CN105579669B - 用于燃气涡轮的内壳体毂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于燃气涡轮(1)的内壳体毂(24，58)。内壳体毂(58)能围绕燃气涡轮轴被布置在燃气涡轮(1)中并且形成为内壳体(56)的部件。内壳体毂与内壳体(56)一起被用于将从燃烧室流出的热气体朝向布置在燃气涡轮轴方向上的涡轮入口区(54)偏转。内壳体毂包括至少一个大致筒状壳形式的紧固部(28)，至少一个紧固部包括筒状壳形式的主体(30)，主体包括面对热气体路径(32)的热侧(34)和背离热气体路径的冷侧(36)。至少一个腹板状突起(38)沿着冷侧(36)延伸并且被布置在主体(30)的冷侧上以使得能够紧固内壳体毂(24，58)。根据本发明的内壳体毂遭受减小的磨损。为此目的，腹板状突起(38)由第一材料构成，并且主体(30)由第二材料构成，其中第一材料具有比第二材料大的热膨胀系数，使得在燃气涡轮的至少一个操作状态下，与由第二材料构成的主体和腹板状突起一体设计相比，减小了在紧固部(28)的区域中的热诱发应力。

Description

用于燃气涡轮的内壳体毂

技术领域

本发明涉及用于燃气涡轮的内壳体毂(inner housing hub)。

背景技术

内壳体毂可以围绕燃气涡轮轴布置在燃气涡轮中，并且与内壳体一起用作内壳体部件，以将从燃烧室出来的热气体朝向布置在燃气轮轴的方向上的涡轮入口区域偏转。由此，待偏转的热气体在背离燃气涡轮轴的一侧撞击内壳体毂。

内壳体毂包括大致为筒状壳的形式的至少一个紧固部，紧固部具有筒状壳形式的主体，在紧固部上内壳体毂被紧固在燃气涡轮的适当设计的紧固部件上。在该上下文中，术语“筒状壳形式”不是在严格数学意义上取义。紧固部和主体被设计为管状壁。因此，术语“筒状壳的形式”仅是指壁的环绕形状并且不是指壁的厚度。例如，紧固部件可以间接地紧固在燃气涡轮的外壳上部件部分。内壳体毂的主体具有面对热气体路径的热侧和背离热气体路径的冷侧。至少一个腹板状(web-shaped)突起沿着冷侧延伸并且以筒状壳的形式布置在主体的冷侧上，以使得能够紧固内壳体毂。

这种紧固是常见的，特别是对于燃烧室壳体部件或具有筒式燃烧室的燃气涡轮的内壳体部件而言。

在该情况下，腹板状突起是在筒状壳形式的主体和紧固部件之间槽键联结的部分。例如，腹板状突起可以形成键，并且为了紧固的目的可以被布置在在紧固部件中延伸的槽中。然而，腹板状突起也可以形成槽键联结的槽，如果在其上侧存在与对应地形成在紧固部件上键的对应的延伸的槽的话。

归因于热侧和冷侧之间的操作温度差，所关注类型的内壳体毂遭受高热应力，特别是在紧固部分的区域中。这些热应力可以从主体传递至布置在热侧的热保护部件。热保护部件可以是隔热层，例如特别是陶瓷保护层。特别是在紧固的区域中，这导致内壳体毂的归因于启动-停止-被驱动的疲劳裂纹的高度磨损，导致裂纹的后继增长且热保护部件从主体的热侧剥落。

发明内容

本发明的潜在目的提供一种前面所述类型的内壳体毂，其遭受减小的磨损。

根据本发明，在开头所述的类型的内壳体毂的情况下，利用腹板状突起由第一材料构成并且主体由第二材料构成的事实来实现该目的，其中第一材料具有比第二材料大的热膨胀系数，结果，在燃气涡轮的至少一个操作状态下，与由所述第二材料构成的所述主体和腹板状突起一体设计相比，减小了在所述紧固部的区域中的热诱发应力。

因此，根据本发明不是在热侧改进热保护来减小磨损，而是改进主体的设计以减小热应力。根据本发明，主体不再与突起一体地形成。突起和主体由不同的材料制造。例如，两者可以分别制造并且通过焊接或钎焊接合在一起。这里，从筒状壳形式的主体(其比主体的剩余部分更冷)突出的腹板状突起由具有比更暖的主体的热膨胀系数的高的热膨胀系数的材料制造。归因于更大的热膨胀系数，突起不再限制主体或者在一定程度上不再限制主体。然而，还可以是这样的情况，热膨胀系数被选择成不必那么大使得在操作期间更冷的突起膨胀地比主体显著大的量，尽管在突起的区域中存在更小的温度差。第一材料和第二材料因此被选择成使得他们满足内壳体毂和紧固的要求，并且根据本发明，不同的热膨胀系数使得与由所述第二材料构成的所述主体和腹板状突起一体设计相比，减小了在所述紧固部的区域中的热诱发应力。主体可以具有根据本发明设计的一个或多个腹板状突起。

内壳体毂被暴露至在主体的热侧和冷侧之间的高温度差，因此使得根据本发明的设计的内壳体毂的紧固部伺服寿命的显著延长。有利地能够想到，为了在所述燃气涡轮中紧固所述内壳体毂，所述毂能够以使得所述腹板状突起能够被布置在由紧固部件包围的槽中的方式而被紧固到所述紧固部件。

腹板状突起由此形成槽键联结的键。主体可以包括根据本发明设计的一个或多个腹板状突起。这些例如可以沿着纵向延伸成排布置在冷侧上并且形成可以布置在紧固部件的槽中的共同的细分的腹板。

也可以视为是有利的是，所述紧固部是壳体壁，所述壳体壁围绕中心线布置并且所述热气体路径围绕着所述壳体壁流动，结果主体的热侧背离所述中心线。

归因于其垂直于壁的小的量，设计为壳体壁的紧固部特别易受由热应力引起的弯曲的影响。借助本发明，这种燃气涡轮部件的磨损可以减小特别到的程度。

本发明的另一有利的实施例可以提供至少在所述紧固部的区域中被设计成大体筒状壳的形式的所述内壳体毂，并且提供沿着圆形周向线被布置在所述主体上的至少一个腹板状突起，结果为连续的或分成多段的、或者为非连续环形式的腹板被布置在冷侧上。

也可以视为是有利的是，所述内壳体毂能够使其一端部布置在涡轮入口区内，其中所述紧固部被布置在所述端部的区域内。

本发明的另一目的是提供一种在开头所述类型的内壳体，具有内壳体毂，所述壳体遭受减小的磨损。

为此目的，内壳体毂被设计为如下所述的用于燃气涡轮的内壳体毂。

所述内壳体毂能围绕燃气涡轮轴被布置在所述燃气涡轮中并且被设计作为内壳体的部件，其中所述内壳体毂与所述内壳体一起被用于将从燃烧室流出的热气体朝向布置在所述燃气涡轮轴方向上的涡轮入口区偏转，所述内壳体毂具有为大致筒状壳形式的至少一个紧固部，所述至少一个紧固部具有筒状壳形式的主体，所述主体包括面对热气体路径的热侧和背离所述热气体路径的冷侧，其中至少一个腹板状突起沿着所述冷侧延伸并且被布置在所述主体的冷侧上以使得能够紧固所述内壳体毂，所述腹板状突起由第一材料构成，并且所述主体由第二材料构成，其中所述第一材料具有比所述第二材料大的热膨胀系数，结果，在所述燃气涡轮的至少一个操作状态下，与由所述第二材料构成的所述主体和腹板状突起一体设计相比，减小了在所述紧固部的区域中的热诱发应力。

为了在所述燃气涡轮中紧固所述内壳体毂，所述内壳体毂能够以使得所述腹板状突起能够被布置在由紧固部件包围的槽中的方式而被紧固到所述紧固部件。

所述紧固部是壳体壁，所述壳体壁围绕中心线布置并且所述热气体路径围绕着所述壳体壁流动，结果所述热侧背离所述中心线。

所述内壳体毂至少在所述紧固部的区域中被设计成大体筒状壳的形式，并且所述至少一个腹板状突起沿着圆形周向线被布置在所述主体上，结果为连续的或分成多段的、或者为非连续环形式的腹板被布置在冷侧上。

所述内壳体毂能够使其一端部布置在涡轮入口区内，其中所述紧固部被布置在所述端部的区域内。

本发明的另一目的是提供一种燃气涡轮，其遭受减小的磨损。

为此目的，燃气涡轮包括至少一个具有上面是所述的内壳体毂的内壳体。

本发明的其它有利的实施例和优点形成参照附图中的图的本发明的图示性实施例的说明的主题，其中相同的附图标记指以相同的方式起作用的相同的部件。

附图说明

图中：

图1示意性示出穿过根据现有技术的燃气涡轮的纵向截面，

图2示意性示出根据本发明的图示性实施例的内壳体毂的立体图，

图3示意性示出图2所示的内壳体毂的纵向截面的细节，

图4示意性示出图2所示的内壳体毂的纵向截面的细节，其中紧固部件被布置在突起上，和

图5示意性示出具有根据图2设计的内壳体毂的燃气涡轮的内壳体的立体图。

具体实施方式

图1示出根据现有技术的燃气涡轮1的示意性截面图。在内部，燃气涡轮1具有转子3，转子被安装成绕旋转轴线2旋转，转子具有轴4并且还被称为涡轮叶轮。沿着转子3，顺次布置进气壳体6、压气机8、具有至少一个燃烧室10的燃烧系统9、涡轮14和排气壳体15。一个或多个燃烧室10均包括燃烧器装置11和壳体12，壳体被内衬以用于抵抗热气体进行保护的热保护部件20。至少一个燃烧室10可以是环状燃烧室。作为替换，燃气涡轮还可以包括一个或多个管状燃烧室或筒式燃烧室。

燃烧系统9与热气管道、例如环状热气管道连通。这里，多个串联布置的涡轮级形成涡轮14。每个涡轮级是由叶片环形成。如在工作介质的流动方向上观察，在热气管道中由引导导叶17形成的排之后接着是由转子叶片18形成的排。这里，引导导叶17被固定至定子19的内壳体，而转子叶片18的排例如借助涡轮盘被附接至转子3。例如发电机(未示出)被耦合至转子3。

在燃气涡轮操作期间，空气经由进气壳体6被吸入并且被压气机8压缩。使得在压气机8的涡轮端处可用的压缩空气被传递至燃烧系统9，并且在那里与在燃烧器布置11的区域中的燃料混合。混合物然后借助燃烧器布置11燃烧，形成在燃烧系统9中的工作气体流。由此，工作气体流沿着热气体管道流动经过引导导叶17和转子叶片18。工作气体流跨转子叶片18膨胀，传递动力，结果转子叶片18驱动转子3，并且后者驱动与其耦合的发电机(未示出)。

图2示出根据图示性实施例的用于燃气涡轮的根据本发明的内壳体毂24的立体图。内壳体毂24被设计成筒状壳的形式，具有中心线26。内壳体毂的一端区域形成紧固部28。筒状壳形式的紧固部28包括筒状壳形式的主体30，主体包括面对热气体路径(由箭头32示意性示出)的热侧34和背离热气体路径的冷侧36。热侧34可以被涂覆热保护部件(未示出)。腹板状突起38被布置在主体30上，使得其能够被紧固至内壳体毂24。

腹板状突起38沿着主体的冷侧36沿着圆周线延伸，并且被布置在筒状壳的形式主体30的冷侧，并且因此被布置为在冷侧36上的环绕的环状腹板。为了将内壳体毂24紧固在紧固部件(未示出)上，环状突起38被布置到在紧固部件中延伸的环形槽(未示出)中。为此目的，内壳体毂24可以由两个半壳构成，两个半壳被初始地单独地与紧固部件(未示出)接触并且然后接合在一起。在这种情况下，环绕的腹板状突起38被分成多段。

在示出的图示性实施例中，紧固部28是壳体壁40，围绕着中心线36布置，热空气路径32围绕着壳体壁流动，结果热侧34背离中心线26。除了腹板状突起外，整个内壳体毂24可以对应于紧固部的构造，因此一定程度上允许在将内壳体毂划分成直到图示性实施例中的线42所示处的紧固部自由选择。

图3示出图2所示的内壳体毂在紧固部28的区域中的纵向截面中的细节。紧固部28被设计成壳体壁40的形式，包括筒状壳形式的主体30，具有热侧34和冷侧36。热侧被涂覆热保护部件44。腹板状突起38被布置在冷侧36，腹板状突起的截面46可以在图中看到。根据本发明，腹板状突起38由第一材料构成，并且主体30由第二材料构成，其中第一材料的热膨胀系数比第二材料的热膨胀系数大，结果在燃气涡轮的至少一种工作状态下，与由第二材料构成的主体30和腹板状突起38的一体设计相比，减小在紧固部28的区域中热诱发的应力。从现有技术已知，在一体设计的紧固部分操作期间，特别是围绕主体和腹板状突起38的过渡区域产生高热应力。

图4示出图2所示的内壳体毂24在紧固部28的区域中的纵向截面的细节。为了简单起见，仅示出紧固部28的主体以及腹板状突起38。(附图中省略了布置在热侧34上的热保护部件44)。与热侧34相反的延伸的是主体30的冷侧36，其中腹板状突起38在主体30的端部50的区域中被布置在冷侧36上。为了将紧固部28紧固在紧固部件48上，腹板状突起38被布置到在紧固部件48中延伸的槽52中。槽52和腹板状突起38形成槽键联结，以将紧固部28的位置并且因此将内壳体毂24的位置固定在涡轮入口区54中，内壳体毂24由此被布置成端部50在涡轮入口区54中。

图5示出具有根据本发明中心地布置在内壳体的内壳体毂58的燃气涡轮的内壳体56。内壳体毂58包围沿着中心线26延伸的燃气涡轮轴(未示出)。内壳体56具有两个入口60和62以及环形出口64。内壳体在后侧66上闭合。入口60和62可均被布置在燃烧室(未示出)的一个燃烧室出口处。出口64可以布置在涡轮入口区(未示出)。内壳体56用于将流出两个燃烧室的热气体沿着热气体路径32偏转，由箭头示意性示出。这里，一些热气体流沿着内壳体毂58(覆盖有热保护部件44)流动经过内壳体。为了紧固内壳体，内壳体毂58特别地借助在冷侧36附近布置的腹板状突起38紧固到在所述毂的端部50的区域中由毂包围的紧固部件(未示出)上。为了确保冷侧突起38在操作期间不限制内壳体毂，根据本发明来设计内壳体毂58。这特别地防止热保护部件44剥落并且由此防止紧固部的在下方布置的主体过早磨损。

Claims (7)

1.一种用于燃气涡轮(1)的内壳体毂(24，58)，其中所述内壳体毂(58)能围绕燃气涡轮轴被布置在所述燃气涡轮(1)中并且被设计作为内壳体(56)的部件，其中所述内壳体毂与所述内壳体(56)一起被用于将从燃烧室流出的热气体朝向布置在所述燃气涡轮轴方向上的涡轮入口区(54)偏转，所述内壳体毂具有为大致筒状壳形式的至少一个紧固部(28)，所述至少一个紧固部具有筒状壳形式的主体(30)，所述主体包括面对热气体路径(32)的热侧(34)和背离所述热气体路径的冷侧(36)，其中至少一个腹板状突起(38)沿着所述冷侧(36)延伸并且被布置在所述主体(30)的冷侧上以使得能够紧固所述内壳体毂(24，58)，

其特征在于，

所述腹板状突起(38)由第一材料构成，并且所述主体(30)由第二材料构成，其中所述第一材料具有比所述第二材料大的热膨胀系数，结果，在所述燃气涡轮的至少一个操作状态下，与由所述第二材料构成的所述主体和腹板状突起一体设计相比，减小了在所述紧固部(28)的区域中的热诱发应力。

2.根据权利要求1所述的内壳体毂(24，58)，

其特征在于，

为了在所述燃气涡轮中紧固所述内壳体毂(24，58)，所述内壳体毂能够以使得所述腹板状突起(38)能够被布置在由紧固部件包围的槽(52)中的方式而被紧固到所述紧固部件(48)。

3.根据权利要求1或2所述的内壳体毂(24，58)，

其特征在于，

所述紧固部(28)是壳体壁(40)，所述壳体壁围绕中心线(26)布置并且所述热气体路径(32)围绕着所述壳体壁流动，结果所述热侧(34)背离所述中心线(26)。

4.根据权利要求1或2所述的内壳体毂(24，58)，

其特征在于，

所述内壳体毂至少在所述紧固部(28)的区域中被设计成大体筒状壳的形式，并且所述至少一个腹板状突起(38)沿着圆形周向线被布置在所述主体上，结果为连续的或分成多段的、或者为非连续环形式的腹板被布置在冷侧上。

5.根据权利要求1或2所述的内壳体毂(24，58)，

其特征在于，

所述内壳体毂(24，58)能够使其一端部(50)布置在涡轮入口区(54)内，其中所述紧固部(28)被布置在所述端部(50)的区域内。

6.一种具有内壳体毂(24，58)的内壳体(56)，

其特征在于，

所述内壳体毂(24，58)被设计为如权利要求1-5之一所述的。

7.一种燃气涡轮(1)，

其特征在于，

包括如权利要求6所述的内壳体(56)。