CN101818664A - 具有用于分离尘埃的开孔的转子腔室罩盖部件及相关涡轮 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有用于分离尘埃的开孔的转子腔室罩盖部件及相关涡轮。具体而言，一种罩盖部件(100)，其限定邻近支承涡轮中的旋转叶片的转子(12)轮的转子(12)腔室，该罩盖部件包括：用于将冷却气流(110)引入转子(12)腔室中的第一开孔(130)，以及定位在罩盖部件(100)的径向外部部分(140)中用于容许部分冷却气流(110)离开转子(12)腔室的第二开孔(142)。离开转子(12)腔室的该部分冷却气流(110)携带尘埃颗粒，以净化转子(12)腔室。

Description

具有用于分离尘埃的开孔的转子腔室罩盖部件及相关涡轮
技术领域
本发明主要涉及涡轮技术。更具体而言，本发明涉及一种在涡轮中限定转子腔室的罩盖部件。
背景技术
在涡轮中，气体或蒸汽冲击联接到旋转轴上的旋转叶片，以便引起旋转轴转动。冷却气流经引导而穿过旋转叶片中的孔，以防止旋转叶片过热。理想的是，孔尽可能小，以提高冷却效率。这些较小的孔更易于由颗粒阻塞。
发明内容
本公开内容的第一方面提供了一种设备，其包括限定转子腔室的罩盖部件，该转子腔室邻近支承涡轮中的旋转叶片的转子轮，该罩盖部件包括：用于将冷却气流引入转子腔室中的第一开孔，以及定位在罩盖部件的径向外部部分中用于容许部分冷却气流离开转子腔室的第二开孔。
本公开内容的第二方面提供了一种涡轮，其包括：多个旋转叶片，各旋转叶片均通过转子轮联接到旋转轴上；以及限定邻近各转子轮的转子腔室的罩盖部件，该罩盖部件包括：用于将冷却气流引入转子腔室中的第一开孔，以及定位在罩盖部件的径向外部部分中用于容许部分冷却气流离开转子腔室的第二开孔。
本公开内容的第三方面提供了一种方法，其包括：将冷却气流引入转子腔室中，该转子腔室由邻近支承涡轮中的旋转叶片的转子轮的罩盖部件所限定；容许部分冷却气流经由罩盖部件的径向外部部分中的开孔离开转子腔室；以及引导冷却气流的剩余部分用以冷却旋转叶片。
附图说明
图1示出了燃气涡轮或蒸汽涡轮的透视局部剖面图。
图2示出了包括根据本发明的一个实施例的罩盖部件的涡轮级的截面视图。
图3示出了图1中的罩盖部件的分解截面视图。
图4示出了图1中的罩盖部件的径向外部部分的分解截面视图。零件清单
10蒸汽涡轮
12转子
14旋转轴
18间隔开的转子轮
20旋转叶片
22静止轮叶
24蒸汽
26入口
40通路
100罩盖部件
102转子腔室
110冷却气流
120通路
122支承环
128密封件
130开孔
132转子臂
124基部
140外部部分
144部分
112气体或蒸汽通路
150尘埃收集器(dirt trap)
152凹腔
具体实施方式
参看附图，图1示出了燃气涡轮或蒸汽涡轮10的透视局部剖面图。涡轮10包括转子12，转子12包括旋转轴14和多个轴向间隔开的转子轮18。多个旋转叶片20机械地联接到各转子轮18上。更具体而言，叶片20成排地布置，围绕各转子轮18周向地延伸。多个静止轮叶22围绕轴14周向地延伸，且轮叶轴向地定位在相邻排的叶片20之间。静止轮叶22与叶片20相协作，用以形成级和限定经过涡轮10的蒸汽流动通路的一部分。
在工作中，气体或蒸汽24进入涡轮10的入口26，且经引导而经过静止轮叶22。轮叶22抵靠叶片20将气体或蒸汽24引向下游。气体或蒸汽24穿过剩下的级，将力给予叶片20，导致轴14旋转。涡轮10的至少一端可远离旋转轴14轴向地延伸，且可附接到负载或机器(未示出)上，例如但不限于发电机和/或其它涡轮。
在一个实施例中，涡轮10可包括五级。这五级称为L0，L1，L2，L3和L4。级L4为第一级，且为五级中(在径向上)最小的。级L3为第二级，且为轴向上的下一级。级L2为第三级，且示为在五级的中间。级L1为第四级且靠近末级。级L0为末级，且为(在径向上)最大的。应当理解的是，所示的五级仅为一个实例，且各涡轮均可具有多于或少于五级。另外，如本文将描述的那样，本发明的教导内容并非必需为多级式涡轮。
图2示出了涡轮10的一个级的截面视图。如上文所述，各级均包括经由转子轮18联接到旋转轴14上的多个旋转叶片20(示出了一个)。经由通路40流动的气体或蒸汽24冲击旋转叶片20，以使旋转轴14转动。也就是说，旋转轴14包括联接到旋转叶片20上且支承该旋转叶片的转子轮18。罩盖部件100与旋转轴14一起旋转，且限定邻近转子轮18的转子腔室102(或轮空间)，该转子轮18支承涡轮10中的旋转叶片20。转子腔室102因而限定在转子轮18与罩盖部件100之间。罩盖部件100在其径向外部部分(图3至图4中的140)处抵靠转子轮18和/或旋转叶片20进行密封。
冷却气流110经引导穿过支承环122中的另一通路120，支承环122可为罩盖部件100所属的级的喷嘴或壳体的一部分。罩盖部件100的外部末端(extremity)可抵靠支承环122由密封件128(例如，迷宫式密封件)密封。冷却气流110例如可产生自压缩机(未示出)，且例如可包括空气或其它气体和尘屑。
参看图3，冷却气流110穿过罩盖部件100(或支承罩盖部件100的转子臂132)中的开孔130，以引入罩盖部件100与转子轮18之间的转子腔室102中。例如，通过具有螺旋形通路，开孔130可在冷却气流110进入转子腔室102中时迫使其旋转。通常，所有冷却气流110均沿着罩盖部件100的通路，且进入旋转叶片20基部124中的孔122中。冷却气流110冷却旋转叶片20，且防止旋转叶片过热。孔122在旋转叶片20联接到转子轮18上的位置处呈现为周向地(进出页面)围绕该转子轮18。如本领域中所理解到的那样，一旦冷却气流110进入孔122中，则其经由该孔中的通道(未示出)沿径向向外地引向旋转叶片20的端部。如上文所述，理想的是，孔122尽可能小，以提高冷却效率。冷却气流110当其在转子腔室102内旋转时也沿径向向外地受到引导，这导致其中的尘埃颗粒通过旋转轴14的转子轮18上的离心力收集，而并不进入孔122中。
图4示出了罩盖部件100的径向外部部分140的分解截面视图。径向外部部分140有时称为盖板。如图4中最佳示出的那样，为了解决上述尘埃状况，根据本发明的一个实施例，多个开孔142定位在罩盖部件100的径向外部部分140中。尽管仅示出了一个开孔142，但应当容易理解，可沿罩盖部件100的圆周提供更多开孔142。开孔142容许冷却气流110的一部分144离开转子腔室102，且因此净化了转子腔室。冷却气流110的部分144(其可包括空气和尘埃颗粒)用于净化转子腔室，以防止热气摄入到转子腔室中。具体而言，开孔142的尺寸形成为以便容许尘埃颗粒由部分144携带和净化转子腔室，但该开孔142将大部分冷却气流110沿其正常通路引导，即引入孔122中。以这种方式，冷却气流110正常地冷却旋转叶片20，同时空气和尘埃颗粒的部分144净化转子腔室。部分144还防止可从气体或蒸汽通路112(图2)中漏出的热气体或蒸汽24(图1和图2)进入转子腔室102中。未离开转子腔室102的冷却气流110的剩余部分148则进入孔122中，以执行上述旋转叶片20的冷却。
在图4中所示的备选实施例中，开孔142可提供在尘埃收集器150内，且穿过该尘埃收集器150。尘埃收集器150可包括位于罩盖部件100的径向外部部分142中的凹腔152。也就是说，凹腔152存在于罩盖部件100的另外的连续内表面内。尽管示为杯形凹腔，但应强调的是，凹腔152可采用能够在尘埃颗粒经引导而穿过开孔142之前将其收集在该凹腔152中的任何形式，例如，方形的沟槽、较小的半圆形凹腔等。
尽管罩盖部件100示为是与转子轮18和旋转叶片20分离的结构，但应当理解，罩盖部件100或其包括用于分离尘埃的开口142的部分可形成为旋转叶片20、转子轮18和/或其它结构的一部分。例如，罩盖部件100的径向外部部分140可形成为转子轮18的整体部分，而非由臂132所支承的分离区段100的一部分。所提供的密封件将根据需要利用罩盖部件100和/或支承环122的剩余结构来密封转子轮18。因此，用语“罩盖部件”在本发明的范围内的广义解释应当给定为限定邻近转子轮18的转子腔室102的任何器件。
用语“第一”、“第二”等在此并不表示任何顺序、数量或重要性，而是用于将一个元件与另一个区分开，而用语“一”和“一个”在此并不表示数量的限制，而是表示存在至少一个所言及的物件。结合数量使用的修饰语“大约”包括了声称值，且具有上下文所指出的含义，(例如，包括与具体数量的测定结果相关的误差程度)。如本文所使用的复数形式(多个)旨在包括用语所修饰的单数和复数，从而包括该用语的一个或多个(例如，(多个)金属包括一种或多种金属)。本文所公开的范围是包含性的，且可独立地结合(例如，“高达大约25wt％(重量百分比)或更具体而言，大约5wt％至大约20wt％”的范围包括“大约5wt％至大约25wt％”的范围内的端点和所有中间值，等)。
尽管本文描述了多种实施例，但根据说明书将会认识到，这里的元件、变型或改进方案的各种组合可由本领域的技术人员制作出，且在本发明的范围内。此外，在不脱离本发明基本范围的情况下，可做出许多修改以使特定的情势或材料适应本发明所教导的内容。因此，本发明并非旨在限于作为为执行本发明而构思出的最佳模式所公开的具体实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (15)

1.一种设备，包括：
罩盖部件(100)，其限定邻近转子(12)轮的转子(12)腔室，所述转子轮支承涡轮中的旋转叶片，所述罩盖部件(100)包括：
用于将冷却气流(110)引入所述转子(12)腔室中的第一开孔(130)，以及
定位在所述罩盖部件(100)的径向外部部分(140)中用于容许所述冷却气流(110)的一部分离开所述转子(12)腔室的第二开孔(142)。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，离开所述转子(12)腔室的所述冷却气流(110)的部分在其中携带尘埃颗粒。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括密封件(128)，所述密封件(128)从所述转子(12)腔室到所述涡轮的壳体的支承环(122)密封所述罩盖部件(100)的外部末端。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括位于所述罩盖部件(100)的径向外部部分(140)中的尘埃收集器(150)。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述尘埃收集器(150)包括凹腔(152)。
6.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述第二开孔(142)穿过所述尘埃收集器(150)。
7.一种涡轮，包括：
多个旋转叶片(20)，各旋转叶片均由转子(12)轮联接到旋转轴(14)上；以及
罩盖部件(100)，其限定邻近各转子(12)轮的转子(12)腔室，所述罩盖部件(100)包括：
用于将冷却气流(110)引入所述转子(12)腔室中的第一开孔(130)，以及
定位在所述罩盖部件(100)的径向外部部分(140)中用于容许所述冷却气流(110)的一部分离开所述转子(12)腔室的第二开孔(142)。
8.根据权利要求7所述的涡轮，其特征在于，离开所述转子(12)腔室的所述冷却气流(110)的部分在其中携带尘埃颗粒。
9.根据权利要求7所述的涡轮，其特征在于，所述涡轮还包括密封件(128)，所述密封件(128)从所述转子(12)腔室到所述涡轮的壳体的支承环(122)密封所述罩盖部件(100)的外部末端。
10.根据权利要求7所述的涡轮，其特征在于，所述涡轮还包括位于所述罩盖部件(100)的径向外部部分(140)中的尘埃收集器(150)。
11.根据权利要求10所述的涡轮，其特征在于，所述尘埃收集器(150)包括凹腔(152)。
12.根据权利要求10所述的涡轮，其特征在于，所述第二开孔(142)穿过所述尘埃收集器(150)。
13.一种方法，包括：
将冷却气流(110)引入由罩盖部件(100)所限定的邻近转子(12)轮的转子(12)腔室中，所述转子轮支承涡轮中的旋转叶片；
容许所述冷却气流(110)的一部分经由所述罩盖部件(100)的径向外部部分(140)中的开孔(142)离开所述转子(12)腔室；以及
引导所述冷却气流(110)的剩余部分用以冷却所述旋转叶片。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，离开所述转子(12)腔室的所述冷却气流(110)的部分在其中携带尘埃颗粒。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法还包括从所述转子(12)腔室到所述涡轮的壳体的支承环(122)密封所述罩盖部件(100)的外部末端。
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