CN103573300B - 静止燃气涡轮布置和用于执行维护工作的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有至少一个涡轮级(6)的静止燃气涡轮布置，该至少一个涡轮级(6)包括至少第一排静叶(1)，其安装在布置在第一排静叶(1)的径向外部的静止构件(13)处，并且径向地延伸到涡轮级(6)的面向燃烧器(4)的下游端部的环形进入开口(5)中。还描述了一种用于在静止燃气涡轮上执行维护工作的方法。本发明的特征在于，静止构件(13)为每个静叶(1)提供径向定向的通孔(19)，其设计和布置用于静叶(1)的径向插入和移除，并且所述静叶(1)中的每一个包括翼型件(1’)，该翼型件(1’)在其径向向外指向的一个端部处具有适合于通过可拆卸的固定器件(20)不透空气地封闭通孔(19)的轮廓(23)。

Description

静止燃气涡轮布置和用于执行维护工作的方法

技术领域

本发明涉及具有至少一个涡轮级的静止燃气涡轮布置的领域，该至少一个涡轮级包括至少第一排静叶，其安装在布置在第一排静叶的径向外部的静止构件处，并且径向地延伸到涡轮级的面向燃烧器的下游端部的环形进入开口中。

背景技术

典型的静止燃气涡轮布置提供了具有燃烧器的喷燃器，在该燃烧器中，产生了流动到涡轮级中的热气体，热气体在该涡轮级中执行膨胀功。涡轮级由旋转轴组成，大量叶片布置在该旋转轴上并且分组成轴向叶片排。旋转单元由静止壳体封装，静叶安装在该静止壳体上，该静叶也被分隔成均在叶片排之间延伸的轴向分布的静叶排。为了在典型的静止燃气涡轮上执行维护工作，必要的是提升涡轮级的上壳体半部以接近旋转单元。在大多数情况下，不可避免的是还从下壳体半部移除旋转单元用于进一步的拆卸工作。事实上，常规静止燃气涡轮上的维护工作为耗时且耗成本的，这对于燃气涡轮营运公司而言为显著的缺点。

基本上已知为了涡轮级的外壳体内部的检查工作，所谓的检修孔被集成，以使工人可接近第一涡轮级的静止构件的内核。然而，不可以直接接近在涡轮级内部延伸的静叶或叶片，这是因为承载被分隔为若干轴向叶片排的叶片的静止构件典型地一体制造，具有涡轮级的长度的轴向延伸部。在图2中，草图示出在第一静叶1和叶片2的区域中穿过第一级燃气涡轮的纵向截面图。在燃烧器4内部产生的热气体3流经第一涡轮级6的漏斗形进入开口5。热气体3沿轴向方向穿过周向地布置在转子单元8的转子轴线7周围的、叶片1之间的周向空隙。每个静叶1提供了径向外平台9、翼型件1’和径向内平台10。径向外平台9包含插入到第一涡轮级的静止构件13的安装凹槽12中的安装钩部11。静叶1的内平台10典型地与内燃烧器衬套15一起包封间隙14，冷却介质的吹扫流16可通过间隙14喷射到热气流3中。以相同的方式，冷却介质的吹扫流16’通过间隙14’喷射，间隙14’由静止构件13的部分、静叶1的平台9的上游边缘和外燃烧器衬套15’包封。在外平台9下游，热屏障部9’安装在静止构件13的内部，其以与在外平台9的情况下相同的方式防止静止构件的面向内的区过热。

EP 2 447 475 A2公开了一种翼型件附接布置，其中，翼型件46安装在外平台50与内平台48之间。出于安装和卸下的目的，在外平台50中加工了孔口90，翼型件可径向地移动穿过孔口90。在内平台48(见图11)处也存在开口(见图11至13)，翼型件46的径向内端部部分地穿透该开口。翼型件46的两个端部由保持组件固定。图4和图5示出用于固定翼型件46的径向向外端部的保持组件54。图12示出了用于固定翼型件46的径向内端部的保持组件126。

US 6 189 211 B1公开了一种用于在多壳式涡轮机的内壳体中执行修理和/或维护工作的方法和布置。为了接近第一排静叶，在燃气涡轮设备的外壳体内设置检修孔21。为了接近该排静叶，可通过提升装置33升高燃烧室壳体12的顶部，如图2中公开的。

US 3 004 750 A公开了一种用于压缩机或涡轮布置的定子，其尤其示出了涡轮布置，该涡轮布置尤其在图1至4中示出在为护罩2的静止构件中设置若干通孔8，静叶6可插入穿过通孔8中的每一个。每个静叶6在其径向外端部处设置覆盖外护罩2的外表面的所谓的足部10，以使当静叶6插入到凹口8中时，凹口尤其通过抵靠护罩2的外表面焊接12足部10而被不透空气地密封。静叶6的径向内端部延伸到内护罩4中的凹口26中。在凹口26内部存在弹簧销32，其提供对静叶6的阻尼作用。

在US 4 643 636 A中公开一种将静叶34安装在燃气涡轮发动机内的相似结构，其示出了包括陶瓷内护罩环和外护罩环的组件，其中，设置凹部，静叶可通过该凹部径向地安装在其中。为了固定静叶，陶瓷外支承环40在外护罩环上面滑动。

FR 2 671 140 A1公开了用于涡轮机压缩机的引导静叶(见图1)。在外护罩节段2内部设置通孔7，静叶3可径向地插入穿过通孔7。静叶的径向内端部由内环节段4的凹口接收。静叶3可由固定板9固定，固定板9迫压在固定在外护罩2上的安装装置8处的凹部10的内部。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有至少一个涡轮级的静止燃气涡轮布置，该至少一个涡轮级包括至少第一排静叶，其安装在布置在第一排静叶的径向外部的静止构件处，并且径向地延伸到涡轮级的面向燃烧器的下游端部的环形进入开口中，该静止燃气涡轮布置应当使得能够显著地减少用于在静止燃气涡轮上执行维护工作的拆下和装配工作。尤其是应当避免涡轮级壳体的上壳体半部的升高过程。

该目的通过权利要求1的特征的总和实现。权利要求6涉及一种用于在静止燃气涡轮上执行维护工作的方法。本发明可通过在从属权利要求中以及在尤其是参考优选实施例的下列描述中公开的特征来有利地修改。

发明思想不使用由如关于图2描绘和说明的一体制造的翼型件、内平台和外平台组成的典型静叶。尤其是通过使用可通过至少两个单独的部件(即，单独的翼型件和外平台以及单独的内平台)装配的静叶，在不移除涡轮级的上壳体半部的情况下，形成了直接接近第一涡轮级的内部区域的先决条件。还可以使用三个可分离部件(即，外平台、翼型件和内平台)的静叶。发明的静止燃气涡轮布置向每个静叶提供在静止构件内的径向定向的通孔，其设计和布置成使得静叶的翼型件的径向插入和移除是可能的。典型地，这种通孔的截面呈最大翼型件外形的形状，以使静叶的翼型件可以以其全部翼型件长度移动穿过通孔。

在优选的第一实施例中，每个静叶的翼型件在其径向向内指向的端部处具有用于出于可拆卸固定的目的插入到内平台的凹部中的延伸部。如稍后将描述的，内平台与涡轮级的内部结构或内部构件连接。

翼型件的径向向外指向的另一个端部提供轮廓，其改变成使得可通过使用附加的可拆卸固定器件而不透空气地封闭通孔。因此，在装配状态下，静叶的翼型件在两个端部处可拆卸地固定，与图2中示出的根据现有技术的实施例相反，在该实施例中，内平台与涡轮级的内部结构间隔或与内燃烧器衬套间隔。

在另一个实施例中，翼型件的外端部(其被称为径向向外指向的另一个端部)可与具有平台形状的外平台不可拆卸地连接(即，成一体)，该外平台配合到静止构件中的通孔中，使得外平台通过合适的固定器件不透空气地封闭通孔。

在又一个实施例中，每个静叶的翼型件在其径向向内指向的端部处具有内平台或至少形状有点像内平台，其与涡轮级的构件向内间隔，以使限制冷却通道，冷却介质的吹扫流可通过该冷却通道喷射到涡轮级的热气体通道中。翼型件的外端部提供至少一个轮廓，其改变成使得可通过使用附加的可拆卸固定器件而不透空气地封闭通孔。

在根据本发明的实施例的所有情况下，基本上可以通过静止构件内部的通孔径向地插入或移除静叶的翼型件。

在固定位置的情况下，至少通过翼型件的外端部处的固定器件，静叶的翼型件保持与内平台紧密接触或一体地连接，该内平台使穿过涡轮级的热气流朝向涡轮级的热气流通道的内径登陆(boarder)。在另一方面，以齐平方式与翼型件连接或者与翼型件一体地制造的外平台与热气流通道径向向外地交界。在周向方向上彼此相邻地对齐的第一排静叶的所有内平台和外平台将环形热气流限制在涡轮级的进入开口的区中。

在如之前关于第一优选实施例提到的翼型件的内端部与内平台之间的可拆卸固定的情况下，内平台提供至少一个凹部，其用于插入翼型件在其径向向内指向的端部处的钩状延伸部，以使翼型件至少在涡轮级的轴向和周向方向上被固定。如稍后将参考示出的实施例描述的，钩状延伸部具有适合于内平台内部的凹槽的十字形截面。内平台内部的凹部提供至少一个用于插入或移除的位置，在该位置处，凹部提供开口，翼型件的钩状延伸部可仅通过径向移动而完全插入穿过该开口。翼型件的延伸部和内平台中的凹部的形状优选地适合于彼此，像弹簧螺母连接一样。

出于插入或移除的目的，可以仅在翼型件的径向向外指向的端部处处理翼型件，这是用于在不需要提升涡轮级的上壳体半部的情况下在涡轮级处执行维护工作的显著特征，如稍后将描述的。

又一个有利的用于第一涡轮级处的修理工作的机会是，内平台分离地固定至内部结构。在优选实施例中，内平台可拆卸地安装至中间件，该中间件也可拆卸地安装至涡轮级的内部结构或内部构件。至此，中间件提供用于插入内平台的钩状延伸部用于轴向、径向和周向地固定内平台的至少一个凹部。基本上，中间件允许内平台沿轴向、周向和径向方向的一些移动。在中间件中存在一些轴向、周向和径向止动部，以防止内平台不受约束地移动。利用轴向和周向止动部，静叶翼型件不是悬臂式的，而是在外平台和内平台处被支承。附加弹簧型特征使内平台压靠中间件内的径向止动部，以使翼型件可通过使翼型件从外平台衬套上方的空间径向向内滑动而安装到外平台和内平台中。

用于使翼型件与内平台、内平台与中间件和中间件与涡轮级的内部结构连接的连接技术合适地选择成使得工人可容易地安装或拆除连接中的每一个而不需要许多安装空间。

典型地，燃气涡轮布置的涡轮级由壳体封装，在该壳体中，设置至少一个检修孔以用于工人接近涡轮级的静止构件的内部区段。在壳体的内部有足够的空间，用于工人通过经由静止构件的通孔径向插入和/或移除翼型件而安装或卸下至少一个静叶。在移除例如静叶的有缺陷翼型件的情况下，工人接近利用静止构件固定有缺陷静叶的翼型件的固定器件。在释放固定器件之后，工人接近翼型件的径向向外指向的端部，以使工人可在其翼型件末端处处理翼型件。现在可以将翼型件的延伸部从内平台的凹部径向地移除出，并通过静止构件内部的通孔将翼型件从涡轮级完全移除出。

因为第一静叶排的所有静叶创造性地装备有这种固定器件，所以可以相继地将所有静叶从涡轮级移除出。

对于尤其是在第一排叶片处的进一步的维护工作而言，可以通过经由又一个检修孔进入燃烧器的空间，例如通过移除喷燃器用于经由喷燃器开口进入燃烧器而直接接近。在下一个步骤中，可以移除内平台并且接着移除中间件以直接接近第一叶片排。

基本上，发明的静叶附接不受限于布置在燃气涡轮的第一排中的静叶，以使燃气涡轮的所有静叶可以以可拆卸的方式在它们的翼型件的外端部处被固定用于容易检查。更多细节结合下列说明的实施例给出。

附图说明

随后将结合附图基于示例性实施例更详细地说明本发明。在附图中

图1示出穿过具有燃烧器出口的第一涡轮级的一部分的纵向截面的草图，

图2示出穿过根据现有技术的第一涡轮级的粗略纵向截面，

图3a、3b、3c、3d示出具有延伸部和内平台的翼型件，

图4a、4b是中间件的截面图和俯视图，

图5a、5b是穿过以固定器件固定至外平台的翼型件的径向向外指向的端部的截面图，

图6、图7是示出在静止燃气涡轮上执行维护工作的略图，以及

图8是具有与静止涡轮构件间隔开的内平台的可选翼型件。

部件列表

1 静叶

1’ 翼型件

2 叶片

3 热气体

4 燃烧器

5 涡轮级的进入开口

6 涡轮级

7 转子轴线

8 转子单元

9 外平台

10 内平台

11 安装钩部

12 凹槽

13 静止构件

14, 14’ 间隙

15 内燃烧器衬套

15’ 外燃烧器衬套

16 吹扫流

17 壳体

18 检修孔

19 通孔

20 固定器件

21 延伸部

21’ 凹部

22 中间件

23 轮廓

24 凹部

25 接收开口

26 轴向延伸部

27 T形截面

28 波状边沿表面

29 杆

30 螺钉

31 螺母状凹部

32 弦密封环

33 相对的轮廓

34 钩部

35 迷宫式密封件。

具体实施方式

图1示出布置在燃烧器4的下游的第一涡轮级6的粗略示意性纵向截面。涡轮级6提供了第一排静叶1，其沿轴向流动方向被第一排叶片2跟随。为了直接接近至少封装涡轮级6的部件以及燃烧器4的部件的壳体17内部的涡轮级6的静止构件13，设置了能够不透空气地锁定的至少一个检修孔18。

第一排静叶中的每个静叶1被部分地装配，以使翼型件1’、内平台10和外平台9为单独的部件。在图1中示出的实施例的情况下，假设静叶的外平台9是涡轮级的静止构件13的一部分。外平台9提供了通孔19，其典型地适合于静叶1的翼型件1’的外形的最大截面。翼型件1’的径向向外指向的端部具有适合于通孔19的形状的形状，以使翼型件末端的端部不透空气地封闭通孔19。此外，存在固定装置20(在图5中示出)，其使翼型件1’的径向向外端部与静止构件13或外平台9连接。翼型件1’的径向向内指向的端部提供了钩状延伸部21，其插入到内平台10中，内平台10连接于与涡轮级6的内部结构可拆卸地固定的中间件22。

静叶1的翼型件1’与其外端部和内端部径向地连接。另外，通过使外平台与翼型件1’分离，可以设计与外燃烧器衬套15’集成的外平台9，以移除如在图2中说明的泄漏线14’。当然，还可以将外平台9和外燃烧器衬套15’设计为可如在图2的情况下围封吹扫流间隙14’的单独部件。

在另一侧，内平台10和内燃烧器衬套15的配合面更加倾斜，以在空气动力学上将吹扫流更好地引入到主流3中。新设计还允许内平台10和内燃烧器衬套15的重叠。

图3a示出具有向内指向的端部的静叶的翼型件1’的侧视图，在该向内指向的端部处，布置在翼型件1’的长度上突出的钩状延伸部21。延伸部21具有在图3b中示出的十字形截面。在图3c中示出的内平台10具有十字形截面的凹部21’，用于仅通过径向移动插入延伸部21。凹部21’的深度大于延伸部21的径向长度，以使延伸部21在凹部21’内的径向移动保持例如可以补偿涡轮构件之间的不同热膨胀作用。由于延伸部21和凹部21’的截面形状，故翼型件被轴向地且沿周向方向固定。

图3d示出还在其底面处设置用于安装在中间件22中的两个钩部34的内平台10的侧视图。

图4a和图4b示出中间件22内部的凹部的截面图以及俯视图。在示出的实施例的情况下，中间件22提供了两个单独的凹部24，凹部中的每一个可接收一个内板10的钩部34。因此，可以将至少一个内板10固定在一个内部中间件22处。

图4b中示出的凹部24中的每一个具有开口25以接收内平台10的典型地具有T形截面的钩部34。此外，凹部24提供了也具有如图4a所示的T形截面27的轴向凹槽26，图4a示出了沿着截面线A-A的截面图。通过使T形钩部34沿着凹部24轴向地滑动，可到达内平台10被径向地、轴向地且沿周向方向固定的位置。

图5a、图5b示出用于翼型件1’的指向外的端部的固定器件20的两个可选实施例的截面图。图5a中示出的实施例示出了具有提供成轮廓边沿表面28的通孔19的外平台9，翼型件1’的外端部在波状边沿表面28处以其轮廓23不透空气地对齐。为了固定翼型件1’的外端部并使其压靠通孔19，使用固定器件20，其为通过径向向内指向地迫压翼型件1’而由螺钉30固定到外平台9上的杆29。

在图5b中，公开了另一个密封和固定机构。在此处，翼型件1’的上端部具有突出的套环33，其由杆29迫压到弦密封件(chord seal)32插入在其中的外平台9内部的螺母状凹部31中。以与图5a中相同的方式，杆29通过螺钉30抵靠翼型件的上端部迫压并固定。

为了在第一涡轮级6内部执行维护工作，首先必要的是接近壳体17与静止涡轮6的静止构件13之间的空间，见图1。工人必须开启第一级静叶上方的检修孔18。在第二步骤中，工人必须移除固定器件20，以使翼型件1’可从燃气涡轮径向地抽出。响应于维护工作的延长，工人可以以以前的方式移除一个静叶或所有静叶1，这是因为所有静叶以相同方式设计并固定在第一排静叶内部。

图6示出了以外平台9内部的开启通孔19示出的、静叶从涡轮级6完全移除出的情况。工人例如通过从燃烧器衬套卸下喷燃器布置而通过又一个检修孔进入燃烧器4的空间(未示出)。现在工人已接近内平台10，其可通过下压并沿轴向方向朝向燃烧器衬套15移动而被移除。接着，内平台10可沿上游方向倾斜，并且在下游移除用于最后释放。在下一个步骤中，中间件22还可从涡轮级6完全移除出，如图7所示。现在工人已直接接近第一级叶片2。最后，还可移除第一级叶片2，如果需要的话，在通过以相反的次序执行说明的步骤而重新装配第一涡轮级之前，可以替换在中间件22与涡轮级的静止构件之间的迷宫式密封件35。

图8示出一体地提供了翼型件1’、内平台10和外平台10的一小段的静叶1的可选固定。内平台10与内燃烧器衬套15间隔开并且限定间隙14，冷却介质的吹扫流可通过间隙14喷射到热气流3中。外平台9不透空气地配合在静止构件13内部的通孔19中。外平台9的外端部被杆29径向向内迫压，杆29通过至少两个螺钉30固定在静止构件13处。通孔19的尺寸和形状必须适合于静叶1的可在内平台10的区段中的最大直径，以确保可仅通过径向移动完全且容易地移除整个静叶1。图8中不被提到的所有附图标记还涉及关于图2详细地说明的构件。

发明的静止燃气涡轮布置导致如在下面列出的几个显著的优点：

a) 当壳体和转子不被提升时，实现第一级拆卸——仅必须开启检修孔。这等同于发动机停机时间的显著减少。进而，这对于燃气涡轮营运公司而言是相当可观的商业效益。

b) 实现单独的翼型件、单独的内径平台和单独的第一级叶片的替换。这等同于发动机停机时间的显著减少。进而，这对于燃气涡轮营运公司而言是相当可观的商业效益。

c) 由于外平台集成到外燃烧器衬套中而减少冷却空气泄漏，这是因为燃烧器衬套与静叶平台之间的间隙消失，等同于性能提高。

d) 由于进入主流的、来自燃烧器衬套与静叶平台之间的间隙的吹扫流和主流的更好对齐而实现减少的空气动力学损失，等同于性能提高。

e) 可容易地替换迷宫式密封件。

Claims (10)

1.一种具有至少一个涡轮级(6)的静止燃气涡轮布置，所述至少一个涡轮级(6)包括至少第一排静叶(1)，其安装在布置在所述第一排静叶(1)的径向外部的静止构件(13)处，并且径向地延伸到所述涡轮级(6)的面向燃烧器(4)的下游端部的环形进入开口(5)中，其中，所述静止构件(13)为每个静叶(1)提供设计和布置用于所述静叶(1)的径向插入和移除的径向地定向的通孔(19)，并且所述静叶(1)中的每一个包括翼型件(1’)，所述翼型件(1’)在其径向向外指向的一个端部处具有适合于通过可拆卸的固定器件(20)不透空气地封闭所述通孔(19)的轮廓(23)，其中，所述静叶(1)中的每一个的翼型件(1’)在径向向内指向的端部处包括用于出于可拆卸固定的目的插入到内平台(10)的凹部(21’)中的延伸部(21)，其中，所述内平台(10)可拆卸地安装至中间件(22)，所述中间件(22)可拆卸地安装至所述涡轮级(6)的内部构件，其中，所述中间件(22)提供至少一个凹部，其用于插入所述内平台(10)的钩状延伸部(34)用于所述内平台(10)的轴向、径向和周向固定。

2.根据权利要求1所述的静止燃气涡轮布置，其特征在于，所述静止构件(13)中的所述通孔(19)具有所述静叶(1)的翼型件(1’)的最大截面的形状，或者所述静止构件(13)中的所述通孔(19)具有用于插入连接于所述翼型件(1’)的径向向外指向的另一个端部的外平台(9)的形状。

3.根据权利要求1所述的静止燃气涡轮布置，其特征在于，所述内平台(10)提供至少一个凹部(21’)以用于插入至少一个翼型件(1’)的呈钩状的所述延伸部(21)，以使所述翼型件(1’)至少在所述涡轮级(6)的轴向和周向方向上被可拆卸地固定，并且能够在所述凹部(21’)内径向地移动。

4.根据权利要求1所述的静止燃气涡轮布置，其特征在于，所述中间件(22)提供用于插入所述内平台(10)的钩部(34)的两个单独的凹部(24)，其中，每个凹部提供具有T形截面(27)的轴向凹槽(26)，其中，每个钩部(34)具有用于安装在所述中间件(22)中的T形轮廓。

5.根据权利要求1至4中的一项所述的静止燃气涡轮布置，其特征在于，所述涡轮级(6)由壳体(17)封装，在所述壳体(17)中，设置至少一个检修孔(18)，并且在所述壳体(17)内部，存在用于工人通过经由所述静止构件(13)的通孔(19)径向地插入和/或移除所述翼型件(1’)而安装和/或卸下至少一个静叶(1)的足够空间。

6.一种用于在根据权利要求1至5中的一项所述的静止燃气涡轮布置上执行维护工作的方法，其包括下列步骤：

通过经由壳体(17)内部的检修孔(18)进入封装所述涡轮级(6)的壳体(17)而接近所述第一排静叶(1)的翼型件(1’)的可解开的固定器件(20)，

移除所述翼型件(1’)固定器件(20)，以及

通过所述通孔(19)沿径向方向移除所述翼型件(1’)。

7.一种用于在根据权利要求1至5中的一项所述的静止燃气涡轮布置上执行维护工作的方法，其包括下列步骤：

通过经由壳体(17)内部的检修孔(18)进入封装所述涡轮级(6)的壳体(17)而接近所述第一排静叶(1)的翼型件(1’)的可解开的固定器件(20)，

移除所述翼型件(1’)固定器件(20)，

通过所述通孔(19)沿径向方向移除所述翼型件(1’)，

通过经由又一个检修孔进入所述燃烧器(4)而接近所述内平台(10)，以及

移除所述内平台(10)。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过径向向内迫压所述内平台(10)、沿至所述燃烧器(4)的方向移动所述内平台(10)以及使所述内平台(10)倾斜用于分离，执行移除所述内平台(10)。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，包括又一个步骤：移除所述中间件(22)用于接近所述第一级叶片(2)。

10.根据权利要求6至9中的一项所述的方法，其特征在于，出于重新装配的目的，将以相反的次序执行所述步骤。