CN101906995B - 涡轮机定子保护装置 - Google Patents

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Abstract

涡轮机定子保护装置(10)，其包括多个用连接装置彼此连在一起的区段(12)，每个区段(12)有至少一个具有底部(15)的空腔(14)，对应于该至少一个空腔(14)，有一块设有多个贯穿孔(21)并且适于覆盖该至少一个空腔(14)的薄板(20)被固定在相关区段(12)的外表面，每个区段(12)由来自对应的薄板(20)的贯穿孔(21)的空气流冷却，该空气流流过底部(15)并且从至少一个排出孔排出，每个区段(12)的底部(15)包括多个能增大保护装置(10)的换热面积和冷却效率的突起(30)。

Description

涡轮机定子保护装置
本申请是于2005年9月13日提交的已进入中国国家阶段的PCT专利申请(中国国家申请号为200580031144.2，国际申请号为PCT/EP2005/009886，发明名称“涡轮机定子保护装置”)的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种涡轮机定子保护装置。
背景技术
燃气轮机是一种旋转式热机，其利用燃烧产生的气体将气体的热函转变成有用功，并且在旋转轴上提供机械功。
这样，涡轮机一般包括一个压缩机或涡轮压缩机，来自外部的空气在压力作用下进入压缩机的内部。
各种喷嘴输送燃料，燃料与空气混合形成空气-燃料可燃混合气。
通常所说的涡轮机或涡轮膨胀机带有轴流式压缩机，其对在燃烧室中燃烧的气体的热函进行转变为给用户提供机械能。
在产生机械能的应用中，膨胀突变分成两个局部突变，每个突变都在涡轮机内部进行。高压涡轮机，在燃烧室的下游，产生压缩。低压涡轮机，收集高压涡轮机产生的气体，连在用户上。
涡轮膨胀机、涡轮压缩机、燃烧室(或加热器)、输出轴、调节系统和点火系统是燃气轮机设备的基本部件。
就燃气轮机的功能而言，流体经一系列进气道进入压缩机是已知的。
在这些管道中，气体有着低压和低温的特性，然而，当它经过压缩机时，气体被压缩并且它的温度升高。
这样，它进入燃烧(或加热)室中，在这里，它的温度有了进一步的更大的升高。
气体升温所需的热量是由通过喷嘴喷入加热室中的气体燃料的燃烧提供的。
在机器起动时，利用火花塞达到燃烧的起动。
在燃烧室的出口处，高压、高温气体经过特定管道到达涡轮机，在这里，它放出积累在压缩机和加热室(燃烧室)中的一部分能量并且经过排气道流到外部。
在涡轮机的内部有一个定子，该定子上装有多个定子叶片，涡轮机中安有一个转子，该转子上也装有多个叶片(转子叶片)，所述转子由燃气驱动旋转。
保护装置，也称为“围带”，和定子叶片的平台一起限定主气流。
围带的功能是防止外壳被氧化和变劣，该外壳通常采用较差材质的材料制造并且因此其耐腐蚀性较差。
围带一般由一个整体内环构成，或者被适当地分割成若干区段(sector)，每个区段都用来自压缩机的空气流冷却。
冷却受到各种技术的影响，这些技术主要取决于燃烧温度和所要获得的温降。
本发明所涉及类型的保护装置包括组装形成一个环的许多区段，每个区段都有一个位于每个区段外表面的空腔。
在燃烧温度高的机器情况中，最广泛使用的冷却技术是所谓的“冲击式”。
根据这种技术，一块薄板被固定，优选是通过钎焊在每个区段的每个空腔上，所述薄板上设有多个贯穿孔，来自压缩机的新鲜空气流过这些孔，从而冷却围带自身，尤其是通过所述空气冲击所述空腔底面以及随后从位于每个区段上的若干出口排出，这些在附图中没有示出。
现有的燃气轮机定子保护装置，也就是围带的一个不足之处是从每块薄板上的若干孔穿过的空气流不能有效地冷却相关的区段，因为在空气流之间存在负干扰，这导致了相关的区段得不到有效冷却。
另一个不足之处是热应力所导致的形变会引起保护装置的各个区段之间的间隙。
这些间隙又会引起造成空气的吸入，从而导致涡轮机效率的损失。
发明内容
本发明的一个目的就是提供一种燃气轮机定子保护装置，也就是围带，它能够有效地保护定子。
另一个目的是提供一种燃气轮机定子保护装置，它具有高的冷却效率。
另一个目的是提供一种燃气轮机定子保护装置，它具有更长的使用寿命，定子自身也就具有更长的使用寿命。
另一个目的是提供一种简单而经济的燃气轮机定子保护装置。
本发明的这些目的通过提供一种如权利要求1所述的燃气轮机定子保护装置来实现。
本发明的其他特性在从属权利要求中阐述。
附图说明
通过下面的说明性并非约束性的描述，本发明的燃气轮机定子保护装置的特征和优点将更加明显，参照所附的示意图，其中：
图1是本发明的燃气轮机定子保护装置或一个区段上的薄板的优选实施例的俯视图；
图2是本发明的燃气轮机定子保护装置或一个区段的优选实施例的俯视图；
图3示出了图2的更多细节；
图4是沿图3中IV-IV线剖开的细节正面前视图。
具体实施方式
参照附图，其示出了一个燃气轮机定子保护装置10，其包括了若干个区段12，每个区段都有至少一个对应的空腔14位于其外表面，有一个底部15。
与位于相关区段12的外表面上的所述至少一个空腔14相对应，一块薄板20被固定，优选通过钎焊的方式固定，薄板上有若干个孔21作为冷却对应区段12的空气通道。
根据本发明，每个区段12包括若干个位于所述至少一个空腔14内的突起30，优选位于底部15上，这样能增大换热面积和紊流。
所述突起30可以在制造区段12的过程中直接形成，例如通过熔解或微熔的方式，或者在这之后可以通过机械加工获得，例如电蚀。
通过这种方式，利用多个突起30能够增强每个区段12底部的紊流。
高温情况下，这样能提高冷却效率，也能消除从每块薄板20上的多个孔21流出的空气流之间的负作用。
所述多个突起30优选地均匀分布在每个相应区段12的至少一个空腔的底部15上。
另外，每个区段12上的所述多个突起30优选地沿着线40彼此平行地定位。
参照图4，相对于对应空腔14的底部15的每个突起30，有一个高度31，除以所述底部15的表面积的平方根，是一个优选在0.0074-0.0100之间的数值，更优选的数值是0.0087。
沿着每条线40，突起30限定了一个有着多个波峰和多个波谷的表面，每个波峰对应每个突起30的顶点。
每个突起30都有一个波峰或者顶点，有一个对应的波峰半径33，除以所述底部15的表面积的平方根是一个优选在0.0037-0.0050之间的数值，更优选的数值是0.0044。
另外，每个突起30连接到相邻突起的是一个连接半径34，它除以所述底部15的表面积的平方根是一个优选在0.0037-0.0050之间的数值，更优选的数值是0.0044。
沿着每条线40，突起30是均匀分布的，它们之间的距离32是波峰之间的距离。
所述距离32除以所述底部15的表面积的平方根是一个优选在0.0186-0.0251之间的数值，更优选的数值是0.0218。
沿着与所述线40垂直的方向，突起30相对于邻线40优选地平移一个距离35。
所述距离35除以所述底部15的表面积的平方根是一个优选在0.0093-0.0126之间的数值，更优选的数值是0.0109。
为了增加刚性，每个区段12优选地安装有加强肋16，优选地与区段12自身一体，并且安装在所述至少一个空腔14的内部。
通过多个突起，极有可能在很大程度上限制保护零件的最高温度，因此也就能延长使用寿命。
另外，通过降低零件的温度，也有利于限制零件的变形。
通过这种方式，也有可能减小涡轮机内部的空隙，因此也就能提高涡轮机自身的效率，也减少由于空气流过定子所造成的效率损失。
这样就可以看出，本发明的燃气轮机定子保护装置达到了上述目的。
这样构思的本发明的燃气轮机定子保护装置可以经过无数改造和变形，都包含在相同的发明原理中。
而且，在实践中，所用的材料、以及尺寸和部件，都可以根据工艺需要作出改变。

Claims (10)

1.一种燃气轮机型定子保护装置(10)，包括：利用连接装置彼此连在一起的多个区段(12)，每个区段(12)具有至少一个空腔(14)，每个空腔具有对应于所述至少一个空腔(14)的底部(15)；一块薄板(20)，其设有多个贯穿孔(21)并且适于覆盖所述至少一个空腔(14)，并且被固定在相关区段(12)的外表面，每个区段(12)由来自对应的薄板(20)的所述贯穿孔(21)的空气流冷却，所述空气流流过所述底部(15)并且从至少一个排出孔排出，每个区段(12)的所述底部(15)包括多个突起(30)，以增大保护装置(10)的换热面积和冷却效率；
其特征在于，所述多个突起(30)中的每一个都具有一个波峰，其波峰半径(33)除以所述底部(15)的表面积的平方根是一个在0.0037-0.0050之间的数值；
所述多个突起(30)中的每一个都通过一个连接半径(34)与相邻的突起相连；
所述连接半径除以所述底部(15)的表面积的平方根是一个在0.0037-0.0050之间的数值；
所述多个突起(30)中的每一个相对于对应底部(15)都有一个高度(31)，所述高度除以所述底部(15)的表面积的平方根是一个在0.0074-0.0100之间的数值。
2.如权利要求1所述的保护装置(10)，其特征在于，所述波峰半径(33)除以所述底部(15)的表面积的平方根的数值是0.0044。
3.如权利要求1所述的保护装置(10)，其特征在于，所述连接半径(34、)除以所述底部(15)的表面积的平方根的数值是0.0044。
4.如权利要求1所述的保护装置(10)，其特征在于，所述高度(31)除以所述底部(15)的表面积的平方根的数值是0.0087。
5.如权利要求1所述的保护装置(10)，其特征在于，所述多个突起(30)在对应底部(15)上沿着平行线(40)定位。
6.如权利要求5所述的保护装置(10)，其特征在于，沿着每条平行线(40)，所述突起(30)均匀分布并且间隔一个距离(32)，所述距离(32)是波峰之间的距离，所述距离(32)除以所述底部(15)的表面积的平方根是一个在0.0186-0.0251之间的数值。
7.如权利要求6所述的保护装置(10)，其特征在于，所述距离(32)除以所述底部(15)的表面积的平方根的数值是0.0218。
8.如权利要求5所述的保护装置(10)，其特征在于，沿着与所述线(40)垂直的方向，所述突起(30)相对于相邻的线(40)平移一个距离(35)，所述距离(35)除以所述底部(15)的表面积的平方根是一个在0.0093-0.0126之间的数值。
9.如权利要求8所述的保护装置(10)，其特征在于，所述距离(35)除以所述底部(15)的表面积的平方根的数值是0.0109。
10.如权利要求1所述的保护装置(10)，其特征在于，每个区段(12)包括一根与所述区段(12)自身一体的、位于所述至少一个空腔(14)内部的加强肋(16)。
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