CN106437868A - 燃气涡轮 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃气涡轮。本发明特别涉及在燃烧器和导叶平台之间的接口处实施的燃气涡轮的新设计。本发明的目标在于提供燃气涡轮，其中与导叶平台相关联的冷却膜的效率提高，由此降低所需要的空气的量。

Description

燃气涡轮
技术领域
本发明涉及燃气涡轮。本发明特别涉及在燃烧器和导叶平台之间的接口处实施的燃气涡轮的新设计。
背景技术
公知地，燃气涡轮具有燃烧室，其中使燃料燃烧以产生待在涡轮的一个或多个膨胀级中膨胀的热气流。各个膨胀级由多个布置在围绕转轴定位的环形导叶平台上的定子导叶和与轴布置成整体的转子导叶排组成。在操作期间，燃烧室中产生的热气体经过定子导叶而被加速和转向，且之后其经过转子导叶排以递送机械功率到转子。
为了组装，基本上在燃烧室的内壁和第一导叶平台之间的过渡处提供间隙；通过该间隙将用于冷却燃烧室和定子导叶平台的冷却空气喷射到热气体路径。而且，通过同一间隙，喷射另外的空气(吹扫空气)以避免热气体进入到间隙中，热气体进入到间隙中将导致邻近于间隙的结构部件过热。实际上，定子导叶产生高静压区域，不均匀的周向静压分布在导叶平台的上游产生不均匀的周向静压分布，这实际上会导致热气体进入间隙。
通过接口间隙喷射的空气流动到热气体路径中并在导叶平台上提供冷却膜。
现有解决方案提供改进冷却膜的效率的方式，由此减少目标所需要的空气量。
具体而言，EP2248996教导对间隙的下游的导叶平台的区域提供隆起，其沿周向位于其中热气体的静压最低的区域。隆起布置成局部提高接近它们而经过的热气流的静压，这种方式减少重新进入间隙的热空气的量。然而，这种解决方案将需要复杂的平台形状，这对于制造过程和内部冷却来说具有挑战性。
发明内容
本发明的技术目的在于因此提供根据独立权利要求1基本上限定的燃气涡轮，通过其消除所述技术问题。
在该技术目的的范围内，本发明的目标在于提供燃气涡轮，其中与导叶平台相关联的冷却膜的效率提高，由此减少需要的空气的量。
根据本发明的一方面，该目标通过一种燃气涡轮获得，所述燃气涡轮包括通过内壁和外壁限定的燃烧器，随后是通过内定子壁和外定子壁限定的导叶平台，其中所述燃气涡轮还包括布置在所述燃烧器内壁和所述内定子壁之间和在所述外燃烧器壁和所述外定子壁之间的间隙，所述燃气涡轮还包括一个或多个布置在所述间隙的上游和在所述内燃烧器壁和/或外燃烧器壁内的冷却管。
根据本发明的一个优选方面，所述冷却管布置在内燃烧器壁和/或外燃烧器壁内，使得所述燃烧器与限定在所述燃烧器壁和燃烧器衬里之间的部分在流体方面连接。
根据本发明的一个优选方面，所述间隙被密封。
根据本发明的一个优选方面，所述冷却管布置成在所述燃气涡轮的侧截面中相对于转子轴线A成倾斜角α，其中所述倾斜角α可以包括在5º-40º的范围内。
根据本发明的一个优选方面，倾斜角α可以包括在7º-15º的子范围内。
根据本发明的一个优选方面，所述倾斜角α可以基本上等于9º或10º。
根据本发明的一个优选方面，所述冷却管布置成在燃气涡轮的顶截面中相对于转子轴线A成倾斜角β，所述倾斜角β包括在0º-45º的范围内。
根据本发明的一个优选方面，倾斜角β可以包括在5º-40º的子范围中。
根据本发明的一个优选方面，倾斜角β可以包括在10º-35º的子范围中。
根据本发明的一个优选方面，倾斜角β可以包括在15º-30º的子范围中。
根据本发明的一个优选方面，倾斜角β可以包括在20º-25º的子范围中。
优选地，倾斜角β具有可以基本上等于34º或0º的值。
附图说明
在参考附图阅读仅以例示的目的给出的本发明的优选实施方案的以下非限制性描述之后，本发明的目标、优点和其他特点将变得更显而易见，在附图中，类似的附图标记可以用于指示类似的元件，且其中：
图1显示根据本发明的燃气涡轮的侧截面；
图2在顶截面中显示图1的具体视图；
图3显示图1的细节。
现在将参考上文提及的附图来详细描述优选和非限制性实施方案。
具体实施方式
来看图1，显示燃气涡轮（通常以附图标记1提及）的示意性侧截面视图。所述燃气涡轮1包括通过内壁21和外壁22限定且布置在压缩机(未示出)的下游的燃烧器2。
在燃烧器2中，热气流F被赋能且随后被引导到安装在导叶平台3上的定子。导叶平台3继而限定内定子壁31和外定子壁32，在其上安装第一排定子导叶33以引导气流至随后的转子级，在此进行能量转化过程。
燃气涡轮1还包括内间隙4和外间隙8，其分别布置在燃烧器的内壁21和内定子壁31之间和在燃烧器的外壁22和外定子壁32之间。间隙4、8通常密封以限制由于负压梯度从压缩机端(未示出)移动且触及对应于间隙4和8被引导到定子的热气流F的空气的量。实际上，密封件4和8无法完全紧密，由于燃气涡轮部件(例如涡轮和燃烧器)例如在燃气涡轮的启动操作和/或不同操作方案期间的相对移动。由于这个原因，常常来自压缩机端的吹扫空气P通过间隙4和8漏入且与热空气流F混合。这还避免热气体由于上文解释的原因而进入间隙。另外，漏入/吹扫空气还具有与导叶平台3相关联的冷却功能。
根据本发明的一方面，燃气涡轮1还包括多个冷却管5，其位于内间隙4的上游(相对于用箭头F指示的热气流)和在燃烧器2的内壁21内。
或者或另外地，燃气涡轮1还可以包括多个冷却管9，其位于外间隙9的上游和在燃烧器2的外壁22内。
根据一个优选的和非限制性实施例，冷却管5和9具有环形横截面。
优选地，冷却管布置在所述内燃烧器壁和/或外燃烧器壁（21，22）内，使得燃烧器2与限定在燃烧器壁（21和22）和燃烧器衬里(未示出)之间的部分12在流体方面连接。
有利地，离开冷却管5和/或冷却管9的冷却空气形成在导叶内壁31和/或外壁32上起作用的冷却膜，其同与间隙4和/或8相关联的吹扫空气合作。业已证明这产生协同作用，其针对已知配置显著改进整体冷却效果且使得需要较少的待喷射的空气的量。
为了使上述有利作用最大化，参考下图2和3描述优选的几何形状。
来看图2，在顶截面视图中显示根据本发明的燃气涡轮1。在该视图中，冷却管5相对于转子轴线A布置成倾斜角β，其可以在包括0º-45º的角度的范围中选择。根据优选的实施方案，倾斜角β可以包括在随后的子范围中：5º-40º、10º-35º、15º-30º、20º-25º。优选地，倾斜角β可以基本上等于0º或34º。
相同的几何形状在细节作出必要修改的情况下应用于冷却管9。
离开冷却管5和/或冷却管9的冷却空气C的所得的倾斜度确定冷却空气C与来自间隙4和8的吹扫空气P的最佳合并，这改进整体冷却效果。
业已证明提供有利技术效果的另一个几何参数为沿着转子轴线A测量的从间隙4到所述管与内燃烧器壁21相交所处的冷却管5的末端51的距离l和管的直径d的比率z。这个比率z可以在数字范围5-40内变化，且具有基本上等于24的优选的值。
应当了解，参考与内燃烧器壁21相关联的冷却管5描述这种优选的几何形状，但相同的几何形状还可以有利地适用于与外燃烧器壁22相关联的冷却管9。
来看下图3，现在在关于内燃烧器壁21的侧截面视图中显示根据本发明的燃气涡轮1，但应当了解相同的几何形状适用于与冷却管9相关联的外燃烧器壁22。
具体而言，冷却管5(在该视图中只能见到一个)相对于转子轴线A以角α倾斜。优选地，角α包括在5º-40º范围内且优选在子范围7º-15º内。根据优选的实施方案，倾斜角α可以等于约9º或10º。
应当可以了解虽然作为非限制性例示实施方案在文中公开的燃气涡轮1包括多个冷却管，还可以通过提供具有仅一个冷却管的燃气涡轮1达到一些有利效果。
虽然只详细描述本发明的有限量的实施方案，但是应当易于理解本发明并不限于这些公开的实施方案。相反，本发明可以修改以结合许多之前未描述但与本发明的精神和范围匹配的改变、变化、取代或等价配置。另外，虽然业已描述了本发明的各种实施方案，但是应当理解本发明的方面可以包括所描述的实施方案中的仅一些。因此，本发明并不视为受上述描述限制，但只受随附权利要求的范围限制。

Claims (14)

1.一种燃气涡轮(1)，其包括通过内壁和外壁(21，22)限定的燃烧器(2)，随后是通过内定子壁和外定子壁(31，32)限定的导叶平台(3)，所述燃气涡轮(1)还包括布置在所述燃烧器内壁(21)和所述内定子壁(31)之间和在所述外燃烧器壁(22)和所述外定子壁(32)之间的间隙(4，8)，所述燃气涡轮(1)的特征在于其包括布置在所述间隙(4，8)上游和在所述内燃烧器壁和/或外燃烧器壁(21，22)内的一个或多个冷却管(5，9)。
2.根据前述权利要求所述的燃气涡轮(1)，其特征在于，所述冷却管(5，9)布置在所述内燃烧器壁和/或外燃烧器壁(21，22)内，使得所述燃烧器(2)与限定在所述燃烧器壁(21，22)和燃烧器衬里之间的部分(12)在流体方面连接。
3.根据前述权利要求所述的燃气涡轮(1)，其特征在于，所述间隙(4，8)被密封。
4.根据前述权利要求中任一项所述的燃气涡轮(1)，其特征在于，所述冷却管(5，9)布置成在所述燃气涡轮(1)的侧截面中相对于转子轴线A成倾斜角α，所述倾斜角α包括在5º-40º的范围内。
5.根据前述权利要求所述的燃气涡轮(1)，其特征在于，所述倾斜角α包括在子范围7º-15º内。
6.根据权利要求4或5的燃气涡轮(1)，其特征在于，所述倾斜角α基本上等于9º或10º。
7.根据前述权利要求中任一项所述的燃气涡轮(1)，其特征在于，所述冷却管(5，9)布置成在所述燃气涡轮(1)的顶截面相对于转子轴线A成倾斜角β，所述倾斜角β包括在0º-45º的范围内。
8.根据前述权利要求所述的燃气涡轮(1)，其特征在于，所述倾斜角β基本上等于0º或34º。
9.根据权利要求7的燃气涡轮(1)，其特征在于，所述倾斜角β包括在子范围5º-40º内。
10.根据前述权利要求所述的燃气涡轮(1)，其特征在于，所述倾斜角β包括在子范围10º-35º内。
11.根据前述权利要求所述的燃气涡轮(1)，其特征在于，所述倾斜角β包括在子范围15º-30º内。
12.根据前述权利要求所述的燃气涡轮(1)，其特征在于，所述倾斜角β包括在子范围20º-25º内。
13.根据前述权利要求中任一项所述的燃气涡轮(1)，其特征在于，沿着转子轴线A测量的从所述间隙(4，8)到所述管(5，9)与内燃烧器壁和/或外燃烧器壁(21，22)相交所处的所述冷却管(5，9)的的末端(51)的距离l和所述冷却管(5，9)的直径d之间的比率z包括在数字范围5-40内。
14.根据前述权利要求所述的燃气涡轮(1)，其特征在于，所述比率z基本上等于24。
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