CN203835474U - 涡轮机护罩冷却系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种涡轮机护罩冷却系统。所述涡轮机护罩冷却系统可包括：多个可变面积冷却护罩，所述多个可变面积冷却护罩具有调整销；以及多个固定面积冷却护罩，所述多个固定面积冷却护罩具有旋转销。所述可变面积冷却护罩可包括调节式冷却护罩。所述固定面积护罩可包括非调节式护罩。
Description
技术领域
本实用新型及对应专利总体上涉及一种燃气涡轮发动机，确切地说，涉及一种配备了用于以可靠、高效、低成本并且缩短维修时间的方式调节燃气涡轮机护罩冷却空气的改进系统和方法的燃气涡轮发动机。
背景技术
燃气涡轮发动机包括涡轮机，所述涡轮机具有附接到中央转子的多个叶片。来自若干燃烧器的高温燃烧气体流过所述叶片，从而使转子旋转。最大限度地减少绕过叶片的高温燃烧气体量可以增强从高温燃烧气体传递到涡轮机转子的总能量。因此，涡轮机护罩（turbineshroud）可以置于涡轮机外壳内，以便减小涡轮机叶片尖端与外壳之间的间隙。
类似地，在典型操作的高温下，高温气体通道中的旋转部件以及相关护罩可能遭受磨损。通常可以通过来自压缩机或其他地方的寄生冷却流体流来冷却这些高温气体通道部件。因此，可以通过限制叶片与护罩之间的间隙并且限制用于冷却高温气体通道部件的冷却流体流来提高燃气涡轮发动机的总体效率。
因此需要改进用于冷却燃气涡轮机护罩及相关部件的方法和系统。优选地，此类系统和方法可以通过减小冷却流的可变性（variability）并且减小安装和维修成本的方式来冷却护罩。
实用新型内容
因此，本实用新型及对应专利提供了一种用于燃气涡轮发动机的涡轮机护罩冷却系统。所述涡轮机护罩冷却系统可以包括：多个可变面积冷却护罩（variable area cooling shrouds），所述多个可变面积冷却护罩具有调整销（tuning pins）；以及多个固定面积冷却护罩，所述多个固定面积冷却护罩具有防旋转销（anti-rotation pins）。
其中，所述多个可变面积冷却护罩包括调节式冷却护罩。
其中，所述多个可变面积冷却护罩包括一个或多个可变面积冷却孔。
其中，所述多个可变面积冷却护罩包括销轴，所述销轴横切所述可变面积冷却孔。
其中，所述调整销包括特定端径。
所述的涡轮机护罩冷却系统进一步包括多个调整销，所述多个调整销具有多个特定端径。
其中，所述调整销包括放大端径。
其中，所述放大端径包括密封元件。
其中，所述放大端径包括一个或多个密封槽。
其中，所述多个固定面积护罩包括非调节式护罩。
其中，所述多个固定面积护罩包括一个或多个固定面积冷却孔。
其中，所述多个固定面积护罩包括短销轴。
其中，所述多个防旋转销包括恒定直径。
其中，所述多个可变面积冷却护罩包括第一数量护罩，其中所述多个固定面积冷却护罩包括第二数量护罩，并且其中所述第一数量护罩少于所述第二数量护罩。
本实用新型及对应专利进一步提供一种冷却方法，用于冷却燃气涡轮发动机中的多个护罩。所述方法可以包括以下步骤：安装多个可变面积护罩；安装多个固定面积护罩；使冷却流流过所述可变面积护罩；调节通过所述可变面积护罩的冷却流；以及使所述冷却流流过所述固定面积护罩。
本实用新型及对应专利进一步提供一种燃气涡轮发动机。所述燃气涡轮发动机可以包括：多个可变面积调节式冷却护罩，所述多个可变面积调节式冷却护罩具有调整销；以及多个固定面积非调节式冷却护罩，所述多个固定面积非调节式冷却护罩具有防旋转销。
其中，所述调整销包括特定端径。
所述的燃气涡轮发动机进一步包括多个调整销，所述多个调整销具有多个特定端径。
其中，所述调整销包括放大端径。
其中，所述放大端径包括密封元件以及/或者一个或多个密封槽。
通过结合若干附图和随附的权利要求书来阅读以下详细说明，所属领域的普通技术人员可清楚地了解本实用新型及对应专利的这些和其他特征以及改进。
附图说明
图1是燃气涡轮发动机的示意图，其中图示了压缩机、燃烧器和涡轮机。
图2是通过调整销置于外壳周围的涡轮机护罩的局部侧视截面图。
图3是涡轮机护罩冷却系统的一部分的局部轴向截面图，其中所述涡轮机护罩冷却系统具有可变面积调节式护罩和固定面积非调节式护罩。
图4是图3所示可变面积调节式护罩的局部轴向截面图，其中所述可变面积调节式护罩的调整销具有可控端径。
图5是调整销的替代实施例的局部轴向截面图，所述调整销具有可控端径。
图6是调整销的替代实施例的局部轴向截面图，所述调整销具有可控端径。
元件符号列表：
具体实施方式
现参阅附图，在附图中，类似数字是指多幅附图中的类似元件。图1示出了本说明书中所用的燃气涡轮发动机10的示意图。燃气涡轮发动机10可以包括压缩机15。压缩机15压缩进入空气流20。压缩机15将压缩空气流20输送到燃烧器25。燃烧器25将压缩空气流20与增压燃料流30混合，然后点燃所述混合物以产生燃烧气体流35。尽管只图示了一个燃烧器25，但燃气涡轮发动机10可以包括任意数量的燃烧器25。随后将燃烧气体流35输送到涡轮机40。燃烧气体流35驱动涡轮机40，从而产生机械功（mechanical work）。在涡轮机40中产生的机械功经由轴45驱动压缩机15，以及诸如发电机等外部负载50。
燃气涡轮发动机10可使用天然气、液体燃料、各种类型的合成气和/或其他类型的燃料及其组合。燃气涡轮发动机10可为位于美国纽约州斯卡奈塔第（Schenectady,New York）的通用电气公司（GeneralElectric Company）提供的多种不同燃气涡轮发动机中的任意一种，其包括，但不限于，7或9系列重型燃气涡轮发动机以及同类燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机10可具有不同构造，并且可以使用其他类型的部件。本说明书中也可使用其他类型的燃气涡轮发动机。本说明书中也可同时使用多个燃气涡轮发动机、其他类型的涡轮机以及其他类型的发电设备。
一般来说，涡轮机40包括多个涡轮机级。每级包括多个固定喷嘴，所述固定喷嘴置于与旋转的涡轮机叶片（blades）或动叶片（buckets）邻接处。图2示出了动叶片55的一部分。动叶片55可以置于与护罩（shroud）60邻接处。如上所述，使用护罩60可以限制绕过动叶片55并且不产生有用功的燃烧气体流35。护罩60可以附接到外壳（casing）65。护罩60可以通过多个销（pins）70和类似部件附接到外壳65。可以通过来自压缩机15或其他地方的冷却空气流75来冷却护罩60以及高温气体通道内的其他部件。冷却空气流75的方向可以根据整个燃气涡轮机冷却系统设计而变化。本说明书中可使用其他类型和构造的涡轮机级部件。
图3示出了本说明书中所述的涡轮机护罩冷却系统100的实例。与上述内容类似，涡轮机护罩冷却系统100可以置于涡轮机40的外壳65和动叶片55周围，并且可以通过冷却空气流75冷却。涡轮机护罩冷却系统100可以具有任何大小、形状或构造。
涡轮机护罩冷却系统100包括多个可变面积调节式护罩（variablearea modulated shrouds）110。可变面积调节式护罩110内可以包括可变面积冷却孔120。可变面积冷却孔120可以与来自压缩机15或其他地方的冷却空气流75流体连通。可变面积调节式护罩110内还可以包括销轴（pin shaft）130。销轴130可以横切（intersect）可变面积冷却孔120。可变面积调节式护罩110还可以包括调整销（tuning pin）140。调整销140可以置于销轴130内。调整销140可以具有特定端径150。可以通过改变调整销140的特定端径150来改变可变面积冷却孔120的大小，从而改变流过其中的冷却空气75的体积。还可以使用多个可变面积冷却孔120。因此，本说明书中可以使用具有不同特定端径150的多个调整销140来根据需要调节冷却流75。本说明书中可使用其他部件和其他构造。
涡轮机护罩冷却系统100还可以包括多个固定面积非调节式护罩（fixed area non-modulated shrouds）160。固定面积非调节式护罩160可以包括固定面积冷却孔170。固定面积冷却孔170可以与来自压缩机15或其他地方的冷却流75流体连通。可以使用多个固定面积冷却孔170。固定面积非调节式护罩160可以包括短销轴180。短销轴180无需一直延伸到固定面积冷却孔170。固定面积非调节式护罩160可以包括防旋转销（anti-rotation pin）190。防旋转销190可以置于短销轴180内。如果使用短销轴180，则防旋转销190可以与调整销140长度不同。因此，具体来说，防旋转销190可以缺少调整销140的特定端径部分。尽管不需要，但是防旋转销190可以具有大体均匀的大小和形状。防旋转销190可以沿其长度包括大体恒定的直径。本说明书中可使用其他部件和其他构造。
图4示出了本说明书中所述的调整销200的替代实施例。在本实例中，调整销200可以包括与上述端径类似的特定端径210，但是可以进一步包括可控放大端径（controlled enlarged end diameter）220。可控放大端径220可以进一步阻止冷却空气75流过其中。具有可控放大端径220的调整销200的大小、形状和构造可以不同。
图5示出了调整销230的进一步实施例。调整销230还可以包括与上述端径类似的特定端径240和可控放大端径250。在本实例中，可以向可控放大端径250添加一个或多个密封元件260。密封元件260可以是活塞密封件、C形密封件、U形密封件等，用于增强对流过其中的冷却空气流75的控制。本说明书中还可以使用其他类型的密封元件260和类似元件。
图6示出了调整销270的进一步实施例。调整销270还可以包括与上述端径类似的特定端径280以及可控放大端径290。在本实例中，可控放大端径290可以包括形成于其内的多个密封槽300。密封槽300还可以用于增强对流过其中的冷却空气流75的控制。本说明书中还可以使用密封元件260。
在使用中，涡轮机护罩冷却系统100可以包括多个可变面积调节式护罩110和多个固定面积非调节式护罩160。因此，可变面积调节式护罩110的数量以及固定面积非调节式护罩160的数量可变。通过相对于固定面积非调节式护罩160减少可变面积调节式护罩110的数量，涡轮机护罩冷却系统100可以减小与零件公差变化相关的流动可变性、护罩加工时间和成本，是因为减小短销轴180的孔深、通过不同端径150的调整销140降低调节可变面积冷却孔120通常所需的停机循环时间和成本并且减小通常所需的不同调整销140的总数量。此外，使用具有可控放大端径220、250、290的调整销200、230、270可以减少其中的旁通流总量。本说明书中还可使用其他部件和其他构造。
因此，通过减小孔深、减小停机时间和成本并且减小所需的销库存，涡轮机护罩冷却系统100可以减小冷却空气调节位置的数量、减小流动可变性、减少销周围的旁通流、减小制造成本和时间。涡轮机护罩冷却系统100可以适用于新型和现有燃气涡轮机。
应了解，上述说明仅涉及本实用新型及对应专利的某些实施例。所属领域的一般技术人员可在不脱离本实用新型精神和范围的情况下对本实用新型做多种改变和修改，本实用新型的精神和范围由随附的权利要求书及其等效物定义。
Claims (19)
1.一种用于燃气涡轮发动机的涡轮机护罩冷却系统，所述涡轮机护罩冷却系统包括：
多个可变面积冷却护罩；
所述多个可变面积冷却护罩包括调整销；以及
多个固定面积冷却护罩；
所述多个固定面积冷却护罩包括防旋转销。
2.根据权利要求1所述的涡轮机护罩冷却系统，其中所述多个可变面积冷却护罩包括调节式冷却护罩。
3.根据权利要求1所述的涡轮机护罩冷却系统，其中所述多个可变面积冷却护罩包括一个或多个可变面积冷却孔。
4.根据权利要求3所述的涡轮机护罩冷却系统，其中所述多个可变面积冷却护罩包括销轴，所述销轴横切所述可变面积冷却孔。
5.根据权利要求1所述的涡轮机护罩冷却系统，其中所述调整销包括特定端径。
6.根据权利要求5所述的涡轮机护罩冷却系统，进一步包括多个调整销，所述多个调整销具有多个特定端径。
7.根据权利要求1所述的涡轮机护罩冷却系统，其中所述调整销包括放大端径。
8.根据权利要求7所述的涡轮机护罩冷却系统，其中所述放大端径包括密封元件。
9.根据权利要求7所述的涡轮机护罩冷却系统，其中所述放大端径包括一个或多个密封槽。
10.根据权利要求1所述的涡轮机护罩冷却系统，其中所述多个固定面积护罩包括非调节式护罩。
11.根据权利要求1所述的涡轮机护罩冷却系统，其中所述多个固定面积护罩包括一个或多个固定面积冷却孔。
12.根据权利要求1所述的涡轮机护罩冷却系统，其中所述多个固定面积护罩包括短销轴。
13.根据权利要求1所述的涡轮机护罩冷却系统，其中所述多个防旋转销包括恒定直径。
14.根据权利要求1所述的涡轮机护罩冷却系统，其中所述多个可变面积冷却护罩包括第一数量护罩，其中所述多个固定面积冷却护罩包括第二数量护罩，并且其中所述第一数量护罩少于所述第二数量护罩。
15.一种燃气涡轮发动机，包括：
多个可变面积调节式冷却护罩；
所述多个可变面积调节式冷却护罩包括调整销；以及
多个固定面积非调节式冷却护罩；
所述多个固定面积非调节式冷却护罩包括防旋转销。
16.根据权利要求15所述的燃气涡轮发动机，其中所述调整销包括特定端径。
17.根据权利要求15所述的燃气涡轮发动机，进一步包括多个调整销，所述多个调整销具有多个特定端径。
18.根据权利要求15所述的燃气涡轮发动机，其中所述调整销包括放大端径。
19.根据权利要求18所述的燃气涡轮发动机，其中所述放大端径包括密封元件以及/或者一个或多个密封槽。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20231226 Address after: Swiss Baden Patentee after: GENERAL ELECTRIC CO. LTD. Address before: New York, United States Patentee before: General Electric Co. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20140917 |
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| CX01 | Expiry of patent term |