CN102606313B - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种冷却装置，该装置固定安装于燃气轮机的机匣。该冷却装置包括引气管套、活动地套置于引气管套内的限流嘴及封闭引气管套的第一端的顶盖。引气管套设有与本体压气机的高压冷气贯通的通孔，且引气管套的下部设有一内凸圈。限流嘴与引气管套及顶盖之间形成有与通孔贯通的气腔，且限流嘴设有盲孔及与盲孔贯通的出气口。出气口可与引气管套的开口端贯通或错开，且出气口靠近或远离内凸圈，以改变出气口的节流面积。该冷却装置可以根据燃气轮机不同的工况实现对高压冷气的自动调节，满足燃气轮机不同的工况对高压冷气量的不同要求，当工况趋于稳定时，输入的高压冷气量亦趋于稳定，从而降低了涡轮叶片的叶尖间隙发生突变的风险。

Description

冷却装置

技术领域

本发明涉及燃气轮机领域，特别地，涉及一种用于冷却燃气轮机涡轮部件的冷却装置。

背景技术

涡轮是燃气轮机中热负荷和动力负荷最大的部件，因此，需要采取有效的冷却措施对涡轮进行冷却。目前，对冷气量控制主要有如下两种方式：一是采用不可调节的节流孔输入冷气对涡轮进行冷却。但是，该方法对流过节流孔的冷气没有流量调控手段，从而不能根据发动机的不同工况输入适量、稳定的冷气流量；二是采用设置可调节流环，通过外动力转动节流环，以达到调节节气门、控制冷气流量的目的。此两种方式都不能实现对冷气量的自动调控。

发明内容

本发明目的在于提供一种冷却装置，以解决现有技术无法实现冷气流量自动调控的技术问题。

为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种冷却装置，冷却装置固定安装于燃气轮机的机匣，冷却装置包括引气管套、活动地套置于引气管套内的限流嘴及封闭引气管套的第一端的顶盖，其中，引气管套设有与燃气轮机本体压气机的高压冷气贯通的多个通孔，且引气管套的位于通孔的下部设有一内凸圈；引气管套的第二端为开口端，开口端与燃气轮机的燃气主流道及机匣与涡轮叶片的叶尖间隙形成的叶尖流道贯通；限流嘴的第一端设置有环形槽，限流嘴与引气管套之间形成均与通孔及环形槽贯通的间隙；限流嘴的第一端的端壁与顶盖之间形成与间隙贯通的第一气腔，限流嘴设有沿轴向延伸的与第一气腔贯通的盲孔及与盲孔的盲端侧向贯通的出气口；出气口可操作地与引气管套的开口端贯通或错开，且出气口可靠近或远离内凸圈，以改变出气口的节流面积。

进一步地，限流嘴的第一端为大径段的头部，头部轴向地连接有小径段的杆部，其中，头部位于引气管套的第一端，杆部位于引气管套的第二端，杆部与引气管套之间形成第二气腔，且通孔通过第二气腔与间隙贯通。

进一步地，限流嘴还设置有调节孔，调节孔设于杆部，且调节孔可操作地与第二气腔贯通或错开。

进一步地，杆部的外周壁与内凸圈相抵顶，盲孔的盲端位于杆部，出气口设置于杆部，且调节孔位于头部与出气口之间。

进一步地，冷却装置还包括一固定杯，固定杯轴向设置于限流嘴的正下方，固定杯设有一个容纳限流嘴的杆部的收容腔。

进一步地，冷却装置还包括一固定环，固定环固定套置于固定杯的外周缘。

进一步地，冷却装置还包括一内法兰安装环，固定环通过内法兰安装环安装于燃气轮机的涡轮导向器。

进一步地，冷却装置还包括固定管套，引气管套固定套置于固定管套内，且固定管套设有与通孔贯通的进气口，且通孔通过进气口与燃气轮机本体压气机的高压冷气贯通。

进一步地，冷却装置还包括一外法兰安装环，固定管套与外法兰安装环焊接，外法兰安装环通过多个螺钉固定连接于机匣。

进一步地，固定环、引气管套的开口端及外法兰安装环之间形成有第一气流通道；内法兰安装环与机匣的端壁之间形成有第二气流通道，引气管套的开口端依次通过第一气流通道、第二气流通道与叶尖流道及燃气主流道贯通。

本发明具有以下有益效果：

由以上可知，本发明的冷却装置可以根据燃气轮机不同的工况实现对高压冷气的自动调节，满足燃气轮机不同的工况对高压冷气量的不同要求，当工况趋于稳定时，输入的高压冷气量亦趋于稳定，从而降低了涡轮叶片的叶尖间隙发生突变的风险。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的冷却装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参见图1，本发明的冷却装置固定安装于燃气轮机的机匣9，该冷却装置包括安装在机匣9内的固定管套1、引气管套2、限流嘴3及顶盖4。

其中，固定管套1的外壁设置有一凸台12，且该凸台12设有与燃气轮机本体压气机的高压冷气相贯通的进气口11。优选地，固定管套1以焊接方式与一外法兰安装环5相连，该外法兰安装环5通过多个螺钉16固定连接于于燃气轮机的机匣9。

引气管套2固定套置于固定管套1内，且引气管套2的第一端外露于固定管套1。引气管套2的侧壁设置有多个沿周向均布的通孔21，且该通孔21与固定管套1的进气口11相贯通。引气管套2的位于通孔21的下部向内部凹陷，从而形成一内凸圈22。即：进气口11位于引气管套2的第一端与内凸圈22之间。引气管套2的第二端为开口端，且外露在固定管套1。引气管套2的开口端与燃气轮机的燃气主流道13及机匣9与涡轮叶片10的叶尖间隙形成的叶尖流道92贯通。在其他实施方式中，也可以将固定管套1和引气管套2一体设计。

顶盖4安装在引气管套2的第一端，使得该顶盖4封闭引气管套2的第一端。优选地，顶盖4采用螺纹连接的方式连接于引气管套2的第一端。为防止泄气，在顶盖4与引气管套2的第一端之间还设置有垫片41。在其它实施方式中，顶盖4也可以采用卡合的方式连接于引气管套2的第一端。

组装该冷却装置时，先打开引气管套2的第一端的顶盖4，再将限流嘴3滑动套置于引气管套2内。其中，限流嘴3包括一头部34及轴向连接于该头部34的杆部35，头部34为限流嘴3的第一端，且头部34为大径段，杆部35为小径段。限流嘴3的头部34位于引气管套2的第一端，杆部35位于引气管套2的第二端，且杆部35的部分外周壁与引气管套2的内凸圈22相抵顶。杆部35可沿着内凸圈22的内壁面滑动。

限流嘴3的头部34周向地设置有环形槽37。限流嘴3的头部34的外环面与引气管套2的第一端的内环面之间形成间隙17，该间隙17与环形槽37是贯通的。头部34的第一端的端壁与上述顶盖4之间形成有第一气腔32，该第一气腔32与间隙17是相互贯通的。限流嘴3的杆部35与引气管套2的中部之间形成有与间隙17贯通的第二气腔31，且该第二气腔31与引气管套2的通孔21贯通。

限流嘴3设有自头部34向杆部35轴向延伸的盲孔38，该盲孔38的开口端与上述的第一气腔32相互贯通。在该盲孔38的盲端侧向地设置有与盲孔38贯通的出气口33，该出气口33与引气管套2的开口端相贯通或错开，且该出气口33可靠近或远离内凸圈22，以改变出气口33的节流面积。

优选地，上述杆部35还设置有多个贯穿杆部35的外周壁与盲孔38相贯通的调节孔36。该调节孔36位于头部34与出气口33之间，且调节孔36可操作地与上述的第二气腔31相贯通或堵截。

当限流嘴3离心向上滑动时，出气口33逐渐被引气管套2的内凸圈22部分封堵，即出气口33的节流面积减少，经过出气口33的气体流量减少。相反地，当限流嘴3向心向下滑动时，出气口33逐渐远离引气管套2的内凸圈22，即出气口33的节流面积增加，经过出气口33的气体流量增加。

优选地，为了限定限流嘴3的下端部的径向位置，在限流嘴3的下方设置有一固定件6。该固定件6包括一固定杯61及一固定环62。其中，固定杯61与限流嘴3的杆部35同轴线，且杆部35的直径小于与固定杯61的收容腔611的直径。当限流嘴3往下滑动时，其杆部35正好套置于固定杯61内。

固定杯61套焊于固定环62的安装孔内。优选地，固定环62通过一内法兰安装环14固定焊接于燃气轮机的涡轮导向器15。固定环62、引气管套2的第二端的开口及上述外法兰安装环5之间形成轴向的第一气流通道7。内法兰安装环14与机匣9的端壁91之间形成径向的第二气流通道8，且第一气流通道7和第二气流通道8贯通。

工作时，随工况变化的高压冷气依次经固定管套1的进气口11、引气管套2的通孔21、第二气腔31、环形槽37、间隙17、第一气腔32、限流嘴3的盲孔38、出气口33、引气管套2的第二端的开口及第一气流通道7冲击机匣9的端壁91。高压冷气继续沿着第二气流通道8进入燃气主流道13及叶尖流道92，从而实现对机匣9的端壁91、机匣9的内环面93的冷却。

燃气轮机不同的工作状态，对高压冷气的需求量不同。

本发明的冷却装置实现冷气流量自动调节的大致过程如下：

在设计工况下，燃气轮机以设计转速运行，来自于燃气轮机本体压气机的高压冷气的气压为设计值。冷气由固定管套1的进气口11进入后经引气管套2的通孔21流入第二气腔31，冷气从第二气腔31流入第一气腔32需流经环形槽37、间隙17。由于环形槽37存在涡流，使得第一气腔32的气压低于第二气腔31的气压，燃气主流道13、叶尖流道92的燃气压与第二气腔31、第一气腔32的气压及限流嘴3自重处于相对平衡。限流嘴3悬浮于引气管套2内，限流嘴3的出气口33的节流面积为设计值，对机匣9的端壁91及内环面93进行冷却的冷气量为设计值。

当燃气轮机从正常转速转为低转速运行，对高压冷气的需求量就会减少。转速降低致使来自于燃气轮机本体压气机的高压冷气气压降低，即进气口11的气压降低，进入第一气腔32的气压相应降低。燃气主流道13的燃气压的降低滞后于第一气腔32的气压降低。在第二气腔31、第一气腔32的气压与燃气主流道13、叶尖流道92的燃气气压及限流嘴3自重的综合作用下，限流嘴3离心向上滑动，限流嘴3的出气口33逐渐靠近引气管套2的内凸圈22，出气口33的节流面积减小，从而使得通过出气口33进入第一气流通道7、第二气流通道8的高压冷气流量减少。当限流嘴3的出气口33继续进入引气管套2的内凸圈22时，限流嘴3的调节孔36将与第二气腔31直接贯通，使得第二气腔31与第一气腔32气压一致。在第二气腔31、第一气腔32的气压与燃气主流道13、叶尖流道92的燃气气压及限流嘴3自重的综合作用下，限流嘴3向心向下滑动。限流嘴3的出气口33逐渐滑离引气管套2的内凸圈22，出气口33的节流面积增大，限流嘴3的调节孔36与第二气腔31错开，在某一位置达到新的动态式平衡，限流嘴3与引气管套2处于相对暂时的静止状态。这杆满足了燃气轮机在低转速时需要减少冷气流量的要求，同时，输入至燃气轮机内的冷气流量相对稳定。

当燃气轮机从正常转速转为高转速运行，对高压冷气的需求量就会增加。转速升高致使来自于燃气轮机本体压气机的高压冷气气压升高，即进气口11的气压升高，进入第一气腔32的气压相应升高。燃气主流道13的燃气压的升高滞后于第一气腔32的气压升高。在第二气腔31、第一气腔32的气压与燃气主流道13、叶尖流道92的燃气气压及限流嘴3自重的综合作用下，限流嘴3向心向下滑动，限流嘴3的出气口33逐渐滑离引气管套2的内凸圈22，出气口33的节流面积增加，从而使得通过出气口33进入第一气流通道7、第二气流通道8的高压冷气流量增加。这杆满足了燃气轮机在高转速时需要增加冷气流量的要求，同时，输入至燃气轮机内的冷气流量相对稳定。

由以上可知，本发明的冷却装置可以在没有外部驱动力的情况下、根据燃气轮机不同的工况实现对高压冷气的自动调节，满足燃气轮机不同的工况对高压冷气量的不同要求，当工况趋于稳定时，输入的高压冷气量亦趋于稳定，从而降低了涡轮叶片10的叶尖间隙发生突变的风险。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种冷却装置，所述冷却装置固定安装于燃气轮机的机匣(9)，其特征在于，包括引气管套(2)、活动地套置于所述引气管套(2)内的限流嘴(3)及封闭所述引气管套(2)的第一端的顶盖(4)，其中，

所述引气管套(2)设有与所述燃气轮机本体压气机的高压冷气贯通的多个通孔(21)，且所述引气管套(2)的位于所述通孔(21)的下部设有一内凸圈(22)；

所述引气管套(2)的第二端为开口端，所述开口端与所述燃气轮机的燃气主流道(13)及所述机匣(9)与涡轮叶片(10)的叶尖间隙形成的叶尖流道(92)贯通；

所述限流嘴(3)的第一端设置有环形槽(37)，所述限流嘴(3)与所述引气管套(2)之间形成均与所述通孔(21)及所述环形槽(37)贯通的间隙(17)；

所述限流嘴(3)的第一端的端壁与所述顶盖(4)之间形成与所述间隙(17)贯通的第一气腔(32)，所述限流嘴(3)设有沿轴向延伸的与所述第一气腔(32)贯通的盲孔(38)及与所述盲孔(38)的盲端侧向贯通的出气口(33)；

所述出气口(33)可操作地与所述引气管套(2)的开口端贯通或错开，且所述出气口(33)可靠近或远离所述内凸圈(22)，以改变所述出气口(33)的节流面积。

2.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述限流嘴(3)的第一端为大径段的头部(34)，所述头部(34)轴向地连接有小径段的杆部(35)，其中，

所述头部(34)位于所述引气管套(2)的第一端，所述杆部(35)位于所述引气管套(2)的第二端，所述杆部(35)与所述引气管套(2)之间形成第二气腔(31)，且所述通孔(21)通过所述第二气腔(31)与所述间隙(17)贯通。

3.根据权利要求2所述的冷却装置，其特征在于，所述限流嘴(3)还设置有调节孔(36)，所述调节孔(36)设于所述杆部(35)，且所述调节孔(36)可操作地与所述第二气腔(31)贯通或错开。

4.根据权利要求3所述的冷却装置，其特征在于，所述杆部(35)的外周壁与所述内凸圈(22)相抵顶，所述盲孔(38)的盲端位于所述杆部(35)，所述出气口(33)设置于所述杆部(35)，且所述调节孔(36)位于所述头部(34)与所述出气口(33)之间。

5.根据权利要求2所述的冷却装置，其特征在于，所述冷却装置还包括一固定杯(61)，所述固定杯(61)轴向设置于所述限流嘴(3)的正下方，所述固定杯(61)设有一个容纳所述限流嘴(3)的所述杆部(35)的收容腔(611)。

6.根据权利要求5所述的冷却装置，其特征在于，所述冷却装置还包括一固定环(62)，所述固定环(62)固定套置于所述固定杯(61)的外周缘。

7.根据权利要求6所述的冷却装置，其特征在于，所述冷却装置还包括一内法兰安装环(14)，所述固定环(62)通过所述内法兰安装环(14)安装于所述燃气轮机的涡轮导向器(15)。

8.根据权利要求7所述的冷却装置，其特征在于，所述冷却装置还包括固定管套(1)，所述引气管套(2)固定套置于所述固定管套(1)内，且所述固定管套(1)设有与所述通孔(21)贯通的进气口(11)，且所述通孔(21)通过所述进气口(11)与所述燃气轮机本体压气机的高压冷气贯通。

9.根据权利要求8所述的冷却装置，其特征在于，所述冷却装置还包括一外法兰安装环(5)，所述固定管套(1)与所述外法兰安装环(5)焊接，所述外法兰安装环(5)通过多个螺钉(16)固定连接于所述机匣(9)。

10.根据权利要求9所述的冷却装置，其特征在于，所述固定环(62)、所述引气管套(2)的开口端及所述外法兰安装环(5)之间形成有第一气流通道(7)；所述内法兰安装环(14)与所述机匣(9)的端壁(91)之间形成有第二气流通道(8)，所述引气管套(2)的所述开口端依次通过所述第一气流通道(7)、所述第二气流通道(8)与所述叶尖流道(92)及所述燃气主流道(13)贯通。

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