CN109209515A - 用于燃气涡轮装置的导叶载体和包括所述导叶载体的燃气涡轮装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于燃气涡轮装置的导叶载体和包括所述导叶载体的燃气涡轮装置。具体而言，一种用于燃气涡轮装置的导叶载体，导叶载体沿着纵向轴线(A)延伸，并且包括相对于纵向轴线(A)横向地延伸的至少一个间距控制腔(29)。

Description

用于燃气涡轮装置的导叶载体和包括所述导叶载体的燃气涡 轮装置

优先权声明

本申请请求享有2017年6月30日提交的欧洲专利申请第17179199.9号的优先权，该申请的公开通过引用而结合在本文中。

技术领域

本发明涉及用于燃气涡轮装置的导叶载体和包括所述导叶载体的燃气涡轮装置。特别地，燃气涡轮装置是电功率生产装置。

背景技术

众所周知，在燃气涡轮装置中，在旋转叶片末梢和定子导叶载体之间需要间距，以便使得在转子叶片末梢和定子导叶载体之间能够有相对移动。

然而，在燃气涡轮装置的运行期间，转子部分和定子部分对于温度变化具有不同的响应，因为它们由不同的材料制成，而且还因为它们暴露于不同的温度梯度。

由于这些原因，需要将旋转叶片末梢和定子导叶载体之间的间距设计成使得它们在任何运行条件下都得到保持。

换句话说，在大多数运行条件下，末梢间距比所需的更大，以便保证安全运行和避免旋转部分和固定部分之间的接触。

然而，在叶片末梢和定子导叶载体之间通过所述间距所出现的泄漏流使效率方面有损失，因为所述流不对燃气涡轮装置提供有用功。

因此需要主动调整间距，以便找到避免接触并且同时最小化所述叶片和定子导叶载体之间的泄漏的平衡解决方案。

在文献US2006/0225430或EP3023600中公开了主动控制间距解决方案的示例。

然而，这些解决方案不够高效。

发明内容

因此本发明的目标是提供一种用于燃气涡轮装置的导叶载体，它使得能够避免或至少减轻所描述的缺陷。

特别地，本发明的目标是提供一种用于燃气涡轮装置的导叶载体，它设有高效的主动控制间距系统。

根据本发明，提供一种用于燃气涡轮装置的导叶载体，它沿着纵向轴线延伸，并且包括相对于纵向轴线横向地延伸的至少一个间距控制腔。照这样，间距控制腔可定向成以便优化对导叶载体的需要间距控制的特定部分中的可用空间的占用和对热机械行为的影响。针对应当应用本发明的导叶载体的种类，这种特定部分实际上在导叶载体中可具有不同的位置。因此所述解决方案在设计空间方面带来更多灵活性和相当大的好处。

根据本发明的优选实施例，间距控制腔相对于纵向轴线径向地延伸。

根据本发明的优选实施例，导叶载体包括沿着周向方向分布的至少一组多个间距控制腔。照这样，间距控制沿着导叶载体的整个周向部分是主动的，并且导叶载体的热机械行为的影响是更有效的。

根据本发明的优选实施例，多个间距控制腔沿着周向方向均匀地分布。照这样，在导叶载体中获得周向均匀的温度场。

根据本发明的优选实施例，导叶载体具有面向设有导叶的工作通道的内表面以及与内表面相对的外表面；间距控制腔是制作到导叶载体的外表面中的盲孔。照这样，可用快速、简单且经济的方式获得间距控制腔，例如通过钻削导叶载体的外表面。

根据本发明的优选实施例，间距控制腔具有连接到控制流体源上的至少一个入口。照这样，对间距控制腔供应控制流体。

根据本发明的优选实施例，间距控制腔具有连接到相应的排出管道上的至少一个出口。根据本发明的优选实施例，排出管道流到设有导叶的工作通道中。照这样，排出到工作通道中的控制流体可对装置提供另外的有用功。

根据本发明的优选实施例，排出管道将间距控制腔的出口连接至另一个相邻间距控制腔的另一个入口。照这样，获得连续排出构造。如果可用空间不允许产生能够将控制流体排出到期望位置的排出管道的话，这种构造是特别有用的。

根据本发明的优选实施例，导叶载体包括至少一个插入件，它布置在至少一个间距控制腔的内部。照这样，控制流体和导叶载体之间的热交换可控制，以便优化热传递和减少所需的控制流体量。

根据本发明的优选实施例，插入件是中空的。照这样，允许控制流体传送通过插入件。

根据本发明的优选实施例，插入件在形状上设置成以便在插入件和间距控制腔的内表面之间限定间隙。照这样，保持最大热传递面积。

此外，本发明的另一个目标是提供一种用于生产电功率能的装置，它相对于现有技术解决方案的装置是更高效的。

特别地，本发明的目标是提供一种用于生产电功率能的燃气涡轮装置，它包括压缩机、燃烧器和燃气涡轮；燃气涡轮包括根据本发明的导叶载体。

根据本发明的优选实施例，间距控制腔连接到抽取管线上，抽取管线构造成从压缩机抽取空气，并且将空气供给到间距控制腔。照这样，控制流体是从压缩机抽取的空气。

本发明的另一个目标是提供一种用于生产电功率能的燃气涡轮装置，它包括压缩机、燃烧器和燃气涡轮；压缩机包括根据本发明的导叶载体。

附图说明

现在将参照附图来描述本发明，附图示出了一些非限制性实施例，其中：

-图1是根据本发明的燃气涡轮装置的示意图，其中部分按截面，而且为了清楚而移除了部分；

-图2是图1的装置的第一细节的截面侧视图，其中部分按截面，而且为了清楚而移除了部分；

-图3是图1的装置的第二细节的截面前视图，其中部分按截面，而且为了清楚而移除了部分；

-图4是图3的选定细节的放大视图。

具体实施方式

在图1中，参考标号1指示了用于生产电能的燃气涡轮装置，它沿着纵向轴线A延伸(仅仅是为了清楚，图1中示出了装置的一半，因为装置相对于轴线A是对称的)。

装置1包括燃烧器2、压缩机3和燃气涡轮5。

燃气涡轮5沿着纵向轴线A延伸，并且设有轴6(也沿着轴线A延伸)，压缩机3也连接到轴6上。

燃气涡轮5包括工作膨胀通道7，其中，来自燃烧器2的热气工作流体沿方向D流动。工作膨胀通道7具有沿着轴线A沿方向D径向地增大的截面。

压缩机3包括工作压缩通道8，其中，外部空气被压缩且沿方向D流动。工作压缩通道8的端部连接到燃烧器2上。工作压缩通道8具有沿着轴线A沿方向D径向地减小的截面。

涡轮5包括：外壳9(仅在图2和3中可见)；导叶载体10，其围绕轴线A延伸且是静态的；多个定子导叶11，其至少紧固到导叶载体10上且分成阵列；以及多个转子叶片13，其分成阵列，联接到轴6上且相对于轴线A径向地布置。各个转子叶片13设有联接到轴6上的端部14，以及面向导叶载体10的自由端部15。自由端部15和导叶载体10之间的间隙限定涡轮间距16(在图1中示意性地指示)。

沿着工作膨胀通道7，转子叶片13的径向阵列沿着轴线A由成径向阵列的定子导叶11交错。

类似地，压缩机3包括：至少一个导叶载体20，其围绕轴线A延伸且是静态的；多个定子导叶21，其至少紧固到导叶载体20上且分成阵列；以及多个转子叶片23，其分成阵列，联接到轴6上且相对于轴线A径向地布置。各个转子叶片23设有联接到轴6上的端部24和面向导叶载体20的自由端部25。自由端部25和导叶载体20之间的间隙限定压缩机间距26(在图1中示意性地指示)。

沿着工作压缩通道8，成径向阵列的转子叶片23沿着轴线A由成径向阵列的定子导叶21交错。

参照图1和2中示出的非限制性示例，导叶载体10包括至少一个间距控制腔29，它相对于纵向轴线A横向地延伸，以控制涡轮间距16。换句话说，间距控制腔29的延伸轴线B相对于纵向轴线是横向的。

间距控制腔29的轴线B的角位置可在径向地与轴向地(不包括轴向地)之间改变，这取决于导叶载体10中的其中需要间距控制的可用空间。

在这里公开和示出的非限制性示例中，间距控制腔29相对于纵向轴线A径向地延伸(图2和3中示出的构造)。

根据未示出的变型，压缩机3的导叶载体20包括至少一个间距控制腔，它相对于纵向轴线A横向地延伸，以控制压缩机间距26。

在下面，将仅仅详细描述关于在导叶载体10中存在至少一个间距控制腔29的图2、3和4中示出的实施例。针对间距控制腔29所描述的明显特征，加上必要的变更，可适用于在压缩机3的导叶载体20中实现的间距控制腔，以控制压缩机间距26。

在更优选的实施例中，导叶载体10包括多个间距控制腔29，它们沿着导叶载体10周向方向，对应于导叶载体10的至少一个轴向位置A1，均匀地或不均匀地分布。

在图2和3中公开的非限制性实施例中，多个间距控制腔29沿着导叶载体10周向方向在一个轴向位置A1处均匀地分布。照这样，导叶载体10在轴向位置A1处的热机械行为由于存在间距控制腔29而受到影响，并且可适当地控制涡轮间距16。间距控制腔29均匀地分布会产生更均匀的周向温度场。

根据未示出的变型，导叶载体在导叶载体的不同轴向位置处包括不止一组多个沿周向布置的间距控制腔，以便影响在导叶载体的不同区中的导叶载体的热机械行为。

优选地，间距控制腔29是制作到导叶载体10的外表面中的盲孔，它在使用中面向外壳9(参见图2和3)。

优选地，间距控制腔29是圆柱形盲孔。

优选地，导叶载体10分成两个半壳10a,10b，它们在分裂平面S处彼此连接(在图3中指示)。

参照图2，各个间距控制腔29具有入口30，入口30连接到供给管道31上，供给管道31连接到控制流体源上。

多个间距控制腔29中的至少一个还具有连接到排出管道34上的出口33。

参照图2和3，供给管道31由外壳9支撑，并且优选地连接到供应有控制流体的公共歧管(为了清楚而没有示出)上。

控制流体可为空气、蒸汽或其它介质。

在这里公开和示出的非限制性示例中，控制流体是由专用抽取管线36(在图1中示出)从压缩机3抽取的空气。

沿着抽取管线36优选地布置调整器37，它构造成在将控制流体供给到公共歧管之前，调整控制流体的温度和/或压力和/或流率。

例如，调整器37可调整控制流体的温度和压力，以便具有所需的温度和压力。

显然，可通过调节供给到间距控制腔29的控制流体的温度、压力和流率来控制涡轮间距16。

换句话说，调整器37构造成基于装置参数来调整控制流体的温度和/或压力和/或流率，以便使间距16保持在期望值。

例如，调整器37构造成基于至少一个参数，诸如局部温度和/或间距测量和/或涡轮5的负载状况和/或涡轮5的负载变化速度和/或涡轮入口处的温度等，来调整控制流体的温度和/或压力和/或流率。

根据图2中公开的非限制性实施例，连接到间距控制腔29中的至少一个的出口33上的排出管道34基本沿轴向延伸且流到工作膨胀通道7中。根据未示出的变型，排出管道34不沿轴向延伸，并且相对于轴线A成角度地倾斜。

照这样，控制流体在膨胀通道7中通过排出端口38排出，并且在涡轮5中可提供另外的有用功，从而提高装置1的整体效率。特别地，排出端口38在成径向阵列的转子叶片13和成径向阵列的定子导叶11之间布置在导叶载体10上。

在这里公开且在图3和4中示出的非限制性示例中，连接到较接近导叶载体10的分裂平面S的间距控制腔29a的出口33a上的排出管道34a，连接间距控制腔29a与相邻间距控制腔29b，以便产生连续排出构造。照这样，在分裂平面处实现最小空间占用。

优选地，间距控制腔29b具有连接到基本轴向地延伸或者相对于轴线A成角度地倾斜并且流到膨胀通道7中的相应的排出管道上的出口(所述排出管道在附图中特别地不可见)。

优选地通过在分裂平面S处钻削导叶载体10来实现排出管道34a。然而，所述解决方案意味着存在可能被堵塞或连结的不合需要的维修通道39。

根据未示出的变型，至少一个排出管道可将控制流体直接或间接地排出到需要冷却的构件中，诸如导叶、定子平台(附图中未示出)、热盾(附图中未示出)。照这样，控制流体可用于节省专用冷却空气(大体从压缩机抽取)，因而提高装置1的整体效率。

根据未示出的另一个变型，至少一个排出管道可将控制流体直接或间接地排出到需要吹扫空气的选定的定子腔中(附图中未示出)，以防止来自膨胀通道7的热流体进入。

参照图2-4，优选地在多个间距控制腔29中的一个的至少一部分的内部布置至少一个插入件41。

所述插入件41可在形状上设置成以便引导间距控制腔29内部的控制流体流，从而允许自由地设计入口30和出口33沿着间距控制腔29的轴线B的位置。

此外所述插入件41可加强在间距控制腔29中流动的控制流体和导叶载体10的材料之间的热传递，以便影响导叶载体10的温度。插入件41实际上允许以适度的流量操作。

插入件41可为EP 3023600中公开的插入件之一。

在图2中公开和示出的非限制性示例中，插入件41主要具有圆柱形中空管的形状，以便控制流体流可传送通过插入件41，以便限制与导叶载体10的热传递，以及在限定在插入件41和间距控制腔29的相应的内表面之间的间隙42中的热传递，以便保持最大热传递面积和提高流速度。

根据未显示的变型，插入件在形状上设置成以便控制流体流可首先沿一个方向传送通过插入件41，然后沿相反方向传送到限定在插入件41和间距控制腔29的相应的内表面之间的间隙42中。在该解决方案中，间距控制腔29的入口和出口可定位成紧挨着，并且沿着间距控制腔29的轴线B基本在相同位置处。

根据未显示的变型，插入件在形状上设置成以便控制流体流可首先可沿一个方向传送到限定在插入件41和间距控制腔29的相应的内表面之间的间隙42中，然后沿相反方向传送通过插入件41。在这个解决方案中，间距控制腔29的入口和出口也可定位成紧挨着，并且沿着间距控制腔29的轴线B在基本相同的位置处。

优选地，限定在插入件41和间距控制腔29的相应的内表面之间的间隙具有厚度T(意于作为沿着垂直于轴线B的方向的测量)，它根据间距控制腔29的直径而改变。优选地，间距控制腔29的直径和厚度T之间的比包括在1:200至1:2之间。

根据未显示的变型，插入件设有在外表面上的湍流器，以便在间隙42内部产生湍流。照这样，流速度和热传递得到改进。

例如，所述湍流器可为从插入件41的外表面突出的成螺旋形弯曲的肋部。

根据未显示的变型，插入件设有冲击传送孔。照这样，传送通过插入件的控制流体流还传送通过冲击孔，并且冲击在间距控制腔29的内表面上，即，冲击在导叶载体10上。

根据未显示的变型，插入件不是圆柱形的，并且具有由圆锥形和圆柱形部分的组合限定的形状，使得间隙42的厚度T可沿着插入件的长度改变。

根据未显示的变型，插入件设有构造成抵抗振动的阻尼器件。

根据未显示的变型，间距控制腔还包括构造成累积灰尘的集尘阱。

可通过将插入件41旋到间距控制腔29中(在该情况下，插入件41和间距控制腔29具有螺纹部分)，或者通过使插入件41收缩到间距控制腔29中，或者使插入件41与间距控制腔29压紧，或者通过用锁定螺钉将插入件41固定到间距控制腔29上，或者通过将插入件41焊接到间距控制腔29上，或通过将插入件41压配合到间距控制腔29中，来将插入件41固定在相应的间距控制腔29中。

最后，清楚的是可对本文描述的导叶载体和装置进行修改和变型，而不偏离所附权利要求中限定的本发明的范围。

Claims (15)

1.一种用于燃气涡轮装置的导叶载体，所述导叶载体沿着纵向轴线(A)延伸且包括相对于所述纵向轴线(A)横向地延伸的至少一个间距控制腔(29)。

2.根据权利要求1所述的导叶载体，其特征在于，所述间距控制腔(29)相对于所述纵向轴线(A)径向地延伸。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的导叶载体，其特征在于，所述导叶载体包括沿着周向方向分布的至少一组多个间距控制腔(29)。

4.根据权利要求3所述的导叶载体，其特征在于，所述多个间距控制腔(29)沿着所述周向方向均匀地分布。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的导叶载体，其特征在于，所述导叶载体具有面向设有导叶(11；21)的工作通道(7；8)的内表面(32b)以及与所述内表面(32b)相对的外表面(32a)；其中，所述间距控制腔(29)是制作到所述导叶载体(10；20)的外表面(32a)中的盲孔。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的导叶载体，其特征在于，所述间距控制腔(29)具有连接到控制流体源(31，16，3)上的至少一个入口(30)。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的导叶载体，其特征在于，所述间距控制腔(29)具有连接到相应的排出管道(34；34a)上的至少一个出口(33；33a)。

8.根据权利要求7所述的导叶载体，其特征在于，所述排出管道(34)流到设有导叶(11；21)的工作通道(7；8)中。

9.根据权利要求7所述的导叶载体，其特征在于，所述排出管道(34a)将所述间距控制腔(29a)的出口(33a)连接到另一个相邻间距控制腔(29b)的另一个入口上。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的导叶载体，其特征在于，所述导叶载体包括至少一个插入件(41)，所述至少一个插入件(41)布置在至少一个间距控制腔(29)内部。

11.根据权利要求10所述的导叶载体，其特征在于，所述插入件(41)是中空的，以便允许控制流体传送通过其中。

12.根据权利要求10或权利要求11所述的导叶载体，其特征在于，所述插入件(41)在形状上设置成以便在所述插入件(4)和所述间距控制腔(29)的内表面之间限定间隙(42)。

13.一种用于生产电功率能的装置，所述装置包括压缩机(3)、燃烧器(4)和燃气涡轮(5)；所述燃气涡轮(5)包括前述权利要求中的任一项所述的至少一个导叶载体(7)。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述间距控制腔(29)连接到抽取管线(36)上，所述抽取管线(36)构造成从所述压缩机(3)抽取空气，并且将所述空气供给到所述间距控制腔(29)。

15.一种用于生产电功率能的装置，所述装置包括压缩机(3)、燃烧器(4)和燃气涡轮(5)；所述压缩机(3)包括前述权利要求中的任一项所述的至少一个导叶载体(8)。