CN104136720B - 用于涡轮机器的装置 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于涡轮机器的装置。所述装置包括用于在所述涡轮机器工作期间引导热气体的翼片、用于固定所述翼片的定子环、用于保护所述定子环免遭所述热气体流影响的热屏蔽件，其中，所述热屏蔽件在所述热气体流的下游方向上被布置在所述定子环的前方，所述装置的特征在于所述热屏蔽件包括形成在其中的多个通道，用以引导冷却空气。

Description

用于涡轮机器的装置

技术领域

本发明涉及用于涡轮机器的装置。

背景技术

在现今的涡轮机器中，涡轮机器的各种部件在非常高的温度下工作。这些部件包括叶片或翼片部件，其为翼面形状。在本申请中，仅有“翼片”，但这些说明可转换到叶片。涡轮机器工作期间的高温可损害翼片部件，因此翼片部件的冷却是重要的。这些部件的冷却通常是通过传递冷却流体实现的，该冷却流体可包括从涡轮机器的压缩机经过在翼片部件内铸造的核心通道的空气。

翼片通常是定子翼片，其被固定到定子环，该定子环自身被固定到外壳。这些翼片通常分区段地组装在涡轮机器的前级中，并且在内端处被罩住，以最小化流动变化的振动效果。这些翼片以这样的方式被锁定，其将防止翼片围绕外壳旋转。

翼片和定子环受到热气体流的影响，该热气体流可导致这些部件的损害。尽管通过使冷却空气经过在翼片内铸造的通道来冷却翼片，但这种冷却是不够的。此外，定子环没有被保护而免遭对定子环产生损害的热气体流的影响。

EP1731714涉及用于流动限制通道壁的间隙阻塞设备，并且使用这样的间隙阻塞设备用以改善效率和燃烧稳定性并且用以增加管道壁的寿命。

EP1741877涉及具有壁流动结构的壳体，并且该壁流动结构被流动路径围绕。流在流动路径中被引导，并且壁结构被布置在热屏蔽件上。

US6082961涉及具有导向叶片平台的平台冷却系统。冷却是由设置在燃烧室区段中的一排冷却孔实现的，并将冷却空气提供至燃烧室区段和导向叶片平台之间的间隙。

美国专利no. 3,300,178 A教导了一种冷却装置，其中，金属片屏蔽件与端环的表面间隔小的距离放置，并且冷却空气可被引入中间的空间中。

美国专利no. 7,766,609 B1教导了一种在护罩上带有热屏蔽件的涡轮机翼片，具有在热屏蔽件和翼片的壁之间的通道。

发明内容

因此，本发明的目标是保护定子环免遭热气体流影响，并提供对翼片的有效冷却。

通过提供根据权利要求1的用于涡轮机器的装置来实现该目标。

根据本发明，一种用于涡轮机器的装置包括用于在涡轮机器工作期间引导热气体的翼片、用于固定翼片的定子环、用于保护定子环免遭热气体流影响的热屏蔽件，其中，热屏蔽件在热气体流的下游方向上被布置在定子环的前方，该装置的特征在于，热屏蔽件包括多个通道，该多个通道形成在热屏蔽件中，用以引导冷却空气。该通道被布置成使得冷却空气被排放到热气体流的热气体流路径中。

通过使热屏蔽件在热气体流的下游方向上位于定子环的前方，该环被保护。此外，热屏蔽件中的多个通道将具有高压的冷却空气引导到翼片，提供了有效的冷却装置。

在一个实施例中，多个通道被配置为引导冷却空气进入热气体流路径。该通道通过提供具有高压的空气来提高冷却效果。

在一个实施例中，翼片包括翼面部和根部，其中，根部被安装在定子环上。定子环固定翼片，从而防止在涡轮机器工作期间翼片的运动。

在另一个实施例中，翼片包括头部，头部位于根部的相对端，该头部被附接到第二定子环。

在一个实施例中，热屏蔽件被附接到第二定子环以保护其免遭热气体流影响。

在另一个实施例中，热屏蔽件是环形的并联接到定子环。热屏蔽件于是覆盖定子环并保护其免遭热气体流影响。

在一个实施例中，热屏蔽件中的多个通道是使用激光烧结技术形成的。激光烧结技术提供形成期望的具有通道的三维形状的高效方法，以保证冷却效果。

附图说明

现在将参考本发明的附图来陈述本发明的上述和其他特征。所示实施例意图在于说明，而非限制本发明。附图包含以下的图，其中遍及说明书和附图，相同的数字表示相同的部件。

图1是燃气涡轮机的示意图；

图2是图1的燃气涡轮机的定子的局部视图；

图3是包括热屏蔽件的定子沿着线III-III的截面视图；并且

图4是示意图，示出了依照本技术的方面的具有热屏蔽件的定子的一部分的分解视图。

具体实施方式

本发明的实施例涉及用于涡轮机器的装置。涡轮机器可包括燃气涡轮机、蒸汽涡轮机、涡轮风扇等。

图1是诸如燃气涡轮机10的涡轮机器的示意图，示出了内部的部件。燃气涡轮机10包括转子13，转子13被如此安装使得其能沿着旋转轴线12旋转，具有轴11，并也被称为涡轮机转子。

燃气涡轮机10包括沿着转子13依次设置的进气壳体14、压缩机15、具有多个同轴布置的燃烧器17的燃烧室20、涡轮机18和排气壳体19。

环形燃烧室20与环形热气体通道21连通，在此处，通过示例的方式，四个相继的涡轮机级22形成涡轮机18。

可以注意到，每个涡轮机级22由例如两个叶片或翼片环形成。正如在工作介质23的流动方向所见，在热气体通道21中，由转子叶片30形成的排35接着一排导向翼片25。导向翼片40被固定到定子53的内部壳体48，而排35的转子叶片30例如借助于涡轮机盘43被装配到转子13。

发电机未在图1中示出，其被联接到转子13。在燃气涡轮机10工作期间，压缩机15通过进气壳体14吸入空气45并对其进行压缩。在压缩机15的涡轮机侧端部处提供的压缩空气被传递到燃烧器17，在此处其与燃料混合。混合物随后在燃烧室20中燃烧，形成工作介质23。工作介质23从此处沿着热气体通道21流动，经过导向翼片40和转子叶片30。工作介质23在转子叶片30处膨胀，传递其动量，使得转子叶片30驱动转子13，并且转子13进而驱动与其联接的发电机。

此外，当燃气涡轮机10在工作时，暴露到热的工作介质23的部件遭受热应力。如在工作介质23的流动方向上所示，第一涡轮机级22的导向翼片40和转子叶片30连同环形燃烧室20所内衬的热屏蔽砖一起遭受最高的热应力。这些部件通常被诸如油的冷却剂冷却。

正如将被意识到的，燃气涡轮机10的部件由例如超级合金的材料制成，该超级合金是铁基的、镍基的或钴基的。更具体地，涡轮机翼片或叶片40、30以及燃烧室20的部件由上文提到的超级合金制成。

现在参照图2，示出了定子（例如燃气涡轮机10的定子53）的局部视图。定子53包括第一定子环62和第二定子环64，第一定子环62也可被称为内部定子环，第二定子环64也可被称为外部定子环，导向翼片40在第一定子环62和第二定子环64之间延伸。

正如将被意识到的，导向翼片包括翼面部和根部，翼面部在径向于涡轮机器的转子13的旋转轴线12的方向延伸，根部用于将翼片40固定在定子53中。更具体地，导向翼片40的根部被安装在定子环62上。这些导向翼片40被安装在第一定子环62上，形成圆形系列。此外，导向翼片40还包括与根部相对的头部，该头部被固定到第二定子环64。第二定子环64限定翼片在涡轮机器内的轴向位置。定子环防止翼片在轴向方向相对于定子环运动。

可以注意到，第一定子环62和第二定子环64关于涡轮机器的转子13周向布置，第二定子环64沿着从涡轮机器的转子13的旋转轴线12的径向方向放置在第一定子环62的外侧。

定子包括热屏蔽件60，用以保护定子环62免遭热气体流影响，其中，热屏蔽件60布置在热气体流的下游方向上，其在定子环62的前方。正如将被意识到的，热气体流路径处在从翼片40的前缘42朝向后缘44的方向。更具体地，图2中示出的热气体流进入图中。可以注意到，热屏蔽件60可通过铜焊、焊接或通过本领域知晓的任何其他方式被附接到第一定子环62。

热屏蔽件60包括在其中形成的多个通道86，通道86用于从涡轮机的主空气源引导冷却空气，用于翼片40的有效冷却。通道86可由例如但不限于激光烧结技术的技术形成。

此外，第二定子环64也具有联接到其的热屏蔽件，从而保护第二定子环64免遭热气体流影响。

依照本技术的方面，热屏蔽件60是环形的，关于定子环62同轴布置。

图3是图2的定子53沿着线III-III的截面视图70。翼片40被示出为在第一定子环62和第二定子环64之间延伸。示例性的热屏蔽件60被示出为附接到第一定子环62并附接到第二定子环64以保护定子环62、64免遭在下游方向的热气体流影响。该热气体流通过参考数字72指示。

如前所述，热屏蔽件60包括用于引导冷却空气的多个通道。参考数字82指示一个部分，空气从该部分被供应以冷却翼片40。正如将被意识到的，冷却空气经过在翼片内铸造的通道被引导到翼片40中。

依照本技术的方面，冷却空气被引导进入热屏蔽件60中的通道，并在那之后被排放到热气体流路径72中。参考数字IV指示了表示涡轮机器10的定子53中的热屏蔽件的装置的那部分。

现在转向图4，如在图3中所示的定子的部分IV的分解视图。热屏蔽件60包括多个通道，例如通道86，用于引导冷却空气84进入热气体流路径。冷却空气84被从主空气供应区域82引导。

由于高压强，来自通道86的冷却空气84还冷却翼片40，这提高了冷却效果。

Claims (11)

1.一种用于涡轮机器（10）的装置，包括，

翼片（40），所述翼片（40）用于在所述涡轮机器工作期间引导热气体，

第一定子环（62），所述第一定子环（62）用于固定所述翼片（40），

热屏蔽件（60），所述热屏蔽件（60）用于保护所述第一定子环（62）免遭所述热气体流（72）影响，其中，所述热屏蔽件（60）在所述热气体流（72）的下游方向上被布置在所述第一定子环（62）的前方，

其特征在于

所述热屏蔽件（60）包括多个通道（86），所述多个通道（86）形成在所述热屏蔽件（60）中，用以引导冷却空气（84），所述通道（86）被布置成使得所述冷却空气（84）被排放到所述热气体流（72）的热气体流路径中。

2.如权利要求1所述的用于涡轮机器（10）的装置，其中，来自所述热屏蔽件（60）中的多个通道（86）的冷却空气（84）被引导进入所述热气体流路径（72）。

3.如权利要求1或2所述的用于涡轮机器（10）的装置，其中，所述翼片（40）包括翼面部和根部，所述翼面部在径向于所述涡轮机器（10）的转子（13）的旋转轴线（12）的方向延伸，所述根部被安装在所述第一定子环（62）上。

4.如权利要求3所述的用于涡轮机器（10）的装置，进一步包括第二定子环（64），所述第二定子环（64）用于固定所述翼片（40）的头部，其中，所述翼片（40）的头部处在所述根部的相对端。

5.如权利要求4所述的用于涡轮机器（10）的装置，其中，所述第二定子环（64）位于相对于所述涡轮机器（10）的转子（13）的旋转轴线（12）从所述第一定子环（62）径向向外的位置。

6.如权利要求4至5中任一项所述的用于涡轮机器（10）的装置，其中，所述第二定子环（64）由所述热屏蔽件（60）保护免遭所述热气体流影响。

7.如权利要求4至5中任一项所述的用于涡轮机器（10）的装置，其中，所述定子环（62、64）防止所述翼片（40）在轴向方向相对于所述定子环（62、64）运动。

8.如权利要求1或2或4或5所述的用于涡轮机器（10）的装置，其中，所述热屏蔽件（60）是环形的，被联接到所述定子环（62、64）。

9.如权利要求1或2或4或5所述的用于涡轮机器（10）的装置，其中，所述热屏蔽件（60）中的多个通道（86）是使用激光烧结技术而形成的。

10.如权利要求1或2或4或5所述的用于涡轮机器（10）的装置，其中，所述热屏蔽件（60）中的所述多个通道（86）在第一部分中被定向在横向于所述热气体流（72）的方向，所述第一部分后跟弯曲的第二部分，使得所述通道（86）被弯曲到沿着所述热气体流（72）的方向。

11.一种形成用于如权利要求1至10中任一项所述的用于涡轮机器（10）的装置的热屏蔽件（60）的方法，其中，所述热屏蔽件（60）中的多个通道（86）是使用激光烧结技术而形成的。