CN102216567A - 叶片根部与叶轮盘之间具有安全板的燃气涡轮机 - Google Patents

Abstract

燃气涡轮机的蜗轮转子(8)，具有多个各自组成工作叶片列、设置在各自一个蜗轮叶轮盘(36)上的工作叶片(12)，后者具有各自设置在蜗轮叶轮盘轴向上延伸的工作叶片保持槽(30)内的各自一个叶片根部(32)，其中，各自的叶片根部与工作叶片保持槽的槽底之间设置安全板，用于防止工作叶片沿工作叶片保持槽移动，该安全板借助弯边(58)固定在蜗轮叶轮盘上，其特征在于，为输送冷却剂，冷却空气通道(48)通入工作叶片保持槽的槽底，各自的安全板具有多个用于冷却剂通过的冷却空气通孔(62)和各自的叶片根部包括两个相对于蜗轮轴线基本上方位角延伸的槽(52)，以及其中各自的安全板包括两个这样设置的嵌榫(54)，使其为密封可与叶片根部的槽形状锁合地连接。

Description

叶片根部与叶轮盘之间具有安全板的燃气涡轮机

技术领域

本发明涉及一种燃气涡轮机的蜗轮转子，具有多个各自组成工作叶片列、设置在各自一个蜗轮叶轮盘上的工作叶片，后者具有各自设置在蜗轮叶轮盘轴向上延伸的工作叶片保持槽内的各自一个叶片根部，其中，各自的叶片根部与工作叶片保持槽的槽底之间设置安全板，用于防止工作叶片沿工作叶片保持槽移动，该安全板借助弯边固定在蜗轮叶轮盘上。

背景技术

燃气涡轮机在众多领域用于驱动发电机或从动机。在此，燃料的内能用于产生蜗轮转子的旋转运动。燃料为此在燃烧室内进行燃烧，其中，输送由空气压缩机压缩的空气。燃烧室内通过燃料的燃烧产生的处于高压和高温下的工作介质在此通过后置于燃烧室的蜗轮单元引导，在那里所述工作介质通过做功降低压力。

为产生蜗轮转子的旋转运动，在此在该蜗轮转子上设置多个通常组成叶片组或叶片列的工作叶片，在此，通常每个蜗轮级设有一个蜗轮叶轮盘，在蜗轮叶轮盘上面借助其叶片根部固定工作叶片。为将工作介质导流到蜗轮单元内，此外通常在相邻的工作叶片列之间设置与蜗轮外壳连接并组成导向叶片列的导向叶片。

燃气涡轮机的燃烧室作为所谓的环形燃烧室构成，其中大量切向上环绕蜗轮转子设置的燃烧器通入一个由耐高温的外壁包围的共同燃烧室空间内。为此燃烧室在其总体上作为环形结构构成。除了唯一的燃烧室外，还可以设有多个燃烧室。

一般与燃烧室直接连接蜗轮单元的第一导向叶片列，其与在工作介质的流动方向上看直接跟随的工作叶片列共同形成蜗轮单元的第一蜗轮级，该第一蜗轮级后面通常后置连接其他蜗轮级。

在这种类型燃气涡轮机的设计方面，除了可以达到的功率之外，通常特别高的效率是设计目标。效率的提高在此出于热力学的原因原则上通过提高出口温度达到，工作介质以这种温度从燃烧室排出并向蜗轮单元内流动。在此，这种类型的燃气涡轮机争取并也达到了1200℃到1500℃的温度。

但在工作介质这样高的温度下，承受这种温度的元件和部件承受很高的热负荷。为防止蜗轮叶轮盘和蜗轮转子受到热工作介质的侵入，通常蜗轮叶轮盘上设有密封板，其圆形环绕地安装在各自与蜗轮轴线正交平面上的蜗轮叶轮盘上。在此，通常每个蜗轮叶片在蜗轮叶轮盘的每侧上分别设有一密封板。这些密封板鳞片状地重叠并通常具有密封翼，它们这样一直延伸到各自相邻的导向叶片，从而避免热工作介质在蜗轮转子的方向上侵入。

但密封板还要满足其他功能。它们一方面通过相应的固定件形成蜗轮叶片的轴向固定，另一方面它们不仅密封蜗轮叶轮盘防止热气体从外部侵入，而且还要避免在蜗轮叶轮盘的内部引导的冷却空气排出，这种冷却空气通常为冷却蜗轮叶片在同一蜗轮叶片内继续传输。

但具有分段地鳞片状重叠的密封板的蜗轮叶轮盘的上述构成相当复杂。它需要相当大数量的密封板，这样就导致蜗轮叶轮盘并因此整个燃气涡轮机比较高的结构开支。此外，蜗轮叶轮盘区域内可能需要的修理由于这种结构而比较麻烦。

开头所称的蜗轮转子各自由EP 1 703 078 A1、DE 199 25 774 A1、GB 643,914和DE 100 31 116 A1有所公开。此外US 4,470,757公开了流入工作叶片内的冷却空气量通过仅为此所设有的板进行调整。

发明内容

本发明的目的因此在于，提供一种装在燃气涡轮机上的燃气涡轮机的蜗轮转子，其在保持尽可能的运行安全性和尽可能的燃气涡轮机效率的情况下允许简化结构。

该目的依据本发明由此得以实现，即为输送冷却剂冷却空气输入通道通入工作叶片保持槽的槽底，各自的安全板具有多个用于冷却剂通过的冷却空气通孔和各自的叶片根部包括两个相对于蜗轮轴线基本上方位角延伸的槽，以及其中各自的安全板包括两个这样设置的嵌榫，使其为密封可与叶片根部的槽形状锁合地连接。

本发明在此从这种构思出发，即当具有鳞片状设置地密封板的迄今为止常见的结构可以简化，燃气涡轮机特别是蜗轮叶轮盘的区域内可以简化结构。特别是在密封板可以完全取消的情况下，可以特别简单地进行构造。但在此的问题是，蜗轮叶片在轴向上的固定由此产生误差。在取消密封板的情况下，因此蜗轮叶片的轴向固定需要按照其他方式进行。为此在各自的叶片根部与蜗轮转子之间设置安全板，其可以使叶片根部特别简单地固定在蜗轮叶轮盘上并可与所述固定的各自的几何尺寸要求灵活配合。

为固定在蜗轮叶轮盘上，各自的安全板在此包括多个弯边。这些弯边轴向上包围蜗轮叶轮盘并可以使其这样安全固定。通过弯边的固定此外特别便于加工，方法是首先将尚未弯边的、平坦的安全板固定在蜗轮螺纹件的叶片根部上，将叶片根部连同安全板装入并随后将安全板为轴向固定而弯边。由此作为对安全固定的附加可以特别简单地安装。

为保证叶片根部与安全板安全地轴向连接，各自的叶片根部首先包括多个相对于蜗轮转子基本上方位角延伸的槽以及此外各自的安全板包括多个这样设置的嵌榫，使其可与叶片根部的槽形状锁合地连接。槽因此作为安全板上相应嵌榫的容纳处使用。因此通过形状锁合的嵌榫-槽连接达到安全板与叶片根部可靠的轴向连接。

此外，各自的安全板包括多个冷却空气通孔。由此冷却空气通过蜗轮叶轮盘的内部并通过安全板中相应的冷却空气通孔导入叶片根部并因此导入蜗轮叶片内以及因此可以使蜗轮叶片可靠冷却。

根据所要冷却的工作叶片，这些工作叶片可与通过通入保持槽槽底的冷却空气输送通道供给冷却空气。在此，为保证冷却空气从冷却空气输送通道尽可能少损耗地过渡到工作叶片内，一方面叶片根部与安全板的槽-嵌榫连接和另一方面安全板处于叶片根部底面与槽底之间的配合也可以作为密封件构成。

但迄今为止常见的密封板不仅在轴向上固定工作叶片，而且还要为防止热气而密封叶片根部，这些热气会从内腔向蜗轮转子的方向上侵入并在那里造成损坏。为了尽管取消密封板仍达到蜗轮叶轮盘和蜗轮转子的足够密封以防止热工作介质侵入，相应的密封通过其他部件实现。为与此同时取得结构的所期望的简化，在此不是增加新的部件，而是密封功能由已经存在的部件通过相应的改造实现。为此具有优点的是将各自向相邻导向叶片列延伸的密封翼固定在工作叶片的叶片根部上。

具有优点的是，各自的密封翼相对于蜗轮转子基本上在轴向和方位角方向上延伸。因此在垂直于热工作介质潜在侵入方向的平面上进行密封。由此在蜗轮转子的方向上处于叶片根部下面的区域内达到对燃气涡轮机内部流动的热气的完全密封。

在进一步具有优点的结构方案中，各自的叶片根部在两个轴向上具有各自一个密封翼。由此可以在蜗轮叶片的两侧上达到对侵入热气的密封。

具有优点的是，这种燃气涡轮机在燃气和蒸汽轮机设备上使用。

与本发明相关的优点特别是在于，通过将安全板安装在燃气涡轮机的叶片根部与蜗轮叶轮盘之间，可以取消迄今为止常见的密封板，从而可以产生燃气涡轮机明显简化和更加有利的结构。全部工作叶片列的设计由此得到明显简化，此外可以降低重量，从而出现更小的机械负荷和蜗轮叶轮盘可以相应更小和更有利地构成。此外，可以取消用于将密封板固定在蜗轮叶轮盘中迄今为止所需的复杂的槽。通过借助嵌榫-槽连接将叶片根部固定在蜗轮叶轮盘上，还保证没有密封板的情况下特别可靠的轴向固定，从而可以将运行期间的磨损保持在比较小的程度上。

附图说明

下面借助附图对本发明的实施例进行详细说明。其中：

图1示出燃气涡轮机的半剖面图；

图2示出用于具有密封板的燃气涡轮机的蜗轮叶轮盘外圆周的半剖面图；

图3示出用于没有密封板的燃气涡轮机的蜗轮叶轮盘外圆周的半剖面图；以及。

图4示出安全板的放大图。

相同的部件在所有附图中具有同一附图标记。

具体实施方式

图1的燃气涡轮机1具有用于燃烧空气的压缩机2、燃烧室4以及用于驱动压缩机2和未示出的发电机或从动机的蜗轮单元6。为此蜗轮单元6和压缩机2设置在一个共同的也称为涡轮机转子的蜗轮转子8上，发电机或从动机也与该蜗轮转子连接并且该蜗轮转子环绕其中轴线9可旋转地支承。以环形燃烧室的形式构成的燃烧室4装备多个燃烧器10，用于燃烧液态或气态的燃料。

蜗轮单元6具有多个与蜗轮转子8连接的、可以旋转的工作叶片12。工作叶片12轮缘状设置在蜗轮转子8上并因此形成多个工作叶片列。蜗轮单元6此外包括多个固定的导向叶片14，它们同样在形成导向叶片列的情况下轮缘状固定在蜗轮单元6的导向叶片外圈16上。工作叶片12在此用于通过通流蜗轮单元6的工作介质M的脉冲传递驱动蜗轮转子8。相反，导向叶片14用于在各自两个在工作介质M的流动方向上看依次排列的工作叶片列或工作叶片轮缘之间对工作介质M进行导流。由导向叶片14或导向叶片列的轮缘和工作叶片12或工作叶片列的轮缘构成的依次排列的对在此也称为蜗轮级。

每个导向叶片14具有平台18，它们为将各自的导向叶片14固定在蜗轮单元6的导向叶片外圈16上作为壁部件设置。平台18在此是受热比较强的部件，该部件为通流蜗轮单元6的工作介质M形成热气通道的外部限制。每个工作叶片12以类似方式通过平台19固定在蜗轮转子8上。

在两个相邻的导向叶片列的导向叶片14彼此间隔距离地设置的平台18之间，在蜗轮单元6的导向叶片外圈16上分别设置一导向环21。每个导向环21的外表面在此同样受到通流蜗轮单元6的热工作介质M的作用并在径向上通过间隙与对置于导向环的工作叶片12的外端间隔距离。设置在相邻导向叶片列之间的导向环21在此特别是作为盖板件使用，其使导向叶片外圈16内的内部外壳或其他外壳内装件不受通流蜗轮单元6的热工作介质M的热超负荷。

燃烧室4在该实施例中作为所谓的环形燃烧室构成，其中大量切向上环绕蜗轮转子8设置的燃烧器10通入一个共同燃烧室空间内。为此燃烧室4在其总体上作为环绕蜗轮转子8定位的环形结构构成。

图2详细示出按照现有技术蜗轮单元6的工作叶片级安装在蜗轮转子8上的蜗轮叶轮盘的外圆周剖面图。

工作叶片12在此利用其叶片根部32设置在工作叶片保持槽30内。工作叶片12的叶片根部32在横截面上为圣诞树形并与工作叶片保持槽30的圣诞树形状相对应。工作叶片根部32的轮廓的示意图和工作叶片保持槽30的示意图相对于图2的其余图示转动90°示出。因此所示的工作叶片保持槽30在蜗轮叶轮盘36的侧面34之间延伸。

此外示意示出导向叶片14的顶侧末端，它们-在燃气涡轮机工作介质的流动方向上观察-沿工作叶片12的逆流和顺流设置。导向叶片14在此辐射状设置在轮缘内。每个轮缘的导向叶片14在此通过设置在顶侧的固定环38保持稳定。

蜗轮叶轮盘36的两侧各自在侧壁34上环绕地且鳞片状地安装密封板40。这些密封板的上面保持在加工在工作叶片12中的槽42内并且其底面通过安全螺栓44固定。

密封板40在此满足多项任务：一方面它们通过所连接的、基本上在轴向和方位角方向上延伸的密封翼46密封蜗轮叶轮盘36与相邻的导向叶片14之间的间隙，防止热工作介质M从蜗轮侵入。另一方面，密封板40还负责将叶片根部32轴向固定在叶片根部槽30内并这样防止其轴向移动。径向和方位角的安全性已经通过工作叶片保持槽30的圣诞树形状达到。此外，密封板40阻碍从穿过冷却空气通道48、通过蜗轮叶轮盘36进入叶片根部32和工作叶片12的冷却空气的流出。

为可以使燃气涡轮机1的结构更加简单、更轻和成本更加低廉，需要将设计这样改变，使密封板40可以取消。图3以与图2相应的方式示出这种类型的结构。

这里的工作叶片12和相邻的导向叶片14也设有相应的附件。为使密封板40可以取消，一方面直接在叶片根部32上安装密封翼50。这些密封翼防止来自燃气涡轮机1内部的热工作介质侵入蜗轮转子附近的区域内。此外，为保证将工作叶片12的叶片根部32轴向固定在叶片根部槽30内，叶片根部内加工相对于蜗轮转子基本上方位角上延伸的槽52。这些槽内嵌入安全板56的嵌榫54中。安全板56设有弯边58，其嵌入蜗轮叶轮盘36的相应空隙60内。由此保证安全板56轴向固定在蜗轮叶轮盘36上和叶片根部30固定在安全板56上。

这种类型的结构还特别便于加工：为此安全板56在安装之前尚未弯边，也就是没有弯边58。安装时，首先将安全板56的嵌榫54装入槽52内。随后将叶片根部32插入工作叶片保持槽30内并将安全板弯边并因此固定。

图4再次放大示出安全板56。可以清楚看出用于固定工作叶片12叶片根部32的嵌榫54以及用于固定在蜗轮叶轮盘36上的弯边58。安全板56此外具有多个冷却空气通孔62，从而保证冷却空气从蜗轮叶轮盘36的内部通入叶片根部32和工作叶片12。

通过上面所示的结构能完全取消迄今为止所需的密封板40。迄今为止由密封板40承担的全部任务由其他相应配合的部件承担。由此可以取消所要加工的相当昂贵的密封板40并可以形成燃气涡轮机1总体上更轻和更有利的结构。

Claims (5)

1.燃气涡轮机的蜗轮转子(8)，具有多个各自组成工作叶片列、设置在各自一个蜗轮叶轮盘(36)上能够冷却的工作叶片(12)，后者具有各自设置在蜗轮叶轮盘(36)轴向上延伸的工作叶片保持槽(30)内的各自一个叶片根部(32)，其中，各自的叶片根部(32)与工作叶片保持槽(30)的槽底之间设置安全板(56)，用于防止工作叶片(12)沿工作叶片保持槽(30)移动，该安全板借助弯边(58)固定在蜗轮叶轮盘(36)上，

其特征在于，

为输送冷却剂，冷却空气通道(48)通入工作叶片保持槽(30)的槽底，各自的安全板(56)具有多个用于冷却剂通过的冷却空气通孔(62)和各自的叶片根部(32)包括两个相对于蜗轮轴线基本上方位角延伸的槽(52)，以及其中各自的安全板(56)包括两个这样设置的嵌榫(54)，使其为密封能够与叶片根部(32)的槽(52)形状锁合地连接。

2.按权利要求1所述的蜗轮转子(8)，其中，各自的叶片根部(32)具有密封翼(50)。

3.按权利要求2所述的蜗轮转子(8)，其中，各自的密封翼(50)相对于蜗轮轴线基本上在轴向和方位角方向上延伸。

4.按权利要求2或3所述的蜗轮转子(8)，其中，各自的叶片根部(32)在两个轴向上具有密封翼(50)。

5.燃气和蒸汽轮机设备，具有按权利要求1-4之一所述的蜗轮转子(8)。

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