CN210483821U - 一种用于燃气轮机涡轮的机匣冷却及密封结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型专利公开了一种用于燃气轮机涡轮的机匣冷却及密封结构，包括喷嘴环、喷嘴外机匣、转子外机匣、转子内机匣及涡轮转子；喷嘴环由喷嘴外机匣固定，而喷嘴外机匣与转子外机匣相连接，共同起支撑作用；转子内机匣由转子外机匣固定，转子内机匣的内壁面与涡轮转子的转子叶片顶部之间存在一定的径向间隙；转子外机匣设有若干通气孔，冷却空气可经通气孔流入转子外机匣与转子内机匣之间的空腔；喷嘴外机匣与转子内机匣之间存在相互交叉的搭接结构并形成冷却空气可以流入的S形流道；上述结构使得冷却空气能够流至转子内机匣外侧并起到冷却作用，同时通过S形流道流入燃气流道，起到防止燃气泄漏至机匣外侧的密封作用。

Description

一种用于燃气轮机涡轮的机匣冷却及密封结构

技术领域

本实用新型专利属于燃气轮机的技术领域。具体地，本实用新型专利涉及一种用于燃气轮机涡轮的机匣冷却及密封结构。

背景技术

燃气轮机包含压气机、燃烧室和涡轮三个主要部件，通过旋转轴将压气机与涡轮连接，并在两者之间安装燃烧室。燃气轮机在工作时，空气经压气机吸入并压缩后，进入燃烧室与燃料混合并燃烧，产生高温高压燃气。燃气再由燃烧室进入涡轮，其能量的一部分被转换为涡轮的机械功，用于带动压气机旋转并对外做功。

燃气轮机的涡轮可以为单级或多级结构，每一级都由喷嘴及动叶组成。高温高压燃气流经每一级涡轮喷嘴后，进入涡轮动叶。在多级涡轮中，燃气在流经上一级动叶后再进入下一级涡轮喷嘴。各级喷嘴、转子及相应机匣都要承受高温工作环境，其材料选择、制造与安装方式对燃气轮机整机性能有重要影响。其中，由于喷嘴及其机匣属于静止件，因此容易借助弹性安装及预留缝隙的方式允许其在高温环境下产生一定变形，释放热应力。对转子部分的机匣来说，由于机匣与转子叶片之间需要保证一定的间隙以防止叶片旋转时与机匣发生剐蹭，因而对机匣安装固定方式及其热变形往往具有更高要求。如采用刚性较强的安装方式，且没有对机匣采取充分的冷却措施，则在高温环境下机匣容易产生较大内应力及出现裂纹等问题，导致使用寿命下降。尤其是燃气轮机频繁启停及变工况时，各级转子机匣在短时间内承受温度剧变而带来的热冲击，加剧了机匣部件在高温下损坏的风险。此外，由于机匣形成了高温燃气流经涡轮时的流道壁面，各机匣部件的连接位置处也需要解决相互密封问题，以防止高温燃气泄漏至机匣外部，引起其他部件的损坏。

为此，需要设计适当的转子机匣结构，一方面在保证机匣与动叶存在适当间隙并防止剐蹭发生的情况下，对转子机匣进行适当的冷却，避免其因高温而产生损坏，提高其寿命；另一方面实现对燃气的密封，防止燃气泄漏至机匣外部而损坏其他部件。

发明内容

本实用新型专利提供了一种用于燃气轮机涡轮的机匣冷却及密封结构，其目的是在燃气轮机工作时能够对转子机匣进行适当的冷却，降低其在高温燃气冲刷下损坏的风险，提高转子机匣抵抗燃气热冲击的能力，同时能够实现对高温燃气的密封，防止高温燃气经机匣连接处泄漏至机匣外部而损坏其他部件。

为了实现上述目的，本实用新型专利采取的技术方案为：

本实用新型专利的用于燃气轮机涡轮的机匣冷却及密封结构，包括喷嘴环、喷嘴外机匣、转子外机匣、转子内机匣及涡轮转子。其中，所述的喷嘴环包含一定数量的喷嘴叶片并以整体加工方式制造而成。

所述的喷嘴环通过喷嘴顶部盖板与喷嘴外机匣连接并固定；所述的喷嘴外机匣与转子外机匣相连接并固定，共同起到支撑作用。

所述的转子内机匣固定于转子外机匣；所述的转子内机匣的内侧壁面形成了燃气所流经的燃气流道的一部分内表面。

所述的涡轮转子上设有一定数量的转子叶片；所述的转子叶片与涡轮转子在工作时共同旋转；所述的转子叶片的顶部与转子内机匣的内侧壁面之间具有一定的径向间隙。

所述的转子外机匣开设有一定数量的通气孔；所述的喷嘴外机匣、转子外机匣与转子内机匣之间形成了机匣空腔；来自外部的冷却空气能够经通气孔流入机匣空腔。

所述的喷嘴外机匣与转子内机匣之间存在相互交叉的搭接结构并形成S形流道；冷却空气能够从机匣空腔经S形流道流入燃气流道。

本实用新型专利采用上述技术方案，使得燃气轮机在工作时来自外部的冷却空气能够流入喷嘴外机匣、转子外机匣与转子内机匣之间的空腔，从而在转子机匣外侧对其形成一定冷却，降低转子机匣在高温下出现损坏的风险，提高其寿命。尤其是燃气轮机频繁启停和变工况时，机匣由于燃气温度短时间内剧变而受到热冲击，上述技术方案能够通过对机匣的冷却来提高转子内机匣在热冲击下的使用可靠性。此外，由于通常情况下引入的外部冷却空气压力高于高温燃气的压力，因而该方案的S形密封结构能够使一部分冷却空气流入燃气流道，从而防止高温燃气经机匣连接处反向泄漏至转子内机匣的外侧，实现对高温燃气的密封，防止损坏其他部件。

附图说明

附图内容及图中标记的简要说明如下：

图1是本实用新型专利的结构示意图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本实用新型专利的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本实用新型专利的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图1 所示，本实用新型专利为一种用于燃气轮机涡轮的机匣冷却及密封结构，包括喷嘴环(1)、喷嘴外机匣(4)、转子外机匣(5)、转子内机匣(6)及涡轮转子(7)。其中，所述的喷嘴环(1)包含一定数量的喷嘴叶片(2)并以整体加工方式制造而成。

如图1 所示，所述的喷嘴环(1)通过喷嘴顶部盖板(3)与喷嘴外机匣(4)连接并固定；所述的喷嘴外机匣(4)与转子外机匣(5)相连接并固定，共同起到支撑作用。

如图1 所示，所述的转子内机匣(6)固定于转子外机匣(5)；所述的转子内机匣(6)的内侧壁面形成了燃气所流经的燃气流道(12)的一部分内表面。

如图1 所示，所述的涡轮转子(7)上设有一定数量的转子叶片(8)；所述的转子叶片(8)与涡轮转子(7)在工作时共同旋转；所述的转子叶片(8)的顶部与转子内机匣(6)的内侧壁面之间具有一定的径向间隙。

如图1 所示，所述的转子外机匣(5)开设有一定数量的通气孔(9)；所述的喷嘴外机匣(4)、转子外机匣(5)与转子内机匣(6)之间形成了机匣空腔(10)；来自外部的冷却空气能够经通气孔(9)流入机匣空腔(10)。

如图1 所示，所述的喷嘴外机匣(4)与转子内机匣(6)之间存在相互交叉的搭接结构并形成S形流道(11)；冷却空气能够从机匣空腔(10)经S形流道(11)流入燃气流道(12)。

本实用新型专利采用上述技术方案，

使得燃气轮机在工作时来自外部的冷却空气能够流入喷嘴外机匣(4)、转子外机匣(5)与转子内机匣(6)之间的空腔，从而在转子内机匣(6)的外侧对其形成一定冷却，降低转子内机匣(6)在高温下出现损坏的风险，提高其寿命。尤其是燃气轮机频繁启停和变工况时，机匣由于燃气温度短时间内剧变而受到热冲击，上述技术方案能够通过对转子内机匣(6)的冷却来提高其在热冲击下的使用可靠性。

此外，由于通常情况下引入的外部冷却空气压力高于高温燃气的压力，因而在该方案中一部分冷却空气能够经S形流道(11)流入燃气流道(12)，从而防止了高温燃气经机匣连接处反向泄漏至转子内机匣(6)的外侧，实现对高温燃气的密封，防止损坏其他部件。

以上结合附图对本实用新型专利进行了示例性描述，显然本实用新型专利的具体实现并不受上述附图以及燃气轮机实际功率和尺寸的限制，只要采用了本实用新型专利的构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型专利的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型专利的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于燃气轮机涡轮的机匣冷却及密封结构，包括喷嘴环(1)、喷嘴外机匣(4)、转子外机匣(5)、转子内机匣(6)及涡轮转子(7)，其特征在于：所述的喷嘴环(1)、涡轮转子(7)与转子内机匣(6)共同形成了燃气所流经的燃气流道(12)；所述的喷嘴外机匣(4)、转子外机匣(5)与转子内机匣(6)之间形成了机匣空腔(10)。

2.根据权利要求1所述的用于燃气轮机涡轮的机匣冷却及密封结构，其特征在于：所述的转子外机匣(5)开设有一定数量的通气孔(9)；来自外部的冷却空气能够经通气孔(9)流入机匣空腔(10)。

3.根据权利要求1所述的用于燃气轮机涡轮的机匣冷却及密封结构，其特征在于：所述的喷嘴外机匣(4)与转子内机匣(6)之间存在相互交叉的搭接结构并形成S形流道(11)；冷却空气能够从机匣空腔(10)经S形流道(11)流入燃气流道(12)。

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