燃?xì)鉁u輪冷卻系統(tǒng)和方法技術(shù)方案

本文中描述了一種燃?xì)鉁u輪(1)，其包括壓縮機(jī)(2)，沿氣體流方向(8)位于壓縮機(jī)(2)下游的燃燒器(4)，以及沿氣體流方向(8)位于燃燒器(4)下游的渦輪(6)。渦輪(6)包括旋轉(zhuǎn)部分和圍繞旋轉(zhuǎn)部分布置的固定部分。旋轉(zhuǎn)部分包括轉(zhuǎn)子(30)和葉片(55)，葉片(55)包括在葉片(55)的根端處的樅樹部(60)，葉片(55)通過樅樹部(60)附接至轉(zhuǎn)子(30)。渦輪(6)包括在旋轉(zhuǎn)部分和固定部分之間的間隙(65)，間隙(65)沿基本徑向方向(9)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)軸線(32)在葉片(55)和固定部分(34,54)之間延伸，且燃?xì)鉁u輪(1)包括構(gòu)造和布置成將冷卻流體(50)從壓縮機(jī)(2)引導(dǎo)至間隙(65)的冷卻路徑(50)，其中冷卻路徑(50)的至少一部分在固定部分(34,54)中延伸，以及其中預(yù)旋噴嘴(52)鄰近于間隙(65)布置且在固定部分(34,54)中的冷卻路徑(50)內(nèi)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本公開涉及包括冷卻路徑的燃?xì)鉁u輪，且更具體地涉及包括帶有鄰近于在第一葉片和轉(zhuǎn)子外殼之間延伸的間隙布置的預(yù)旋噴嘴(pre-swirlnozzle)的冷卻路徑的燃?xì)鉁u輪。
技術(shù)介紹
現(xiàn)有技術(shù)燃?xì)鉁u輪(特別地，用于生成世界能源供應(yīng)的顯著百分比的重型燃?xì)鉁u輪)需求大量的冷卻以阻止各種構(gòu)件熔化。在冷卻方面特別重要的區(qū)域是燃?xì)鉁u輪的渦輪中的第一葉片。除了經(jīng)歷非常高的溫度之外，第一葉片還由于旋轉(zhuǎn)而經(jīng)歷高機(jī)械載荷。第一葉片的根部是樅樹部(firtree)，且樅樹部附接至燃?xì)鉁u輪的轉(zhuǎn)子。高溫和高載荷的組合趨于限制樅樹部的壽命。結(jié)果，已經(jīng)認(rèn)識(shí)到的是，樅樹部的冷卻可以有效地改善。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)限定在現(xiàn)在將參考的附加的獨(dú)立權(quán)項(xiàng)中。本專利技術(shù)的有利的特征在獨(dú)立權(quán)項(xiàng)中陳述。第一方面提供了一種燃?xì)鉁u輪，包括壓縮機(jī)，沿氣體流方向位于壓縮機(jī)下游的燃燒器，以及沿氣體流方向位于燃燒器下游的渦輪，渦輪包括旋轉(zhuǎn)部分和圍繞旋轉(zhuǎn)部分布置的固定部分，旋轉(zhuǎn)部分包括轉(zhuǎn)子和葉片，葉片包括在葉片的根端處的樅樹部，葉片通過樅樹部附接至轉(zhuǎn)子，渦輪包括在旋轉(zhuǎn)部分和固定部分之間的間隙，間隙沿基本徑向方向相對(duì)于旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)軸線在葉片和固定部分之間延伸，燃?xì)鉁u輪包括構(gòu)造和布置成將冷卻流體從壓縮機(jī)引導(dǎo)至間隙的冷卻路徑，其中冷卻路徑的至少一部分在固定部分中延伸，以及其中預(yù)旋噴嘴布置鄰近于間隙且在固定部分中的冷卻路徑內(nèi)。在該位置設(shè)置預(yù)旋噴嘴可減少進(jìn)入樅樹部和葉根空腔的冷卻空氣的溫度。結(jié)果，預(yù)旋噴嘴可減少或移除對(duì)外部空氣冷卻器來冷卻用于葉片一樅樹部的冷卻空氣的需要。備選或另外地，預(yù)旋噴嘴可幫助減少葉片一樅樹部溫度，且因此可幫助提高零件壽命。備選或另外地，預(yù)旋噴嘴可幫助減少葉片一樅樹部中需求的冷卻空氣(通常為再冷卻的冷卻空氣)的量。備選或另外地，預(yù)旋噴嘴可減少或移除對(duì)外部冷卻器的需要。已經(jīng)經(jīng)過轉(zhuǎn)子-定子冷卻空氣路徑至間隙(葉片一-轉(zhuǎn)子外殼間隙)的冷卻空氣通常將比已經(jīng)部分地或全部地供給穿過轉(zhuǎn)子外殼的冷卻空氣更熱。結(jié)果，采用定子冷卻空氣路徑的冷卻空氣可比已經(jīng)經(jīng)過轉(zhuǎn)子-定子冷卻空氣路徑的冷卻空氣提供更大的冷卻效應(yīng)。這可在仍然提供相同的冷卻效應(yīng)的同時(shí)允許減少的冷卻空氣的流，或可允許提高的冷卻。提高的冷卻可導(dǎo)致改善的樅樹部壽命。預(yù)旋噴嘴可幫助減少空氣流和冷卻流體流進(jìn)的轉(zhuǎn)子之間的速度差(切向分量)。這可增加傳遞至葉片以用于給定的壓力降的空氣的量，且可減少傳遞至葉片的空氣的溫度(與沒有預(yù)旋噴嘴的設(shè)計(jì)相比)。優(yōu)選地，固定部分包括轉(zhuǎn)子外殼。在實(shí)施例中，固定部分包括轉(zhuǎn)子外殼34和導(dǎo)葉一，且間隙65在第一葉片與轉(zhuǎn)子外殼34和導(dǎo)葉一的至少一個(gè)之間延伸。冷卻路徑50的至少一部分在轉(zhuǎn)子外殼34和導(dǎo)葉一的至少一個(gè)中延伸。預(yù)旋噴嘴布置在轉(zhuǎn)子外殼34和導(dǎo)葉一的至少一個(gè)中。一個(gè)實(shí)施例提供了附接至轉(zhuǎn)子外殼、導(dǎo)葉或旋轉(zhuǎn)部分且延伸到間隙中的密封翅片。密封翅片可在間隙中分開渦流(見圖5)。由于渦流，來自熱氣體路徑的一些熱氣體被吸入間隙。當(dāng)渦流通過密封翅片分開成兩部分時(shí)，吸入的熱氣體的顯著部分將停留在外渦流(離旋轉(zhuǎn)軸線更遠(yuǎn)的渦流)中，且轉(zhuǎn)子樅樹部附近中的空氣溫度與沒有密封翅片的設(shè)計(jì)相比通常將減少。優(yōu)選地，密封翅片是沿旋轉(zhuǎn)軸線的方向可動(dòng)的。設(shè)置可動(dòng)的密封翅片可幫助簡化燃?xì)鉁u輪裝配和拆卸。一個(gè)實(shí)施例提供了構(gòu)造和布置成沿旋轉(zhuǎn)軸線的方向移動(dòng)密封翅片的氣動(dòng)系統(tǒng)。一個(gè)實(shí)施例提供了構(gòu)造和布置成沿旋轉(zhuǎn)軸線的方向移動(dòng)密封翅片的螺栓。優(yōu)選地，螺栓包括第一螺栓類型和第二螺栓類型，其構(gòu)造和布置成使得當(dāng)?shù)谝宦菟愋蜕暇o時(shí)它可朝葉片移動(dòng)密封翅片，且當(dāng)?shù)诙菟愋蜕暇o時(shí)它可移動(dòng)密封翅片遠(yuǎn)離葉片。這可幫助簡化燃?xì)鉁u輪裝配和拆卸。一個(gè)實(shí)施例提供了密封板，其在與轉(zhuǎn)子外殼相反的間隙的一側(cè)上鄰近于樅樹部延伸，密封板包括構(gòu)造和布置成允許冷卻流體從間隙進(jìn)入樅樹部冷卻通道的至少一個(gè)孔，其中樅樹部冷卻通道布置在轉(zhuǎn)子和樅樹部之間。這可幫助密封樅樹部且可幫助用冷卻空氣吹掃葉片一樅樹部(級(jí)一樅樹部)。一個(gè)實(shí)施例提供了附接至密封板鄰近于樅樹部的一側(cè)的至少一個(gè)肋條。當(dāng)與相同設(shè)計(jì)但移除肋條的情況相比時(shí)，肋條可增加冷卻流體壓力。肋條可將空氣導(dǎo)引到樅樹部冷卻通道中。一個(gè)實(shí)施例提供了在轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子外殼之間延伸的第二冷卻路徑,第二冷卻路徑構(gòu)造和布置成引導(dǎo)冷卻空氣來冷卻葉片的翼型。一個(gè)實(shí)施例提供了第二冷卻路徑中的第二預(yù)旋噴嘴。這提供了進(jìn)一步的冷卻。一個(gè)實(shí)施例提供了外部冷卻器，且冷卻路徑延伸穿過外部冷卻器。使用外部冷卻器可增加冷卻空氣的冷卻潛力。優(yōu)選地，預(yù)旋噴嘴處于離燃?xì)鉁u輪的旋轉(zhuǎn)軸線與樅樹部相同的距離處。第二方面提供了一種用于燃?xì)鉁u輪的轉(zhuǎn)子外殼，轉(zhuǎn)子外殼構(gòu)造和布置為如上面所述，且轉(zhuǎn)子外殼構(gòu)造和布置成在如上所述的燃?xì)鉁u輪中使用。這可提供能夠改造到現(xiàn)有燃?xì)鉁u輪中的轉(zhuǎn)子外殼。第三方面提供了一種用于燃?xì)鉁u輪的冷卻的方法，方法包括以下步驟：提供如上所述的燃?xì)鉁u輪，以及將冷卻流體從壓縮機(jī)供給至間隙穿過預(yù)旋噴嘴。優(yōu)選地，冷卻流體從間隙供給至鄰近于葉片的葉柄空腔、渦輪中的熱氣體路徑、以及樅樹部和轉(zhuǎn)子之間的樅樹部冷卻通道中的至少一個(gè)。附圖說明現(xiàn)在將僅通過示例且參照附圖來描述本專利技術(shù)的實(shí)施例，在附圖中：圖1顯示了燃?xì)鉁u輪的橫截面；圖2顯示了包括本專利技術(shù)的冷卻方案的燃?xì)鉁u輪的一部分的橫截面；圖3顯示了圖1的燃?xì)鉁u輪的橫截面的一部分的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)；圖4顯示了沿圖2的線IV-IV的橫截面；圖5顯示了在另一個(gè)實(shí)施例中的燃?xì)鉁u輪的一部分的橫截面；圖6顯示了在第三實(shí)施例中的燃?xì)鉁u輪的一部分的橫截面；圖7顯示了燃?xì)鉁u輪的一部分的橫截面，顯示了裝配螺栓類型；圖8顯示了燃?xì)鉁u輪的一部分的橫截面，顯示了拆卸螺栓類型；圖9顯示了轉(zhuǎn)子外殼的一部分的橫截面，顯示了螺栓沿周向方向的相對(duì)位置；圖10顯示了在使用期間帶有氣動(dòng)可動(dòng)的密封翅片的氣動(dòng)系統(tǒng)的橫截面；圖11顯示了當(dāng)燃?xì)鉁u輪關(guān)掉時(shí)圖10的實(shí)施例；圖12顯示了在另一個(gè)實(shí)施例中的燃?xì)鉁u輪的一部分的橫截面；圖13顯示了用于圖12的密封板的肋條結(jié)構(gòu)；以及圖14顯示了用于圖12的密封板的另一個(gè)肋條結(jié)構(gòu)。零件列表1燃?xì)鉁u輪2壓縮機(jī)4燃燒器6渦輪8氣體流方向9徑向方向10周向方向12熱氣體路徑20壓縮機(jī)導(dǎo)葉30轉(zhuǎn)子32旋轉(zhuǎn)軸線34轉(zhuǎn)子外殼35可動(dòng)的轉(zhuǎn)子外殼部分36轉(zhuǎn)子隔熱罩40轉(zhuǎn)子冷卻空氣路徑41空腔42葉片一內(nèi)部冷卻空氣路徑43第二預(yù)旋噴嘴44轉(zhuǎn)子-定子冷卻空氣路徑46密封件48密封件50定子冷卻空氣路徑(轉(zhuǎn)子外殼冷卻空氣路徑)52預(yù)旋噴嘴54導(dǎo)葉一(第一導(dǎo)葉)55葉片一(第一葉片)56導(dǎo)葉二(第二導(dǎo)葉)57葉片二(第二葉片)58導(dǎo)葉一根部部分60葉片一樅樹部61旋轉(zhuǎn)的樅樹部視圖62葉柄空腔(葉片一柄部空腔)63樅樹部冷卻通道65間隙(葉片一-轉(zhuǎn)子外殼間隙)68翼型70密封翅片72蜂巢狀密封件74密封條76密封板77密封翅片78鉤狀部分79冷卻空氣孔80葉片冷卻空氣通道82轉(zhuǎn)子內(nèi)孔90冷卻空氣92冷卻空氣94冷卻空氣96冷卻空氣孔100裝配螺栓(第一螺栓類型)102拆卸螺栓(第二螺栓類型)110氣動(dòng)可動(dòng)的密封翅片112殼體114彈簧116孔120肋條122密封塊P1上游壓力P2下游壓力。具體實(shí)施方式圖1顯示了燃?xì)鉁u輪1，其包括壓縮機(jī)2、沿氣體流方向8位于壓縮機(jī)2下游的燃燒器4和沿氣體流方本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種燃?xì)鉁u輪(1)，包括壓縮機(jī)(2)，燃燒器(4)，其沿氣體流方向(8)位于所述壓縮機(jī)(2)的下游，以及渦輪(6)，其沿所述氣體流方向(8)位于所述燃燒器(4)的下游，所述渦輪(6)包括旋轉(zhuǎn)部分和圍繞所述旋轉(zhuǎn)部分布置的固定部分(34,54)，所述旋轉(zhuǎn)部分包括轉(zhuǎn)子(30)和葉片(55)，所述葉片(55)包括在所述葉片(55)的根端處的樅樹部(60)，所述葉片(55)通過所述樅樹部(60)附接至所述轉(zhuǎn)子(30)，所述渦輪(6)包括在所述旋轉(zhuǎn)部分和所述固定部分(34,54)之間的間隙(65)，所述間隙(65)沿基本徑向方向(9)相對(duì)于所述旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)軸線(32)在所述葉片(55)和所述固定部分(34,54)之間延伸，所述燃?xì)鉁u輪(1)包括構(gòu)造和布置成將冷卻流體(50)從所述壓縮機(jī)(2)引導(dǎo)至所述間隙(65)的冷卻路徑(50)，其中所述冷卻路徑(50)的至少一部分在所述固定部分(34,54)中延伸，以及其中預(yù)旋噴嘴(52)布置鄰近于所述間隙(65)且在所述固定部分(34,54)中的所述冷卻路徑(50)內(nèi)。

【技術(shù)特征摘要】
2015.08.14 EP 15181025.61.一種燃?xì)鉁u輪(1)，包括壓縮機(jī)(2)，燃燒器(4)，其沿氣體流方向(8)位于所述壓縮機(jī)(2)的下游，以及渦輪(6)，其沿所述氣體流方向(8)位于所述燃燒器(4)的下游，所述渦輪(6)包括旋轉(zhuǎn)部分和圍繞所述旋轉(zhuǎn)部分布置的固定部分(34,54)，所述旋轉(zhuǎn)部分包括轉(zhuǎn)子(30)和葉片(55)，所述葉片(55)包括在所述葉片(55)的根端處的樅樹部(60)，所述葉片(55)通過所述樅樹部(60)附接至所述轉(zhuǎn)子(30)，所述渦輪(6)包括在所述旋轉(zhuǎn)部分和所述固定部分(34,54)之間的間隙(65)，所述間隙(65)沿基本徑向方向(9)相對(duì)于所述旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)軸線(32)在所述葉片(55)和所述固定部分(34,54)之間延伸，所述燃?xì)鉁u輪(1)包括構(gòu)造和布置成將冷卻流體(50)從所述壓縮機(jī)(2)引導(dǎo)至所述間隙(65)的冷卻路徑(50)，其中所述冷卻路徑(50)的至少一部分在所述固定部分(34,54)中延伸，以及其中預(yù)旋噴嘴(52)布置鄰近于所述間隙(65)且在所述固定部分(34,54)中的所述冷卻路徑(50)內(nèi)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)鉁u輪(1)，其特征在于，包括附接至轉(zhuǎn)子外殼(34)、導(dǎo)葉(54)或所述旋轉(zhuǎn)部分且延伸到所述間隙(65)中的密封翅片(70,77,110)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃?xì)鉁u輪(1)，其特征在于，所述密封翅片(70,110)是沿所述旋轉(zhuǎn)軸線(32)的方向可動(dòng)的。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃?xì)鉁u輪(1)，其特征在于，包括構(gòu)造和布置成沿所述旋轉(zhuǎn)軸線(32)的方向移動(dòng)所述密封翅片(70,110)的氣動(dòng)系統(tǒng)。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃?xì)鉁u輪(1)，其特征在于，包括構(gòu)造和布置成沿所述旋轉(zhuǎn)軸線(32)的方向移動(dòng)所述密封翅片(70,110)的螺栓(100,102)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃?xì)鉁u輪(1)，其特征在于，所述螺栓(100,102)包括第一螺栓類型(100)和第二螺栓類型(102)，其構(gòu)造和布置成使得當(dāng)所述第一螺栓類型(100)上緊時(shí)它可朝所述葉片(55)移動(dòng)所述密封翅片(70,110)，且當(dāng)所...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：S里亞贊特塞夫，S羅夫卡，R馬米里，H克內(nèi)普菲，S斯楚金，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：安薩爾多能源瑞士股份公司，
類型：發(fā)明
國別省市：瑞士;CH