專(zhuān)利名稱(chēng)：軸流式燃?xì)廨啓C(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1前敘部份所述的軸流式燃?xì)廨啓C(jī)，這種燃?xì)廨啓C(jī)主要由一個(gè)多級(jí)渦輪構(gòu)成，渦輪驅(qū)動(dòng)一個(gè)設(shè)置在一根共同軸上的壓縮機(jī)，位于渦輪和壓縮機(jī)之間的軸部分是一個(gè)滾筒。
這種型式的燃?xì)廨啓C(jī)是已知的。所有轉(zhuǎn)子一側(cè)的冷卻空氣都是，例如，從壓縮機(jī)端抽吸過(guò)來(lái)的。其絕大部分流經(jīng)單獨(dú)的導(dǎo)管并通過(guò)一個(gè)渦流葉柵流入各轉(zhuǎn)子冷卻管道中，渦流葉柵一般情況都位于渦輪轉(zhuǎn)子的端面處與轉(zhuǎn)子冷卻管道同樣的半徑上，例如，英國(guó)專(zhuān)利GB2189845中所公開(kāi)的那樣。小部分的冷卻空氣用以冷卻最后的壓縮機(jī)盤(pán)、滾筒和第一渦輪盤(pán)。
在歐洲專(zhuān)利EP0447886中，所有冷卻轉(zhuǎn)子所需要的冷卻空氣都是在壓縮機(jī)的轂部最后一排活動(dòng)排后面抽取的并以其固有的渦旋直接送入位于轉(zhuǎn)子滾筒和滾筒蓋之間的環(huán)形管道中。它一直流至滾筒迷宮處。不可避免的泄漏量流經(jīng)迷宮，而轉(zhuǎn)子冷卻空氣的主要部分被送入渦流葉柵。冷卻空氣在被偏轉(zhuǎn)至轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向的同時(shí)在其間被加速。在該過(guò)程中，從渦流葉柵流出的氣流幾乎是成切向的。在渦流葉柵下通過(guò)滾筒迷宮的泄漏質(zhì)量流在渦輪盤(pán)區(qū)域內(nèi)與渦輪葉柵后的冷卻空氣相混合。
但是在具有高壓力比的燃?xì)廨啓C(jī)中會(huì)發(fā)生如下的問(wèn)題。由于在壓縮機(jī)最后活動(dòng)排后面的空氣對(duì)于冷卻渦輪葉片太熱。因此該空氣在通過(guò)渦流葉柵進(jìn)入渦輪轉(zhuǎn)子的冷卻空氣管道之前必須首先經(jīng)過(guò)再冷卻。冷卻空氣與沿著轉(zhuǎn)子滾筒的迷宮漏出空氣之間的大溫度差使轉(zhuǎn)子滾筒和渦輪盤(pán)區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生高應(yīng)力。此外，冷的冷卻空氣與渦流葉柵后的熱的漏出空氣相混合使冷卻空氣不合需要的加熱從而減弱了渦流。
為了在轉(zhuǎn)子冷卻空氣體系中獲得必要的壓力，一般需要在渦流葉柵上面的渦輪轉(zhuǎn)子盤(pán)和盤(pán)蓋之間裝有迷宮密封。因此，在滾筒迷宮受到損壞的情況下，沿著渦輪盤(pán)的壓力會(huì)增大，導(dǎo)致大大增大了轉(zhuǎn)子軸向推力。
因此，在本文開(kāi)頭所提那種型式的軸流式燃?xì)廨啓C(jī)中，本發(fā)明的目的之一是試圖避免所有這些缺點(diǎn)的同時(shí)減小軸向推力，改進(jìn)葉片和盤(pán)的冷卻效率并達(dá)成一個(gè)均勻的溫度分布。
根據(jù)本發(fā)明，這目的是這樣達(dá)成的，即在上述類(lèi)型的軸流式燃?xì)廨啓C(jī)中，至少要有一個(gè)用于漏出空氣和一部分冷卻空氣的抽吸裝置設(shè)置在滾筒迷宮區(qū)域內(nèi)。
本發(fā)明的優(yōu)越性特別能從這樣的事實(shí)看出來(lái)，即渦輪盤(pán)和一部分的轉(zhuǎn)子滾筒只是被冷卻空氣一掠而過(guò)。這就導(dǎo)致較低的特別是較為均勻的溫度分布，其對(duì)轉(zhuǎn)子/盤(pán)過(guò)渡區(qū)的強(qiáng)度有著有利的影響。由于與冷卻空氣的混合隨著漏出空氣的抽走也被避免了，冷卻空氣就不會(huì)被加熱而冷卻空氣的渦流不會(huì)被打擾。
將抽吸裝置區(qū)域內(nèi)的環(huán)形管道加寬形成漏出或冷卻空氣的收集室將是有益的，這樣就能保證更好的抽出。
此外，如果抽吸裝置由一條導(dǎo)管構(gòu)成，其一側(cè)連接在漏出或冷卻空氣的收集室而另一側(cè)連接在壓縮機(jī)外殼內(nèi)的冷卻空氣抽吸圓形室將是有利的。
還有，抽吸裝置最好與渦輪后各級(jí)的冷卻空氣裝置相連，因?yàn)槌槌隹諝膺@樣就被摻和在渦輪后各級(jí)的冷卻空氣中從而繼續(xù)以有用的方式被用于過(guò)程中。
如果在轉(zhuǎn)子滾筒壓縮機(jī)一側(cè)的部分上設(shè)置至少一個(gè)用于一部分冷卻空氣的對(duì)環(huán)形管道的供應(yīng)口將是有利的。該供應(yīng)口在其相應(yīng)的端頭上具有至少一個(gè)渦流式噴嘴。這樣，在熱的漏出空氣中同樣也有冷空氣摻和入內(nèi)，因而在這區(qū)域內(nèi)，空氣溫度下降至可允許的程度。
最后，渦流葉柵后的冷卻空氣壓力最好是這樣選擇，即在渦輪盤(pán)和盤(pán)蓋之間一般尋常的迷宮密封可以省免，從而靠近盤(pán)的壓力可以由氣道中渦輪主流的壓力來(lái)確定。在轉(zhuǎn)子滾筒迷宮損壞的情況下，由于沒(méi)有了盤(pán)迷宮和由于增加的漏出空氣被抽氣，在渦輪盤(pán)上的大量壓力增加就被避免了，從而使轉(zhuǎn)子的軸向推力只有小量的改變。在迷宮間隙增大的情況下，滾筒和盤(pán)的溫度還是保持相對(duì)穩(wěn)定。
在附圖中本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例通過(guò)一個(gè)單軸的軸流式燃?xì)廨啓C(jī)予以描述。附圖中

圖1是燃?xì)廨啓C(jī)的一個(gè)局部縱向截面圖；圖2是滾筒迷宮和抽吸裝置區(qū)域放大的部分縱向截面圖；圖3a—3c是抽吸裝置的三種不同的可能安排。
在圖中只有對(duì)了解本發(fā)明必要的元件才予顯示。設(shè)備中未顯示的例如有燃?xì)廨啓C(jī)的排氣室和排氣管和煙道以及壓縮機(jī)部分的進(jìn)口部分。工作介質(zhì)的流動(dòng)方向由箭頭指示。
以下將對(duì)本發(fā)明參照附圖并根據(jù)實(shí)施例予以詳述。
從圖1中可以看出，軸流式渦輪機(jī)1主要由配置有工作葉片2的轉(zhuǎn)子3和配置有導(dǎo)葉4的葉片載體5構(gòu)成。圖1中只顯示了渦輪機(jī)1的第一軸流級(jí)。葉片載體5被掛在渦輪外殼6內(nèi)。渦輪外殼6還包繞著用于壓縮燃燒空氣的收集室7。
燃燒空氣從收集室7流入環(huán)形燃燒室8，燃燒室通向渦輪進(jìn)口。壓縮空氣從壓縮機(jī)10的擴(kuò)散道9流入收集室7。在圖1中只顯示了壓縮機(jī)10的具有工作葉片11和導(dǎo)葉12的最后一級(jí)。壓縮機(jī)10和渦輪1的工作葉片組都裝在一根共同的軸13上，其介于渦輪1和壓縮機(jī)10之間的部分形成一個(gè)滾筒14。
滾筒14由一個(gè)滾筒蓋15包繞著，滾筒蓋通過(guò)肋板16與擴(kuò)散道的外殼17相連。在渦輪一側(cè)，滾筒蓋15連同渦輪轉(zhuǎn)子3的端面18限定了一個(gè)徑向延伸的輪側(cè)室19。
輪側(cè)室19形成延伸在滾筒14和滾筒蓋15之間的一條環(huán)形管道20的盡頭。一個(gè)封住滾筒蓋15的迷宮式密封裝置21設(shè)置在這環(huán)形管道20內(nèi)。
一條來(lái)自壓縮機(jī)端頭的導(dǎo)管22通向輪側(cè)室19用以輸送渦輪轉(zhuǎn)子冷卻空氣。在其端頭上裝有渦流式噴嘴23。用于渦輪轉(zhuǎn)子主冷卻空氣的渦流式噴嘴23在這里最好設(shè)置在與轉(zhuǎn)子冷卻管道24也就是轉(zhuǎn)子冷卻管道24的進(jìn)口同一半徑處，而另外的一個(gè)或多個(gè)渦流式噴嘴23設(shè)置在距渦輪主軸較小的徑向距離處，它們的作用是對(duì)渦輪轉(zhuǎn)子3的端面18添加冷卻空氣。
在這示范性實(shí)施例中，兩個(gè)用于漏出空氣和一部分冷卻空氣的抽吸裝置25被設(shè)置在滾筒迷宮21的區(qū)域內(nèi)。
圖2詳細(xì)地顯示出抽吸裝置25的一種可能的實(shí)施變異體。環(huán)行管道20在抽吸25裝置的區(qū)域內(nèi)被擴(kuò)張，形成了兩個(gè)收集室26。兩個(gè)抽吸裝置25在這里是一頭連接在用于漏出空氣的收集室26上而另一頭連接壓縮機(jī)殼內(nèi)的冷卻空氣抽吸環(huán)形室28。導(dǎo)管22a從冷卻空氣抽吸環(huán)形室28通向后渦輪級(jí)的冷卻體系。收集室26在滾筒迷宮21內(nèi)的設(shè)置可以做出這樣的選擇，使在室26和28之間形成的壓力降和導(dǎo)管25的橫截面產(chǎn)生出所需要的抽吸空氣量。當(dāng)然，本發(fā)明并不只限于這一實(shí)施例變異體。抽吸裝置25也可以有另外的設(shè)計(jì)。
此外，在轉(zhuǎn)子滾筒14的壓縮機(jī)側(cè)部分還可以額外地為一小部分冷卻空氣再設(shè)置一個(gè)通向環(huán)形管道20的供應(yīng)口27，該供應(yīng)口27在其朝向環(huán)形管道20的端頭處也具有至少一個(gè)渦流式噴嘴23。所謂渦流式噴嘴23就是其中線帶有些微彎曲的加速葉柵。冷卻空氣的摻入到熱的漏出空氣質(zhì)量流中就使空氣溫度在轉(zhuǎn)子滾筒14的壓縮機(jī)側(cè)部分下降至可容許的數(shù)值。
圖3顯示出可以設(shè)置只有一個(gè)用于漏出或冷卻空氣的抽吸裝置25或者兩個(gè)以上的抽吸裝置25。
下面將對(duì)本發(fā)明的運(yùn)作方式予以描述為冷卻轉(zhuǎn)子所需要的冷卻空氣是在壓縮機(jī)端頭處抽取的。轉(zhuǎn)子冷卻空氣的主要部分經(jīng)過(guò)導(dǎo)管22和渦流式噴嘴23流入輪側(cè)室19。這種渦旋的冷卻空氣的絕大部分通過(guò)位于同樣高度的進(jìn)口流入轉(zhuǎn)子3的冷卻管道24，而一小部分通過(guò)渦輪盤(pán)與盤(pán)蓋之間流入渦輪機(jī)1的氣道中。另外的冷卻空氣通過(guò)另一個(gè)渦流式噴嘴23進(jìn)入輪側(cè)室19，而該另一個(gè)噴嘴設(shè)置在較前述的渦流式噴嘴23離渦輪主軸更小的徑向距離處。這股冷卻空氣沿著環(huán)形管道20的方向流動(dòng)，并與從其它方向來(lái)自壓縮機(jī)10的并在最后的工作葉片11之后被抽吸的漏出空氣質(zhì)量流一起被抽入到設(shè)置在滾筒迷宮21區(qū)域內(nèi)的抽吸裝置25。當(dāng)然，漏出空氣質(zhì)量流也可以在另一處地點(diǎn)，例如在壓縮機(jī)10的最后導(dǎo)葉12之后被抽吸。抽出的空氣由于其壓力低就被摻入到例如用于后渦輪級(jí)的冷卻空氣中，因而繼續(xù)以有用的方式應(yīng)用在過(guò)程中。
由于漏出空氣質(zhì)量流和通過(guò)一個(gè)或多個(gè)渦流式噴嘴23摻入的一小部分冷卻空氣是在滾筒迷宮21處被抽走的，渦輪盤(pán)和一部分的轉(zhuǎn)子滾筒14只是被冷卻空氣一掠而過(guò)。這種情況的優(yōu)點(diǎn)是可以得到更加均勻和更低的溫度分布，其對(duì)轉(zhuǎn)子盤(pán)部位的強(qiáng)度有利。
隨著漏出空氣的被抽走，在渦流式噴嘴23之后的與冷卻空氣的混合也免掉了。在渦流式噴嘴23之后的冷卻空氣旋渦不再受漏出空氣的影響，冷卻空氣也不再被較熱的漏出空氣所加熱；因而轉(zhuǎn)子冷卻體系的進(jìn)氣情況基本穩(wěn)定，冷卻空氣的作用增大了，而轉(zhuǎn)子冷卻體系的進(jìn)氣損失也減至最低。
渦流葉柵后面的冷卻空氣壓力可以這樣地選擇使通常設(shè)置在渦輪盤(pán)和盤(pán)蓋之間的迷宮密封裝置可以被省免。由此，盤(pán)附近的壓力由氣道內(nèi)的渦輪主要的壓力所確定。
在轉(zhuǎn)子滾筒迷宮21受到損傷的情況下，通過(guò)取消盤(pán)迷宮和通過(guò)漏出空氣量的增加在渦輪盤(pán)上的較大的壓力增大被避免了，因而轉(zhuǎn)子的軸向推力只有小量的變化。在迷宮間隙增大的情況下，滾筒和盤(pán)的溫度相對(duì)地仍保持穩(wěn)定。
權(quán)利要求
1.一種軸流式燃?xì)廨啓C(jī)，主要由一個(gè)多級(jí)渦輪(1)所構(gòu)成，渦輪驅(qū)動(dòng)一個(gè)設(shè)置在一根共同軸(13)上的壓縮機(jī)(10)，—在其中，位于渦輪(1)和壓縮機(jī)(10)之間的軸的部分是一個(gè)滾筒(14)，滾筒由一個(gè)滾筒蓋(15)所包繞同時(shí)形成一個(gè)環(huán)形管道(20)，一個(gè)封住滾筒蓋(15)的迷宮密封裝置(21)設(shè)置在環(huán)形管道(20)內(nèi)，而滾筒蓋(15)連同渦輪轉(zhuǎn)子(3)的端面(18)限定一個(gè)徑向延伸的輪側(cè)室(19)，—在其中，設(shè)置有至少一根單獨(dú)的導(dǎo)管(22)用以將渦輪轉(zhuǎn)子冷卻空氣從壓縮機(jī)(10)帶至渦輪轉(zhuǎn)子(3)的端面(18)，而這導(dǎo)管(22)和輪側(cè)室(19)之間的連通是通過(guò)至少兩個(gè)渦流噴嘴(23)實(shí)現(xiàn)的，—在其中，設(shè)有用于渦輪轉(zhuǎn)子(3)及其工作葉片環(huán)的冷卻裝置(24)，和—所述用于渦輪(1)的轉(zhuǎn)子側(cè)的冷卻空氣都是從壓縮機(jī)(10)在壓縮機(jī)出口區(qū)域內(nèi)軸取的，其中，至少一個(gè)用于漏出空氣和一部分冷卻空氣的抽吸裝置(25)被設(shè)置在滾筒迷宮(21)區(qū)域內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的軸流式燃?xì)廨啓C(jī)，其特征在于，其中環(huán)形管道(20)在抽吸裝置(25)區(qū)域內(nèi)被擴(kuò)張形成一個(gè)用于漏出或冷卻空氣的收集室(26)。
3.如權(quán)利要求1和2所述的軸流式燃?xì)廨啓C(jī)，其特征在于，其中抽吸裝置(25)由一條導(dǎo)管構(gòu)成，導(dǎo)管的一側(cè)連接在用于漏出或冷卻空氣的收集室(26)上，而其另一側(cè)則連接在壓縮機(jī)外殼內(nèi)的冷卻空氣抽吸環(huán)形室(28)上。
4.如權(quán)利要求1所述的軸流式燃?xì)廨啓C(jī)，其特征在于，其中軸吸裝置(25)連接在后渦輪級(jí)的冷卻裝置(24)上。
5.如權(quán)利要求1所述的軸流式燃?xì)廨啓C(jī)，其特征在于，其中至少一個(gè)對(duì)環(huán)形管道(20)的供應(yīng)口(27)被設(shè)置在轉(zhuǎn)子滾筒(14)的壓縮機(jī)側(cè)部分，用于供應(yīng)一部分冷卻空氣，該供應(yīng)口在其相應(yīng)的一端具有至少一個(gè)渦流式噴嘴(23)。
6.如權(quán)利要求1所述的軸流式燃?xì)廨啓C(jī)，其特征在于，在輪側(cè)室(19)中渦流葉柵(23)后的冷卻空氣壓力可以這樣地選擇，從而使渦輪盤(pán)和盤(pán)蓋之間的迷宮密封裝置能夠被省免。
全文摘要
一種軸流式燃?xì)廨啓C(jī)，它主要由一個(gè)多級(jí)渦輪(1)構(gòu)成，渦輪驅(qū)動(dòng)設(shè)置在共同軸(13)上的壓縮機(jī)(10)，其中，位于渦輪和壓縮機(jī)之間的軸的部分是一個(gè)滾筒(14)，滾筒由一個(gè)滾筒蓋(15)所包繞同時(shí)形成一個(gè)環(huán)形管道(20)，一個(gè)封住滾筒蓋的迷宮密封裝置(21)設(shè)置在環(huán)形管道內(nèi)，至少一個(gè)用于漏出空氣和一部分冷卻空氣的抽吸裝置(25)被設(shè)置在滾筒迷宮區(qū)域內(nèi)。抽吸裝置連接在后渦輪級(jí)的冷卻裝置上。
文檔編號(hào)F02C7/28GK1129278SQ95109559
公開(kāi)日1996年8月21日 申請(qǐng)日期1995年9月19日 優(yōu)先權(quán)日1994年9月19日
發(fā)明者R·馬米利克, R·瓦爾施里 申請(qǐng)人:Abb管理有限公司