專利名稱:軸向流類型的燃?xì)廨啓C(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及燃?xì)廨啓C(jī)的技術(shù)。它涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的軸向流類型的燃?xì)廨啓C(jī)。更具體而言,本發(fā)明涉及設(shè)計(jì)用于燃?xì)廨啓C(jī)單元的軸向流渦輪的級(jí)。大體上,渦輪定子由具有槽口的導(dǎo)葉承載件組成,其中,導(dǎo)葉排和定子熱防護(hù)件排接連地安裝。同一級(jí)包括由具有槽口的旋轉(zhuǎn)軸組成的轉(zhuǎn)子,其中,轉(zhuǎn)子熱防護(hù)件排和葉片排接連地安裝。
背景技術(shù):
本發(fā)明涉及軸向流類型的燃?xì)廨啓C(jī),圖1中顯示了其實(shí)例。圖1的燃?xì)廨啓C(jī)10根據(jù)順序燃燒的原理來運(yùn)行。它包括壓縮機(jī)11、具有多個(gè)燃燒器13和第一燃料供應(yīng)12的第一燃燒室14、高壓渦輪15、具有第二燃料供應(yīng)16的第二燃燒室17,以及具有交替的葉片20 排和導(dǎo)葉21排(它們布置成沿著機(jī)器軸線MA布置的多個(gè)渦輪級(jí))的低壓渦輪18。根據(jù)圖1的燃?xì)廨啓C(jī)10包括定子和轉(zhuǎn)子。定子包括其中安裝有導(dǎo)葉21的導(dǎo)葉承載件19 ;這些導(dǎo)葉21必須形成成形通道,在燃燒室17中產(chǎn)生的熱氣流過成形通道中。沿需要的方向流過熱氣路徑22的氣體撞擊在安裝在轉(zhuǎn)子軸的軸狹縫中的葉片20上,并且使渦輪轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。為了保護(hù)定子殼體抵抗在葉片20上面流動(dòng)的熱氣,使用了安裝在相鄰的導(dǎo)葉排之間的定子熱防護(hù)件。高溫渦輪級(jí)需要將冷卻空氣供應(yīng)到導(dǎo)葉、定子熱防護(hù)件和葉片中。為了確保高溫渦輪級(jí)的運(yùn)行具有長(zhǎng)的壽命,熱氣路徑22的所有部件應(yīng)當(dāng)被有效地冷卻。圖2(a)和(b)中提供的已知的設(shè)計(jì)的部件如下面這樣來冷卻經(jīng)壓縮的冷卻空氣 M從壓縮機(jī)輸送通過氣室23,并且進(jìn)入腔體31和四。在腔體31的情況下,這借助于孔25 來進(jìn)行。然后此冷卻空氣從導(dǎo)葉21的翼型件流出,并且通過附連到與葉片20相對(duì)的內(nèi)部環(huán)26上的定子熱防護(hù)件27的孔30和觀而流到渦輪流徑22中。周緣葉片區(qū)域(葉片尖部)的薄壁式冠32(圖2(b))對(duì)高的氣體溫度非常敏感。從位于圖2的設(shè)計(jì)中的定子熱防護(hù)件27的前部中的孔30逃逸的冷卻空氣有助于降低葉片冠32的溫度(除了葉片冷卻系統(tǒng)本身之外,葉片冷卻系統(tǒng)未在圖中明確地顯示)。但是,上面描述的設(shè)計(jì)具有以下缺點(diǎn)1.由于從孔30的出口到葉片20的前緣有較大的距離的原因,冷卻空氣射流很快會(huì)失去它們的能量,并且被來自熱氣路徑22的熱氣沖出。2.流出孔30的空氣具有相當(dāng)高的溫度,因?yàn)樗呀?jīng)冷卻了定子熱防護(hù)件27的相當(dāng)大的表面面積。3.未用冷卻空氣對(duì)相鄰的定子熱防護(hù)件27(圖2(b))之間的空間提供有效的吹送,并且這會(huì)增大密封板33和定子熱防護(hù)件27的側(cè)表面過熱的風(fēng)險(xiǎn)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有這樣的渦輪級(jí)冷卻方案的燃?xì)廨啓C(jī)該渦輪級(jí)冷卻方案避免了已知的冷卻構(gòu)造的缺陷,并且結(jié)合了冷卻空氣質(zhì)量流的減少與渦輪的渦輪級(jí)內(nèi)
的關(guān)鍵部件的改進(jìn)的冷卻和有效的熱保護(hù)。 這個(gè)和其它目的通過根據(jù)權(quán)利要求1的燃?xì)廨啓C(jī)來達(dá)到。本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)包括具有交替的空氣冷卻式葉片排和轉(zhuǎn)子熱防護(hù)件排的轉(zhuǎn)子, 以及具有安裝在內(nèi)部環(huán)上的交替的空氣冷卻式導(dǎo)葉排和定子熱防護(hù)件排的定子,其中,定子同軸地包圍轉(zhuǎn)子而在它們之間限定熱氣路徑,使得葉片排和定子熱防護(hù)件排以及導(dǎo)葉排和轉(zhuǎn)子熱防護(hù)件排分別彼此相對(duì),并且導(dǎo)葉排和沿下游方向的下一葉片排限定渦輪級(jí),并且其中,渦輪級(jí)的葉片各自在它們的尖部處設(shè)有葉片冠,并且渦輪級(jí)的導(dǎo)葉各自設(shè)有外部導(dǎo)葉平臺(tái)。根據(jù)本發(fā)明,相對(duì)于彼此而調(diào)適渦輪級(jí)內(nèi)的定子熱防護(hù)件和外部導(dǎo)葉平臺(tái),使得通過外部導(dǎo)葉平臺(tái)和相鄰的定子熱防護(hù)件之間的接頭泄漏到熱氣路徑中的空氣被引導(dǎo)到葉片的葉片冠上。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例,通過對(duì)外部導(dǎo)葉平臺(tái)中的各個(gè)提供處于其后壁處的下游突出部來相對(duì)于彼此而調(diào)適外部導(dǎo)葉平臺(tái)和相鄰的定子熱防護(hù)件,該突出部向下游延伸到葉片冠的前緣,并且延伸到相鄰的定子熱防護(hù)件處的相應(yīng)的凹部中。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例,通過將冷卻空氣引入各個(gè)定子熱防護(hù)件的背側(cè)上的腔體中來冷卻渦輪級(jí)內(nèi)的定子熱防護(hù)件,該冷卻空氣通過定子熱防護(hù)件的下游側(cè)和上游側(cè)處的孔而排到熱氣路徑中。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例,借助于通過孔將冷卻空氣引入到各個(gè)導(dǎo)葉的外部導(dǎo)葉平臺(tái)的背側(cè)上的腔體中來冷卻渦輪級(jí)內(nèi)的導(dǎo)葉,并且冷卻空氣的射流通過向下游延伸通過突出部的孔而被從所述腔體引導(dǎo)到葉片冠上。根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例,導(dǎo)葉的外部導(dǎo)葉平臺(tái)構(gòu)造成使得流過所述突出部中的所述孔的冷卻空氣在冷卻相應(yīng)的導(dǎo)葉之前已經(jīng)被使用。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例,提供了狹縫,其向下游延伸通過所述突出部,以沿周向方向?qū)⒗鋮s空氣精確地引導(dǎo)到相鄰的定子熱防護(hù)件之間的空隙中。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例,在外部導(dǎo)葉平臺(tái)處提供了額外的孔來將來自外部導(dǎo)葉平臺(tái)的背側(cè)上的腔體的冷卻空氣向下游引導(dǎo)到所述突出部下方的葉片冠上。
現(xiàn)在通過不同的實(shí)施例且參照附圖來更密切地闡述本發(fā)明。圖1顯示了可用于實(shí)踐本發(fā)明的具有順序燃燒的燃?xì)廨啓C(jī)的眾所周知的基本設(shè)計(jì)。圖2顯示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪級(jí)的冷卻細(xì)節(jié)(圖2(a)),圖2(b)顯示了葉片冠構(gòu)造的細(xì)節(jié)。圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪級(jí)的冷卻細(xì)節(jié)(圖3 (a)), 圖3(b)顯示了圖3(a)的放大的區(qū)域B;以及圖4顯示了具有增強(qiáng)的密封板冷卻的創(chuàng)造性冷卻方案的修改方案。部件列表10、35燃?xì)廨啓C(jī)11壓縮機(jī)
12、16燃料供應(yīng)13燃燒器14、17 燃燒室15高壓渦輪18低壓渦輪19、39導(dǎo)葉承載件(定子)20、40 葉片21、41 導(dǎo)葉23、43 氣室24、44冷卻空氣25、45 孔26、46 內(nèi)部環(huán)27,47定子熱防護(hù)件28、48 孔29、49 腔體30、50、52 孔31、51 腔體32葉片冠33、55 密封板34 熱氣36突出部37泄漏空氣(定子熱防護(hù)件和導(dǎo)葉之間的接頭處)38外部導(dǎo)葉平臺(tái)42熱氣路徑53、54、56 孔57 狹縫58 凹部59 空隙MA機(jī)器軸線TS渦輪級(jí)
具體實(shí)施例方式圖3提供了所提出的高溫渦輪級(jí)的設(shè)計(jì),其中,因此消除了圖2中展示的設(shè)計(jì)所固有的缺點(diǎn)。根據(jù)圖3的所提出的新的且有利的設(shè)計(jì),燃?xì)廨啓C(jī)35包括具有導(dǎo)葉41和葉片40 的渦輪級(jí)TS,導(dǎo)葉41附連到導(dǎo)葉承載件39上,通過流過熱氣路徑42的熱氣來使葉片40 運(yùn)動(dòng)。與葉片40的葉片尖部相對(duì),定子熱防護(hù)件47布置在內(nèi)部環(huán)46上。各自包括外部導(dǎo)葉平臺(tái)38的導(dǎo)葉41由通過孔45從氣室43流到腔體51中的冷卻空氣44冷卻。根據(jù)本發(fā)明,外部導(dǎo)葉平臺(tái)38和定子熱防護(hù)件47設(shè)計(jì)成和相對(duì)于彼此調(diào)適成使得通過外部導(dǎo)葉平臺(tái)38和相鄰的定子熱防護(hù)件47之間的接頭泄漏到熱氣路徑42中的空氣37被引導(dǎo)到葉片 40流的葉片冠32上(圖3 (b))。這意味著冷卻空氣被供給到相鄰的定子熱防護(hù)件47之間的狹縫,并且通過最小可行距離而供給到葉片40的葉片冠。葉片冠和定子熱防護(hù)件狹縫的這個(gè)直接冷卻通過提供位于外部導(dǎo)葉平臺(tái)38的后壁上的突出部36來實(shí)現(xiàn)。為了使突出部36的端部最大程度地靠近葉片40,在定子熱防護(hù)件47中提供了特別的凹部58。以與圖2中所顯示的相同的方式來冷卻定子熱防護(hù)件47, 艮口,冷卻空氣進(jìn)入腔體49中,傳送通過定子熱防護(hù)件47中的孔52,并且通過孔48和50排
出ο而且,與圖2中的導(dǎo)葉21類似地冷卻導(dǎo)葉41 ;但是,葉片40的葉片冠被更有效地冷卻,因?yàn)閬碜匝由焱ㄟ^突出部36的孔53的空氣射流使冷卻空氣最大程度地靠近葉片,使得它們沒有時(shí)間來失去它們的能量以及被來自熱氣路徑42的熱氣沖出。所提出的設(shè)計(jì)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于,供應(yīng)給孔53的冷卻空氣已經(jīng)傳送通過穿孔板的孔M,并且冷卻了外部導(dǎo)葉平臺(tái)38的一部分。因而,因?yàn)槿~片冠被已經(jīng)用于冷卻另一個(gè)部件的冷卻空氣冷卻,所以改進(jìn)了渦輪效率。外部導(dǎo)葉平臺(tái)38上的突出部36導(dǎo)致所提出的設(shè)計(jì)(見圖4)有另外的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。它使得相鄰的定子熱防護(hù)件47 (圖4(b))之間的空隙59被從狹縫57中噴出的有力的空氣射流吹過,狹縫57沿周向方向精確地布置在相鄰的定子熱防護(hù)件47之間的中部中。這些射流保護(hù)定子熱防護(hù)件47的側(cè)表面和這些定子熱防護(hù)件47之間的密封板55來抵抗不利的熱氣影響。除了通過孔53將經(jīng)使用的空氣供應(yīng)給葉片冠以及通過狹縫57供應(yīng)到相鄰的定子熱防護(hù)件47之間的空隙59中之外,還可通過孔56來提供經(jīng)使用的空氣供應(yīng)的另外的供應(yīng)。總之,所提出的設(shè)計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn)1.定子熱防護(hù)件47和在外部導(dǎo)葉平臺(tái)38中制造的突出部36兩者的所提出的形狀有可能使冷卻空氣射流非??拷~片40的葉片冠。這顯著地改進(jìn)了這些元件的冷卻的效果。2.為了冷卻定子熱防護(hù)件47和葉片冠,使用了已經(jīng)用于冷卻導(dǎo)葉41的空氣。冷卻空氣的這個(gè)雙重使用改進(jìn)了渦輪效率。3.相鄰的定子熱防護(hù)件47之間的空隙59被有效地吹過。4.來自內(nèi)部環(huán)46和導(dǎo)葉承載件39 (見圖3)的接頭區(qū)域內(nèi)的腔體49和51的泄漏空氣成功地用于冷卻,因?yàn)楦拷~片冠而離開。因而,使用經(jīng)相互調(diào)適的有益形狀的定子熱防護(hù)件47和突出部36 (見圖幻連同利用從外部導(dǎo)葉平臺(tái)38排出的冷卻空氣的結(jié)合有可能產(chǎn)生具有良好的性能和持續(xù)的葉片壽命的現(xiàn)代渦輪。
權(quán)利要求
1.一種軸向流類型的燃?xì)廨啓C(jī)(35),包括具有交替的空氣冷卻式葉片00)排和轉(zhuǎn)子熱防護(hù)件排的轉(zhuǎn)子,以及具有安裝在導(dǎo)葉承載件(39)上的交替的空氣冷卻式導(dǎo)葉Gl)排和定子熱防護(hù)件G7)排的定子,其中,所述定子同軸地包圍所述轉(zhuǎn)子而在它們之間限定熱氣路徑(42),使得所述葉片00)排和定子熱防護(hù)件G7)排以及所述導(dǎo)葉Gl)排和轉(zhuǎn)子熱防護(hù)件排分別彼此相對(duì),并且導(dǎo)葉Gl)排和沿下游方向的下一葉片GO)排限定渦輪級(jí) (TS),并且其中,所述渦輪級(jí)(TS)的所述葉片00)各自在它們的尖部處設(shè)有葉片冠(32), 并且所述渦輪級(jí)(TS)的所述導(dǎo)葉Gl)各自設(shè)有外部導(dǎo)葉平臺(tái)(38),其特征在于,相對(duì)于彼此而調(diào)適所述渦輪級(jí)(化)內(nèi)的所述定子熱防護(hù)件G7)和外部導(dǎo)葉平臺(tái)(38),使得通過所述外部導(dǎo)葉平臺(tái)(38)和相鄰的所述定子熱防護(hù)件G7)之間的接頭泄漏到所述熱氣路徑 (42)中的空氣(37)被引導(dǎo)到所述葉片(40)的所述葉片冠(32)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī),其特征在于,通過對(duì)所述外部導(dǎo)葉平臺(tái)(38)中的各個(gè)提供處于其后壁處的下游突出部(36)來相對(duì)于彼此而調(diào)適所述外部導(dǎo)葉平臺(tái)(38)和相鄰的所述定子熱防護(hù)件(47),所述突出部(36)向下游延伸到所述葉片冠(32)的前緣,并且延伸到相鄰的所述定子熱防護(hù)件G7)處的相應(yīng)的凹部(58)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃?xì)廨啓C(jī),其特征在于,通過將冷卻空氣引入各個(gè)定子熱防護(hù)件G7)的背側(cè)上的腔體G9)中來冷卻所述渦輪級(jí)(TS)內(nèi)的所述定子熱防護(hù)件(47),所述冷卻空氣通過所述定子熱防護(hù)件G7)的下游側(cè)和上游側(cè)處的孔(48,50)排到所述熱氣路徑(42)中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃?xì)廨啓C(jī),其特征在于,借助于通過孔05)將冷卻空氣04) 引入到各個(gè)導(dǎo)葉Gl)的所述外部導(dǎo)葉平臺(tái)(38)的背側(cè)上的腔體(51)中來冷卻所述渦輪級(jí)(TS)內(nèi)的所述導(dǎo)葉(41),并且冷卻空氣的射流通過向下游延伸通過所述突出部(36)的孔(53)而被從所述腔體(51)引導(dǎo)到所述葉片冠(32)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃?xì)廨啓C(jī),其特征在于,所述導(dǎo)葉的所述外部導(dǎo)葉平臺(tái) (38)構(gòu)造成使得流過所述突出部(36)中的所述孔(53)的冷卻空氣在冷卻相應(yīng)的所述導(dǎo)葉 (41)之前已經(jīng)被使用。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的燃?xì)廨啓C(jī),其特征在于,提供了狹縫(57),其向下游延伸通過所述突出部(36),以沿周向方向?qū)⒗鋮s空氣精確地引導(dǎo)到相鄰的定子熱防護(hù)件07) 之間的空隙(59)中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃?xì)廨啓C(jī),其特征在于,在所述外部導(dǎo)葉平臺(tái)(38)處提供額外的孔(56)來將來自所述外部導(dǎo)葉平臺(tái)(38)的背側(cè)上的所述腔體(51)的冷卻空氣向下游引導(dǎo)到所述突出部(36)的下方的所述葉片冠(32)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及軸向流類型的燃?xì)廨啓C(jī),包括有交替的空冷式葉片排和轉(zhuǎn)子熱防護(hù)件排的轉(zhuǎn)子及有安裝在內(nèi)部環(huán)上的交替的空冷式導(dǎo)葉排和定子熱防護(hù)件排的定子,其中定子同軸地包圍轉(zhuǎn)子而在其之間限定熱氣路徑,使得葉片排和定子熱防護(hù)件排及導(dǎo)葉排和轉(zhuǎn)子熱防護(hù)件排分別彼此相對(duì),且導(dǎo)葉排和沿下游方向的下一葉片排限定渦輪級(jí),且其中渦輪級(jí)的葉片各在尖部設(shè)有葉片冠,且渦輪級(jí)的導(dǎo)葉各設(shè)有外部導(dǎo)葉平臺(tái)。冷卻空氣質(zhì)量流的減少和渦輪的渦輪級(jí)內(nèi)的關(guān)鍵部件的改進(jìn)的冷卻和有效熱保護(hù)通過這樣來實(shí)現(xiàn)相對(duì)于彼此而調(diào)適渦輪級(jí)內(nèi)的定子熱防護(hù)件和外部導(dǎo)葉平臺(tái),使得通過外部導(dǎo)葉平臺(tái)和相鄰的定子熱防護(hù)件之間的接頭泄漏到熱氣路徑中的空氣被引導(dǎo)到葉片的葉片冠。
文檔編號(hào)F01D25/12GK102477872SQ20111040794
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2011年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月29日
發(fā)明者A·A·卡林, V·科斯特格 申請(qǐng)人:阿爾斯通技術(shù)有限公司