CN103206270A - 一种冷却燃气轮机涡轮盘及动叶片的方法 - Google Patents

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于宁
朱锦灿
黄媛君
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Abstract

一种冷却燃气轮机涡轮盘及动叶片的方法，该方法从压气机抽出的高温高压空气经中间冷却器冷却后被封严结构分隔成两股气流，一股为冷却气流，另一股为密封气流；冷却气流分别对一级涡轮动叶片和一级涡轮盘进行冷却；另一股为密封气流进入一级涡轮动叶片与一级静叶片之间的通道，防止燃气倒侵。本发明可对一级涡轮盘及动叶片进行有效冷却，并满足一级涡轮盘前端的密封作用。另外，位于一级涡轮盘内的径向通道对冷却空气起到旋转泵效应和换热作用，从而使得该冷却方法在冷却一级涡轮盘的同时可以对冷却气进行增压升温，进而保证了一级涡轮盘和一级涡轮动叶片所需的冷却空气流量，并降低一级涡轮动叶片的热应力。

Description

一种冷却燃气轮机涡轮盘及动叶片的方法
技术领域
本发明涉及燃气轮机领域，尤其涉及一种冷却燃气轮机涡轮盘及动叶片的方法。
背景技术
随着现代燃气轮机技术的不断革新和发展，为提高燃气轮机的整体热效率，涡轮前温度不断升高。涡轮动叶片作为高速旋转部件工作于极高的温度环境之下，由于材料的限制，仅依靠使用现有耐高温材料已经无法满足实际需求，涡轮动叶片必须采取一定形式的冷却。
冷却涡轮动叶片的空气一般来自压气机抽气，随着冷却要求越来越高，抽气量需求也越来越大，这将导致燃气轮机热效率的下降。因此现有技术中提出一种冷却方案，将从压气机抽出的较高温度的空气，通过中间冷却器降低空气的温度，以达到用较少的抽气量实现较为理想的冷却效果。经过冷却后的空气由于温度较低，在冷却动叶片的同时还可以起到冷却涡轮盘的作用。
但是由于用于冷却涡动叶片的空气需要通过中间冷却器，不可避免的会产生较大的压力损失，然而涡轮动叶片冷却要求冷却气有较高的压力以保证冷却气流量。同时由于冷却后的空气有可能产生过低的温度，将导致涡轮动叶片冷却时产生过大的热应力。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本发明提出了一种冷却燃气轮机涡轮盘及动叶片的方法，该方法在冷却一级涡轮盘的同时对冷却气进行增压升温，保证一级涡轮动叶片的冷却气流量，并降低一级涡轮动叶片的热应力，同时满足一级涡轮盘前端密封需要。
本发明所采用的技术方案如下：
一种冷却燃气轮机涡轮盘及动叶片的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
1）从压气机抽出的高温高压空气经中间冷却器冷却后被封严结构分隔成两股气流，一股为冷却气流，另一股为密封气流；所述的封严结构由圆环密封部件构成；该封严结构固定在一级涡轮盘上，其轴线与转子的轴线重合；在一级涡轮盘靠近封严结构处设有一个径向通道；
2）所述的冷却气流分别进入一级涡轮盘的径向通道和冷却空气孔，径向通道内的冷却空气进入一级涡轮动叶片内部进行冷却；冷却空气孔内的冷却气流对一级涡轮盘进行冷却；
3）所述的密封气流进入一级涡轮动叶片与一级静叶片之间的通道，防止燃气倒侵。
本发明所述的封严结构采用单层或双层圆环密封结构，所述的圆环密封结构为环形蜂窝密封结构、环形刷式密封结构或环形蓖齿密封结构。
本发明所述的封严结构的前端安装有一个减震环，所述的减震环为环形弹簧；
本发明所述的径向通道的截面形状为圆形，直径在5～15mm之间。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：
本发明所述方法可对一级涡轮盘及动叶片进行有效冷却，并满足一级涡轮盘前端的密封作用。并且，位于一级涡轮盘内的径向通道对冷却空气起到旋转泵效应和换热作用，从而使得该冷却方法在冷却一级涡轮盘的同时可以对冷却气进行增压升温，进而保证了一级涡轮盘和一级涡轮动叶片所需的冷却空气流量，并降低一级涡轮动叶片的热应力。
附图说明
图1为燃气轮机结构简图。
图2为本发明第一种实施方式的示意图（采用单层封严结构）。
图3为本发明第二种实施方式的示意图（采用双层封严结构）。
图中符号说明如下：1-转子；2-一级涡轮盘；3-一级涡轮动叶片；4-一级涡轮静叶片；5-中间冷却器；6-封严结构；7-径向通道；8-冷却空气孔；9-减震环；10-冷却气流；11-密封气流；12-压气机；13-涡轮。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的原理、结构和具体实施方式做进一步的说明。
图2是本发明采用单层封严结构实施方式的示意图，其冷却过程如下：从压气机12抽出的高温高压空气经中间冷却器5冷却后被封严结构6分隔成两股气流，一股为冷却气流10，另一股为密封气流11。所述的封严结构6采用单层封严结构，由圆环密封部件构成，通过螺栓固定在一级涡轮盘2上，封严结构的轴线与转子1的轴线重合；在一级涡轮盘2靠近封严结构处设有一个径向通道7，并在封严结构的前端安装有一个减震环9。所述的径向通道7对冷却空气起到旋转泵效应和换热作用，径向通道的截面形状一般为圆形，其直径在5～15mm之间，可对冷却空气进行增压升温。减震环9是对封严结构起到减震的作用。冷却气流10分别进入一级涡轮盘2的径向通道7和冷却空气孔8，径向通道7内的冷却空气进入一级涡轮动叶片3内部进行冷却；冷却空气孔8内的冷却气流对一级涡轮盘2进行冷却。所述的密封气流11直接进入一级涡轮动叶片3与一级静叶片4之间的通道，防止燃气倒侵。
封严结构可采用单层或双层圆环密封结构，主要用于形成气流的轴向通道及密封的作用；所述的圆环密封结构为环形蜂窝密封结构、环形刷式密封结构或环形蓖齿密封结构；
图3为本发明采用双层封严结构实施方式的示意图，其冷却过程如下：从压气机12抽出的高温高压空气经中间冷却器5冷却后被封严结构6分隔成两股气流，一股是冷却气流10，另一股是密封气流11；冷却气流10进入一级涡轮盘2的径向通道7和冷却空气孔8，冷却空气孔8内的冷却空气对一级轮盘2进行冷却；径向通道7内的冷却空气进入一级涡轮动叶片3内部进行冷却。密封气流11先经过第一层封严结构，再经过布置在其上的第二层封严结构，然后进入一级涡轮动叶片3与一级静叶4之间的通道，防止燃气倒侵。双层的封严结构可对一级涡轮盘前端进行更好的密封。

Claims (5)

1.一种冷却燃气轮机涡轮盘及动叶片的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
1）从压气机（12）抽出的高温高压空气经中间冷却器（5）冷却后被封严结构（6）分隔成两股气流，一股为冷却气流（10），另一股为密封气流（11）；所述的封严结构（6）由圆环密封部件构成；该封严结构固定在一级涡轮盘（2）上，其轴线与转子（1）的轴线重合；在一级涡轮盘（2）靠近封严结构处设有一个径向通道（7）；
2）所述的冷却气流（10）分别进入一级涡轮盘（2）的径向通道（7）和冷却空气孔（8），径向通道（7）内的冷却空气进入一级涡轮动叶片（3）内部进行冷却；冷却空气孔（8）内的冷却气流对一级涡轮盘（2）进行冷却；
3）所述的密封气流（11）进入一级涡轮动叶片（3）与一级静叶片（4）之间的通道，防止燃气倒侵。
2.根据权利要求1所述的一种冷却燃气轮机涡轮盘及动叶片的方法，其特征在于：所述的封严结构（6）采用单层或双层圆环密封结构，所述的圆环密封结构为环形蜂窝密封结构、环形刷式密封结构或环形蓖齿密封结构。
3.根据权利要求1或2所述的一种冷却燃气轮机涡轮盘及动叶片的方法，其特征在于：所述的封严结构（6）的前端安装有一个减震环（9），所述的减震环（9）为环形弹簧。
4.根据权利要求1所述的一种冷却燃气轮机涡轮盘及动叶片的方法，其特征在于：所述径向通道（7）的截面形状为圆形。
5.根据权利要求1或4所述的一种冷却燃气轮机涡轮盘及动叶片的方法，其特征在于：所述径向通道（7）的直径在5～15mm之间。
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