CN1301365C - 一种与燃气轮机配套的透平机 - Google Patents

Abstract

一种与燃气轮机配套的透平机，它包含有透平机缸体和盘鼓轴系，以及设在透平机缸体上的喷嘴环叶片，设在盘鼓轴系上的透平工作叶片，喷嘴环叶片之叶缘内设有导流板、平板，叶缘、导流板、平板设有气流孔，叶缘之叶盆叶背内部设有散热筋，涡流长、短矩阵槽；透平工作叶片叶缘之前缘内设有断续筋，叶盆叶背之间设有隔墙，隔墙内设有筋条，叶盆叶背之内部设有涡流长、短矩阵槽，喷嘴环叶片、透平工作叶片均采用冷空气进行冷却，该机具有冷却空气耗量少，叶片工作寿命长，利于燃气轮机出力提高。

Description

一种与燃气轮机配套的透平机

技术领域

本发明涉及一种与燃气轮机配套的透平机，尤其是关于与重型燃气轮机配套，具有强制、高效冷却效果的透平机。

背景技术

目前，与燃气轮机配套的透平机，在其盘鼓轴系上，设有若干与其连接的可旋转的透平工作叶片，成叶列形式布置依次构成若干级；在透平机缸体上，设有若干与其固定的喷嘴环叶片，成叶列形式布置，依次构成若干级，每个喷嘴环叶片级均设在两个透平工作叶片级之间，当高温高压工作介质驱动透平膨胀做功时，透平机内的透平工作叶片和旨在引导工作介质的喷嘴环叶片，温度很高，由于现有叶型结构和主体流路不尽合理，使其降温需消耗大量的冷却介质，使提高燃机效率受到限制，而且透平机工作叶片工作不可靠性增加，使用寿命下降，整机维护保养费用提高。

发明内容

针对上述不足之处，本发明将要提供一种以最少的冷却空气流量换取最大的冷却效果，提高透平机工作叶片可靠性，延长使用寿命，有益于燃气轮机发挥工作效率的透平机。

本发明解决其具体技术问题所采取的技术方案是，在透平机盘鼓轴系上，依次设有工作叶片级，每级具有若干与盘鼓轴系相连，可旋转，呈叶列形式设置的透平工作叶片，在透平机缸体上，于每两级工作叶片之间设有喷嘴环叶片级，每级具有若干与透平缸体相连、以叶列形式设置的喷嘴环叶片；各透平工作叶片用枞树形榫齿固定在盘鼓轴系上，其叶片缘板内外表面作为热气流流道边界；喷嘴环叶片外缘板上的双支点固定在透平缸体内安装边上，外缘板的内表面与内缘板的外表面构成了热气流流道边界，透平工作叶片通过流过透平机的工作介质的动量转换驱动透平转子，喷嘴环叶片用于引导和加速工作介质流动。

为使燃气轮机从燃烧室流出的工作介质温度达到1200℃～1300℃，增加燃机功率，透平机各工作叶片又能运转平衡，寿命长，其中至少有1～3级透平工作叶片和1～4级喷嘴环叶片使用冷却空气冷却，至少前几级叶片为复合式冷却叶片，其中喷嘴环叶片，叶身内腔设有导流片和平板，构成双腔式结构，导流片叶背方向、叶盆方向均有开孔，叶身前缘型腔开有气膜孔，叶身之叶背、叶盆内部沿叶形不同间距设有散热筋，且沿工作介质流动方向散热筋间距越来越小，与此相邻还依次设有具有不同交会角的涡流长矩阵型槽，具有扰流柱的不同交会角的涡流短矩阵型槽；透平工作叶片内腔前缘设有径向断续筋，叶盆叶背间设有隔墙，每道隔墙左右间之叶盆叶背内壁上设有不同倾角且互不连接的筋条，在叶盆叶背内壁上依次设有不同交会角和间距的涡流长矩阵型槽，涡流短矩阵型槽和具有扰流柱的涡流短矩阵型槽。工作时，其冷却空气的流动流路是来自燃烧室二股气流的冷却空气由下端进入导流片，一部分冷却空气通过平板上的孔进入前缘型腔，再经前缘的气膜孔对叶身前缘进行气膜对流冷却，另一部分空气经导流片叶背方向上的孔进入沿叶形不同间距的散热筋，叶盆方向上的孔进入沿叶形不同间距的散热筋，由此出来的空气进入长、短涡流矩阵型槽，最后由排气边缝隙流出，进入工作介质通道；二是来自外置水冷却空气的气流经外部导管进入盘鼓轴系的中心孔内，增压后依次流入盘孔，叶片根部变截面通道，冷却叶片前缘径向断续筋，经隔墙节流后，流经叶盆叶背不同倾角且互不连接的筋条，长、短涡流矩阵型槽后从排气边缝隙流入工作介质通道。

本发明的有益效果是：消耗用于冷却的空气量少，并能到达所有叶片、盘鼓、缸体等部位，冷却效果好，透平工作叶片，喷嘴环叶片工作稳定性提高，使用寿命长，助于燃气轮机出力提高，避免转动部件使用昂贵材料，加工方便，成本低。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明。

图1是本发明结构示意图；

图2是图1中喷嘴环叶片截面示意图；

图3是图2中喷嘴环叶片叶盆纵向剖面内部结构示意图；

图4是图2中喷嘴环叶片叶背纵向剖面内部结构示意图；

图5是图1中透平工作叶片截面示意图；

图6是图5中透平工作叶片叶盆纵向剖面内部结构示意图；

图7是图5中透平工作叶片叶背纵向剖面内部结构示意图；

图8是图1中冷却流路示意图。

图中：1透平机，2盘鼓轴系，3透平工作叶片，4透平机缸体，5喷嘴环叶片，6透平工作叶片壁，7喷嘴环叶片壁，8导流片，9平板，10孔，11气膜孔，12导流片孔，13散热筋，14涡流长矩阵型槽，15扰流柱，16涡流短矩阵型槽，17径向断续筋，18隔墙，19筋条，20涡流长矩阵型槽，21涡流短矩阵型槽，22扰流柱，23涡流短矩阵型槽。

具体实施方式

本发明所述的透平机1在透平机盘鼓轴系2上依次设有工作叶片级，每级具有若干与盘鼓轴系2相连、可旋转、呈叶列形式设置的透平工作叶片3，在透平机缸体4上于每两级工作叶片级之间设有喷嘴环叶片级，每级具有若干与透平缸体4相连的以叶列形式设置的喷嘴环叶片5；各透平工作叶片3用枞树形榫齿固定在盘鼓轴系2上，其透平工作叶片缘板内外表面作为热气流流道边界；喷嘴环叶片外缘板上的双支点固定在透平缸体4内安装边上，缘板内外表面作为热气流流道边界，上述两种边界组为工作介质通道，透平工作叶片3通过透平机1的工作介质的动量转换，驱动透平转子。喷嘴环叶片5用于引导和加速工作介质流动。

为使燃气轮机中从燃烧室流出的工作介质温度达到1200℃～1300℃，增加燃机功率，透平机各工作叶片应能运转平稳，寿命长，其中至少1～3级透平工作叶片3和1～4级喷嘴环叶片5用冷却空气冷却，至少前几级叶片为复合式冷却叶片，其中喷嘴环叶片内腔设有导流片8和平板9，构成双腔式结构，导流片叶背方向、叶盆方向均开有多个孔10，叶片前缘型腔开有多个不同方向的气膜孔11，叶片之叶背叶盆内部沿叶形不同间距设有1～4组散热筋13，且沿工作介质流动方向散热筋间距越来越小，与此相邻还依次设有具有不同交会角的涡流长矩阵型槽1～2组，具有扰流柱15的不同交会角的涡流短矩阵型槽16；透平工作叶片内腔前缘设有径向断续筋17，其叶盆叶背间设有隔墙18，每道隔墙左、右间叶盆叶背内壁上设有不同倾角且互不连接的筋条19，在叶盆和叶背内壁上依次设有不同交会角和间距的涡流长矩阵型槽20，涡流短矩阵型槽21和具有扰流柱22的涡流短矩阵型槽23。

工作时来自燃烧室的二股气流的冷却空气，由下端进入导流片8，一部分冷却空气通过平板9上的孔10进入前缘型腔再经前缘上的6排气膜孔11对叶身前缘进行气膜对流冷却，另一部分空气经导流片8之叶背方向的孔12连续进入1～4段沿叶形不同间距的散热筋13和叶盆方向的孔12连续进入1～3段的散热筋13，由此出来的空气连续进入1-2段涡流长矩阵型槽14，带有扰流柱15的涡流短矩阵型槽，最后冷气由排气边缝隙排出，进入工作介质通道；来自外置水冷冷却空气，经外部导管进入盘鼓轴系2中心管系，经旋转增压后流入盘孔，然后进入叶片根部变截面通道，在冷却叶片前缘径向断续筋17后经隔墙18对叶盆叶背不同倾角互不连接的筋条19冷却，再依次对涡轮长矩阵型槽20，涡轮短矩阵型槽21，具有扰流柱22的涡流短矩阵型槽23冷却，最后从排气缝隙排出，进入工作介质通道。

Claims (2)

1、一种与燃气轮机配套的透平机，是在透平机盘鼓轴系上依次设有工作叶片级，每级具有若干与盘鼓轴系相连，可旋转，呈叶列形式设置的透平工作叶片；在透平机缸体上，于每两级工作叶片之间，设有喷嘴环叶片级，每级有若干与透平缸体相连，以叶列形式设置的喷嘴环叶片，其特征是各透平工作叶片用枞树形榫齿固定在盘鼓轴系上，其叶片缘板内外表面作为气流流道边界；喷嘴环叶片外缘板上的双支点固定在透平缸体内安装边上，此缘板内外表面作为气流流道边界，至少透平工作叶片和喷嘴环叶片中1-3级叶片为复合冷却式结构，其中喷嘴环叶片内腔设有导流片和平板及其孔，构成双腔式结构，导流片叶背方向叶盆方向均开有孔，叶片前缘型腔开有气膜孔，叶片之叶盆叶背内部沿叶形不同间距设有散热筋，且沿工作介质流动方向散热筋间距越来越小，与此相邻还依次设有具有不同交会角的涡流长矩阵型槽，具有扰流柱的不同交会角的涡流短矩阵型槽；透平工作叶片之叶片内腔前缘设有径向断续筋，叶盆叶背间设有隔墙，每道隔墙左、右之叶盆叶背内壁上设有不同倾角且互不连接的筋条，在叶盆叶背内壁上依次设有不同交会角和间距的涡流长矩阵型槽，涡流短矩阵型槽和具有扰流柱的涡流短矩阵型槽。

2、根据权利要求1所述的一种与燃气轮机配套的透平机，其特征在于其中至少有1-3级透平工作叶片采用外置水冷冷却空气经导管进入盘鼓轴系中心管，经旋转增压流入盘孔，然后进入叶片变截面通道进气口，经对流强化冷却后再进入涡流矩阵，流经扰流柱，冷气在排气边缝排出与工作介质混合；其中至少有1-4级喷嘴环叶片采用外置水冷冷却空气经气膜孔、导流片、强化筋、涡流矩阵、扰流柱，从排气边缝流出与工作介质混合。

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