外套管(160)通过所述外套管(160)上的外螺纹(196)且通过能够以螺纹的方式接合所述外套管(160)上的外螺纹(196)的至少一个螺母(198，200)安装到所述歧管(140)上。
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