CN110878714A - 一种燃气轮机压气机冷却系统 - Google Patents

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罗炳亮
王云
李茂源
涂杲星
邹桐煊
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Abstract

本发明公开了一种燃气轮机压气机冷却系统，包括冷却管路和输送装置，所述冷却管路和输送管路连通；所述冷却管路位于发动机轴垂直面内，与发动机高压压气机静子位置对应；所述冷却管路包括环形冷液输送管路、径向冷液输送管和静叶；所述静叶安装在燃气轮机的轮毂与机匣之间，所述静叶的内部设有中空的静叶内腔，所述静叶的叶背和叶腹设置有与所述静叶内腔连通的渗流孔，所述静叶内腔通过所述径向冷液输送管和环形冷液输送管路连通。本发明用一种较为简单的管路设计，实现中高压压气机气流有效冷却，同时减轻了冷却管路重量、减少了对压气机流场的干扰。

Description

一种燃气轮机压气机冷却系统
技术领域
本发明涉及燃气轮机技术领域，具体涉及一种燃气轮机压气机冷却系统。
背景技术
燃气轮机的多级压气机按前段、中段、后段，可对应分为低压压气机、中压压气机和高压压气机，气流进去压气机后，随着压气机不断对气流压缩做功，气流温度逐渐升高，至中高压压气机时，气温可达500至600摄氏度，由空气性质，随着气温逐渐升高，压气机压缩做功愈加困难，故高压压气机做功效率下降，做功量减少，此现象在夏天高温季节更为明显。
为缓解高压压气机气流温度过高导致压气机效率下降，进而导致燃气轮机效率下降，非常有必要对高温气流进行有效降温。通常处理办法是在第一级压气机前设置一圈雾化喷嘴，向压气机中喷洒雾化液滴，液滴随气流进去压气机，在气温升高时挥发降温。这类设计方法不仅较大增加了发动机附件重量如果设置10～12个喷头，发动机将增加2-3千克重量，还破坏了低压中压压气机压缩性能a.喷雾将对进气来流速度三角形产生干扰，进而破坏第一级压气机原本设计的速度流场，后面级还会将这种干扰逐级放大，最终影响燃气轮机效率；b.第一级压气机压缩的气流由于温度低、密度小，气动性能较差，很容易失速分离，雾化液滴在压气机前就开始挥发，进一步降低了来流温度，使其性能更加恶化；而且降温性能较差中级压气机所压缩的气流温度、密度都已增加较多，气动性能较好，因而大部分压缩功都在中压压气机中施加，在压气机第一级之前喷雾，势必降低中压压气机温度，为中压压气机施加足量压缩功提出了挑战；另外，雾滴在中压压气机中挥发殆尽，无法再对高压压气机进行有效降温，不能很好提高高压压气机做工能力。，所以这类处理办法很难对高压压气机进行有效降温。
另一种方法在中压压气机之后、高压压气机之前的机匣上安装一排喷嘴，以实现对高压压气机气流的冷却，这种办法仍然无法解决重量增加的问题，且此喷嘴所在位置三维流场复杂，喷嘴雾化时产生的扰流对来流会产生极大干扰，大大降低后面级的做功效率。
发明内容
本发明所要解决的问题是：提供一种燃气轮机压气机冷却系统，用一种较为简单的管路设计，实现中高压压气机气流有效冷却，同时减轻了冷却管路重量、减少了对压气机流场的干扰。
本发明为解决上述问题所提供的技术方案为：一种燃气轮机压气机冷却系统，包括冷却管路和输送装置，所述冷却管路和输送管路连通；所述冷却管路位于发动机轴垂直面内，与发动机高压压气机静子位置对应；所述冷却管路包括环形冷液输送管路、径向冷液输送管和静叶；所述静叶安装在燃气轮机的轮毂与机匣之间，所述静叶的内部设有中空的静叶内腔，所述静叶的叶背和叶腹设置有与所述静叶内腔连通的渗流孔，所述静叶内腔通过所述径向冷液输送管和环形冷液输送管路连通。
优选的，所述输送装置包括液泵和液泵管，所述液泵管和液泵连通，所述液泵管远离所述液泵的一端和所述环形冷液输送管路连通。
优选的，所述环形冷夜输送管路包括冷液输入孔、冷液分配孔和环状输送管，所述冷液输入孔对称分布在机匣外侧。
优选的，所述静叶内腔的截面呈月牙形。
优选的，所述渗流孔呈点阵分布在静叶叶背和叶腹表面。
优选的，所述渗流孔为毫米级几何通孔，为圆孔或椭圆孔；渗流孔的轴线设置为垂直叶型表面气流流线或为与气流方向存在锐角或钝角。
优选的，所述径向冷液输送管为多根，与静叶一一对应。
与现有技术相比，本发明的优点是：本发明公开的燃气轮机压气机冷却系统，利用一种简单静叶打孔渗流的结构形式，实现了对高压压气机中的高温高速气流的冷却。同时，由于采用气动雾化原理，直接在静叶叶背和叶腹设置渗流孔，使得冷液直接与高速气流接触，实现雾化，免去了雾化喷嘴的重量；另外，采用静叶腔孔渗流冷液，而非高速喷射，减少了对压气机中气流流场的干扰和破坏。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为燃气轮机压气机冷却系统整体结构示意图；
图2为燃气轮机压气机冷却系统的冷却管路示意图；
图3为燃气轮机压气机静叶打孔示意图；
图4为静叶内腔形状示意图；
图5为冷却管路的示意图；
附图标注：1、环形冷液输送管路，1-a、冷液输入孔，1-b、冷液分配孔，1-c、环状输送管，2、径向冷液输送管，3、静叶，3-1、静叶内腔，4、机匣，5、渗流孔，6、液泵，7、液泵管，8、轮毂。
具体实施方式
以下将配合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
在本发明中，轴向是指机匣4和轮毂8的轴心线的方向，径向是指空间内经过轴心线A-A且垂直于轴向的方向，周向是指空间内垂直于机匣4轴向和径向的方向。
如图1至图2所示，本发明提供一种燃气轮机压气机冷却系统，用于对燃气轮机的高压压气机中的高温高速气流进行冷却，包括冷液液泵6、液泵管7和冷却管路；液泵可从冷液储蓄池中抽取冷液冷液可为净水或燃油，净水可为物理杂质不影响管路流通的工业用水，冷液温度不高于常温，并压入液泵管形成高压液流，高压液流经液泵管7和冷液输入孔1-a流入冷却管路；
如图2所示，冷却管路包括环形冷液输送管1、径向冷液输送管2、静叶3、机匣4、静叶叶背/叶腹的渗流孔5、轮毂8；冷却管路位于发动机轴垂直面内，与发动机高压压气机静子位置对应；来自液泵管的高压冷液从冷液输入孔1-a进入环形冷液输送管1的环状输送管1-c，又由冷液分配孔1—b分别输送至各根径向冷液输送管2，再由径向冷液输送管2注入静叶3的静叶内腔3-1；
如图2所示，所述环形冷夜输送管1包括冷液输入孔1-a、冷液分配孔1—b和环状输送管1-c，所述所述冷液输入孔1-a对称分布发动机机匣4外侧，这样设计的好处是使得环状输送管1-c中冷液压力尽可能均匀，以保证冷液分配孔1—b分配至各根径向冷液输送管2的冷液均匀而充足，保证渗流流量的均匀稳定；所述冷液分配孔1—b与静叶3一一对应，所述冷液输入孔1-a、冷液分配孔1—b位于环状输送管1-c上，环状输送管1-c垂直于轴线，周向分布；所述环状输送管1-c通过冷液输入孔1-a与液泵管7连通，形成冷液输送通路；所述环状输送管1-c通过冷液分配孔1—b与各个径向冷液输送管2连通，形成冷液输送通路。
如图2所示，静叶安装于轮毂8与机匣4之间，也有部分燃气轮机采用轮毂端榫头固定静叶，静叶沿周向安装形成静子；
如图3和4所示，静叶与机匣连接段开设有孔，以连通径向冷液输送管2和静叶内腔3-1，静叶内腔呈月牙形，这样设计的目的是使得叶片强度、刚度满足要求的同是，内腔中储存尽量多的冷液；以保证渗流孔均匀稳定渗流；轮毂端为盲孔；如图所示，静叶叶背图4和叶腹图3均分布有孔，呈点阵分布这样设计的好处是渗流均匀，以期与来流充分混合，且对叶型表面附面层和来流场不造成干扰；渗流孔可为圆形或椭圆形，可垂直于来流方向，也可与来流方向成锐角或钝角；渗流孔为毫米级，也可为其他级别尺寸，略小为好，因为渗流孔小利于气动雾化，也利于吸收液泵端带来的高压，不至于冷液高速喷射进入流场，扰乱来流；其中，径向冷液输送管2、静叶内腔3-1和静叶叶背/叶腹的渗流孔5连通，形成冷液输送和渗流通路；
如上所述，静叶设置有内腔和点阵孔，且可由机匣端与外部管道连通，静叶沿周向安装形成静子，静子与径向冷液输送管2和环形冷液输送管1形成冷却管路，冷却管路既具备渗流冷却功能，又为压气机原本的一级静子，将此静子间隙设置于中高压压气机段，即形成对高温高速气流降温的冷却系统。
以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化。凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明保护范围内。

Claims (7)

1.一种燃气轮机压气机冷却系统，其特征在于：包括冷却管路和输送装置，所述冷却管路和输送管路连通；所述冷却管路位于发动机轴垂直面内，与发动机高压压气机静子位置对应；所述冷却管路包括环形冷液输送管路(1)、径向冷液输送管(2)和静叶(3)；所述静叶(3)安装在燃气轮机的轮毂(8)与机匣(4)之间，所述静叶(3)的内部设有中空的静叶内腔(3-1)，所述静叶(3)的叶背和叶腹设置有与所述静叶内腔(3-1)连通的渗流孔(5)，所述静叶内腔(3-1)通过所述径向冷液输送管(2)和环形冷液输送管路(1)连通。
2.根据权利要求1所述的一种燃气轮机压气机冷却系统，其特征在于：所述输送装置包括液泵(6)和液泵管(7)，所述液泵管(7)和液泵(6)连通，所述液泵管(7)远离所述液泵(6)的一端和所述环形冷液输送管路(1)连通。
3.根据权利要求1所述的一种燃气轮机压气机冷却系统，其特征在于：所述环形冷液输送管路(1)包括冷液输入孔(1-a)、冷液分配孔(1-b)和环状输送管(1-c)，所述冷液输入孔(1-a)对称分布在机匣(4)外侧。
4.根据权利要求1所述的一种燃气轮机压气机冷却系统，其特征在于：所述静叶内腔(3-1)的截面呈月牙形。
5.根据权利要求1所述的一种燃气轮机压气机冷却系统，其特征在于：所述渗流孔(5)呈点阵分布在静叶(3)叶背和叶腹表面。
6.根据权利要求5所述的一种燃气轮机压气机冷却系统，其特征在于：所述渗流孔(5)为毫米级几何通孔，为圆孔或椭圆孔；渗流孔(5)的轴线设置为垂直叶型表面气流流线或为与气流方向存在锐角或钝角。
7.根据权利要求1所述的一种燃气轮机压气机冷却系统，其特征在于：所述径向冷液输送管(2)为多根，与静叶(3)一一对应。
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