CN105960511B - 涡轮机排气框架 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种涡轮机排气框架,所述涡轮机排气框架包括主体,所述主体具有包括外表面和内表面的外筒构件(50),以及具有外表面和内表面的内筒构件(52)。第一流动通道(61)由所述外筒构件的所述外表面和所述内表面限定。第二流动通道(68)由所述内筒构件的所述外表面和所述内表面限定。具有第一入口和第一出口的第一冷却回路(91)连接到所述第一流动通道,并且具有第二入口和第二出口的第二冷却回路(94)流体地连接到所述第二流动通道。喷嘴(108)布置在所述第一流动通道中并且连接到所述第一冷却回路。所述喷嘴在轴向方向和环形方向中的至少一个上将流体流引入到所述第一流动通道中。

Description

涡轮机排气框架
技术领域
本说明书中公开的主题涉及涡轮机领域,并且更具体地说,涉及涡轮机排气框架。
背景技术
涡轮机包括通过公共压缩机/涡轮机轴连接到涡轮机部分的压缩机部分以及燃烧器组件。进气流通过进气口向压缩机部分传送。在压缩机部分中,通过朝向燃烧器组件的一些连续级对进气流进行压缩。在燃烧器组件中,压缩空气流与燃料混合以形成可燃混合物。可燃混合物在燃烧器组件中燃烧以形成热气体。热气体通过过渡连接件沿着涡轮机部分的热气体路径导引。热气体通过作用在安装在叶轮上的涡轮机叶片上的一些涡轮级膨胀以便做出例如输出以启动发电机的功。
在穿过涡轮机部分之排气框架后,热气体流动到中。排气框架可以包括通过一个或多个支柱支撑到外筒上的内筒。内筒可以为涡轮机支撑后轴承。穿过排气框架的排气气体在被排放到环境之前流动到排气烟囱。一般为压缩机空气的冷却流体穿过排气框架以冷却后轴承。冷却流体还冷却排气框架的内表面和外表面。冷却流体可以从排气框架传送到排气气体中或可以被直接排放到环境。
发明内容
根据本发明一个示例性实施例的一个方面,涡轮机排气框架包括主体,所述主体具有包括外表面、内表面的外筒构件,以及具有外表面和内表面的内筒构件。第一流动通道由外筒构件的外表面和内表面限定,并且第二流动通道由内筒构件的外表面和内表面限定。具有第一入口和第一出口的第一冷却回路流体地连接到第一流动通道,并且具有第二入口和第二出口的第二冷却回路流体地连接到第二流动通道。至少一个喷嘴布置在第一流动通道中并且流体地连接到第一冷却回路。所述至少一个喷嘴包括相对于外表面大体垂直布置的至少一个出口。所述至少一个喷嘴配置用于在轴向方向和环形方向中的至少一个上将流体流引入到第一流动通道中。
根据示例性实施例的另一方面,涡轮机包括压缩机部分,以及可操作地连接到压缩机部分的涡轮机部分。涡轮机部分包括出口。燃烧器组件包括流体地连接到压缩机部分和涡轮机部分的至少一个燃烧器,并且排气框架可操作地连接到涡轮机部分的出口。排气框架包括主体,所述主体具有包括外表面和内表面的外筒构件、以及具有外表面和内表面的内筒构件。第一流动通道由外筒构件的外表面和内表面限定,并且第二流动通道由内筒构件的外表面和内表面限定。具有第一入口和第一出口的第一冷却回路流体地连接到第一流动通道,并且具有第二入口和第二出口的第二冷却回路流体地连接到第二流动通道。至少一个喷嘴布置在第一流动通道中并且流体地连接到第一冷却回路。所述至少一个喷嘴包括相对于外表面大体垂直布置的至少一个出口。所述至少一个喷嘴配置用于在轴向方向和环形方向中的至少一个上将流体流引入到第一流动通道中。
根据本发明一个示例性实施例的又另一个方面,涡轮机系统包括具有入口区段的压缩机部分,以及可操作地连接到压缩机部分的涡轮机部分。涡轮机部分包括出口。燃烧器组件包括流体地连接到压缩机部分和涡轮机部分的至少一个燃烧器。入口系统流体地连接到入口区段。机械系统可操作地连接到压缩机部分和涡轮机部分中的一个。排气框架可操作地连接到涡轮机部分的出口。排气框架包括主体,所述主体具有包括外表面和内表面的外筒构件、以及具有外表面和内表面的内筒构件。第一流动通道由外筒构件的外表面和内表面限定,并且第二流动通道由内筒构件的外表面和内表面限定。具有第一入口和第一出口的第一冷却回路流体地连接到第一流动通道,并且具有第二入口和第二出口的第二冷却回路流体地连接到第二流动通道。至少一个喷嘴布置在第一流动通道中并且流体地连接到第一冷却回路。所述至少一个喷嘴包括相对于外表面大体垂直布置的至少一个出口。所述至少一个喷嘴配置用于在轴向方向和环形方向中的至少一个上将流体流引入到第一流动通道中。
通过以下说明结合附图将更加清楚明白这些以及其他优点和特征。
附图说明
被看作是本发明的主题在本说明书的结论处的权利要求书中详细指出并明确主张。通过以下具体实施方式结合附图清楚明白本发明的上述和其他特征以及优点,在附图中:
图1是根据示例性实施例的包括排气框架的涡轮机系统的局部截面示意图;
图2是图1的排气框架的透视图;
图3是安装在图2的排气框架的外筒中的喷嘴的局部平面图;并且
图4是图3的喷嘴和排气框架的分解视图。
具体实施方式参考附图以举例方式解释本发明的实施例以及优点和特征。
具体实施方式
根据本发明示例性实施例的涡轮机系统在图1中大体上由2指示。涡轮机系统2包括涡轮机4,所述涡轮机4具有通过燃烧器组件10流体地连接到涡轮机部分8的压缩机部分6。燃烧器组件10包括一个或多个燃烧器12。轴14可操作地连接到压缩机部分6和涡轮机部分8。压缩机部分6包括流体地连接到进气系统20的入口区段17。进气系统20可以预调节传送到压缩机部分6的空气。例如,进气系统20可以为传送到入口区段17的空气除湿。进气系统20还可以调整传送到入口区段17的空气的流动参数。压缩机部分6还被示出为连接到机械系统24。机械系统24可以采取发电机28的形式。当然,机械系统24可以采取其他形式,诸如泵等等。此外,机械系统24可以替代连接到压缩机部分6而连接到涡轮机部分8。涡轮机部分8包括流体地连接到排气框架40的出口30。排气框架40在将排气气体传送到排气烟囱(未示出)、热回收蒸汽发生器(HRSG)(也未示出)或其他装置之前调节从出口30传送的排气气体。
根据图2中示出的一个示例性实施例,排气框架40包括具有外筒构件50和内筒构件52的主体44。外筒构件50包括形成用于涡轮机2的外壳(未单独标记)的一部分的外表面57和内表面58(图1)。内表面58可以包括绝缘或非绝缘扩散器(未单独标记)。第一流动通道61由外筒构件50的外表面57和内表面58限定。内筒构件52包括可以形成绝缘或非绝缘扩散器的一部分的外表面64和内表面65(图1)。内筒构件52支撑涡轮机2的后轴承(未单独标记)。应理解的是,内筒构件可以另选地采取后轴承的形式。第二流动通道68在外表面64与内表面65之间延伸。其中之一由70指示的多个支柱在外筒构件50与内筒构件52之间延伸。每个支柱70包括流体地连接到第二流动通道68的内部通道71(图1)。第一流动通道61和第二流动通道68将冷却流体输送到排气框架40的部分。冷却流体的一部分可以与从出口30传送的排气气体混合。
进一步根据本发明一个示例性实施例,排气框架40流体地连接到流体输送系统74。流体输送系统74包括可以采取鼓风机82的形式的流体源80。流体源80还可以采取到压缩机抽气部的连接或具有驱动力的其他流体源的形式。流体输送系统74包括在流体源80与排气框架40之间延伸的供应导管86。供应导管86包括与外筒构件50流体地相关联的第一冷却回路91以及与内筒构件52流体地相关联的第二相异的冷却回路94。
第一冷却回路91包括流体地连接到供应导管86的第一入口97和流体地连接到第一流动通道61的第一出口98,如下文将详述。第二冷却回路94包括第二入口100和第二出口102。第二入口100流体地连接到供应导管86,并且第二出口102直接流体地连接到第二流动通道68。相比之下,第一冷却回路91通过冷却剂输送歧管108连接到第一流动通道61,所述冷却剂输送歧管108围绕外筒构件50环形地延伸并且与其间隔开来。多个流体输送导管113在冷却剂输送歧管108与第二流动通道68之间延伸。阀116在第一冷却回路91中布置在冷却剂输送歧管108的上游。阀116可选择性地从流体源80流体地断开第二流动通道68。
如图3中所示,每个流体输送导管113从流体地连接到冷却剂输送歧管108的第一端122延伸到第二端123。第二端123流体地连接到喷嘴130,如在下文将变得更容易清楚明白,所述喷嘴130将冷却剂流输送到第一流动通道61中。冷却剂可以围绕外筒构件50轴向地和/或环形地流动,如在下文将变得更容易清楚明白。如图2中所示,多个喷嘴130围绕排气框架40布置。每个喷嘴130包括具有内部区141的主体部分140。主体部分140从限定入口143的第一端区段142延伸到具有端盖145的第二端区段144。喷嘴130包括布置在第一端区段142与第二端区段144之间的主体部分140上的多个出口146。出口146可以被布置成输送轴向流体流、环向流体流和/或轴向流和环形流的组合,这取决于所需的冷却特征。喷嘴130还包括布置在第一端区段142处的凸缘150。凸缘150嵌套在形成在外筒构件50的外表面57中的凹槽154内。凸缘150包括多个开口,其中的一个开口由157指示,所述多个开口接收对应的机械紧固件160。机械紧固件160将喷嘴130紧固到外筒构件50并且还根据需要促进更换和/或修理。
在所示示例性实施例中,多个出口146各自采取椭圆形开口167的形式,所述椭圆形开口167具有由第一曲线端部175和第二曲线端部177接合的第一大体线性侧部171和第二大体线性侧部173。当然,应理解的是,出口146的具体几何形状可以改变。出口146将冷却流体流输送到第一流体通道61中。流体的输送降低了外筒构件50中的温度,同时减少排气框架40中的热梯度的发生。此外,使用第一冷却回路91和第二冷却回路94对穿过排气框架40的冷却流体提供另外的控制。另外地,选择性控制进入排气框架40中的冷却流体允许操作者定制流体输送,以便于降低支柱70的热负载,所述支柱70可以在外筒构件50与内筒构件52之间延伸。
尽管仅结合有限数目的实施例详细描述了本发明,但应易于理解的是,本发明并不局限于此类公开的实施例。相反,本发明可经修改以涵盖之前并未描述、但与本发明的精神和范围相符合的任何数目的变化、更改、替换或等效布置。另外,尽管已经描述了本发明的各种实施例,但应理解的是,本发明的各个方面可以仅包括前述实施例中的一些实施例。因此,本发明不应被视为受前述说明书的限制,而是仅受所附权利要求书的范围的限制。

Claims (20)

1.一种涡轮机排气框架,所述涡轮机排气框架包括:
主体,所述主体具有带有外表面和内表面的外筒构件,以及具有外表面和内表面的内筒构件;
第一流动通道,所述第一流动通道由所述外筒构件的所述外表面和所述内表面限定,以及第二流动通道,所述第二流动通道由所述内筒构件的所述外表面和所述内表面限定;
流体地连接到所述第一流动通道的第一冷却回路,所述第一冷却回路具有第一入口和第一出口;
流体地连接到所述第二流动通道的第二冷却回路,所述第二冷却回路具有第二入口和第二出口;以及
至少一个喷嘴,所述至少一个喷嘴布置在所述第一流动通道中并且流体地连接到所述第一冷却回路,所述至少一个喷嘴包括相对于所述外表面大体垂直布置的至少一个出口,所述至少一个喷嘴配置用于在轴向方向和环形方向中的至少一个上将流体流引入到所述第一流动通道中。
2.根据权利要求1所述的涡轮机排气框架,其中所述至少一个喷嘴包括围绕所述外筒构件环形延伸的多个喷嘴。
3.根据权利要求2所述的涡轮机排气框架,进一步包括:冷却剂输送歧管,所述冷却剂输送歧管流体地连接到所述多个喷嘴中的每一个。
4.根据权利要求3所述的涡轮机排气框架,其中所述冷却剂输送歧管位于所述主体的外部。
5.根据权利要求1所述的涡轮机排气框架,其中所述至少一个出口包括围绕所述至少一个喷嘴环形布置的多个出口。
6.根据权利要求5所述的涡轮机排气框架,其中所述多个出口各自由大体椭圆形开口限定。
7.根据权利要求1所述的涡轮机排气框架,进一步包括:支柱,所述支柱在所述内筒构件的所述外表面与所述外筒构件的所述内表面之间延伸,所述支柱包括流体地连接到所述第二冷却回路的内部冷却通道。
8.根据权利要求1所述的涡轮机排气框架,进一步包括:流体输送系统和布置在所述第一冷却回路中的阀,所述阀配置用于选择性地从所述流体输送系统流体地断开所述至少一个喷嘴。
9.根据权利要求8所述的涡轮机排气框架,其中所述流体输送系统包括鼓风机,所述鼓风机配置用于将空气流引导到所述第一冷却回路和所述第二冷却回路中。
10.根据权利要求1所述的涡轮机排气框架,进一步包括:至少一个开口,所述至少一个开口延伸穿过所述外筒构件的所述外表面,所述至少一个开口流体地连接到所述第一流动通道,形成在所述外表面中的凹槽包围所述至少一个开口,所述至少一个喷嘴包括嵌套在所述凹槽中的凸缘。
11.一种涡轮机,所述涡轮机包括:
压缩机部分;
涡轮机部分,所述涡轮机部分可操作地连接到所述压缩机部分,所述涡轮机部分包括出口;
燃烧器组件,所述燃烧器组件包括流体地连接到所述压缩机部分和所述涡轮机部分的至少一个燃烧器;以及
排气框架,所述排气框架可操作地连接到所述涡轮机部分的所述出口,所述排气框架包括:
主体,所述主体具有带有外表面和内表面的外筒构件,以及具有外表面和内表面的内筒构件;
第一流动通道,所述第一流动通道由所述外筒构件的所述外表面和所述内表面限定,以及第二流动通道,所述第二流动通道由所述内筒构件的所述外表面和所述内表面限定;
流体地连接到所述第一流动通道的第一冷却回路,所述第一冷却回路具有第一入口和第一出口;
流体地连接到所述第二流动通道的第二冷却回路,所述第二冷却回路具有第二入口和第二出口;以及
至少一个喷嘴,所述至少一个喷嘴布置在所述第一流动通道中并且流体地连接到所述第一冷却回路,所述至少一个喷嘴包括相对于所述外表面大体垂直布置的至少一个出口,所述至少一个喷嘴配置用于在轴向方向和环形方向中的至少一个上将流体流引入到所述第一流动通道中。
12.根据权利要求11所述的涡轮机,其中所述至少一个喷嘴包括围绕所述外筒构件环形延伸的多个喷嘴。
13.根据权利要求12所述的涡轮机,进一步包括:冷却剂输送歧管,所述冷却剂输送歧管流体地连接到所述多个喷嘴中的每一个。
14.根据权利要求13所述的涡轮机,其中所述冷却剂输送歧管位于所述主体的外部。
15.根据权利要求11所述的涡轮机,进一步包括:流体输送系统和布置在所述第一冷却回路中的阀,所述阀配置用于选择性地从所述流体输送系统流体地断开所述至少一个喷嘴。
16.根据权利要求15所述的涡轮机,其中所述流体输送系统包括鼓风机,所述鼓风机配置用于将空气流引导到所述第一冷却回路和所述第二冷却回路中。
17.根据权利要求11所述的涡轮机,进一步包括:至少一个开口,所述至少一个开口延伸穿过所述外筒构件的所述外表面,所述至少一个开口流体地连接到所述第一流动通道,形成在所述外表面中的凹槽包围所述至少一个开口,所述至少一个喷嘴包括嵌套在所述凹槽中的凸缘。
18.一种涡轮机系统,所述涡轮机系统包括:
压缩机部分,所述压缩机部分包括入口区段;
涡轮机部分,所述涡轮机部分可操作地连接到所述压缩机部分,所述涡轮机部分包括出口;
燃烧器组件,所述燃烧器组件包括流体地连接到所述压缩机部分和所述涡轮机部分的至少一个燃烧器;
入口系统,所述入口系统流体地连接到所述压缩机部分的所述入口区段;
机械系统,所述机械系统可操作地连接到所述涡轮机部分和所述压缩机部分中的一个;以及
排气框架,所述排气框架可操作地连接到所述涡轮机部分的所述出口,所述排气框架包括:
主体,所述主体具有带有外表面和内表面的外筒构件,以及具有外表面和内表面的内筒构件;
第一流动通道,所述第一流动通道由所述外筒构件的所述外表面和所述内表面限定,以及第二流动通道,所述第二流动通道由所述内筒构件的所述外表面和所述内表面限定;
流体地连接到所述第一流动通道的第一冷却回路,所述第一冷却回路具有第一入口和第一出口;
流体地连接到所述第二流动通道的第二冷却回路,所述第二冷却回路具有第二入口和第二出口;以及
至少一个喷嘴,所述至少一个喷嘴布置在所述第一流动通道中并且流体地连接到所述第一冷却回路,所述至少一个喷嘴包括相对于所述外表面大体垂直布置的至少一个出口,所述至少一个喷嘴配置用于在轴向方向和环形方向中的至少一个上将流体流引入到所述第一流动通道中。
19.根据权利要求18所述的涡轮机系统,其中所述至少一个喷嘴包括围绕所述外筒构件环形延伸的多个喷嘴。
20.根据权利要求19所述的涡轮机系统,进一步包括:冷却剂输送歧管,所述冷却剂输送歧管流体地连接到所述多个喷嘴中的每一个,所述冷却剂输送歧管位于所述主体的外部。
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