CN102477873A - 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,包括具有交替的空冷式叶片排和转子热防护件排的转子及具有安装在导叶承载件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,并且其中叶片在尖部处设有外部叶片平台。冷却空气质量流和泄漏的减少连同涡轮级内的关键部件的改进的冷却和有效的热保护通过这样来实现:在涡轮级内提供机构来将已用来冷却导叶的翼型件的冷却空气引导到位于外部叶片平台和相对的定子热防护件之间的第一腔体中,以保护定子热防护件抵抗热气及冷却外部叶片平台。
Description
技术领域
本发明涉及燃气轮机的技术。它涉及根据权利要求1的前序部分的轴向流类型的燃气轮机。
更具体而言,本发明涉及设计用于燃气轮机单元的轴向流涡轮的级。大体上,涡轮定子由具有槽口的导叶承载件组成,其中,导叶排和定子热防护件排接连地安装。同一级包括由具有槽口的旋转轴组成的转子,其中,转子热防护件排和叶片排接连地安装。
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,以及交替的叶片20排和导叶21排(它们布置成沿着机器轴线22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。沿需要的方向流过热气路径29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。
图2中显示了燃气轮机10的典型的空气冷却式燃气轮机级TS的区段。在燃气轮机10的涡轮级TS内,导叶21排安装在导叶承载件19上。在导叶21的下游,提供了叶片20排,它们中的各个在其尖部处具有外部平台24,外部平台24在上侧上布置有齿(图3(B)中的52)。与叶片20的尖部(和齿52)相对,定子热防护件26安装在导叶承载件19上。导叶21中的各个具有外部导叶平台25。导叶21和叶片20用它们的相应的外部平台25和24来限定热气路径29的边界,来自燃烧室的热气流过热气路径29。
为了确保这种高温燃气轮机10的运行具有长的寿命,形成其流径29的所有部件应当被有效地冷却。涡轮部件的冷却使用从所述燃气轮机单元的压缩机11供给的空气来实现。为了冷却导叶21,压缩空气通过孔27从气室23供应到位于导叶承载件19和外部导叶平台25之间的腔体28中。然后,冷却空气传送通过导叶翼型件,并且流出翼型件而进入涡轮流径29中(见图2中的翼型件的后缘处的水平箭头)。叶片20使用这样的空气来冷却:该空气沿竖直(径向)方向传送通过叶片柄部和翼型件,并且通过叶片翼型件狭缝以及通过外部叶片平台24的齿52之间的开口来排到涡轮流径29中。定子热防护件26的冷却未在图2中提供的设计中详细说明,因为定子热防护件26被认为受到外部叶片平台24的保护来抵抗主要热气流的有害影响。
可认为上面描述的设计的缺点首先包括这样的事实:传送通过叶片翼型件的冷却空气未为外部叶片平台24提供足够高效的冷却,并且因而未为其提供长的寿命。相对的定子热防护件26也未受到足够的保护来抵抗来自热气路径29的热气。
其次,此设计的缺点在于,在图2中的区域A内存在狭缝,因为会在导叶21和随后的定子热防护件26之间的接头处出现冷却空气泄漏,从而导致进入涡轮流径29中的冷却空气的损失。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有这样的涡轮级冷却方案的燃气轮机:该涡轮级冷却方案避免了已知的冷却构造的缺陷,并且结合了冷却空气质量流和泄漏的减少与涡轮的涡轮级内的关键部件的改进的冷却和有效的热保护。
这个和其它目的通过根据权利要求1的燃气轮机来达到。
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,叶片在它们的尖部处设有外部叶片平台。根据本发明,在涡轮级内提供了机构来将已经用来冷却涡轮级的导叶的尤其翼型件的冷却空气引导到位于外部叶片平台和相对的定子热防护件之间的第一腔体中,以保护定子热防护件来抵抗热气,以及冷却外部叶片平台。
根据本发明的一个实施例,外部叶片平台在它们的外侧上设有沿周向方向延伸的平行齿,并且所述第一腔体由平行齿限定边界。
根据本发明的另一个实施例,导叶各自包括外部导叶平台,引导机构包括用于收集离开导叶翼型件的冷却空气的第二腔体,并且引导机构进一步包括用于将收集到的冷却空气沿径向排到所述第一腔体中的机构。
优选地,排出机构包括在外部导叶平台的后壁处的、沿朝向相邻的外部叶片平台的流动方向叠置在第一齿上的突出部,以及屏,该屏覆盖突出部,使得用于冷却空气的通道建立在突出部和屏之间,通道终止在第一腔体的正上方的径向槽口中。
根据本发明的另一个实施例,第二腔体和排出机构由多个孔连接,该多个孔穿过外部导叶平台的后壁,并且沿周向方向相等地间隔开。
根据本发明的又一个实施例,第二腔体通过凸肩来与外部导叶平台的其余部分分开,并且第二腔体由密封屏封闭。
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显示了根据现有技术的燃气轮机的涡轮级的冷却细节;
图3显示了根据本发明的一个实施例的燃气轮机的涡轮级的冷却细节;
图4以透视图显示了根据本发明的一个实施例的、图3的导叶的外部平台的构造,其中,移除了所有屏;以及
图5以透视图显示了所有屏布置就位的、图3的导叶的外部平台的构造。
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、40导叶承载件(定子)
20、32叶片
21、31导叶
22机器轴线
23、33气室
24、34外部叶片平台
25、35外部导叶平台
26、36定子热防护件
27、37孔
28、38腔体
29、39热气路径
41、42、46腔体
43、47、49屏
44突出部
45孔
48凸肩
50狭缝
51蜂巢
52齿(外部叶片平台)
TS涡轮级
具体实施方式
图3显示了根据本发明的一个实施例的燃气轮机30的涡轮级的冷却细节,并且展示了所提出的涡轮级TS的设计,其中,节约了冷却空气,因为利用了在导叶31中用完了的空气。这个方案的新颖性不仅在于节约冷却空气,而且还在于有效地保护外部叶片平台34来抵抗来自热气路径39的热气,因为对于涡轮级TS,有沿竖向从狭缝(图3(B)中的50)排到叶片32的外部叶片平台34的上侧上的平行齿52之间的腔体41中的连续的冷却空气层。通过在外部导叶平台35的后壁处覆盖突出部44的屏43来形成狭缝50(见图3、区域B和图3(B))。
大体上,来自气室33的冷却空气通过冷却空气孔37流到腔体38中,穿过穿孔屏49,并且进入导叶翼型件的内部中的冷却通道。在导叶31中用于冷却的冷却空气从翼型件传送到腔体46中,腔体46通过凸肩48(也见图4)来与基本外部导叶平台35隔开。然后,这个空气从腔体46分布到一排沿周向方向相等地间隔开的孔45中。腔体46被密封屏47(也见图5)封闭。上面已经提到的穿孔屏49(见图5)位于外部导叶平台35的剩余的最大的部分的上方,并且空气被供应通过这个屏中的孔,以冷却平台表面,以及进入内部导叶翼型件腔体(未在图中显示)。
所提出的设计的重要的新特征还在于,在导叶外部平台35的后壁上提供了在下方配备有蜂巢51的突出部44(见图3-5)。防止用完了的空气额外地从腔体41泄漏到涡轮流径39中的外部叶片平台34的齿52中的前面一个位于突出部44的正下方。由于存在此突出部的原因,避免了有额外的空隙(见图2,区域A)让路来使冷却空气泄漏。
因而,高效地利用用完了的冷却空气有可能避免将额外的冷却空气供应给定子热防护件36以及给叶片护罩或外部叶片平台34,因为用完了的空气有效地封闭了腔体41。
总之,所提出的冷却方案具有以下优点:
1.利用在导叶31中用完了的空气来冷却部件,尤其是冷却外部叶片平台34。
2.不存在对用于冷却定子热防护件36的额外的空气的需要。
3.由屏43覆盖的突出部44会产生冷却空气的连续的空气层,这连同外部叶片平台34的前齿52会封闭位于外部叶片平台34的外侧上的齿52之间的腔体41。
4.所提出的在外部导叶平台35上的突出部44的形状有可能避免在导叶31和定子热防护件36之间的接头区域(见图2中的A)内有额外的冷却空气泄漏。
5.用完了的空气会穿透相邻的定子热防护件36之间的空隙而进入背侧腔体42(见图3),并且防止定子部件过热。
因而,具有突出部44的导叶31和用于经使用的空气的单独的收集器46至48的结合,以及非冷却式定子热防护件36和具有形成于这些外部叶片平台34的外部齿52之间的腔体41的两叉式外部叶片平台34的结合使得能够设计出现代的高性能涡轮。
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(32)排和转子热防护件排的转子,以及具有安装在导叶承载件(40)上的交替的空气冷却式导叶(31)排和定子热防护件(36)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(39),使得所述叶片(32)排和定子热防护件(36)排以及所述导叶(31)排和转子热防护件排分别彼此相对,并且导叶(31)排和沿下游方向的下一叶片(32)排限定涡轮级(TS),并且其中,所述叶片(32)在它们的尖部处设有外部叶片平台(34),其特征在于,在涡轮级(TS)内提供了机构(43-48)来将已经用来冷却所述涡轮级(TS)的所述导叶(31)的尤其翼型件的冷却空气引导到位于所述外部叶片平台(34)和相对的所述定子热防护件(36)之间的第一腔体(41)中,以保护所述定子热防护件(36)抵抗热气,以及冷却所述外部叶片平台(34)。
2.根据权利要求1所述的燃气轮机,其特征在于,所述外部叶片平台(34)在它们的外侧上设有沿周向方向延伸的平行齿(52),并且所述第一腔体(41)由所述平行齿(52)限定边界。
3.根据权利要求1或2所述的燃气轮机,其特征在于,所述导叶(31)各自包括外部导叶平台(35),所述引导机构(43-48)包括用于收集离开所述导叶翼型件的冷却空气的第二腔体(46),并且所述引导机构(43-48)进一步包括用于将收集到的所述冷却空气沿径向排到所述第一腔体(41)中的机构(43,44)。
4.根据权利要求3所述的燃气轮机,其特征在于,所述排出机构(43,44)包括在所述外部导叶平台(35)的后壁处的、沿朝向相邻的外部叶片平台(34)的流动方向叠置在第一齿(52)上的突出部(44),以及屏(43),所述屏(43)覆盖所述突出部(44),使得用于所述冷却空气的通道建立在所述突出部(44)和所述屏(43)之间,所述通道终止在所述第一腔体(41)的正上方的径向槽口中。
5.根据权利要求3或4所述的燃气轮机,其特征在于,所述第二腔体(46)和所述排出机构(43,44)由多个孔(45)连接,所述多个孔(45)穿过所述外部导叶平台(35)的后壁,并且沿周向方向相等地间隔开。
6.根据权利要求3至5中的任一项所述的燃气轮机,其特征在于,所述第二腔体(46)通过凸肩(48)来与所述外部导叶平台(35)的其余部分分开,并且所述第二腔体(46)由密封屏(47)封闭。
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