CN1381670A - 具有可轴向相对移动的引导部件的燃气轮机 - Google Patents
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Abstract
为了平衡由于受热不稳定状态而引起的不同的受热膨胀,本发明的燃气轮机具有在轴向上可相对移动的引导部件(14/15),其从外面包围着一个漏斗形燃气通道(7)。为了获得最佳的工作叶片尖端间隙,本发明建议,至少一个漏斗形引导部件(14/15)可受一个马达控制作轴向移动。通过这种轴向移动,并基于引导部件的漏斗形结构,可改变工作叶片尖端间隙的宽度。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃气轮机,它在一个燃气通道内具有一个导向叶片环和一个工作叶片环,并具有一个壳体,以及在壳体内可彼此相对移动但不可旋转的漏斗形引导部件,所述引导部件用作构成燃气通道的一外部环罩的环的支架。
背景技术
燃气轮机经常受到变化的负荷,不仅在启动阶段如此,在连续运转时也是如此。这会导致不稳定的运转,特别是在各构件所接收的温度方面。为了避免损坏涡轮,各构件的安装使其可以不受妨碍地随着受热而改变尺寸。
为了充分地将由于工作叶片尖端上的横向流动而造成的涡轮损失减至最小,将工作叶片尖端和与其相对的导流表面之间的径向间隙保持得尽可能小。由于因负荷改变而引起不同的膨胀和/或收缩时不仅工作叶片和其转子瞬时看上去就像一个全部连接的壳体,导向叶片和其支架也是如此,所以在任意多的稳定运行状态下很少能够在工作叶片尖端上出现最佳的径向间隙。因此,这种燃气轮机经常以非最佳的间隙宽度运行,从而得到非最佳的效率。
在US-PS 4,177,004中公开了一种涡轮机的设计。其中,工作叶片尖端本身会对其对面的导流面形成材料磨蚀,因此,在这种设计中,在工作叶片尖端最接近导流面的运行状态下,工作叶片尖端间隙几乎消失。而在其它运行状态下,在这种设计的涡轮机中,工作叶片尖端间隙又比较大,所以,这种设计是不利的。
在迄今公知的另一种设计中,虽然通过选择适合的材料配对,可使受热引起的构件之间的相对运动在很多运行状态下都很小,但是这种设计使得同样只能在某些稳定状态下才有最佳的工作叶片尖端间隙。在其它状态下的情况还是不太有利。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是进一步研发燃气轮机,使之在很多运行状态下都能具有最佳的工作叶片尖端间隙,这样就保证了获得良好效率的基本前提。
按照本发明,上述技术问题通过这样一种燃气轮机来解决,它在一个燃气通道内具有一个导向叶片环和一个工作叶片环,并具有一个壳体,壳体内带有不可旋转但可轴向相对移动的漏斗形引导部件,该引导部件作为构成燃气通道的外罩壳的环的支座,漏斗形引导部件中的至少一个可受一马达控制作轴向运动。
相宜地,可将很多液压机分布在引导部件的环周作为所述马达。然而,采用其它各种驱动装置也属于本发明的保护范围。这种设计的特别优点在于,能够通过引导部件的轴向移动主动地调节工作叶片尖端间隙。当将这种主动的调节限制在调节轴向运动上时,可有利地充分利用漏斗形引导部件的锥形形状,因为这种锥形使得引导部件的轴向移动能改变基本上沿径向的工作叶片尖端的间隙。
按照本发明的一有利设计,多个在引导部件的环周上分布的液压机或气压机用作所述马达。此外,各压力机的柱塞的自由端支撑在一个固定在壳体上的刚性筋上。
按照本发明的另一有利设计,在压力机的柱塞上滑动的缸体由引导部件支撑。另外,除了限定燃气通道的环外,引导部件还支撑至少一个导向叶片环。
按照本发明的又一有利设计,一个凸缘状的从引导部件径向向外伸出的止挡筋以其自由端支撑在固定于壳体上的加强筋上,并可通过压力机弹性变形。
按照本发明的再一有利设计,由对同一引导部件作用的各压力机共同产生的力至少10倍于运行时作用在止挡筋上的轴向力。另外,弹性变形止挡筋的回复力大于运行时作用在该止挡筋上的轴向力。
按照本发明的进一步有利设计,所述回复力通过使漏斗形引导部件移动而加大工作叶片尖端间隙。
按照本发明的有利扩展设计,所述凸缘状的可弹性变形的止挡筋的根部有一个端部止挡(加厚部分),其限制所述弹性变形。
按照本发明的另一有利扩展设计,在止挡筋和固定在壳体上的筋的轴向前方和后方都设置多个分布在引导部件的环周上的轴向引导件(闸瓦),以防止引导部件的歪斜。此外,所述轴向引导件(闸瓦)由壳体来支撑。
附图说明
下面结合一附图详细地描述本发明的一个实施例。
该附图示出一个涡轮机在燃气入口和出口之间的纵剖面。
具体实施方式
工作叶片环2楔入在一未详细示出的涡轮轴1上,各工作叶片环上带有若干工作叶片3。由带有若干导向叶片5的导向叶片环4引导的燃气气流6在燃气通道7中膨胀,并驱动工作叶片3。
燃气通道7具有一圆形横截面,其压力侧端与一热燃气室8联接,压缩并被加热后的燃气从热燃气室8中出来后沿箭头方向流动,到达燃气出口孔9。燃气通道7的径向内部边界由楔入涡轮轴1上的工作叶片环2的轮毂10和由导向叶片5的内端支承的导向叶片环4的不能旋转的轮毂11构成。轮毂10和11之间的缝隙用迷宫式密封来封闭。
燃气通道7的径向外部边界具有一个漏斗式的锥形,并由环12和13构成。环12和13由漏斗形引导部件14和15支撑,环12与工作叶片3的自由端相对置,环13固定导向叶片5的外端,从而支撑着由导向叶片构成的导向叶片环4整体。图中未详细示出的适宜的密封环将环12与13之间的间隙密封。
引导部件14和15是刚性很大的厚壁部件,它们轴向可移动地支撑在横截面优选为矩形的闸瓦16上,闸瓦16固定在一壳体17内,各引导部件14和15的两端分别啮合在一圈闸瓦16上,使引导部件14和15不可能发生歪斜,也不可能径向运动。
壳体17的形状和壁厚使其与引导部件14和15一样有很大的刚性,除了闸瓦16外,其内侧还分别为各引导部件14和15配置了一个刚性筋18。各刚性筋18设置在用于同一引导部件14或15的两圈闸瓦16之间,其在轴向上实际上是不可变形的。
各引导部件14和15带有一个径向向外伸出的壁较薄的止挡筋19,各止挡筋的自由端上的一个凸缘20支撑在相应的刚性筋18的朝向热燃气室8一侧。止挡筋19的根部带有一个加厚部分21,该部分虽然也朝向刚性筋18,但在轴向上比凸缘20短。
引导部件14和15的朝向燃气出口孔9的区域带有径向向外并优选梯形横截面的加强筋22,各加强筋具有一个径向取向的与相应的刚性筋18相对的止挡面23。在止挡面23与其相对的刚性筋18之间在各引导部件14或15的环周上均匀地分布着若干液压机。这些压力机的柱塞24直接顶在刚性筋18上,而各压力机的缸体25位于相应的加强筋22的止挡面23上。薄膜式中间壁26将壳体17与引导部件14和15之间的环形空间细分成小室。
分配给同一引导部件14或15的所有压力机一起构成一直线运动马达,它推动引导部件14或15相对于壳体17沿轴向向燃气出口孔9的方向移动。在移动中,止挡筋19的凸缘20顶在刚性筋18上,并弹性变形。由漏斗形引导部件14和15支撑的环12靠近地位于一个锥形罩壳上,在轴向移动时改变工作叶片尖端间隙的宽度。为了使环12不会碰到工作叶片3的尖端,对引导部件14和15的轴向可移动距离加以限制。为此,加厚部分21用作对刚性筋18的端部止挡。
在燃气轮机启动时,所有用标号表示出的部件都处于不稳定的热状态,实际上在负荷改变时也是如此。各部件的速度改变差别很大,因此,在这些部件上出现不同的受热膨胀和收缩。不同的温度变化因而导致这些部件间的相对运动,特别是环12和与其相对的工作叶片3尖端之间的间隙宽度的改变对涡轮效率的影响绝不是微不足道的。
按照本发明的设计能够对该间隙宽度进行有针对性的主动调节。为此,用图中未示出的传感器测出该宽度。当需要将间隙宽度减小时,利用由几个压力机构成的马达使相应的引导部件14和/或15向燃气出口孔9的方向移动。这时,止挡筋19弹性弯曲,当需要在相反的方向上运动时,该止挡筋将其所属的引导部件14或15向热燃气室8的方向拉回。为了实现这一目的,由配属于同一引导部件14或15的多个压力机共同产生一个轴向力,该力相当于运行时燃气气流6作用在相应的引导部件14或15上的轴向力的10倍。这两个轴向力作用在燃气出口孔9的方向上并叠加。
在一个引导部件14或15向燃气出口孔9移动时由于止挡筋19的变形所吸收的变形能被储存起来,用于在相反运动时产生回复力。在相应的引导部件14或15所处的各个位置,这一回复力都大于运行时燃气流6作用在该引导部件上的轴向力。优选的是,该回复力大致为运行时轴向力的2至3倍。这样,无论引导部件14或15处于哪个位置,都无间隙地紧压在刚性筋18上。
Claims (12)
1.一种燃气轮机,它在一个燃气通道(7)内具有一个导向叶片环(4)和一个工作叶片环(2),并具有一个壳体(17),壳体内带有不可旋转但可轴向相对移动的漏斗形引导部件(14/15),该引导部件作为构成燃气通道(7)的一个外罩壳的环(12/13)的支架,其特征在于,所述漏斗形引导部件(14/15)中的至少一个可受一马达控制作轴向运动。
2.如权利要求1所述的燃气轮机,其特征在于:多个在引导部件(14/15)的环周上分布的液压机或气压机用作所述马达。
3.如权利要求1或2所述的燃气轮机,其特征在于:各压力机的柱塞(24)的自由端支撑在一个固定在壳体上的刚性筋(18)上。
4.如权利要求1至3中任一项所述的燃气轮机,其特征在于:在压力机的柱塞(24)上滑动的缸体(25)由引导部件(14/15)支撑。
5.如权利要求1至4中任一项所述的燃气轮机,其特征在于:除了限定燃气通道(7)的环(12/13)外,引导部件(14/15)还支撑至少一个导向叶片环(4)。
6.如权利要求1至5中任一项所述的燃气轮机,其特征在于:一个凸缘状的从引导部件(14/15)径向向外伸出的止挡筋(19)的自由端支撑在固定于壳体上的刚性筋(18)上,并可通过压力机弹性变形。
7.如权利要求1至6中任一项所述的燃气轮机,其特征在于:由对同一引导部件(14/15)作用的各压力机共同产生的力至少10倍大于运行时作用在止挡筋(19)上的轴向力。
8.如权利要求1至7中任一项所述的燃气轮机,其特征在于:弹性变形止挡筋(19)的回复力大于运行时作用在该止挡筋(19)上的轴向力。
9.如权利要求1至8中任一项所述的燃气轮机,其特征在于:所述回复力通过使漏斗形引导部件(14/15)移动而加大工作叶片尖端间隙。
10.如权利要求1至9中任一项所述的燃气轮机,其特征在于:凸缘状的可弹性变形的止挡筋(19)的根部有一个端部止挡(加厚部分21),其限制所述弹性变形。
11.如权利要求1至10中任一项所述的燃气轮机,在止挡筋(19)和固定在壳体上的筋(18)的轴向前方和后方都设置多个分布在引导部件(14)的环周上的轴向引导件(闸瓦16),以防止引导部件(14/15)的歪斜。
12.如权利要求1至11中任一项所述的燃气轮机,其特征在于:所述轴向引导件(闸瓦16)由壳体(17)支撑。
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