CN103249916B - 被热气流沿轴向穿过的流体流机器，尤其是燃气涡轮 - Google Patents

被热气流沿轴向穿过的流体流机器，尤其是燃气涡轮 Download PDF

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Abstract

在被热气流沿轴向穿过的流体流机器、尤其是燃气涡轮中，转子轴被转子叶片的在转子侧的隔热节段或基板包围。在隔热节段和基板中，提供冷却空气室，其彼此连通，并且与冷却空气源连通，所述室至少部分地与沿转子轴的纵向方向或周向方向在相邻转子叶片之间或在转子叶片的隔热节段和相邻的基板之间延伸的间隙连通。这些间隙被密封带封闭，使得转子叶片的基板的仅在与流方向相反地定向的端部处可能有冷却空气进入到热气流中。

Description

被热气流沿轴向穿过的流体流机器，尤其是燃气涡轮
技术领域
本发明涉及被热气流沿轴向穿过的流体流机器，尤其是燃气涡轮。
背景技术
这样的机器分别在转子侧具有成排的转子叶片，以及在壳体侧具有成排的导叶。各排的叶片分别布置成沿转子轴的周向方向彼此相邻。这里，转子轴在导叶的区域中被隔热节段包围，以及在转子叶片的区域被转子叶片的基节段包围。这些节段具有典型地以形状配合的方式保持在转子轴的纵向通道中的锚定件，锚定件一般在转子轴的轴向视图中具有类似于杉树的轮廓，并且可沿轴向插入到转子轴的具有互补的杉树形轮廓的纵向通道中。
为了保护转子轴不受热过载的影响，第一冷却空气室在隔热节段和基节段的内部布置在转子轴的第一虚拟周向平面的区域中，第一冷却空气室彼此连通，而且与冷却空气源连通。在转子轴的径向外第二虚拟周向平面的区域中，另外的冷却空气室规则地在基侧布置在转子叶片的基板的内部，该另外的冷却空气室能够通气到热气流中。
在现代燃气涡轮中，目标是获得尽可能最高的效率，以便使得在经济上最佳的运行可行。
发明内容
在这个语境中，冷却空气不受控制地流到热气流中是不合需要的，因为效率因而经常被降低。
本发明从这点开始。
本发明的目标是优化冷却空气的流路径，以及避免由于冷却空气进入到热气流中而损失效率。
根据本发明，在如下流体流机器中解决这个问题：该流体流机器在转子侧具有成排的转子叶片，而在壳体侧具有成排的导叶，所述导叶分别沿轴向布置在成连续的排的转子叶片之间，而且所述流体流机器具有转子轴，所述转子轴被所述转子叶片的隔热节段和基节段包围，其中，在所述转子轴的第一周向平面的区域中，在所述隔热节段和基节段的内部，布置了第一冷却空气室，所述第一冷却空气室彼此连通，并且与冷却空气源连通，以及其中，在所述转子轴的径向外第二周向平面的区域中，在所述转子叶片和与所述转子叶片相对应的所述基节段之间的基板的内部，布置了另外的冷却空气室，所述另外的冷却空气室能够通气到所述热气流中，因为其中另外的冷却空气室能够专门在它们的相对于热气流的方向而位于转子叶片的上游的端部处通气到热气流中。与迄今的其中另外的冷却空气室能够沿热气的流向在转子叶片的前面和后面通气的涡轮相比，在本发明中，仅可能在转子叶片的上游通气，即，优选分别在相邻转子叶片之间通气。由于这个措施，可实现流体流机器的最佳效率。
除了上面提到的冷却空气流入热气流中之外，根据本发明，阻止另外的冷却空气流入。
因此，根据本发明的优选实施例，使封闭第一冷却空气室的密封件沿转子轴的周向方向或轴向方向布置在相邻的隔热节段和/或基节段之间的间隙中。
另外，优选地，在沿转子轴的轴向方向延伸的转子叶片排的相邻基板之间的间隙中设置额外的密封件，密封件阻止冷却空气在相应的间隙的轴向端之间以及在这个间隙的位于下游的端部处流出。
如果适用，第一密封件可散布在这些额外的密封件的区域内。
优选地，所有密封件都构建成密封带，密封带布置成使得它们的纵向边缘在相应的间隙的彼此相对的侧壁中的凹槽中。在第一密封件中，沿转子轴的轴向方向在沿周向方向相邻的基节段或隔热节段之间延伸的间隙的密封带可分别与保持在沿轴向相邻的基节段和隔热节段之间的、沿转子轴的周向方向延伸的间隙的密封带连接成T形。
另外，以优选的方式，使在转子叶片的相邻基板之间的间隙的沿径向方向延伸的狭槽开口被密封带封闭，密封带沿相对于转子轴的径向平面而倾斜的方向布置在间隙的侧壁的对应的凹槽中，其中，能够在基板的位于下游的端部表面处接近密封带的较靠近转子轴线的端部。
这里，上面提到的密封带的较靠近转子轴线的端部可弯曲，并且通过其凹侧与界定间隙的基板上的对应地凸出的止挡协作。照这样，可阻止上面提到的密封带在流体流机器的运行期间由于离心力而沿径向向外移位，以及可能以破坏性的方式碰撞在基板之间沿转子轴的轴向方向延伸的密封带。
另外，关于本发明的优选特征，参照权利要求和图的以下说明，借助于附图来进一步详细地描述本发明的特别有利的实施例。
不仅声明保护显示或示出的特征组合，而且还在原理上声明保护显示或示出的单独的特征的任何期望组合。
附图说明
在图中：
图1显示被沿轴向流过的燃气涡轮的局部轴向截面，
图2显示部分地示出的转子轴上的相邻转子叶片的基节段的透视图，
图3显示上面提到的基节段的另一个透视图，以及
图4显示密封带中的一个的放大视图。
具体实施方式
根据图1，各个转子级具有布置在转子轴1上的转子叶片2，以及布置在壳体侧的导叶3，导叶3沿转子轴1的轴向方向以固定的方式布置在转子叶片2的前面和后面。在图1中，沿轴向在相对于热气流4的方向布置在上游的导叶和相对于热气流4布置在下游的另一个导叶3之间可看到仅一个转子叶片2。但清楚的是，导叶3和转子叶片2两者布置成分别沿转子轴的周向方向以若干数量彼此相邻。因此转子叶片2和导叶3两者沿转子轴1的周向方向形成对应的成排的叶片/导叶。
转子叶片2分别具有连结转子叶片2的径向内端的基板5，基板5的外表面在叶片侧沿转子轴1的周向方向和轴向方向延伸。基板5沿径向向内继续变成基节段6，在转子轴1的轴向视图中，基节段6具有杉树形锚定件6’，锚定件6’沿轴向插入到在转子轴1上的(分段式)纵向肋7之间的以对应地互补的方式成形的通道中。从而，对于相应的转子叶片2，锚定件6’和与其相对应的基节段6以及相关联的基板5以形状配合方式沿径向方向固定在转子轴1。
在导叶3的在转子轴侧的端部的区域中，隔热节段8布置在转子轴1上，隔热节段8在很大程度上类似于基节段6，并且利用与类似于锚定件6’的锚定件7’以形状配合的方式固定在转子轴上。
像转子叶片2一样，具有基板5的基节段6以及隔热节段8在周向排中分别布置成在转子轴1上彼此相邻。
如根据图1至3而变得清楚的那样，彼此连通且与冷却空气源(未示出)连通的冷却空气室9构建在基节段6和隔热节段8中，以便能够通过穿过冷却空气室9的冷却空气流保护转子轴不受热过载的影响。这些冷却空气室9设置在转子轴的径向内周向平面的区域中。另外的冷却空气室10位于基板5的内部，以及因此位于转子轴1的径向外周向平面的内部，该另外的冷却空气室10与基节段6中的冷却空气室9连通。如特别从图2和3中可看到的那样，在转子轴1的轴向视图中，冷却空气室9和10分别在相邻转子叶片2之间延伸。因此，冷却空气室9和10被间隙11穿过，间隙11沿转子轴1的纵向方向在相邻转子叶片2的基板5和基节段6之间延伸。此外，基节段6的冷却空气室9通过开口12而与相邻隔热节段8的冷却空气室9连接(参见图2)，开口12布置在沿转子轴1的轴向方向相邻的隔热节段8和基节段6的面向彼此的端面上。通过这些开口的冷却空气路径分别被间隙13穿过，间隙13存在于沿轴向相邻的基节段6和隔热节段8的上面提到的端面之间。
根据本发明，使来自冷却空气室9或相应的冷却空气室10的冷却空气仅可在基板5的、沿朝着热气流4的向上方向定向的面端处传送到热气流4中。冷却空气的这个传送沿与热气流4相反的方向发生在相邻转子叶片2之间的间隙11的端部处。此外，密封带14至16阻止冷却空气在间隙11和13处流出，密封带14至16分别以平带的方式构建而成，并且布置成使得它们的纵向边缘在隔热节段8和基节段6或相应的基板5的界定间隙11和13的侧面或端面上的彼此相对的凹槽中。
如图2和3所显示的那样，在冷却空气室9和10之间的间隙11中，密封带14布置在相邻基节段6的界定间隙11的壁上的凹槽17中。这些密封带14分别与密封带15连接成T形，密封带15的纵向边缘布置在沿轴向相邻的基节段6和隔热节段8的面向彼此的端面上的凹槽18中。在将相邻基节段6与相关联的转子叶片2的安装在转子轴1上之后，因此根据图3的成T形组合的密封带14和15因此可沿箭头方向P分别插入到相应的期望位置上，在该位置上，相应的密封带14在相邻基节段6之间布置在凹槽17中，而密封带15则布置在相邻基节段6的沿热气流4的流向定向的端面上的凹槽18中。在热气流4的流向上邻近已经安装好的基节段6的隔热节段在那时一安装在转子轴上，密封带15的自由纵向边缘就自动地接合到隔热节段8上的对应的凹槽18中。因此密封带14和15阻止冷却空气通过间隙11和13从冷却空气室9离开而传送到热气流4中。额外的密封带16和16’布置成使得冷却空气仅可通过间隙11的端部，沿与热气流4相反的方向，在相邻基板5或相应的转子叶片2之间，从冷却空气室10中冒出。密封带16分别插入平行于密封带14的凹槽17而延伸的凹槽19中。密封带16的沿热气流4的流向位于下游的端部弯曲或成角度，如可从图2和3中看到的那样，并且通过其凹侧与基板5上对应地凸出的止挡协作，使得密封带16的期望位置形成为端部位置，而且成角度的端部被卡在基节段6和沿轴向相邻的隔热节段8的面向彼此的端面之间。
另外，额外的密封带16’设置在间隙11的沿热气流4的流向定向的端部上，密封带16’以可在图3中看到的方式相对于转子轴1的径向平面而倾斜地布置到相邻基板5的界定相应的间隙11的侧面上的对应地倾斜的凹槽19’中。根据图4，另外的密封带16’的径向内端向下弯曲，并且通过其凹侧与相邻基板5的相邻侧面上的以对应地互补的方式形成的边缘协作。从而，另外的密封带16’的期望位置也构建成端部位置，即，使得在另外的密封带16’的上部端(在图2和3中)和相邻密封带16之间保持最小间隙，使得密封带16和16’之间的破坏性接触被阻止，以及实际上根本没有冷却空气可在这两个密封带16和16’之间泄漏。在其期望位置上，密封带16’不与密封带16接触，而且不会毁坏密封带16。所述密封带16’在其期望位置上相应地被密封带15卡住。因此，根据图3，密封带16’被推入到其期望位置上，然后与其相对应的密封带15与密封带14安装在一起，与密封带14连接成T形。
标号列表
1转子轴
2转子叶片
3导叶
4热气流
5基板
6基节段
7肋
8隔热节段
9第一冷却空气室
10另一个冷却空气室
11间隙
12开口
13间隙
14密封件
15密封件
16密封件
17凹槽
18凹槽
19凹槽。

Claims (7)

1.一种被热气流沿轴向穿过的流体流机器，所述流体流机器在转子侧具有成排的转子叶片(2)，而在壳体侧具有成排的导叶(3)，所述导叶分别沿轴向布置在成连续的排的转子叶片(2)之间，而且所述流体流机器具有转子轴(1)，所述转子轴被隔热节段(8)和所述转子叶片(2)的基节段(6)包围，其中，在所述转子轴(1)的第一周向平面的区域中，在所述隔热节段(8)和基节段(6)的内部，布置了第一冷却空气室(9)，所述第一冷却空气室彼此连通，并且与冷却空气源连通，以及其中，在所述转子轴(1)的径向外第二周向平面的区域中，在连结所述转子叶片(2)的径向内端且位于所述基节段(6)径向外部的基板(5)的内部，布置了另外的冷却空气室(10)，所述另外的冷却空气室能够通气到所述热气流(4)中，
其特征在于，
所述另外的冷却空气室(10)能够专门在它们的相对于所述热气流(4)的方向位于上游的端部处通气到所述热气流中，且其中，在沿所述转子轴(1)的轴向方向延伸在成排的转子叶片(2)的相邻的基板(5)之间的间隙处，提供单独的密封件或额外的密封件(16，16’)，所述单独的密封件或额外的密封件(16，16’)阻止冷却空气在相应的间隙的轴向端之间以及在该间隙的位于下游的端部处流出。
2.根据权利要求1所述的流体流机器，
其特征在于，
沿径向在外部封闭所述第一冷却空气室(9)的第一密封件(14，15)沿所述转子轴(1)的周向方向或轴向方向布置在相邻的隔热节段(8)和/或基节段(6)之间的间隙中，该间隙与所述第一冷却空气室(9)和所述另外的冷却空气室(10)连通。
3.根据权利要求2所述的流体流机器，
其特征在于，
所有密封件构建成密封带，所述密封带布置成使得它们的纵向边缘处于彼此相对的凹槽中，所述彼此相对的凹槽设置在相应的间隙的彼此相对的侧壁中。
4.根据权利要求2或3所述的流体流机器，
其特征在于，
沿所述转子轴(1)的轴向方向延伸的间隙的密封带设置在沿周向方向相邻的基节段(6)或相应的隔热节段(8)之间，以及沿所述转子轴(1)的周向方向延伸的间隙的密封带设置在沿所述转子轴(1)的轴向方向延伸的上述间隙的位于下游的端部处，这两密封带彼此连接成T形。
5.根据权利要求2或3所述的流体流机器，
其特征在于，
所述转子叶片(2)的相邻的基板(5)之间的间隙的、沿所述转子轴(1)的径向方向延伸的开口狭槽被密封带封闭，该密封带沿相对于所述转子轴(1)的径向平面倾斜的方向布置在所述转子叶片(2)的相邻的基板(5)之间的所述间隙的侧壁的对应的凹槽中，且该密封带的较靠近所述转子轴(1)的轴线的端部能够在所述基板(5)的位于下游的端部处被接近。
6.根据权利要求5所述的流体流机器，
其特征在于，
所述密封带的较靠近所述转子轴(1)的轴线的端部弯曲，并且通过该端部的凹侧与所述基板(5)上的对应地凸出的止挡协作。
7.根据权利要求1至3中的任一项所述的流体流机器，其特征在于，所述流体流机器是燃气涡轮。
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