CN102536336A

CN102536336A - 具有一体式隔板的涡轮机喷嘴段

Info

Publication number: CN102536336A
Application number: CN2011103932057A
Authority: CN
Inventors: A·辛赫; G·A·麦克米兰; C·A·马利诺夫斯基; F·W·小罗伯茨
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2010-11-23
Filing date: 2011-11-23
Publication date: 2012-07-04
Also published as: FR2967716A1; US20120128472A1; JP2012112379A; DE102011055617A1

Abstract

本发明涉及一种具有一体式隔板的涡轮机喷嘴段，其包括叶片，所述叶片的第一端通过机翼部分延伸至第二端。在所述叶片的第一端上设有外部部件。所述外部部件包括安装元件，其经配置和设置以使所述涡轮机喷嘴段紧固在涡轮机上。在所述叶片的第二端上设有内部部件。所述内部部件包括上游部分和下游部分。上游隔板部件实质上在所述上游部分从所述内部部件径向向外延伸，而下游隔板部件实质上在所述下游部分从所述内部部件径向向外延伸。所述上游隔板部件和所述下游部件中的每个部件都包括外表面和内表面。所述上游隔板部件和所述下游隔板部件中每个部件的所述外表面和所述内表面中的一个包括一个座子安装部件。

Description

具有一体式隔板的涡轮机喷嘴段

技术领域

本发明涉及涡轮机领域，确切地说，涉及具有一体式隔板的涡轮机喷嘴段。

背景技术

通常，燃气涡轮机燃烧燃料/空气混合物，从而释放热能形成高温气流。高温气流经由热气通道进入涡轮部分中。在涡轮机中，高温气流流经多个级。每个级包括排列在多个涡轮机叶片上游的多个喷嘴。高温气流穿过喷嘴，然后作用在涡轮机叶片上或使涡轮机叶片旋转。多个喷嘴安装在涡轮部分的外壳上，且多个喷嘴中的每一个喷嘴上安装有一个隔板。在各个喷嘴与相关隔板之间的交界面上设置一个阻隔密封件。多个喷嘴中各个上的阻隔密封件之间相互作用，从而减少了来自涡轮部分多个级中每个相应级的高温燃气或工作流体的损失。涡轮机叶片将来自高温气流的热能转化为促使涡轮机轴旋转的机械能。涡轮机的应用十分广泛，如向泵或发电机提供电力。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种涡轮机喷嘴段，包括：叶片，其包括通过机翼部分延伸至第二端的第一端；设于所述叶片的所述第一端上的外部部件，所述外部部件包括经配置和设置以使所述涡轮机喷嘴段紧固在涡轮机上的安装元件；以及设于所述叶片的所述第二端上的内部部件，所述内部部件包括上游部分和下游部分，上游隔板部件实质上在所述上游部分从所述内部部件径向向外延伸，而下游隔板部件实质上在所述下游部分从所述内部部件径向向外延伸，所述上游隔板部件和所述下游部件中的每个部件包括外表面和内表面，所述上游隔板部件和所述下游隔板部件中的每个部件的所述外表面和所述内表面中的一个包括一个座子安装部件。

所述座子安装部件形成于所述上游隔板部件和所述下游隔板部件中的每一个的所述内表面上。所述涡轮机喷嘴进一步包括一个喷嘴座子，其设于所述上游隔板部件和所述下游隔板部件之间，并与所述座子安装部件连接；所述喷嘴座子包括在上游端和下游端之间延伸的主体，所述喷嘴座子形成由所述内部部件、所述上游隔板部件和所述下游隔板部件构成的区域。所述喷嘴座子包括至少一个具有弯曲部分的侧部分。所述喷嘴座子的所述内表面包括座子安装元件，所述座子安装元件经配置和设置以与位于所述上游隔板部件和所述下游隔板部件中相应各者上的所述座子安装部件配合。所述喷嘴座子的所述主体包括在上游端与下游端之间延伸的实质呈线形的横截面。所述喷嘴座子的所述主体包括大体呈曲线的圆周廓线。

所述上游隔板部件包括密封槽元件，所述下游隔板部件包括密封槽部件，且所述喷嘴座子包括密封槽部分，所述密封槽部分连接所述密封槽部件与所述密封槽元件。所述涡轮机喷嘴进一步包括一个阻隔密封件，其设于所述上游隔板部件和所述下游隔板部件中各者的所述外表面上。所述内表面包括呈曲线的圆周廓线，所述呈曲线的圆周廓线包括涡轮机喷嘴组件总圆周长的约22.5°。所述内部部件包括弯曲部分。

根据本发明的另一方面，提供一种包括一个主体的涡轮机喷嘴座子，所述主体具有在上游端和下游端之间延伸的外表面和内表面。喷嘴座子经配置和设置以安装在涡轮机喷嘴的上游隔板部件和下游隔板部件之间。

所述喷嘴座子的所述内表面包括座子安装元件，所述座子安装元件经配置和设置以与位于涡轮机喷嘴的所述上游隔板部件和所述下游隔板部件中相应各者上的座子安装部件配合。所述喷嘴座子包括至少一个具有弯曲部分的侧部分。进一步包括：密封槽部分，其形成于所述至少一个侧部分中。进一步包括：设于所述上游端的第一安装法兰，以及设于所述下游端的第二安装法兰，所述第一安装法兰和所述第二安装法兰中的每一个实质上从所述主体径向向外延伸。所述喷嘴座子的所述主体包括在所述上游端和所述下游端之间延伸的实质呈线形的横截面。所述喷嘴座子的所述主体包括大体呈曲线的圆周廓线。所述大体呈曲线的圆周廓线包括涡轮机喷嘴组件总圆周长的约22.5°。

根据本发明的又一方面，涡轮机包括压缩机部分、可操作地连接到压缩机部分的涡轮部分，以及设于涡轮部分内的涡轮机喷嘴。涡轮机喷嘴包括叶片，所述叶片的第一端通过机翼部分延伸至第二端。在所述叶片的第一端上设有外部部件。外部部件包括安装元件，其经配置和设置以使涡轮机喷嘴紧固在涡轮机上。在所述叶片的第二端上设有内部部件。所述内部部件包括上游部分和下游部分。上游隔板部件实质上在所述上游部分从所述内部部件径向向外延伸，而下游隔板部件实质上在所述下游部分从所述内部部件径向向外延伸。所述上游隔板部件和所述下游部件中的每个部件都包括外表面和内表面。所述上游隔板部件和所述下游隔板部件中每个部件的所述外表面和所述内表面中的一个包括一个座子安装部件。一个冷却通道通过机翼部分从外部部件延伸至内部部件。喷嘴座子包括主体，其具有在上游端和下游端之间延伸的外表面和内表面。喷嘴座子安装在涡轮机喷嘴的上游隔板部件和下游隔板部件之间。

通过以下说明并结合附图可以更加清楚地了解到这些以及其他优点和特征。

附图说明

本专利申请文件中的权利要求书详细指出并明确主张了本发明。通过以下说明并结合附图可以清楚地了解本发明的上述及其他特征和优点，其中：

图1为根据示范性实施例的涡轮机的涡轮部分的局部侧视截面示意图，所述涡轮机包括具有一体式隔板部件的多个涡轮机喷嘴；

图2为喷嘴段的透视图，所述喷嘴段包括图1中涡轮部分的一体式上游隔板部件和下游隔板部件；

图3为图2中喷嘴段的内部部件的透视图；

图4为根据示范性实施例的图2中包括喷嘴座子的喷嘴段的透视图；以及

图5为根据另一示范性实施例的接合到喷嘴座子的喷嘴段的内部部件的透视图；

具体实施方式部分参考附图以举例方式介绍本发明的实施例及优点和特征。

元件符号列表：

具体实施方式

参考图1，根据示范性实施例的涡轮机通常以2表示。涡轮机2包括具有外壳4的涡轮部分3，所述外壳4至少界定热气通道10的一部分。涡轮部分3包括第一级12，其具有多个一级叶片或喷嘴14以及叶片16；第二级17，其具有多个二级叶片或喷嘴18以及叶片20；以及第三级21，其具有多个三级叶片或喷嘴22以及叶片24。当然，应了解，涡轮部分3也可以包括其他级(未在图中显示)。热燃烧气体沿通过喷嘴14、18和22的热气通道10轴向流动，冲击并促使叶片16、20和24旋转。此外，冷却气流会进入涡轮部分3，以减少产生在喷嘴14、18和22的各部分之间的热通量。

现在参考图2-图4描述根据示范性实施例的第二级17的喷嘴段30。喷嘴段30包括多个二级喷嘴或机翼18、18a和18b。因为每个机翼18、18a和18b的结构相似，所以在理解机翼18a和18b包括相似结构的基础上参考机翼18，详细说明如下。机翼18包括第一端34，其通过中间部分或机翼部分36延伸至第二端35。喷嘴段30包括外部部件40，其与机翼18、18a和18b一体形成于第一端34上。外部部件40不仅支撑涡轮机2壳体部分(未单独标明)的喷嘴段30，而且包括主体42，其具有第一圆周边缘46和相对的第二圆周边缘47。第一圆周边缘和第二圆周边缘46和47构建了外部部件40的圆周廓线50。在所示示范性实施例中，圆周廓线50相对于第二级17的总圆周长为约22.5°。每个圆周边缘46和47包括相应的倾斜部分或弯曲部分48和49。

喷嘴段30也包括内部部件60，其一体形成于机翼18、18a和18b的第二端35上。内部部件60包括具有上游部分67和下游部分69的主体64。主体64也包括第一圆周边缘72和相对的第二圆周边缘73，所述第一圆周边缘和第二圆周边缘72和73构建了内部部件60的圆周廓线75。与上述说明相似，在所示示范性实施例中，圆周廓线75相对于第二级17的总圆周长为约22.5°。每个圆周边缘72和73包括相应的倾斜部分或弯曲部分79和80。每个圆周边缘72和73也分别具备密封凹口或密封槽81和82。在此，应了解，术语“内部”指靠近涡轮机2的中心线的喷嘴段30的部分。术语“外部”指偏离涡轮机2壳体方向的中心线的喷嘴段30的部分。

根据示范性实施例，内部部件60包括上游隔板部件84和下游隔板部件86。上游隔板部件84与内部部件60一体形成，并在第一圆周边缘和第二圆周边缘72和73之间大体上从上游部分67径向向外延伸。相似地，下游隔板部件86与内部部件60一体形成，并在第一圆周边缘和第二圆周边缘72和73之间大体上从下游部分69径向向外延伸。上游隔板部件84包括第一端90，其自上游部分67延伸至第二端91。第二端91包括大体上呈曲线的圆周廓线(未单独标明)。上游隔板部件84也包括在第一端和第二端90和91之间延伸的外表面93和内表面94(图3)。第一密封槽元件95形成于圆周边缘73上的上游隔板部件84中。第一密封槽元件与密封槽82接合。第二密封槽元件96形成于圆周边缘72上的上游隔板部件84中。第二密封槽元件96与密封槽81接合。相似地，下游隔板部件86包括自下游部分69延伸至第二端98的第一端97。第二端98包括大体呈曲线的圆周廓线(未单独标明)。下游隔板部件86也包括在第一端和第二端97和98之间延伸的外表面100和内表面101。第一密封槽部件102形成于圆周边缘73上的下游隔板部件86中。第一密封槽部件102与密封槽82接合。第二密封槽部件103形成于圆周边缘72上的下游隔板部件86中。第二密封槽部件103与密封槽81接合。

所示上游隔板部件84和下游隔板部件86也包括分别设于外表面93和100上的阻隔密封件104和105。阻隔密封件104和105可以一体形成于外表面93和100中相应各者上，也可以安装在设于外表面93和100中相应各者上的槽或其他结构(未显示)中。此外，所示上游隔板部件84和下游隔板部件86也包括设于内表面94和101中相应各者上的座子安装部件110和112。如下文中更全面地论述，座子安装部件110和112为喷嘴段30的其他密封结构提供一个交界面。所示喷嘴段30也包括多个通道118-120，用于将以压缩机排气的形式输送冷却流体流，使之分别通过机翼18、18a和18b。通道118-120穿过机翼18、18a和18b通向在上游隔板部件84和下游隔板部件86之间延伸的区域121。区域121吸纳通过多个冷却通道118-120抽取的空气，其中冷却通道118-120延伸穿过机翼18、18a和18b；其中所述区域121穿过并伸到形成于上游隔板部件84中的开口122-124之外。在此，应了解，也可以采用多种其他冷却方案，包括使用冷却管或冷却导管，所述冷却管或冷却导管自上游隔板部件84穿过机翼18、18a和18b延伸至涡轮机2的壳体。

再次根据示范性实施例，喷嘴段30包括以可分离的方式安装至内部部件60的喷嘴座子136(图4)。喷嘴座子136提供密封件，以限制漏流在喷嘴段30与涡轮部分3的叶轮空间(未单独标明)之间流过。喷嘴座子136包括主体139，其具有实质呈线形的横截面和实质呈曲线的圆周廓线。与上述说明相似，在所示示范性实施例中，圆周廓线相对于第二级17的总圆周为约22.5°。所示喷嘴座子136包括具有上游端141和下游端142的主体139。主体139也包括外表面144、内表面145、第一侧部分146和第二侧部分(未显示)。侧部分146包括倾斜部分或弯曲部分147，其位于与内部部件60上的弯曲部分80相对应的侧部分上。第二侧部分(未显示)包括相似的倾斜部分或弯曲部分(也未显示)。所示侧部分146也包括密封槽部分148，密封槽部分148与第一密封槽元件95和第一密封槽部件102接合，从而形成密封区域(未单独标明)，以防止漏流在相邻喷嘴座子之间流过。

如图4清晰所示，喷嘴座子136界定一个位于内部部件60内的区域148。与上述说明相似，区域148是由上游隔板部件84、下游隔板部件86和喷嘴座子136构成/界定的密封区域。区域148引导抽取空气通过机翼18、18a和18b，从而对叶轮空间进行冷却。喷嘴座子136包括多个突出部分，其中一个以150表示，其构成一个限制漏流流经级17和21之间的曲径密封件。所示喷嘴座子136还包括设于上游端141上的第一座子安装元件152和设于下游端142上的第二座子安装元件154。第一座子安装元件和第二座子安装元件152和154与内部部件60上的第一座子安装部件和第二座子安装部件110和112配合，以使喷嘴座子136紧固在喷嘴段30上。

现在参考图5说明根据示范性实施例的另一方面的喷嘴段180。喷嘴段180包括多个机翼，其中一个以183表示，其在外部部件(未显示)和内部部件190之间延伸。内部部件190包括具有上游部分195和下游部分196的主体193。主体193也包括第一圆周边缘(未显示)，其延伸至第二圆周边缘198，从而构成圆周廓线200。与上述说明相似，在所示示范性实施例中，圆周廓线200相对于第二级12的总圆周长为约22.5°。同样与上述说明相似，圆周边缘198包括倾斜部分或弯曲部分202。

上游隔板部件205与内部部件190一体形成并大体上从上游部分195径向向外延伸。相似地，下游隔板部件207也与内部部件190一体形成并大体上从下游部分径向向外延伸。上游隔板部件205包括自上游部分195延伸至第二端212的第一端211。第二端212包括大体呈曲线的圆周廓线(未显示)。上游隔板部件205也包括在第一端和第二端211和212之间延伸的外表面214和内表面215。相似地，下游隔板部件207包括自下游部分196延伸至第二端220的第一端219。第二端220包括大体呈曲线的圆周廓线(未显示)。下游隔板部件207也包括在第一端和第二端219和220之间延伸的外表面222和内表面223。第一阻隔密封件225设于上游隔板部件205的外表面214上，而第二阻隔密封件226设于下游隔板部件207的外表面222上。所示内部部件190还包括第一座子安装部件228，其设于上游隔板部件205的外表面214上；以及第二座子安装部件230，其设于下游隔板部件207的外表面222上。

再次根据图5所示的示范性方面，喷嘴座子240安装在内部部件190上。喷嘴座子240包括具有上游端245和下游端246的主体243，所述上游端245和下游端246由外表面248和内表面249隔开。座子240也包括第一侧部分250和第二侧部分(未显示)。第一侧部分和第二侧部分中的每个部分都包括一个倾斜或弯曲部分，其中一个以251表示，位于与内部部件190上的弯曲部分202相对应的侧部分250上。第一安装法兰252从上游端245延伸，第二安装法兰253从下游端246延伸。每个安装法兰252、253都包括一个相应的座子安装元件255和257。座子安装元件255和257与内部部件190上的座子安装部件228和230相配合。通过这种布置，安装法兰252和253将分别环绕上游隔板部件205和下游隔板部件207的外表面214和222。一旦布置到位，喷嘴座子240就在内部部件190内形成一个腔260。

在此，应了解，示范性实施例提供具有一体式隔板的喷嘴段，一体式隔板可以通过减少或者甚至消除众多焊接头来减少泄漏点并简化结构。此外，喷嘴段的特定结构还可以消除相邻喷嘴段分担负载的情况。一体式隔板省去了众多隔板机加工操作，从而节省了构建喷嘴并将其安装在涡轮机的相关时间/劳力/成本。所示示范性实施例还减少了各种已知和未知的泄露问题，从而提高了涡轮机的效率。最后，应了解，所示特定喷嘴段仅为示范性实施例，叶片的数量以及所用材料可有所不同。

尽管本说明书仅结合有限数量的实施例详细介绍了本发明，但应了解，本发明并不局限于此类公开的实施例。相反，本发明可经修改以涵盖所有之前并未介绍、但与本发明的精神和范围相符合的变化、更改、替换或等效配置。另外，尽管介绍了本发明的各种实施例，但应了解，本发明的各个方面可以仅包括前述实施例中的一些实施例。因此，本发明不应被视为受前述说明书的限制，其仅受所附权利要求书范围的限制。

Claims

1.一种涡轮机(2)喷嘴段(30、180)，包括：

一个叶片，其包括通过机翼部分(36)延伸至第二端(35、91、98、212、220)的第一端(34、90、97、211、219)；

一个设于所述叶片的所述第一端(34、90、97、211、219)上的外部部件(40)，所述外部部件(40)包括经配置和设置以使所述涡轮机(2)喷嘴段(30、180)紧固在涡轮机(2)上的安装元件(44、45)；以及

一个设于所述叶片的所述第二端(35、91、98、212、220)上的内部部件(60、190)，所述内部部件(60、190)包括上游部分(67、195)和下游部分(69、196)，一个上游隔板部件(84、205)实质上在所述上游部分(67、195)从所述内部部件(60、190)径向向外延伸，而一个下游隔板部件(86、207)实质上在所述下游部分(69、196)从所述内部部件(60、190)径向向外延伸，所述上游隔板部件(84、205)和所述下游部件中的每个部件皆包括一个外表面(93、100、144、222、248)和一个内表面(94、101、145、215、223、249)，所述上游隔板部件(84、205)和所述下游隔板部件(86、207)中的每个部件的所述外表面(93、100、144、222、248)和所述内表面(94、101、145、215、223、249)中的一个包括一个座子安装部件(228)。

2.根据权利要求1所述的涡轮机(2)喷嘴，其特征在于，所述座子安装部件(228)形成于所述上游隔板部件和所述下游隔板部件(84、205、86、207)中每一个的所述内表面(94、101、145、215、223、249)上。

3.根据权利要求1所述的涡轮机(2)喷嘴，其特征在于，进一步包括：一个喷嘴座子(136、240)，其设于所述上游隔板部件和所述下游隔板部件(84、205、86、207)之间，并与所述座子安装部件(228)连接；所述喷嘴座子(136、240)包括一个在上游端(141、245)和下游端(142、246)之间延伸的主体(42、64、139、193、243)，所述喷嘴座子(136、240)形成一个由所述内部部件(60、190)、所述上游隔板部件和所述下游隔板部件(84、205、86、207)界定的区域。

4.根据权利要求3所述的涡轮机(2)喷嘴，其特征在于，所述喷嘴座子(136、240)包括至少一个具有一个弯曲部分(48、49、79、80)的侧部分(146、250)。

5.根据权利要求4所述的涡轮机(2)喷嘴，其特征在于，所述喷嘴座子(136、240)的所述内表面(94、101、145、215、223、249)包括一个座子安装元件(255、257)，所述座子安装元件(255、257)经配置和设置以与位于所述上游隔板部件和所述下游隔板部件(84、205、86、207)中相应各者上的所述座子安装部件(228)配合。

6.根据权利要求3所述的涡轮机(2)喷嘴，其特征在于，所述喷嘴座子(136、240)的所述主体包括一个在上游端和下游端(141、245、142、246)之间延伸的实质呈线形的横截面。

7.根据权利要求3所述的涡轮机(2)喷嘴，其特征在于，所述喷嘴座子(136、240)的所述主体包括大体呈曲线的圆周廓线。

8.根据权利要求3所述的涡轮机(2)喷嘴，其特征在于，所述上游隔板部件(84、205)包括一个密封槽元件(95、96)，所述下游隔板部件(86、207)包括密封槽部件(102、103)，且所述喷嘴座子(136、240)包括密封槽部分(148)，所述密封槽部分(148)连接所述密封槽部件(102、103)与所述密封槽元件(95、96)。

9.根据权利要求1所述的涡轮机(2)喷嘴，其特征在于，进一步包括：一个阻隔密封件(104、105)，其设于所述上游隔板部件和所述下游隔板部件(84、205、86、207)中各者的所述外表面(93、100、144、222、248)上。

10.根据权利要求1所述的涡轮机(2)喷嘴，其特征在于，所述内部部件(60、190)包括一个弯曲部分(48、49、79、80)。