CN1467363A - 燃气轮机中的静止叶片与装有这种叶片的燃气轮机 - Google Patents

Abstract

一种燃气涡轮(10)静止叶片(133)，可在减小在静止叶片内罩(133c)后缘附近一部分处的热应力。静止叶片在燃气涡轮轴向上位于至少一个运动叶片圆盘(32e，34e，36e，38e)附近。一凹下部分(40)以凹下部分制成在内罩后缘附近并在内罩内部周边表面上的方式设置在内罩之内，在此冷却空气沿着面对各运动叶片圆盘的转轴的内部周边表面流过；以及一伸出部分(133i)，朝向转轴伸出，制成在内罩后缘处。

Description

燃气轮机中的静止叶片与装有 这种叶片的燃气轮机

技术领域

本发明涉及设置在燃气轮机之中的一种静止叶片(或定子叶片)和一种装有这种叶片的燃气轮机。

背景技术

一如图4之中所示，一燃气涡轮10具有以下主要组成部分：(i)一压缩机(未画出)，用于压缩供燃烧用的空气并将压缩空气供给一燃烧器20，(ii)燃烧器20，用于通过将由压缩机供给的燃料喷入空气以便燃用空气并产生高温燃烧气G，以及(iii)一涡轮部分30，位于燃烧器20下游一侧并由自燃烧器20传送的燃烧气G予以驱动。

作为一项典型范例，涡轮部分30具有一第一排静止叶片31，一第一排运动叶片(或转子叶片)，一第二排静止叶片33，一第二排运动叶片34，一第三排静止叶片35，一第三排运动叶片36，一第四排静止叶片37，以及一第四排运动叶片38。

第一排静止叶片31具有一外罩31a，一主体31b-其截面具有翼面形状，以及一内罩31c。第一排静止叶片31经由外罩固紧在定子一侧处的一腔室(未画出)之内。同样，第二排静止叶片33具有一外罩33a，一主体33b-其截面也具有翼面形状，以及一内罩33c。第二排静止叶片33经由外罩33a固紧在定子一侧处的腔室之内。另外同样，第三排静止叶片35具有一外罩35a，一主体35b-其截面也具有翼面形状，以及一内罩35c。第三排静止叶片35经由外罩35a固紧于定子一侧处的腔室之内。另外同样，第四排静止叶片37具有外罩37a，一主体37b-其截面也具有翼面形状，以及一内罩37c。第四排静止叶片37经由外罩37a固紧在定子一侧处的腔室之内。

这些第一、第二、第三和第四排静止叶片设置得用于使燃烧气G膨胀和降压并导引从各静止叶片吹出的气体，以致气体可以以一最佳角度与运动叶片32、34、36和38(它们位于下游一侧处)相碰撞。

第一、第二、第三和第四运动叶片32、34、36和38分别具有主体32b、34b、36b和38b，而台板32d、34d、36d和38d分别装接于这些主体32b、34b、36b和38b的底端。运动叶片32、34、36和38分别经由这些台板装接于运动叶片圆盘32e、34e、36e和38e。

燃烧气G的流动将说明如下。燃烧气G，由于在燃烧器20中的燃烧而具有高温，从第一排静止叶片31吸入并在流经第二至第四静止叶片时膨胀，从而使运动叶片32、34、36和38转动并向一涡轮转子提供转动能量。燃烧气G然后被排出。

图5是图4中由圆圈A′围绕的部分的放大视图。在图5中，一种热绝缘材料39，可以是由多孔陶瓷制成的蜂窝密封件，设置在内罩33c后缘附近部分33f处(亦即内罩33c后缘附近的一部分)和内部周边表面33g上，冷却空气C沿着后者流过而后者面对各运动叶片圆盘的转轴(见图4)。

不过，在内罩33c后缘附近部分33f处具有热绝缘材料39的这种结构中，内部周边表面33g没有与冷却空气C的热力交换；因而，内罩33c后缘附近部分33f的热量未被冷却空气C充分去除，从而在此部分处产生热应力。

方面内容

考虑到以上各种情况，本发明的目的是提供一种燃气涡轮静止叶片，它可以减小在内罩后缘附近部分处产生的热应力，并且提供一种包括这样一种静止叶片的燃气涡轮。

因此，本发明提供一种设置在燃气涡轮之中的静止叶片，涡轮包括配置在许多排之中的各运动叶片和各运动叶片的各主体装接所在的各运动叶片圆盘，其中：

静止叶片包括一外罩、一主体和一内罩并在燃气涡轮轴向上位于至少一个运动叶片圆盘附近；

静止叶片将燃烧气送入下一排运动叶片的主体；以及

一凹下部分以如下方式设置在内罩之中：

凹下部分制成在内罩后缘附近和内罩内部周边表面上，在此冷却空气沿着面对各运动叶片圆盘转轴的内部周边表面流过；以及

一朝向转轴伸出的伸出部分制成在内罩的后缘处。

亦即，凹下部分制成在内罩的内部周边表面上而伸出部分留在内罩的后缘处。因此，后缘附近内罩的厚度得以减小而冷却空气流经凹下部分。因此，有可能减小在此部分处的热应力。

作为一项典型的范例，凹下部分具有两个侧壁，以各侧壁基本上平行于各运动叶片圆盘转动平面的方式连续制成得穿过内部周边表面。因此，后缘附近内罩的厚度通过内部周边表面得以减小而冷却空气流经凹下部分。于是，有可能进一步减小在此部分处产生的热应力。

另外，许多用于辐射热量的翅片可以配置在凹下部分的底面，它们朝向各运动叶片圆盘的转轴伸出。热辐射效率由于这些翅片而可以进一步提高，并且有可能进一步减小在凹下部分处产生的热应力。

最好是，各翅片沿着相对于各运动叶片圆盘倾斜的方向配置并借以扰动冷却空气气流。于是，冷却空气与各翅片相碰撞并可以去除已经形成在各翅片上方的各热边界层，从而进一步减小在凹下部分处产生的热应力。

此外，一种热绝缘材料可以装接于内部周边表面的一部分，此部分位于凹下部分与内罩后缘之间。由于这样一种热绝缘材料，此部分与面对这部分的一个运动叶片的构件(诸如一台板)之间的间隙可以变窄。因此，有可能抑制或减小冷却空气的流动，冷却空气流动在(后缘附近)静止叶片内罩与一运动叶片的台板或类似构件之间并流向各静止和运动叶片的各主体。

作为一项优先的范例，热绝缘材料在燃气涡轮轴向上的长度(比如以下所述实施例中为10mm)是根据由于装接于一个运动叶片并面对伸出部分的一个构件(比如以下所述实施例中的台板34d(更为具体地说，臂杆34f))的热膨胀而造成的差别来确定的。于是，设置热绝缘材料的区域可以减至最小而制成凹下部分的区域可以增至最大，从而进一步减小在凹下部分处产生的热应力。

本发明还提供一种燃气涡轮，包括：

一涡轮部分，具有一如上述的一种静止叶片；

一压缩机，用于压缩供燃烧用的空气并把压缩空气供给一燃烧器；以及

燃烧器，用于通过把燃料喷入空气而燃用从压缩机供给的空气并用于产生高温性燃烧气。

亦即，此燃气涡轮具有一种静止叶片，它具有一如上述的凹下部分；因而，此部分的厚度得以减小而冷却空气流经此部分。因此，有可能减小在此部分处产生的热应力。

附图说明

图1是一简图，表明符合本发明的一种燃气轮机静止叶片的一项实施例，并且是表明静止叶片一区别部分的局部放大视图。

图2是一类似于图1的局部放大视图，表明在凹下部分上具有各翅片的一种结构。

图3是一视图，表明凹下部分的底面并且是从图2中参照符号A所指出的方向上看到的。

图4是通常燃气轮机的一涡轮部分的剖视图。

图5是由图4中圆圈A′围绕的那部分的一局部放大视图。

具体实施方式

此后，符合本发明的一项实施例将参照各图予以说明。燃气轮机10的各主要组成部分(参照图4)和涡轮部分30的结构与以上说明的那些是一样的；因而，免去了对其的说明而将在此只说明本实施例的一些区别特性。此外，等同于上述各图中的那些零部件的零部件均给予等同的各参照符号。

图1，对应于图5，是燃气涡轮10一(第二排)静止叶片133的局部放大视图，而此视图表明静止叶片133内罩(inner shroud)133c的一后缘附近部分133f(亦即，内罩133c后缘133h附近的一部分)。

一如图1之中所示，一凹下部分40设置在内罩133c的后缘附近部分133f处和一内周边表面133g上，沿着此表面流过冷却空气C和此表面面对各运动叶片圆盘的转轴R(见图4)，此处凹下部分40在径向上是凹下的并设置得以致在后缘133h处形成(或保持)一突出部分133i而朝向转轴R突出。

在此结构中，此凹下部分40的侧壁41和42以致使这些侧壁基本上平行于各运动叶片圆盘的转动平面(亦即，一垂直于各运动叶片圆盘的转轴R的平面)的方式穿过内周边表面133g连续制成。

亦即，在图1中，凹下部分40的底面43与内周边表面133g相比形成在一上部位置上，从而形成后缘附近部分133f的一个较薄厚度。因此，此部分133f受到冷却空气C的有效冷却，而在此部分处产生的热应力可以减小。

凹下部分40的深度和侧壁41与42之间的距离适当地予以确定，以便充分地减小在后缘附近部分133f处产生的热应力。

这里，冷却空气C的流动速度大约是运动叶片圆盘32e、34e、36e和38e周边速度的一半(见图4)。

另外，一如图2之中所示，许多用于辐射热量的翅片44可以设置在凹下部分40的底面43，朝向各运动叶片圆盘的转轴R(见图4)伸出。

按照以上结构，后缘附近部分133f的热辐射效率得以提高，而在此部分处产生的热应力可以进一步减小。

图3是从图2中参照符号A所指出的方向上看到的视图。一如图3之中所示，如果用于辐射热量的各翅片44以每一翅片相对于运动叶片圆盘转动方向D倾斜成一角度α的方式予以配置以便扰动冷却空气C的气流F，则是有效的。

因此，冷却空气C与各翅片44相碰撞并可除去已经形成在各翅片44上方的热边界层。因此，此部分的热辐射效率进一步得到提高，从而进一步减小在此部分处产生的热应力。

作为一项优选范例，倾角α是45度，各翅片的节距P(亦即相邻翅片间的距离)是10mm，以及各翅片44的(伸出)高度是1mm。

运动叶片的台板(platform)34d具有一臂杆34f，而上述10mm节距对应于冷态下臂杆34f的长度与热态下臂杆34f的长度之间的差值，亦即，由于热膨胀所造成的差值。因此，如果在冷态下臂杆34f位于后缘附近部分133f的后缘133h紧下面(见图1)和在热态下臂杆34f位于凹下部分40侧壁42紧下面，则更为有效。

一如图1至3中所示，一种热绝缘材料39(比如一种由多孔陶瓷制成的多孔密封件(honeycomb seal))可以装接于内周边表面133g的一部分，而此部分位于凹下部分40与内罩133c后缘之间。最好是，热绝缘材料39在轴向上具有大致上10mm的长度。这一10mm的长度对应于上述冷态下臂杆34f长度与热态下臂杆34f长度之间的差值，亦即，由于热膨胀所造成的差值。

按照这样一种热绝缘材料39，可以抑制或减少在内罩133c与台板34d之间流过并流向静止叶片133的主体133b和运动叶片34的主体34b的冷却空气C的气流。

上述内罩133c的凹下部分40可以通过浇铸、EDM(电火花加工)或类似手段制成。

在上述实施例中，燃气涡轮中四排结构的静止和运动叶片的第二排静止叶片已经予以说明。不过，本发明也可应用于第二排静止叶片以外的静止叶片或一种五或更多排结构的静止和运动叶片的静止叶片。

此外，各翅片的排布方向不限于图3之中所示者(用于扰动冷却空气C的气流下F)，必要时可以是基本上平行于气流F的方向。

Claims (7)

1.一种设置在一燃气涡轮(10)之中的静止叶片(133)，燃气轮机包括配置成多排的运动叶片和这些运动叶片的主体(32b，34b，36b，38b)配装其上的运动叶片圆盘(32e，34e，36e，38e)，其中：

静止叶片包括一外罩、一主体(133b)和一内罩(133c)并在燃气涡轮轴向上与至少一个运动叶片圆盘相邻设置；

静止叶片将燃烧气体引入下一排运动叶片的主体；以及

一凹下部分(40)设置在内罩上，其方式是：

凹下部分形成在内罩后缘附近和内罩内周边表面上，冷却空气沿着面对运动叶片圆盘转轴的内周边表面流过；以及

一朝向转轴伸出的伸出部分(133i)制成在内罩的后缘处。

2.按照权利要求1所述的静止叶片，其中凹下部分具有侧壁(41，42)，以各侧壁基本上平行于运动叶片圆盘转动平面的方式穿过内周边表面连续形成。

3.按照权利要求2所述的静止叶片，其中多个用于辐射热量的翅片(44)配置在凹下部分的底面，它们朝向运动叶片圆盘的转轴伸出。

4.按照权利要求3所述的静止叶片，其中各翅片沿着相对于运动叶片圆盘的转轴倾斜的方向配置，而冷却空气的气流因之受到扰动。

5.按照权利要求1所述的静止叶片，其中一种热绝缘材料(39)装设于内周边表面的一部分上，此部分位于凹下部分与内罩后缘之间。

6.按照权利要求5所述的静止叶片，其中热绝缘材料在燃气涡轮轴向上的长度是根据由于装接于一个运动叶片并面对伸出部分的一个构件的热膨胀造成的差值来予以确定的。

7.一种燃气涡轮(10)，包括：

一涡轮部分(30)，具有按照权利要求1至6中任何一项所述的静止叶片；

一压缩机，用于压缩供燃烧用的空气并将压缩空气供给一燃烧器；以及

燃烧器，用于通过将燃料喷入空气燃烧供自压缩机的空气并用于产生高温燃烧气体。

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