CN103133142B - 燃气涡轮和负载配置以及减小燃气涡轮中的负载联接件上的热应力和机械应力的方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及用于燃气涡轮负载联接件的冷却系统。描述了一种燃气涡轮(33)，其至少包括：压缩机(43)；动力涡轮(47)；负载联接件(35)，其使所述燃气涡轮(33)连接于负载(37)；负载联接保护装置(65)，其至少部分地围绕负载联接件(35)；冷却空气通道(51,61,63)，其设计并且配置成使冷却空气流在负载联接保护装置中循环，从而足以从负载联接件(35)移除热。

Description

燃气涡轮和负载配置以及减小燃气涡轮中的负载联接件上的 热应力和机械应力的方法
技术领域
本公开大体涉及燃气涡轮，诸如特别地但不唯一地涉及航改燃气涡轮。更特别地，本公开涉及用于发电、天然气液化或类似工业应用的航改燃气涡轮的工业应用。
背景技术
航改燃气涡轮广泛地用作用于机械驱动应用的动力源，并且广泛地使用在用于工厂的发电、管路、离岸平台、LNG应用等中。
图1示出了系统的示意表示，该系统包括燃气涡轮和由所述燃气涡轮机械地驱动的负载。更特别地，在图1的概略表示中，标记1表示燃气涡轮，其驱动以3示意性地示出的负载(例如，用于天然气液化线路的压缩机或压缩机系)。燃气涡轮1依靠负载联接件5连接于负载3。负载联接件5包括轴7和接合部9。在图1的实例中，由燃气涡轮1旋转地驱动的轴7连接于齿轮箱11。所述齿轮箱11的输出轴13使齿轮箱11连接于负载3。负载3可包括例如压缩机的单独旋转机械、或发电机、或相同轴上的成组旋转机械。又一个齿轮箱可配置在由涡轮1驱动的两个相邻旋转机械之间。
燃气涡轮1包括气体发生器15和动力涡轮17。气体发生器15依次包括压缩机19、燃烧室21和高压涡轮23。进入压缩机19的空气以高压压缩，并且在燃烧室21中添加液体或气体燃料。压缩和高温的燃烧气体首先在高压涡轮23中膨胀，高压涡轮23通过内轴25连接于压缩机19。燃烧气体在高压涡轮23中的膨胀产生驱动压缩机19的旋转的机械动力。离开高压涡轮23的部分地膨胀的燃烧气体进入动力涡轮17，并且进一步膨胀以产生通过负载联接件5驱动负载3的机械动力。排放的燃烧气体由收集器-扩散器收集，并且通过排出线路27排出。
在图1中示出的实例中，燃气涡轮是单轴燃气涡轮，即，在其中单独内轴25使高压涡轮23连接于气体发生器15的压缩机19的燃气涡轮。动力涡轮(有时也叫做低压涡轮)由与内轴25分开的轴支撑，使得气体发生器15可独立于动力涡轮17并以与动力涡轮17不同的速度旋转。其他燃气涡轮实施例规定不同数量的内轴，并且气体发生器可包括不同数量的压缩机和驱动压缩机的涡轮。
这些涡轮典型地为航改涡轮。
在图1的示范实施例中，负载3通过负载联接件5连接于燃气涡轮1的所谓热端部，即，与压缩机19侧对应的冷端部不同的、配置有动力涡轮17的燃气涡轮侧。
负载联接件5遭受由于在燃气涡轮1的热端部处的高温而产生的温度变形。轴7的热变形必须减小(sag)，即，必须采取措施以防止轴7的热膨胀损坏动力涡轮17的或配置在负载侧的机器的负载支承件，即，齿轮箱11(如果存在)和/或由燃气涡轮1驱动的旋转机械3的支承件。通常采取的措施包括配置可补偿轴的热膨胀的接合部。然而，轴的热膨胀产生在接合部的两侧的支承件上(即，在涡轮支承件上和在齿轮箱或旋转机械支承件上)的轴向力。
JP-2000-291446公开了具有负载联接冷却系统的燃气涡轮，该负载联接冷却系统包括安装在负载联接件上的风扇叶片。风扇叶片由负载联接件驱动成旋转，并且通过围绕负载联接件的保护装置从环境产生冷却空气流。利用由负载联接件驱动的风扇叶片消除对用于冷却负载联接件的附加压缩机或风扇的需要。然而，叶片修改了负载联接件的旋转动态特性，并且可消极地影响其正确操作，从而导致旋转构件和相关支撑件的动态应力、振动和潜在失效。
因此，存在对更有效的负载联接冷却系统的需要。
发明内容
如将在下面在此处描述地，参考本发明的一些实施例，特别有效的配置设置用于通过将冷却空气流在至少部分地围绕连接燃气涡轮和负载的负载联接件的至少部分的体积中输送，热通过由于负载联接件而产生的被迫空气对流而主动地移除，因此减小负载连接的热变形，并且因此减小在涡轮和负载支承件上的轴向负载。
根据本文中公开的主题的一些实施例，提供一种燃气涡轮，所述燃气涡轮至少包括：压缩机；动力涡轮；负载联接件，其使燃气涡轮连接于负载；负载联接保护装置，其至少部分地围绕负载联接件；冷却空气通道，其设计并且配置成使冷却空气流在所述负载联接保护装置中循环，从而足以从所述负载联接件移除热。设置在负载联接保护装置中的被迫空气对流从负载联接件移除热，并且使负载联接件保持在低温处，因此减小负载联接件的总热变形。以该方式，还在燃气涡轮经由在燃气涡轮的热端部上(即，在动力涡轮侧而不是在压缩机侧)的所述负载联接件连接于负载时，减小由负载支承件的热膨胀而产生的轴向负载。
更特别地，本公开提供一种燃气涡轮，其包括：压缩机；动力涡轮和负载联接件，该负载联接件使燃气涡轮连接于负载(37)。进一步设置燃气涡轮组，其包括容纳燃气涡轮的涡轮机隔室(compartment)。负载联接保护装置围绕负载联接件配置成至少部分地围绕所述负载联接件。冷却空气循环系统配置和构造成用于使冷却空气在涡轮机隔室中循环。冷却空气循环系统将新鲜周围空气输送在涡轮机隔室中以冷却涡轮机外壳，即，配置在其中的压缩机的外壳和(多个)涡轮的外壳。此外，冷却空气通道还设置用于冷却负载联接件。冷却空气通道设计和配置成使从冷却空气循环系统获得的冷却空气流在负载联接保护装置中循环。在负载联接保护装置中循环的空气流足以从所述负载联接件移除热并且减小其热应力和机械应力。在一些实施例中，冷却空气通道设计和构造成使由在涡轮机隔室上游的冷却空气循环系统输送的周围空气的部分转向(即，在新鲜周围空气进入涡轮机隔室之前)。由冷却空气通道朝向负载联接保护装置输送的空气因此近乎处于周围温度，因此实现负载联接件的改进的冷却。
单个空气强迫装置可配置和设计用于强迫冷却空气在涡轮机隔室中并且穿过在所述负载联接保护装置中的冷却空气通道。因此，需要具有有限数量的辅助设施的简单构造以执行涡轮机外壳和负载联接件二者的冷却。提高了系统的效率，其总可靠性增强。还实现更紧凑的配置。因为围绕负载联接件的冷却空气流由设置用于涡轮机冷却的同一空气强迫装置产生，所以用于将冷却空气输送至负载联接件的分开空气强迫装置可被省去。附加地，不需要安装在负载联接件上的风扇叶片(如在以上提到的现有技术配置中)。
在一些实施例中，进气线路或管道可设置和配置成与冷却空气循环系统和与所述冷却空气通道流体连通。进气线路可在其进口处设置有过滤器配置。过滤器配置过滤用于冷却涡轮机外壳所需的周围空气以及用于冷却负载联接件所需的周围空气二者。不需要分开的过滤器配置。在一些实施例中，进气线路与进气压室流体连通，燃气空气从该进气压室进入燃气涡轮的气体发生器的压缩机。由于单个过滤器配置过滤整个冷却空气流以及燃烧空气流，所以这进一步提高了系统的效率，从而减小其成本。
在下面在本文中描述根据本文中公开的主题的燃气涡轮的又一些实施例和有利特征。
在一些优选实施例中，燃气涡轮是航改燃气涡轮。燃气涡轮可为单轴燃气涡轮，即，其中压缩机由高压燃气涡轮机械地驱动的燃气涡轮，其中，压缩机和高压燃气涡轮支撑在共同轴上。压缩机和高压燃气涡轮形成气体发生器。离开高压涡轮的排放燃烧气体在动力涡轮中进一步膨胀。动力涡轮支撑在独立轴上，并且驱动负载的旋转。在一些实施例中，齿轮箱配置在动力涡轮和负载之间。
在其他实施例中，燃气涡轮可为包括两个或三个压缩机以及两个或三个涡轮的双轴或三轴燃气涡轮，其中，同轴的轴使涡轮和轴彼此连接。
不管压缩机和涡轮的数量，并且从同轴的轴的数量来看，负载联接件设置在动力涡轮(即，提供动力以驱动负载的涡轮)和负载之间，其中，可插入齿轮箱从而以不同旋转速度来驱动负载和动力涡轮。负载联接件通常至少包括轴和一个或多个接合部。轴可包括相互连接的一个或多个轴区段或轴部分。
在一些实施例中，负载联接件和负载联接保护装置延伸穿过排气压室或排放收集器-扩散器组件，其至少部分地围绕所述负载联接件和所述负载联接保护装置。排放收集器-扩散器组件环绕燃气涡轮的轴线部署，并且收集排放和膨胀的燃烧气体以将它们排出在环境中，或者例如朝向联合发电厂的蒸汽涡轮或另一个区段来运送膨胀的高温燃烧气体。
在一些实施例中，燃气涡轮至少部分地配置在燃气涡轮组中，该燃气涡轮组包括容纳所述燃气涡轮的涡轮机隔室。在一些实施例中，空气循环系统进一步设置用于使冷却空气在涡轮机隔室中循环。负载隔室优选地配置在涡轮机隔室的下游。负载隔室配置在涡轮机隔室侧。相对进气压室配置在涡轮机隔室的相对侧，以允许空气在燃气涡轮的压缩机和在涡轮机隔室中，以冷却涡轮机外壳的外部。连接燃气涡轮和负载的负载联接件优选地延伸穿过负载隔室。负载联接保护装置可从冷却空气循环系统或其他专用源接收空气。
冷却空气通道可包括空气端口，其中，来自所述冷却空气循环系统的冷却空气被迫地循环。至少第一通风管道使所述空气端口流体地连接于所述负载联接保护装置，并且在一些实施例中，设置第二通风管道和可能地第三通风管道，其与负载隔室流体连通以允许在所述负载隔室中的被迫空气循环。
负载联接保护装置可在两个端部处开放地终止，使得在由负载联接保护装置定界的体积中被迫地循环的空气可在负载联接保护装置的两个端部处逸出。这增强了负载联接件的冷却，该负载联接件的部分还在负载联接保护装置外部延伸。
根据又一个方面，本文中公开的主题涉及一种减小燃气涡轮中的负载联接件上的热应力和机械应力的方法，所述燃气涡轮至少包括：压缩机；动力涡轮；和负载联接件，其使所述燃气涡轮连接于负载。根据一些实施例，该方法包括通过强迫冷却空气环绕所述负载联接件而从负载联接件移除热。
在一些实施例中，提供用于减小燃气涡轮中的负载联接件上的热应力和机械应力的方法。该方法有利地包括下列步骤：产生冷却空气流以冷却燃气涡轮的外壳；使在燃气涡轮配置在其中的涡轮机隔室处上游的冷却空气流的部分转向，并且强迫所述冷却空气流的部分围绕使燃气涡轮连接于负载的负载联接件，用于从所述负载联接件移除热。
在一些实施例中，该方法包括如下步骤：限定至少部分地围绕负载联接件的界定体积；和使冷却空气在所述界定体积中被迫地循环以从负载联接件移除热。应当理解，热通常仅从负载联接件的一个部分(即，最接近燃气涡轮的热端部的部分)移除，因为热膨胀集中在负载联接件的所述区段中。
在本文中公开的主题的示范实施例中，该方法包括如下步骤：使负载联接保护装置配置成至少部分地围绕负载联接件，界定体积至少部分地由负载联接保护装置约束；和使冷却空气在所述负载联接件和所述负载联接保护装置之间被迫地循环，由此从所述负载联接件移除热。
在又一些实施例中，该方法可附加地包括如下步骤：使冷却空气至少在面向所述动力涡轮的所述负载联接保护装置的第一端部处从界定体积逸出，由此在所述负载联接保护装置的所述第一端部处离开所述界定体积的冷却空气流引导成冲击所述动力涡轮。在一些实施例中，该方法还可包括如下步骤：使冷却空气至少在面向所述负载的所述负载联接保护装置的第二端部处从所述界定体积逸出，由此在所述负载联接保护装置的所述第二端部处离开所述界定体积的冷却空气流引导成远离所述动力涡轮并朝向所述负载。负载联接保护装置的第二端部可朝向环境(即，涡轮组的外部)开放。
根据一些示范实施例，该方法包括如下步骤：使燃气涡轮配置在燃气涡轮组中；产生冷却空气流以冷却所述燃气涡轮的外壳；使所述冷却空气流的部分朝向部分地围绕负载联接件的界定体积偏离。
燃气涡轮组通常还包括在燃气涡轮和负载之间的负载隔室。负载联接件和围绕所述负载联接件的界定体积可至少部分地配置在所述负载隔室中，并且冷却空气还可部分地在所述界定体积中循环，并且部分地在所述负载隔室中循环。
特征和实施例在下面在此处公开，并且在所附权利要求中进一步陈述，该所附权利要求形成本描述的整体部分。为了下列详细描述可被更好地理解，并且为了对现有技术的本贡献可被更好地理解，以上简短描述陈述了本发明的各种实施例的特征。当然，存在本发明的其他特征，其将在下文中描述并且将在所附权利要求中陈述。在该方面，在详细地说明本发明的若干实施例之前，应当理解，本发明的各种实施例在其应用中不受限于在下列描述中陈述或在附图中示出的构造的细节和构件的配置。本发明能够具有其他实施例，并且能够以各种方式实践和实施。此外，将理解，本文中使用的措词和术语是出于描述的目的，并且不应当被认为是限制性的。
同样地，本领域技术人员将理解，本公开所基于的构思可容易地用作基础，以用于设计用于实施本发明的若干目的的其他结构、方法和/或系统。因此，重要的是，在等同构造不背离本发明的精神和范围的程度内，权利要求被认为包括该等同构造。
附图说明
因为当结合附图考虑时，通过参考下列详细描述，本发明的公开实施例和其伴随优点中的许多变得更好理解，所以将容易获得本发明的公开实施例和其伴随优点中的许多的更完整理解，其中：
图1示出了根据现有技术水平的燃气涡轮和压缩机配置；
图2示出了体现本文中公开的主题的燃气涡轮和压缩机配置；
图3示出了根据图2的配置的竖直平面的示意区段；
图4示出了根据图3中的线IV-IV的截面；以及
图5示出了根据本公开的燃气涡轮和负载配置的又一个实施例。
具体实施方式
示范实施例的下列详细描述参考附图。不同附图中的相同附图标记识别相同或相似的元件。另外，附图不一定按比例绘制。此外，下列详细描述不限制本发明。相反地，本发明的范围由所附权利要求限定。
在整个说明书中提到“一个实施例”或“实施例”或“一些实施例”意味着，结合实施例描述的特别特征、结构或特性包括于公开的主题的至少一个实施例中。因此，短语“在一个实施例中”或“在实施例中”或“在一些实施例中”在整个说明书中的各个地方的出现不一定指的是相同的(多个)实施例。而且，特别特征、结构或特性可以以任何合适的方式组合在一个或多个实施例中。
图2示意性地示出了体现本文中公开的主题的系统。系统包括燃气涡轮和依靠负载联接件连接于燃气涡轮的负载。更特别地，在图2的概略表示中，包括燃气涡轮33的燃气涡轮组31依靠负载联接件35连接于负载37。在图2中示出的示范实施例中，负载37表示为压缩机，诸如用于天然气液化系统的制冷剂的压缩机。在图2中示出的示范实施例中，齿轮箱38配置在燃气涡轮和压缩机37之间。压缩机37可为由同一燃气涡轮33驱动的、形成压缩机系的一系列压缩机中的一个。应当理解，不同种类的负载可由燃气涡轮驱动。例如，负载可为发电厂的发电机。负载联接件可包括一个或多个齿轮箱和/或一个或多个旋转机械，诸如电机或涡轮机。
在图2中示出的示范实施例中，燃气涡轮组31包括与进气线路41和燃气涡轮33的压缩机43的入口侧流体连通的进气压室39。燃气涡轮33可包括高压涡轮45和动力涡轮47。高压涡轮45通过内轴(未示出)驱动地连接于压缩机43。在燃气涡轮的燃烧室中产生的燃烧气体在高压涡轮45中顺序地膨胀以产生驱动压缩机43所需的动力，并且随后在动力涡轮47中顺序地膨胀以驱动负载37。可使用不同的燃气涡轮配置(例如包括按顺序的两个或更多个压缩机和在燃气涡轮33的热侧上的串联的多于两个的涡轮)。概括地，燃气涡轮33具有包括至少一个压缩机43和高压涡轮45的气体发生器，所述气体发生器提供处于高温和高压的燃烧气体，其在一个或多个涡轮47中膨胀。
在一些实施例中，燃气涡轮33可为航改燃气涡轮。总结构和布置，包括航改燃气涡轮的压缩机的数量、涡轮的数量、轴的数量、压缩级和膨胀级的数量可从一个航改燃气涡轮到另一个航改燃气涡轮而不同。合适的航改燃气涡轮为LM2500+G4 LSPT或LM2500航改燃气涡轮(均能够从美国俄亥俄州埃文代尔的GE航空公司买到)。其他合适的航改燃气涡轮为例如能够从意大利佛罗伦萨的GE石油天然气公司买到的PGT25+G4航改燃气涡轮或能够从美国德克萨斯州休斯顿市的德莱赛兰(Dresser-Rand)公司买到的德莱赛兰维克特拉(Vectra)® 40G4航改燃气涡轮。在其他实施例中，航改燃气涡轮可为全部能够从意大利佛罗伦萨的GE石油天然气公司买到的PGT16、PGT20或能够从美国俄亥俄州埃文代尔的GE航空公司买到的LM6000航改燃气涡轮。
膨胀和排放的燃烧气体收集在排放扩散器-收集器组件49中，并且通过排出线路51朝向环境排出。
在附图中示出的示范实施例中，排放扩散器-收集器组件49配置在负载隔室53中。负载隔室53相对于进气压室39配置在燃气涡轮组31的相对侧，即，在燃气涡轮的热端部侧。负载联接件35从动力涡轮47延伸穿过排放扩散器-收集器组件49，排放扩散器-收集器组件49因此至少部分地围绕负载联接件35。
通过在燃气涡轮33的冷端部侧的进气压室39吸入的空气的部分流动穿过燃气涡轮组31，并且更特别地，流动穿过涡轮机隔室55，其形成燃气涡轮组31的中间部分，并且至少部分地容纳燃气涡轮33。在涡轮机隔室55中循环的空气冷却涡轮机的外壳，并且通过排放冷却空气线路57排放。
在一些实施例中，冷却空气的在涡轮机隔室55中吸入的部分偏离在与空气端口61流体连通的空气管道59中。
在附图中示出的示范实施例中，空气通风管道63使空气端口61与负载联接保护装置65流体地连接，可在图3中最佳地看到负载联接保护装置65的结构。在一些实施例中，负载联接保护装置65包括柱形壳体或套筒67，柱形壳体或套筒67至少部分地围绕形成负载联接件35的一部分的轴69。
在一些实施例中，负载联接保护装置65包括面向燃气涡轮33的第一端部65A和面向负载37的第二端部65B。至少一个端部且优选地端部65A和65B二者可为开放的，使得被迫地循环穿过空气端口61和通风管道63的冷却空气从由负载联接保护装置65的柱形壳体或套筒67约束的界定体积或空间逸出，所述体积以附图标记70表示。在一些实施例中，负载联接保护装置的第一端部65A定向成使得从第一端部65A逸出的空气被迫冲击排放扩散器-收集器组件49。在一些实施例中，负载联接保护装置65的第二端部65B可朝向在涡轮组外部的环境开放，使得在围绕负载联接件的界定体积中被迫地循环的冷却空气的部分放出在环境中。
在一些实施例中，空气端口61附加地与第二通风管道64流体连通，并且可能地与第三通风管道66流体连通(见图4)。
第二通风管道64和第三通风管道66包括配置在负载隔室53中的开放端部，使得被迫进入通风管道64、66的空气放出在负载隔室53中。在负载隔室中循环的空气冷却负载隔室53和配置在其中的任何设备。
利用以上描述的配置，被冷却空气循环系统强迫穿过空气管道59的冷却空气进入第一通风管道63以及第二通风管道64和/或第三通风管道66(如果存在)。由第一通风管道63运送到围绕负载联接件35的体积70中的空气流冷却负载联接件35和更特别地被负载联接保护装置65围绕的轴69。从负载联接保护装置65的端部65A和65B二者逸出的空气流被迫从还自负载联接保护装置65延伸的轴69的部分和在负载联接保护装置65外部的、配置在所述轴69上的一个或多个接合部的部分二者移除热。另外，从负载联接保护装置65的开放端部65A逸出的空气朝向排放扩散器-收集器组件49定向，从而使围绕负载联接件35的区域中的温度保持在减小的温度处。
冷却空气的温度和冷却空气流的速率有利地以致使负载联接件35和更特别地轴69的温度保持在如下值处：使在涡轮侧以及在负载侧的轴的支承件上的轴向负载显著地减小。
如可特别地从图3理解的，在一些实施例中，负载联接保护装置65的开放端部65A配置在排放扩散器-收集器组件49的中空部分内，负载联接件35延伸穿过该中空部分。以该方式，离开管状负载联接保护装置65的有效冷却空气流沿着轴69的近端和可能地接合部69A引导，接合部69A仅在存在最高热负载的区域中配置在轴69和燃气涡轮33的热端部之间，所述热负载由热排放气体引起，该热排放气体由排放扩散器-收集器组件49收集，并且朝向排出线路51偏离。
图4示意性地示出了又一个接合部69B，其在负载联接保护装置65的第二开放端部65B的区域中配置在负载联接件35上。此外，在该区域中，从开放端部65B逸出的被迫冷却空气流设置用于负载联接件35的该区域的有效冷却。
图5示意性地示出了根据本公开的燃气涡轮和负载配置的又一个实施例。相同的附图标记用于表示结合图2在上面在此处描述的相同或相似的部件、构件或元件。
系统包括燃气涡轮组31，其包括借助于负载联接件35连接于负载37的燃气涡轮33。在图5中示出的示范实施例中，负载37又包括压缩机，例如，用于天然气液化系统的制冷剂的压缩机。齿轮箱38可配置在燃气涡轮和压缩机37之间。在另一个实施例中，可设置在燃气涡轮和负载之间的直接驱动装置，或者可使用不同的速度操纵装置而不是齿轮箱。压缩机37可为形成由同一燃气涡轮33驱动的压缩机系的一系列压缩机中的一个。应当理解，不同类型的负载可由燃气涡轮驱动。例如，负载可为发电厂的发电机。负载联接件可包括一个或更多个齿轮箱和/或一个或更多个旋转机械，诸如电机或涡轮机。
燃气涡轮组31包括与进气线路或管道41并且与燃气涡轮33的压缩机43的入口侧流体连通的进气压室39。还在图5中示出通常设置在进气线路或管道41的入口处的过滤器配置42。
燃气涡轮33可包括高压涡轮45和动力涡轮47。高压涡轮45通过内轴(未示出)驱动地连接于压缩机43。在燃气涡轮的燃烧室44中产生的燃烧气体在高压涡轮45中顺序地膨胀以产生驱动压缩机43所需的动力，并且在动力涡轮47中顺序地膨胀以驱动负载37。可使用不同的燃气涡轮配置(例如包括按顺序的两个或更多个压缩机和在燃气涡轮33的热侧的串联的多于两个涡轮)。概括地，燃气涡轮33具有包括至少一个空气压缩机43和高压涡轮45的气体发生器，所述气体发生器提供处于高温和高压的燃烧气体，其在一个或更多个动力涡轮47中膨胀。(多个)动力涡轮可机械地连接于高压涡轮和压缩机的轴。在可选实施例中，动力涡轮47可与气体发生器机械地分开，即，气体发生器轴和动力涡轮轴可机械地彼此独立。
膨胀且排放的燃烧气体由排放扩散器-收集器组件49收集，并且通过排出线路或烟道51朝向环境排出。
排放扩散器-收集器组件49可配置在负载隔室53中，负载隔室53配置成与进气压室39相对，即，在燃气涡轮33的热端部侧。负载联接件35从动力涡轮47延伸穿过排放扩散器-收集器组件49，排放扩散器-收集器组件49因此至少部分地围绕负载联接件35。
燃烧空气通过压缩机33吸入穿过过滤器配置42和进气压室39中的进气线路或管道41。
通过相同的进气线路或管道41和过滤器配置42，新鲜周围空气还朝向燃气涡轮组31的内部输送，并且更特别地，出于冷却目的而输送穿过涡轮机隔室55。新鲜周围空气进一步从进气线路或管道41朝向负载联接冷却配置输送，如将在下面在本文中更详细地描述地。
在一些实施例中，以46示意性地示出的单个风扇、压缩机或任何其他空气强迫或空气推进装置设置在与进气线路41流体连通的通风空气管道48中。空气强迫或空气推进装置应当理解为适合于出于在下面在此处描述的目的而以足够的空气压力输送足够的空气流量的任意装置。通过风扇46从进气线路41吸入的空气被强迫或推进穿过管道55A到涡轮机隔室55，涡轮机隔室55形成燃气涡轮组31的中间部分，并且至少部分地容纳燃气涡轮33。在涡轮机隔室55中循环的空气冷却涡轮机的外壳，并且通过排放冷却空气线路57排放。
在一些实施例中，在涡轮机隔室55中吸入的冷却空气的部分偏离在与空气端口61流体连通的空气管道59中。在图5中示出的示范实施例中，空气通风管道63使空气端口61与负载联接保护装置65流体地连接，负载联接保护装置65可具有结合图2至图4在上面在此处公开的相同结构。在一些实施例中，负载联接保护装置65包括柱形壳体或套筒67，柱形壳体或套筒67至少部分地围绕形成负载联接件35的部分的轴69。
此外，在图5的实施例中，保护装置65包括面向燃气涡轮33的第一端部65A和面向负载37的第二端部65B。至少一个端部和优选地端部65A和65B二者可为开放的，使得循环穿过空气端口61和通风管道63的冷却空气从由负载联接保护装置65的柱形壳体或套筒67约束的界定体积或空间70逸出。在一些实施例中，负载联接保护装置的第一端部65A定向成使得从第一端部65A逸出的空气被迫冲击排放扩散器-收集器组件49。在一些实施例中，负载联接保护装置65的第二端部65B可朝向在涡轮组外部的环境开放，使得在围绕负载联接件的界定体积中被迫地循环的冷却空气的部分放出在环境中。
在一些实施例中，空气端口61附加地与第二通风管道64流体连通，并且可能地与附加通风管道(未示出)流体连通。(多个)通风管道64在负载隔室53中开放，使得被迫进入通风管道64的空气放出在负载隔室53中。在负载隔室中循环的空气冷却负载隔室53、排放收集器-扩散器组件49的表面和配置在负载隔室53中的任何设备。
在图2-4和图5二者的实施例中，单个空气源因此设置用于将冷却空气输送穿过燃气涡轮组和涡轮机隔室55，特别地以及到围绕负载联接件的负载联接保护装置。单个风扇、压缩机或通风器可设置用于使冷却空气围绕涡轮机隔室55中的涡轮机外壳，以及围绕负载联接件二者被迫地循环。优选地，空气从进气线路或管道41获得。
在优选实施例中，单个过滤器配置42设置用于过滤由燃气涡轮33的压缩机43吸入的燃烧空气以及冷却空气二者，该冷却空气在燃气涡轮组中并且特别地在涡轮机隔室55中循环，用于冷却涡轮机外壳以及围绕负载联接件。
获得具有减小的制造和维护成本的紧凑配置。
虽然在附图中示出了本文中描述的主题的公开实施例，并且结合若干示范实施例详尽且详细地在上文全面地描述本文中描述的主题的公开实施例，但是对本领域技术人员而言，将显而易见的是，在实质上不背离本文中所陈述的新颖教导、原理和构思以及在所附权利要求中详述的主题的优点的情况下，许多修改、变化和省略是可能的。因此，所公开的创新的适当范围应当仅由所附权利要求的最宽解释确定，以便包含所有这种修改、变化和省略。另外，任何过程或方法步骤的次序或顺序可根据可选实施例而变化或重新排序。

Claims (23)

1.一种燃气涡轮(33)，其包括：压缩机(43)；动力涡轮(47)；负载联接件(35)，其使所述燃气涡轮(33)连接于负载(37)；燃气涡轮组(31)，其包括容纳所述燃气涡轮(33)的涡轮机隔室(55)；负载联接保护装置(65)，其至少部分地围绕所述负载联接件(35)；冷却空气循环系统，其用于使冷却空气在所述涡轮机隔室(55)中循环；冷却空气通道(59，61，63)，其设计和配置成使来自所述冷却空气循环系统的冷却空气流在所述负载联接保护装置中循环成足以从所述负载联接件(35)移除热；以及负载隔室(53)，所述负载联接件(35)延伸穿过所述负载隔室(53)，其特征在于，所述冷却空气通道包括空气端口(61)，来自所述冷却空气循环系统的冷却空气被迫地循环穿过所述空气端口(61)，其中，至少第一通风管道(63)使所述空气端口(61)流体地连接于所述负载联接保护装置(65)，并且第二通风管道(64)将冷却空气供给在所述负载隔室(53)中。
2.根据权利要求1所述的燃气涡轮，其特征在于，包括空气强迫装置(46)，其配置和设计用于强迫冷却空气在所述涡轮机隔室中并且穿过在所述负载联接保护装置中的所述冷却空气通道。
3.根据权利要求1所述的燃气涡轮，其特征在于，包括进气线路(41)，其与所述冷却空气循环系统并且与所述冷却空气通道流体连通。
4.根据权利要求3所述的燃气涡轮，其特征在于，所述进气线路(41)与进气压室(39)流体连通，燃烧空气从所述进气压室(39)进入所述压缩机(43)。
5.根据权利要求3所述的燃气涡轮，其特征在于，进一步包括过滤器配置(42)，其配置和构造成用于过滤进入所述进气线路(41)的周围空气。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的燃气涡轮，其特征在于，所述燃气涡轮是航改燃气涡轮。
7.根据权利要求1至5中的任一项所述的燃气涡轮，其特征在于，所述负载联接件(35)连接于所述燃气涡轮的热端部。
8.根据权利要求7所述的燃气涡轮，其特征在于，所述负载联接件(35)和所述负载联接保护装置(65)延伸穿过排放收集器-扩散器组件(49)，其至少部分地围绕所述负载联接件和所述负载联接保护装置(65)。
9.根据权利要求1所述的燃气涡轮，其特征在于，所述涡轮组(31)包括进气压室(39)，所述涡轮机隔室(55)配置在所述进气压室(39)和所述负载隔室(53)之间。
10.根据权利要求1所述的燃气涡轮，其特征在于，包括将冷却空气供给在所述负载隔室(53)中的第三通风管道(66)。
11.根据权利要求10所述的燃气涡轮，其特征在于，所述第二通风管道(64)和所述第三通风管道(66)大致对称地配置在所述第一通风管道(63)的相对侧。
12.根据权利要求1至5中的任一项所述的燃气涡轮，其特征在于，所述负载联接保护装置(65)具有面向所述动力涡轮(47)的第一端部(65A)和面向连接于所述负载联接件(35)的所述负载(37)的第二端部(65B)，并且其中，至少所述第一端部(65A)是开放的，由此从所述负载联接保护装置(65)逸出的冷却空气朝向所述动力涡轮(47)引导。
13.根据权利要求12所述的燃气涡轮，其特征在于，所述第二端部(65B)是开放的，由此从所述负载联接保护装置(65)逸出的冷却空气朝向所述负载(37)引导。
14.根据权利要求8所述的燃气涡轮，其特征在于，所述负载联接保护装置(65)具有面向所述动力涡轮(47)的第一端部(65A)和面向连接于所述负载联接件(35)的所述负载(37)的第二端部(65B)，所述负载联接保护装置(65)的所述第一端部(65A)配置在至少部分地被所述排放收集器-扩散器组件(49)围绕的中空空间中，由此离开所述负载联接保护装置(65)的冷却空气冷却所述排放收集器-扩散器组件(49)。
15.根据权利要求12所述的燃气涡轮，其特征在于，所述负载联接件(35)至少包括机械接合部(69A;69B)和轴(69)。
16.一种燃气涡轮和负载配置，其包括根据前述权利要求中的任一项所述的燃气涡轮(33)和由所述燃气涡轮驱动的负载(37)，其中，所述负载(37)通过所述负载联接件(35)连接于所述燃气涡轮。
17.一种减小燃气涡轮(33)中的负载联接件(35)上的热应力和机械应力的方法，所述燃气涡轮包括如下构件：配置在燃气涡轮组(31)的涡轮机隔室(55)中的至少压缩机(43)和动力涡轮(47)，和负载联接件(35)，其使所述燃气涡轮(33)连接于负载(37)；所述方法包括：产生冷却空气流以冷却所述燃气涡轮(33)的外壳；使在所述涡轮机隔室(55)上游的所述冷却空气流的部分转向，并且强迫所述冷却空气流的部分围绕所述负载联接件，用于从所述负载联接件(35)移除热；在所述燃气涡轮(33)和所述负载(37)之间设置负载隔室(53)，并将所述冷却空气部分地供给在所述负载隔室(53)中。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，空气强迫装置输送冷却空气穿过所述涡轮机隔室(55)并且围绕所述负载联接件(35)。
19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，进一步包括如下步骤：限定至少部分地围绕所述负载联接件(35)的界定体积(67)；使所述冷却空气流的部分在所述界定体积中被迫地循环以从所述负载联接件(35)移除热。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，进一步包括如下步骤：将负载联接保护装置(65)设置成至少部分地围绕所述负载联接件(35)，所述界定体积(67)至少部分地由所述负载联接保护装置(65)约束；和使冷却空气在所述负载联接件(35)和所述负载联接保护装置(65)之间被迫地循环，由此从所述负载联接件移除热。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，进一步包括如下步骤：使冷却空气至少在面向所述动力涡轮(47)的所述负载联接保护装置(65)的第一端部(65A)处从所述界定体积(67)逸出，由此在所述负载联接保护装置(65)的所述第一端部(65A)处离开所述界定体积的冷却空气流引导成冲击所述动力涡轮(47)。
22.根据权利要求20或21所述的方法，其特征在于，进一步包括如下步骤：使冷却空气至少在面向所述负载(37)的所述负载联接保护装置(65)的第二端部(65B)处从所述界定体积(67)逸出，由此在所述负载联接保护装置(65)的所述第二端部处离开所述界定体积的冷却空气流引导成远离所述动力涡轮(47)并朝向所述负载(37)。
23.根据权利要求19至21中的任一项所述的方法，其特征在于，进一步包括如下步骤：使所述负载联接件(35)和围绕所述负载联接件(35)的所述界定体积(67)至少部分地配置在所述负载隔室(53)中。
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