CN102477871B - 轴向流类型的燃气轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种轴向流类型的燃气轮机，包括有交替的空冷式叶片排和转子热防护件排的转子及有安装在内部环上的交替的空冷式导叶排和定子热防护件排的定子，其中定子同轴地包围转子而在其之间限定热气路径，使得叶片排和定子热防护件排及导叶排和转子热防护件排分别彼此相对，且导叶排和沿下游方向的下一叶片排限定涡轮级，且其中叶片在尖部设有外部叶片平台。通过提供这样的外部叶片平台来实现高效冷却和长寿命：它们在外侧上包括沿周向方向平行彼此而延伸且沿热气流方向接连布置的多个齿，其中所述齿分成第一组齿和第二组齿，第二组齿位于第一组齿下游，第一组齿与涡轮级的相邻的导叶的下游突出部相对且第二组齿与相应定子热防护件相对。

Description

轴向流类型的燃气轮机
技术领域
本发明涉及燃气轮机的技术。它涉及一种轴向流类型的燃气轮机，包括具有交替的空气冷却式叶片排和转子热防护件排的转子，以及具有安装在内部环上的交替的空气冷却式导叶排和定子热防护件排的定子，其中，所述定子同轴地包围所述转子而在它们之间限定热气路径，使得所述叶片排和定子热防护件排以及所述导叶排和转子热防护件排分别彼此相对，并且导叶排和沿下游方向的下一叶片排限定涡轮级，并且其中，所述叶片在它们的尖部处设有外部叶片平台。
更具体而言，本发明涉及设计保护燃气轮机单元中使用的轴向流涡轮的导叶承载件的定子热防护件。
背景技术
本发明涉及轴向流类型的燃气轮机，图1中显示了其实例。图1的燃气轮机10根据顺序燃烧的原理来运行。它包括压缩机11、具有多个燃烧器13和第一燃料供应12的第一燃烧室14、高压涡轮15、具有第二燃料供应16的第二燃烧室17，以及具有交替的叶片20排和导叶21排(它们布置成沿着机器轴线MA布置的多个涡轮级)的低压涡轮18。
根据图1的燃气轮机10包括定子和转子。定子包括其中安装有导叶21的导叶承载件19；这些导叶21必须形成成形通道，在燃烧室17中产生的热气流过成形通道中。沿需要的方向流过热气路径22的气体撞击在安装在转子轴的轴狭缝中的叶片20上，并且使涡轮转子旋转。为了保护定子壳体来抵抗在叶片20上面流动的热气，使用了安装在相邻的导叶排之间的定子热防护件。高温涡轮级需要将冷却空气供应到导叶、定子热防护件和叶片中。
定子热防护件在燃气轮机壳体中安装在叶片排的上方。定子热防护件防止热气穿透到冷却空气腔体中，并且形成涡轮的热气路径22的外表面。为了经济的目的，有时未使用导叶承载件和定子热防护件之间冷却空气供应。但是，在此情况下，定子热防护件也必须保护导叶承载件。
发明内容
本发明的目的是公开一种具有改进的且非常高效的冷却方案的燃气轮机。
这个和其它目的通过接下来两段中所述的燃气轮机来达到。
根据本发明的燃气轮机包括具有交替的空气冷却式叶片排和转子热防护件排的转子，以及具有安装在导叶承载件上的交替的空气冷却式导叶排和定子热防护件排的定子，其中，定子同轴地包围转子而在它们之间限定热气路径，使得叶片排和定子热防护件排以及导叶排和转子热防护件排分别彼此相对，并且导叶排和沿下游方向的下一叶片排限定涡轮级，并且其中，叶片在它们的尖部成设有外部叶片平台。
根据本发明，外部叶片平台在它们的外侧上包括多个齿，该多个齿沿周向方向平行于彼此而延伸，并且沿热气流方向接连地布置，所述齿分成第一组齿和第二组齿，其中，第二组齿位于第一组齿的下游，第一组齿与涡轮级的相邻的导叶的下游突出部相对，并且第二组齿与相应的定子热防护件相对。对于定子热防护件的这种沿轴向“缩短的”方案，供给在相邻的导叶翼型件中用完了的空气以同时保护定子热防护件以及冷却外部叶片平台尤其变得可行。
根据本发明的一个实施例，叶片平台在它们的外侧上包括三个齿，第一组齿包括沿下游方向的第一个齿，并且第二组齿包括沿下游方向的第二个齿和第三个齿。
根据本发明的另一个实施例，用冷却空气来冷却涡轮级的相邻的导叶，并且来自相邻的导叶的经使用的空气在定子热防护件和相邻的导叶之间涌到热气路径中，以沿着定子热防护件和相对的外部叶片平台流动以及从外部冷却它们。
根据本发明的另一个实施例，定子热防护件安装在内部环上，内部环部分地安装在导叶承载件上，在内部环和导叶承载件之间提供了第一腔体，并且导叶安装在导叶承载件上，在导叶和导叶承载件之间提供了第二腔体，对第二腔体供应来自气室的冷却空气，其中，来自第一腔体和第二腔体的冷却空气的泄漏物利用导叶的下游突出部而存在于定子热防护件和相邻的所述导叶之间，并且其中，泄漏的冷却空气沿下游方向沿着外部叶片平台的外侧流动。
根据本发明的又一个实施例，定子热防护件各自安装在内部环上，能够借助于与定子热防护件成整体且沿周向方向延伸的前钩和后钩来在热的作用下沿轴向方向和周向方向两者自由地延伸，并且后钩各自在两端处在预定长度上倾斜，以减少由于定子热防护件的高温变形而引起的高的应力集中。
根据本发明的另一个实施例，定子热防护件沿轴向方向借助于径向突出部以及沿周向方向借助于销来固定在内部环的周向槽口中，销在弹簧的作用下进入轴向槽口中。
附图说明
现在通过不同的实施例且参照附图来更密切地阐述本发明。
图1显示了可用于实践本发明的具有顺序燃烧的燃气轮机的众所周知的基本设计；
图2显示了根据本发明的一个实施例的燃气轮机的涡轮级的安装和冷却细节；以及
图3以透视图显示了根据图2的单个定子热防护件。
部件列表：
10、30燃气轮机
11压缩机
12、16燃料供应
13燃烧器
14、17燃烧室
15高压涡轮
18低压涡轮
19导叶承载件(定子)
20叶片
21导叶
22热气路径
23气室
24热气
25导叶承载件
26内部环
27定子热防护件
28密封板
29、31、32腔体
33、36突出部
34泄漏物
35经使用的空气
37槽口
38后钩
39前钩
40槽口(用于密封板)
41蜂巢
42区域
43边缘
44销
45叶片外部平台
46a-c齿
L长度
MA机器轴线
TS涡轮级
具体实施方式
图2显示了根据本发明的一个实施例的燃气轮机30的涡轮级TS的安装和冷却细节。具有其热气路径22和沿轴向方向流动的热气24的涡轮级TS包括各自在其尖部上配备有外部叶片平台45的叶片20排，以及相邻的导叶21排。导叶21安装到导叶承载件25上。来自气室23的冷却空气进入位于导叶21和导叶承载件25之间的腔体31。冷却空气从腔体31供应到导叶21的翼型件，经使用的空气35在后部或下游突出部33的上方离开翼型件和导叶(见图2中的箭头)。
与叶片20排相对，定位了各自安装到内部环26上的分段式定子热防护件27环。在图3中以透视图显示了单个定子热防护件27。内部环26本身安装到导叶承载件25上，在它们之间有腔体29。在定子热防护件27和内部环26之间提供了另一个腔体32。为了沿周向方向密封相邻的定子热防护件27之间的腔体32，在相应的槽口40(图3)中提供了密封板28(图2)。
定子热防护件27可具有不同的形状，这取决于导叶承载件25和外部叶片平台45的设计。图2和3中公开的形状展示了定位在叶片20上方的定子热防护件的所提出的设计，三个齿46a-c布置在外部叶片平台45的外侧上。
承载定子热防护件27的内部环26安装在导叶承载件25的相应的槽口中。定子热防护件27沿轴向方向借助于径向突出部36(见图3)以及沿周向方向借助于销44(见图2)来固定在内部环26中的槽口中，销44在定子热防护件27的安装期间在弹簧(见图2)的作用下进入(轴向)槽口37(见图3)。
因此，由此这种安装的原因，定子热防护件27可在热的作用下沿轴向方向和周向方向两者自由地延伸。如图2中可看到的那样，这个实施例的定子热防护件27仅设有用于第二叶片齿46b和第三叶片齿46c的蜂巢(41图3)，而第一齿46a未被定子热防护件覆盖。与第一齿46a相对的是在相邻的导叶21处提供的后部或下游突出部33(具有相应的蜂巢)。
这种设计有可能既避免额外地将冷却空气供应到腔体32中来冷却定子热防护件27又避免另外通过定子热防护件内的孔来运送这个空气来冷却外部叶片平台45。
因而，提出了非冷却式定子热防护件。此外，设想外部叶片平台45由在导叶翼型件中用完了的空气(经使用的空气35)冷却。这样一来，涡轮效率会由于所述双重的冷却空气使用而提高。
如图3中显示，定子热防护件27具有沿周向方向延伸的后钩38和前钩39。结合上面阐述的冷却方案，有利的是提供根据图3的定子热防护件27，在区域42内的后钩38的两端处的外表面中、在预定长度L上制造了特别的斜面。从机械完整性的观点来看，这个斜面是有帮助的，因为当定子热防护件在高温状况下运行时，后钩38的边缘43会试图相对于内部环26而沿径向方向移置。如果在长度L上不存在斜面，则在边缘43处将出现非常高的应力集中，并且定子热防护件27的寿命将急剧减小。
另一方面，在前钩39处未提供斜面，因为关于外部叶片平台的形状，对定子热防护件27提供了弯度来增大在其前部部分中的刚度。
本发明的特征和优点可总结如下：
1.在最后两个外部叶片平台齿46b、c上面设有蜂巢的定子热防护件的“缩短的”方案提供了使用已经在导叶翼型件中使用的空气来同时保护定子热防护件以及冷却外部叶片平台45的可能性(见图2)。缩短的定子热防护件形状使得蜂巢能够在外部叶片平台45的第一齿46a上方布置在导叶突出部33上，这阻止了外部叶片平台45的第一齿46a的前面的经使用的空气有任何泄漏的可能性。
2.在最后的叶片平台齿46b和c的上方设有蜂巢的定子热防护件27的缩短的方案提供了使用来自腔体29和31的冷却空气泄漏物34来额外地冷却冷却平台45的可能性，因为突出部33阻止了叶片平台45的第一齿46a的上游有任何空气泄漏的可能性。
3.当定子热防护件27在燃气轮机中运行时，定子热防护件27的后钩38中的斜面将定子热防护件27中的应力水平降低到足够的程度，并且显著地增加了其寿命。
同一定子热防护件中的减小应力的斜面和缩短的部件形状的结合有可能同时产生具有长的寿命的非冷却式定子热防护件，以及由于空气的节约而增大涡轮效率。

Claims (6)

1.一种轴向流类型的燃气轮机(30)，包括具有交替的空气冷却式叶片(20)排和转子热防护件排的转子，以及具有安装在内部环(26)上的交替的空气冷却式导叶(21)排和定子热防护件(27)排的定子，其中，所述定子同轴地包围所述转子而在它们之间限定热气路径(22)，使得所述叶片(20)排和定子热防护件(27)排以及所述导叶(21)排和转子热防护件排分别彼此相对，并且导叶(21)排和沿下游方向的下一叶片(20)排限定涡轮级(TS)，并且其中，所述叶片(20)在它们的尖部处设有外部叶片平台(45)，其特征在于，所述外部叶片平台(45)在它们的外侧上包括多个齿(46a-c)，所述多个齿(46a-c)沿周向方向平行于彼此而延伸，并且沿热气流方向接连地布置，所述齿(46a-c)分成第一组齿和第二组齿(46a;46b-c)，其中，所述第二组齿(46b-c)位于所述第一组齿(46a)的下游，所述第一组齿(46a)与所述涡轮级(TS)的相邻的所述导叶(21)的下游突出部(33)相对，并且所述第二组齿(46b-c)与相应的所述定子热防护件(27)相对。
2.根据权利要求1所述的燃气轮机，其特征在于，所述叶片平台(45)在它们的外侧上包括三个齿(46a-c)，所述第一组齿包括沿下游方向的第一个齿(46a)，并且所述第二组齿包括沿下游方向的第二个齿和第三个齿(46b,46c)。
3.根据权利要求1或2所述的燃气轮机，其特征在于，用冷却空气来冷却所述涡轮级(TS)的相邻的所述导叶(21)，并且来自相邻的所述导叶(21)的经使用的空气在所述定子热防护件(27)和相邻的所述导叶(21)之间涌到所述热气路径(22)中，以沿着所述定子热防护件(27)和相对的外部叶片平台(45)流动以及从外部冷却它们。
4.根据权利要求1或2所述的燃气轮机，其特征在于，所述定子热防护件(27)安装在内部环(26)上，所述内部环(26)部分地安装在导叶承载件(25)上，在所述内部环(26)和所述导叶承载件(25)之间提供了第一腔体(29)，并且所述导叶(21)安装在所述导叶承载件(25)上，在所述导叶(21)和所述导叶承载件(25)之间提供了第二腔体(31)，对所述第二腔体(31)供应来自气室(23)的冷却空气，其中，来自所述第一腔体和第二腔体(29,31)的冷却空气的泄漏物(34)利用导叶(21)的下游突出部(33)而存在于所述定子热防护件(27)和相邻的所述导叶(21)之间，并且其中，泄漏的冷却空气沿下游方向沿着所述外部叶片平台(45)的外侧流动。
5.根据权利要求1或2所述的燃气轮机，其特征在于，所述定子热防护件(27)各自安装在内部环(26)上，能够借助于与所述定子热防护件(27)成整体且沿周向方向延伸的前钩(39)和后钩(38)来在热的作用下沿轴向方向和周向方向两者自由地延伸，并且所述后钩(38)各自在两端处沿周向方向在预定长度(L)上倾斜，以减少由于所述定子热防护件(27)的高温变形而引起的高的应力集中。
6.根据权利要求5所述的燃气轮机，其特征在于，所述定子热防护件(27)沿轴向方向借助于径向突出部(36)以及沿周向方向借助于销(44)来固定在所述内部环(26)的周向槽口中，所述销(44)在弹簧的作用下进入轴向槽口(37)中。
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