CN109072700B - 具有连接管的导向静叶 - Google Patents

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Abstract

用于涡轮机的导向静叶(1)在正确安装的状态下具有：外平台(2)；叶片翼型(3)，其从外平台突出、沿纵向方向延伸、并且在其内部限定空腔(4)；以及内平台(5)，其与外平台相对布置、并且被连接到叶片翼型；以及连接管(6)，其沿纵向方向穿过叶片翼型空腔，该连接管的第一自由端被插入在内平台中所形成的贯通开口、并且被实质上地结合到内平台，以及连接管的第二自由端被布置在外平台上所形成的冷却流入口开口(7)中、远离其边缘、并且从外平台向外突出，其中至少一个导向装置(9)被附接到外平台上，用于对连接管导向的目的，该导向装置被设计和被布置成使得在长度热变化的情况下，对连接管沿纵向方向进行导向。

Description

具有连接管的导向静叶
技术领域
本发明涉及一种用于涡轮机(特别是燃气轮机)的导向静叶，该导向静叶在正确安装状态下具有：外平台；翼型，其从外平台突出、沿纵向方向延伸并且在其内部限定了空腔；内平台，其与外平台相对布置并且被连接到翼型；以及连接管，其沿纵向方向穿过翼型的空腔，所述连接管的第一自由端被插入到在内平台中所形成的贯通开口并且以一体成型的方式被连接到内平台，以及连接管的第二自由端被布置在外平台上所形成的冷却流体进入开口中、位于与上述开口的边缘隔开一距离处、并且从外平台向外突出。
背景技术
在已有技术中已知涡轮机(诸如，燃气轮机)例如具有各种设计，并且用以将工作流体(特别是热气)的热能和流动能转换成转动能。涡轮机包括壳体，流动管道沿轴向方向在所述壳体中延伸。多个涡轮级在流体通道中沿轴向方向被一个接一个地并且彼此隔开一距离而被布置。
每个涡轮级包括多个导向静叶，这些静叶形成被连接到壳体的导向静叶环，以便有利地影响工作流体的流动方向。这种导向静叶通常包括平台，在导向静叶的正确安装状态下，所述平台被布置在径向外部。此外，导向静叶包括翼型，所述翼型从外平台突出、并且沿纵向延伸。此外，导向静叶具有内平台，所述内平台被连接到与外平台相对的翼型。导向静叶环通过保持环向内封闭，导向静叶的内平台被保持在所述保持环中。
此外，每个涡轮级包括多个导向静叶，这些导向静叶形成导向静叶环，所述导向静叶环被连接到中心安装的转子，所述中心安装的转子沿轴向方向穿过壳体。此外，在转子中形成周向槽，导向静叶环的保持环被布置在所述周向槽中。
在涡轮机的操作期间，工作流体流过涡轮机的流动管道。流过流动管道的工作流体以如下方式被导向静叶偏转，使得工作流体以最佳方式冲击被布置在后面的导向静叶并且将力施加到导向静叶上。由导向静叶所给予的扭矩使转子旋转。例如，转子的旋转能可以通过发电机而被转换成电能。
燃气轮机的热力学效率越高，热气进入燃气轮机的入口温度越高。然而，特别是由于被布置在流动管道中的部件的热载荷能力，对入口温度的幅值设置了限制。因此，本发明的目的在于提供这样的部件，即，即使在热气的非常高的温度下，所述部件也具有足够用于燃气轮机的操作的机械阻力。
例如，增加导向静叶的热载荷能力的一种可能在于借助冷却流体从导向静叶导热。为此目的，在导向静叶的内部设置供冷却流体流过的空腔。
导向静叶环内部上的保持环也被流入周向槽的热气大幅地加热。用于冷却保持环的经尝试和经测试的装置是设计具有U形横截面的保持环，从而在保持环中创建绕行冷却流体槽。所述冷却流体槽被供应冷却流体，冷却流体从导向静叶、流过被设置在内平台的出口开口、流入保持环的冷却流体槽。然而，所述冷却流体已经在导向静叶的翼型中接收了热量，这降低了可用于保持环的冷却能力。
在保持环中的冷却流体的较高的冷却能力可以通过特殊的连接管(跨接管)实现，所述连接管沿纵向方向穿过导向静叶的翼型的空腔，并且冷却流体直接并且基本未加热地通过所述空腔、而流入保持环的冷却流体槽。
连接管的第一自由端被插入到在内平台中所形成的贯通开口、并且以一体结合的方式被连接到内平台。连接管的第二自由端被布置在外平台上所形成的冷却流体入口开口中、位于与上述开口的边缘隔开一距离处、并且从外平台向外突出。
为了定位的目的，连接管可在其第二自由端区域具有定位装置，所述定位装置从连接管开始沿相反方向延伸、并且被支撑在冷却流体入口开口的压力侧和吸入侧边缘上。然而，已经表明，就涡轮机的强烈操作引起的振动以及连接管长度的热变化而言，这些定位装置可能不足以确保连接管在冷却流体入口开口中的足够可靠的定位。
发明内容
以该现有技术为出发点，本发明的目的是提供一种开篇所述类型的导向静叶，其以经济有效的方式允许连接管简单且可靠地定位在冷却流体入口开口中。
根据本发明，该目的通过开篇所述类型的导向静叶实现，其中至少一个导向装置被紧固到外平台以用于对连接管导向，并且被设计和布置成使得：利用形成滑动配合，在长度热变化的情况下，对连接管沿纵向方向进行导向。
本发明是基于以下考虑：提供用于对外平台上的连接管导向的导向装置，该导向装置允许连接管由于长度热变化的移动，而不会有破坏连接管在冷却流体入口开口中的定位的风险。换而言之，与被设置在连接管上的定位装置不同，被设置在外平台上的导向装置可以限制连接管向导向静叶的纵向方向的移动的自由度。
优选地，至少一个导向装置从外平台开始沿连接管的方向延伸，并且至少部分地、特别是完全地围绕连接管的部分，同时允许游隙。这种导向装置相对于外平台在预定位置处保持连接管，特别是在距冷却流体入口开口边缘的一距离方面。假定连接管至少部分地被横向围绕，在上述连接管允许游隙的情况下，连接管保持在长度热变化的情况下沿纵向方向移动到其所围绕位置内的自由度。
根据一个实施例，至少一个导向装置具有导向开口。该导向开口被连接管或连接管的部分横穿，从而连接管相对于纵向方向横向牢固保持。
根据本发明的导向静叶的变型，至少一个导向突出沿纵向方向延伸，至少一个导向突出与至少一个导向装置的导向开口相对应地被形成在连接管的第二自由端上并且通过至少一个导向装置的导向开口接合。以这种方式，导向开口可以具有比连接管更小的横截面积，从而也可以减小导向装置的尺寸。导向装置的尺寸越小，受阻碍进入冷却流体入口开口的冷却流体越少。
优选地，至少一个导向突出优选地以销的方式被设计。这里，例如，导向突出的垂直于纵向方向的横截面可以被设计为圆形、正方形或矩形。
特别优选地，设置两个导向装置，这两个导向装置从外平台的相对区域开始沿连接管的方向并且特别地指向彼此延伸。以这种方式布置两个导向装置，使得能够抵消连接管绕其纵向轴线的旋转运动，这进一步改善了导向装置的定位效果。
根据进一步的发展，两个导向装置采用金属片材的形式，两个金属片材以一体结合的方式(特别是通过焊接或钎焊)被连接到外部平台。通过焊接或钎焊附接的金属片材构成导向装置，该导向装置可以以特别经济有效且简单的方式生产。
相应地，两个导向突出可以被彼此相对地并且在连接管上彼此隔开一距离而被布置，并且由相应的导向装置围绕。
优选地，两个导向突出之间的距离在从5mm至10mm的范围内，并且优选为7mm。这种距离与常规连接管的直径相对应。
在根据本发明的导向静叶的情况下，两个导向装置可以被设置在连接管的压力侧和吸入侧上。这种布置允许特别短的导向装置，这与导向装置的经改进的振动特性相关联。
翼型可以以本身已知的方式具有外周壁。这里，连接管在与外周壁隔开一距离处被布置在空腔中。以这种方式，避免了连接管与翼型的热外周壁之间的热桥，并且在连接管周围流动的冷却流体另外确保了热绝缘。
以本身已知的方式，连接管与内平台之间的一体结合的连接可以通过焊接或钎焊来制造。
连接管与内平台之间的连接优选是流体密封。这防止了如下情形，即，被加热的冷却流体可能从空腔逸出到导向静叶环的保持环中。
附图说明
参照附图，基于根据本发明实施例的导向静叶，本发明的其他特征和优点将变得清楚，其中
图1示出了根据本发明的一个实施例的导向静叶的局部透视图；
图2示出了图1中所图示的导向静叶从外部观察的俯视图；
图3示出了图1中所图示的导向静叶的连接管的局部透视图；
图4示出了具有根据图1所图示的实施例的导向静叶的涡轮机的局部剖视图；以及
图5示出了图4中由附图标记V所指定的截取部分的放大细节图。
具体实施方式
图1至图3示出了根据本发明的一个实施例、用于涡轮机(未示出)、特别是用于燃气轮机的导向静叶1。导向静叶1具有外平台2，在导向静叶1的适当安装状态下，外平台被布置在径向外部。此外，导向静叶1包括翼型3，翼型3沿纵向方向L延伸、并且从外平台2突出。空腔4被限定在翼型3的内部。此外，导向静叶1具有内平台5，内平台5与外平台2相对布置并且被连接到翼型3。
此外，导向静叶1包括连接管6，该连接管6沿纵向方向L穿过翼型3的空腔4。连接管6的第一自由端通过焊接以一体结合的方式被连接到内平台5，并且使得流体密封。连接管6的第二自由端被布置在外平台2上所形成的冷却流体入口开口7中、位于与上述开口的边缘8隔开一距离处、并且从外平台2向外突出。
为了对连接管6导向，两个导向装置9被紧固到外平台2，这两个导向装置9从外平台2的相对区域开始、沿连接管6的方向延伸，并且指向彼此。这些导向装置9采用金属片材的形式，金属片材被布置在翼型3的压力侧和吸入侧上、并且通过焊接以一体结合的方式被连接到外部平台2。
每个导向装置9具有槽形导向开口10，以便完全地围绕连接管6的部分11，同时允许游隙。备选地，部分地围绕也满足。
在当前情况下，两个部分11被设置为导向突出11，这些导向突出11沿纵向方向L延伸、与导向开口10对应地形成在连接管6的第二自由端上、并且穿过两个导向装置9的导向开口10。因此，实现了可以受到游隙制约的滑动配合，由此两个导向突出11在导向装置中可移动地被导向。导向突出11被设计为具有矩形横截面的销的方式、并且在连接管6上彼此相对并且彼此隔开一距离布置。两个导向突出11之间的距离大约为7mm。
翼型3具有外周壁12，连接管6与外周壁12隔开一距离被布置在空腔4中。
图4和5示意性地示出了具有根据本发明的导向静叶1的涡轮机的部分。涡轮机包括壳体13，流动管道14在壳体13中沿轴向方向A延伸。此外，涡轮机包括多个涡轮级15，每个涡轮级15包括导向静叶环16和导向静叶环17，这些涡轮级15在流动管道14中沿轴向方向A被一个接一个地并且彼此隔开一距离布置。导向静叶环15均由根据本发明的多个导向静叶1形成，并且每个导向静叶环包括具有绕行的冷却流体槽19的U形保持环18，导向静叶1的内平台5被保持在U形保持环18中。
在涡轮机的操作期间，膨胀的热气流过流动管道14。为了减小导向静叶环16的热载荷，冷却流体同时流过并且冷却导向静叶环15的导向静叶1。为了冷却翼型3，冷却流体的一部分流过空腔4中的冷却流体入口开口7，同时为了冷却保持环18，冷却流体的另一部分流过连接管6、直接进入保持环18、而没有与翼型3的外周壁12热接触。
根据本发明的导向静叶1的优点在于这样的事实，即，在热诱发的长度变化的情况下，连接管6可以沿纵向方向L在导向装置9的导向开口10中移动，而没有离开冷却流体入口开口7相对于其边缘8的位置。通过被紧固到外平台2的导向装置9，避免了连接管6相对于外平台2的运动自由度超出这个自由度。
尽管已经通过优选的示例性实施例更详细地说明和描述了本发明，但是本发明不限于所公开的示例，并且本领域技术人员可以在不脱离本发明的保护范围的情况下从其中得出其他变型。

Claims (17)

1.一种用于涡轮机导向静叶(1)，所述导向静叶(1)在正确安装状态下具有：一个外平台(2)；一个翼型(3)，其从所述外平台(2)突出，沿纵向方向(L)延伸并且在其内部限定一个空腔(4)；一个内平台(5)，其与所述外平台(2)相对布置并且被连接到所述翼型(3)；以及一个连接管(6)，其沿所述纵向方向(L)穿过所述翼型(3)的所述空腔(4)，所述连接管的第一自由端被插入在所述内平台(5)中所形成的一个贯通开口并且以一体成型的方式被连接到所述内平台(5)，并且所述连接管的第二自由端被布置穿过在所述外平台(2)上所形成的一个冷却流体进入开口(7)，位于与所述开口的边缘(8)隔开一距离处并且从所述外平台(2)向外突出，
其特征在于：
至少一个导向装置(9)被紧固到所述外平台(2)以用于引导所述连接管(6)，并且被设计和被布置成使得：在长度热变化的情况下，利用形成滑动配合，沿所述纵向方向(L)对所述连接管(6)进行导向；
所述至少一个导向装置(9)具有一个导向开口(10)；以及
至少一个导向突出(11)与所述至少一个导向装置(9)的所述导向开口(10)相对应地被形成在所述连接管(6)的所述第二自由端上，并且通过所述至少一个导向装置(9)的所述导向开口(10)接合，所述至少一个导向突出(11)沿所述纵向方向(L)延伸。
2.根据权利要求1所述的导向静叶，
其特征在于：
所述涡轮机是燃气轮机。
3.根据权利要求1所述的导向静叶，
其特征在于：
所述至少一个导向装置(9)从所述外平台(2)开始沿所述连接管(6)的方向延伸，并且至少部分地围绕所述连接管(6)的一部分，同时允许游隙。
4.根据权利要求3所述的导向静叶，
其特征在于：
所述至少一个导向装置(9)完全地围绕所述连接管(6)的一部分。
5.根据权利要求1所述的导向静叶，
其特征在于：
所述至少一个导向突出(11)是以销的方式被设计的。
6.根据权利要求1-5中的任一项所述的导向静叶，
其特征在于：
设置有两个导向装置(9)，所述两个导向装置(9)从所述外平台(2)的相对区域开始沿所述连接管(6)的方向延伸。
7.根据权利要求6所述的导向静叶，
其特征在于：
所述两个导向装置(9)指向彼此。
8.根据权利要求6所述的导向静叶，
其特征在于：
所述两个导向装置(9)采取金属片材的形式，所述金属片材以一体结合的方式被连接到所述外平台(2)。
9.根据权利要求8所述的导向静叶，
其特征在于：
所述金属片材通过熔焊或钎焊以一体结合的方式被连接到所述外平台(2)。
10.根据权利要求6所述的导向静叶，
其特征在于：
两个导向突出(11)彼此相对地并且在所述连接管(6)上彼此隔开一距离而被布置，并且被相应的导向装置(9)围绕。
11.根据权利要求10所述的导向静叶，
其特征在于：
所述两个导向突出(11)之间的距离在5mm至10mm的范围内。
12.根据权利要求11所述的导向静叶，
其特征在于：
所述两个导向突出(11)之间的距离为7mm。
13.根据权利要求10和11中的任一项所述的导向静叶，
其特征在于：
所述两个导向装置(9)被设置在所述连接管(6)的压力侧和吸入侧上。
14.根据权利要求1-5和7-12中的一项所述的导向静叶，
其特征在于：
所述翼型(3)具有外周壁(12)。
15.根据权利要求14所述的导向静叶，
其特征在于：
所述连接管(6)与所述外周壁(12)隔开一距离而被布置在所述空腔(4)中。
16.根据权利要求1-5、7-12和15中的任一项所述的导向静叶，
其特征在于：
所述连接管(6)与所述内平台(5)之间的一体结合式连接通过熔焊或钎焊而制造。
17.根据权利要求1-5、7-12和15中的任一项所述的导向静叶，
其特征在于：
所述连接管(6)与所述内平台(5)之间的连接是流体密封的。
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