CN109209516B - 燃气涡轮的涡轮导叶载体和包括涡轮导叶载体的燃气涡轮 - Google Patents

燃气涡轮的涡轮导叶载体和包括涡轮导叶载体的燃气涡轮 Download PDF

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Abstract

一种用于发电站的燃气涡轮，燃气涡轮(1)具有轴线(7)且包括压缩机(2)、燃烧器(3)和涡轮(5)；涡轮(5)包括设有多个叶片(6)的内转子(4)和设有多个导叶(8)的外导叶载体(9)，导叶沿轴向置于叶片(6)之间；导叶载体(9)包括壳体(10)，其具有上游端(11)；导叶载体(9)此外包括周向前部环(13)，其定中心在轴线(7)处且通过周向轨道联接件(14)联接到壳体(10)的上游端(11)。

Description

燃气涡轮的涡轮导叶载体和包括涡轮导叶载体的燃气涡轮
优先权请求
本申请要求2017年6月30日提交的欧洲专利申请No. 17179138.7的优先权，该申请的公开内容通过引用而结合到本文中。
技术领域
本发明涉及用于发电站的燃气涡轮。特别地，本发明涉及涡轮导叶载体，其构造成支承多个导叶，导叶置于由转子支承的多个叶片之间。
背景技术
如已知的那样，用于发电站的燃气涡轮(在下面，仅为燃气涡轮)包括具有轴线的转子，且设有上游压缩机区段、燃烧器区段和下游涡轮区段。用语下游和上游参照穿过燃气涡轮的主气流的方向，而用语径向、轴向、周向、内/向内和外/向外参照燃气涡轮轴线。特别地，压缩机区段包括被供应空气的入口和连接到转子且构造成压缩进来的空气的多个叶片。离开压缩机的压缩空气流入由外壳体限定的气室且从那里进入燃烧器。在燃烧器内部，压缩空气与至少一种燃料混合，且燃料和压缩空气的这种得到的混合物流入燃烧室，在这里，这个混合物燃烧。得到的热气离开燃烧室且在涡轮中膨胀，从而对转子做功。
涡轮包括由转子支承的多个叶片和外导叶载体，外导叶载体包围转子且支承多个导叶，导叶沿轴向置于叶片之间。导叶载体包括壳体，其具有面向燃烧器气室的上游端和在最后叶片处的下游端。
因为涡轮导叶载体的上游端接触燃烧器气室，所以这种部分的温度高于导叶载体的其余部分的温度。由于这个高的温度梯度，涡轮导叶载体的较热的部分试图膨胀，而较冷的部分试图收缩。这个热应力导致涡轮导叶载体的径向扭曲。
发明内容
因此，本发明的主要目的是提供用于发电站的燃气涡轮，其能够克服现有技术的上述问题。特别地，本发明的主要目的是提供涡轮导叶载体，其适于减少部件由于接触燃烧器气室的上游部分和下游部分之间的温度梯度而引起的扭曲。
为了实现上面提到的目标问题，本发明提供燃气涡轮，其具有轴线且包括(遵从主气流方向)压缩机、燃烧器和至少涡轮。燃气涡轮此外包括外壳体，其限定气室，气室被供给离开压缩机的压缩空气。燃烧器至少部分地容纳在气室中。例如，外壳体设有多个端口孔，用于支承围绕燃气涡轮的轴线同心地布置的多个罐燃烧器。
在燃烧器下游，涡轮包括设有多个叶片的内转子和设有多个导叶的外导叶载体，导叶沿轴向置于叶片之间。导叶载体包括壳体，其具有支承第一导叶且位于燃烧器气室附近的上游端和在最后叶片处的相反的下游端。
根据本发明的主要方向，导叶载体此外包括周向前部环，其定中心在燃气涡轮轴线处且联接到壳体的上游端。
有利地，根据本发明，涡轮导叶载体的前部部分与壳体的其余部件机械地分开。照这样，导叶载体的较热部分与较冷部分分开，且因此，各个部分根据局部温度独立于其它部分而自由变形。这个构造允许减少导叶载体的扭曲。
此外，因为导叶载体的前部部分制造成相对于壳体的其余部分为单独的零件，所以这种前部环可通过对于实现整个导叶载体而太昂贵的特定材料制成。例如，前部环可通过所谓的“低热膨胀材料”或低“CTE”(热膨胀系数)材料制造，这允许更好地控制前部环和壳体之间的间隙。利用根据本发明的轨道联接件，能够脱开涡轮导叶载体的上游部分和下游部分。
特别地，前部环通过周向轨道联接件联接到壳体的上游端。优选地，在这种周向轨道联接件处，间隙存在于壳体和前部环之间。
有利地，照这样，前部环可在接触壳体之前在轨道间隙内自由变形。
根据实施例，周向轨道联接件以单个轨道的形式实现，且构造成仅限制前部环相对于壳体的径向向内移位。
有利地，照这样，前部环可沿着径向向外方向自由变形。
优选地，周向前部环包括两个半部，其在相关分离线处栓接，且在分离线处没有间隙。
优选地，导叶载体此外包括多个轴向支承件，其从壳体的上游端突伸且容纳在前部环中的相关座部中。
有利地，轴向支承件避免前部环与壳体在导叶载体组装期间脱开。
优选地，燃气涡轮在前部环的下游包括用于冷却壳体的装置。特别地，壳体包括内表面和外表面；在上游端下游，壳体的外表面设有至少膛孔，其被供给冷却空气。这个实施例可看做实施例的备选方案，其中，前部环以低CTE合金实现。在这种最后一种情况中，轨道联接件构造成允许前部环相对于壳体的自由径向向内移位。
有利地，本发明允许更高地控制实际上不再与面向燃烧器气室的较热部分成整体的壳体的热膨胀/收缩。
本发明在前述部分中限定为燃气涡轮，其包括具有单独的前部环的创造性的涡轮导叶载体。但是，本发明此外涉及单个涡轮导叶载体。实际上，这个元件可与当前燃气涡轮集成，以便实现要求保护的解决方案。
要理解，前述大体描述和以下详细描述两者是示例性的，且意图提供要求保护的本发明的进一步解释。本发明的其它优点和特征将根据以下描述、附图和权利要求而显而易见。
本发明的被相信为新颖的特征特别在所附权利要求中阐述。
附图说明
在恰当地参照附图而仔细阅读详细描述之后，本发明的另外的益处和优点将变得显而易见。
但是，通过参照结合附图得到的本发明的以下详细描述，可最佳地理解本发明本身，详细描述描述了本发明的示例性实施例，其中：
图1为用于发电站的燃气涡轮的示意图；
图2为涡轮区段的示意性透视图；
图3为图2的涡轮区段的示意性截面图；
图4为图3的特定部分的示意性放大图；
图5为图2的涡轮区段的备选实施例的示意性截面图。
具体实施方式
结合附图，在下面根据优选实施例来描述本发明的技术内容和详细描述，优选实施例不用来限制本发明的实施范围。根据所附权利要求进行的任何等效改变和修改都由本发明要求保护的权利要求所覆盖。
现在将参照附图，以详细描述本发明。
参照图1，其为用于发电站的燃气涡轮的示意图。根据图1的示例，燃气涡轮1具有轴线7且包括压缩机2、燃烧器3和涡轮5。如已知的那样，进入的空气被压缩机2压缩且然后进入由燃气涡轮的外壳体限定的气室(未显示在图1中)。压缩空气从气室进入燃烧器3。在燃烧器3中，空气与至少燃料混合且这个混合物燃烧。离开燃烧器级3的热气在涡轮5中膨胀，从而沿着轴线7对转子4做功。
图2为图1的涡轮的示意性透视图。根据图2，涡轮包括转子4，沿着轴线7，其设有多个叶片6。围绕转子4，提供涡轮导叶载体9。这个导叶载体9支承多个导叶8且包括壳体10和前部环13，前部环13联接到壳体10的上游部分13。前部环13和壳体10两者以两个半部实现，两个半部在分离线18处彼此栓接。
图3为图2的涡轮区段的示意性截面图。根据图3，壳体10包括内表面15和外表面16，其连接上游部分13与下游部分12。内表面15支承多个导叶8，导叶与转子叶片6交错。如图3中公开，前部环13不与壳体9成整体且通过周向轨道联接件14联接到上游部分11，周向轨道联接件14定中心在轴线7处。图3此外公开膛孔17，其实现在壳体10的外表面中且构造成接收冷却空气。在图3中标号M表示热气的主流向。在这个实施例中，前部环13可通过传统的合金实现，且其基本终止在第一导叶处。
图4为图3的特定部分的示意性放大图。特别地，图4公开在前部环13和壳体9的上游部分10之间的周向轨道联接件14的优选实施例。根据这个实施例，限制前部环13相对于壳体9的径向向内移位。特别地，前部环13包括钩部分19，其朝向轴线7定向，且容纳在壳体10的外表面16中获得的对应的座部20中。
图5为图2的涡轮区段的示意性截面图。在这个实施例中，壳体9不设有冷却膛孔，但是前部环13通过低CTE(热膨胀系数)合金实现。在这个实施例中，前部环13基本在导叶载体9的中间部分处终止。
特别地，在图5的实施例中，轨道联接件构造成限制前部环13相对于壳体10的径向向外移位且允许径向向内移位。实际上，在这个实施例中，由低CTE材料制成的前部环的膨胀比壳体的其余部分少。
虽然关于本发明的上面提到的优选实施例来解释本发明，但是要理解，可进行许多其它可行修改和改变，而不偏离本发明的范围。因此，设想到，所附权利要求将覆盖落在本发明的真实范围内的这种修改和改变。

Claims (13)

1.一种用于发电站的燃气涡轮，所述燃气涡轮(1)具有轴线(7)且包括压缩机(2)、燃烧器(3)和涡轮(5)；所述涡轮(5)包括设有多个叶片排(6)的内转子(4)和设有多个导叶排(8)的外导叶载体(9)，所述导叶排沿轴向置于所述叶片排(6)之间；所述导叶载体(9)包括壳体(10)，其具有支承第一导叶排(8)的上游端(11)、相反的下游端(12)、连接所述上游端(11)和下游端(12)的内表面(15)和外表面(16)；
其特征在于，
所述导叶载体(9)此外包括周向前部环(13)，其定中心在所述轴线(7)处且联接到所述壳体(10)的所述上游端(11)；
其中，所述前部环(13)通过周向轨道联接件(14)联接到所述壳体(10)的所述上游端(11)；
其中，所述周向轨道联接件(14)实现为单个轨道的形式，所述单个轨道由所述前部环(13)的钩部分(19)限定，所述钩部分(19)朝向所述轴线(7)定向，且容纳在所述壳体(10)的外表面(16)中获得的对应的座部(20)中。
2.根据权利要求1所述的燃气涡轮，其特征在于，在所述周向轨道联接件(14)处，间隙存在于所述壳体(10)和所述前部环(13)之间。
3.根据权利要求1所述的燃气涡轮，其特征在于，所述周向轨道联接件(14)构造成限制所述前部环(13)相对于所述壳体(10)的径向向内移位。
4.根据权利要求3所述的燃气涡轮，其特征在于，所述周向前部环(13)包括两个半部，其在相关分离线(18)处栓接，在所述分离线(18)处没有间隙。
5.根据权利要求4所述的燃气涡轮，其特征在于，所述导叶载体(9)此外包括多个轴向支承件，其从所述壳体(10)的所述上游端(11)突伸且容纳在所述前部环(13)中的相关座部中。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的燃气涡轮，其特征在于，所述燃气涡轮在所述前部环(13)下游包括用于控制所述壳体(10)的膨胀的装置。
7.一种用于发电站的燃气涡轮的涡轮导叶载体，其中，所述燃气涡轮(1)具有轴线(7)且包括压缩机(2)、燃烧器(3)和涡轮(5)；所述涡轮(5)包括内转子(4)，其设有多个叶片排(6)；所述涡轮导叶载体(9)构造成支承沿轴向置于所述叶片排(6)之间的多个导叶排(8)，且包括壳体(10)，所述壳体(10)具有支承第一导叶排(8)的上游端(11)、相反的下游端(12)、连接所述上游端(11)和下游端(12)的内表面(15)和外表面(16)；
其特征在于，
所述涡轮导叶载体(9)此外包括周向前部环(13)，其定中心在所述轴线(7)处且联接到所述壳体(10)的所述上游端(11)；
其中，所述前部环(13)通过周向轨道联接件(14)联接到所述壳体(10)的所述上游端(11)；
其中，所述周向轨道联接件(14)实现为单个轨道的形式，所述单个轨道由所述前部环(13)的钩部分(19)限定，所述钩部分(19)朝向所述轴线(7)定向，且容纳在所述壳体(10)的外表面(16)中获得的对应的座部(20)中。
8.根据权利要求7所述的涡轮导叶载体，其特征在于，在所述周向轨道联接件(14)处，间隙存在于所述壳体(10)和所述前部环(13)之间。
9.根据权利要求7所述的涡轮导叶载体，其特征在于，所述周向轨道联接件(14)构造成限制所述前部环(13)相对于所述壳体(10)的径向向内移位。
10.根据权利要求9所述的涡轮导叶载体，其特征在于，所述周向前部环(13)包括两个半部，其在相关分离线(18)处栓接，在所述分离线(18)处没有间隙。
11.根据权利要求10所述的涡轮导叶载体，其特征在于，所述导叶载体(9)此外包括多个轴向支承件，其从所述壳体(10)的所述上游端(11)突伸且容纳在所述前部环(13)中的相关座部中。
12.根据权利要求7到11中的任一项所述的涡轮导叶载体，其特征在于，所述燃气涡轮在所述前部环(13)下游包括用于控制所述壳体(10)的热膨胀的装置。
13.根据权利要求12所述的涡轮导叶载体，其特征在于，所述壳体(10)包括内表面(15)和外表面(16)，在所述上游端(11)下游，所述壳体(10)的所述外表面(16)设有至少膛孔(17)，其供给冷却空气。
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