專利名稱：用于優(yōu)化燃氣渦輪機內冷卻的設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于燃氣渦輪機的部件，且更特定地涉及用于便于燃氣渦輪機的第一級的渦輪機輪的冷卻的設備。
背景技術：
燃氣渦輪機，也稱為燃燒渦輪機，是旋轉驅動機器，它將包含在燃氣流內的勢能轉化為傳輸?shù)叫D軸的機械能。
渦輪機一般地包括壓縮機或渦輪壓縮機，從外側移開的空氣被引入到其內。在燃燒室(多個燃燒室)內，因此多種噴嘴供給燃料，燃料與空氣混合以形成空氣-燃料觸發(fā)混合物。
軸向類型的壓縮機由渦輪機帶動，渦輪機供給機械能，從而轉化燃燒室內的燃氣的焓。
在一些應用中，膨脹跳躍(jump)再分為兩個部分跳躍，每個在渦輪機內發(fā)生。在燃燒室下游的高壓或第一級渦輪機帶動壓縮機，而收集了來自高壓渦輪機的氣體的低壓或第二級渦輪機則連接到使用者。
壓縮機、燃燒室、多種渦輪機級、輸出軸、控制系統(tǒng)和點火系統(tǒng)形成了燃氣渦輪機設備的基本部分。
至于涉及到燃氣渦輪機的運行，已知空氣通過入口管道抽吸到壓縮機內。在此管道內，空氣具有低壓和低溫特征，而當空氣通過壓縮機時其壓力和溫度增加?？諝馊缓蟠┻^燃燒室(多個燃燒室)，在此處它參與燃燒過程，其結果是溫度進一步顯著地升高。
燃料可以是液體或氣體類型的燃料，且通過特定的噴嘴將燃料引入到燃燒室內。當機器被激活時，通過火花塞觸發(fā)燃燒。
當作為燃燒結果的高壓高溫氣體離開燃燒室時，它到達渦輪機級，在此它出產了在壓縮機和燃燒室內積累的能量的部分，且然后通過出口通道流動到外側。
在燃氣渦輪機中，渦輪機輪通常必須被冷卻以保持運行溫度與該渦輪機輪的材料的特征相容。冷卻通常地通過從軸向壓縮機抽取的且合適地傳輸?shù)目諝饬鲗崿F(xiàn)，空氣然后徑向地向外側通過每個渦輪機輪表面和定子之間的空隙傳送。這些空氣流觸及渦輪機輪的表面，從而冷卻了它們。
特別地，在一些已知類型的應用中，與壓縮機輸送相應地安裝了迷宮密封系統(tǒng)，即包括帶有一系列截面放大和收縮的通道，或安裝了另一個類型的密封系統(tǒng)。從所述的密封件吸取的空氣流實現(xiàn)了第一級渦輪機輪的前表面(壓縮機側)的冷卻。
有時，作為迷宮系統(tǒng)的過度密封或其他原因的結果，冷卻空氣流可能不足。作為結果，與第一級渦輪機輪和定子之間的前空隙一致地測量的溫度的可接受極限上升，且因此渦輪機輪自身的溫度也上升。這可能導致渦輪機輪運行壽命的嚴重下降。
為使所述的溫度返回到可接受的值，因此需要增加來自壓縮機的冷卻空氣流，在已知類型的渦輪機中，此增加通過密封系統(tǒng)的間隙增加或在內殼內與壓縮機輸送和冷卻空氣通道一致地造成一個或多個具有合適的直徑的孔實現(xiàn)。為在現(xiàn)有的渦輪機內被激活，然而兩種解決方法要求拆卸多種部件，這意味著更高的成本且也意味著對于整個機器的長周期的停機。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的因此是提供特別地用于冷卻燃氣渦輪機的第一級的渦輪機輪的前表面的設備，該設備能解決以上所述的缺點，允許獲得另外的冷卻空氣流且變化其流量，而不必對機器的主要部件進行費力的拆卸或處理/替代。
本發(fā)明的進一步的目的是提供用于燃氣渦輪機的設備，它是不昂貴的、簡單的且安裝快速的，如果將設備安裝在現(xiàn)有的渦輪機上或隨后進一步替代以優(yōu)化冷卻空氣流量，則使得最小化機器的停機時間和成本。
根據(jù)本發(fā)明的這些目的通過提供如在權利要求1中指定的用于優(yōu)化燃氣渦輪機的第一級的渦輪機輪的冷卻的設備實現(xiàn)。
本發(fā)明的進一步的目的在隨后的權利要求中指出。
根據(jù)本發(fā)明的用于優(yōu)化燃氣渦輪機內的冷卻的設備的特征和優(yōu)點將從如下的參考附帶的示意圖的例證性且非限制性描述中更明顯，其中


圖1是示出了已知類型的燃氣渦輪機的第一級區(qū)的截面視圖；圖2是示出了裝配有根據(jù)本發(fā)明的用于優(yōu)化冷卻的設備的燃氣渦輪機的第一級區(qū)的截面視圖；圖3是安裝在燃氣渦輪機內的根據(jù)本發(fā)明的設備的部分的放大的截面視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的設備的側視圖；圖5是沿圖4的線B-B獲得的橫截面視圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的設備的縱截面視圖；和圖7是圖6中以C指示的細節(jié)的放大的截面視圖。
具體實施例方式
特別地參考附圖的圖1和圖2，這些圖示出了以參考數(shù)字10指示的燃氣渦輪機的燃燒室的部分、一些在軸向壓縮機的輸送側上的葉片級40、第一級渦輪機的葉片12、第一級渦輪機輪14和外殼16和內殼32。
在內殼32的面向壓縮機的端部上安裝了密封系統(tǒng)18，來自壓縮機的空氣吸取通過它而意圖為用于冷卻第一級渦輪機輪14的前表面(壓縮機側)。
參考數(shù)字34則指示了高壓轉子38的支承軸承，帶有用于潤滑油的相對密封件36。其他的支承軸承和推力軸承位于軸向壓縮機的抽吸側且未示出。
冷卻空氣基于圖1和圖2中表示出的箭頭所指示的走向通過合適的通道20傳送向第一級渦輪機輪14和定子部分之間的空隙，以接觸第一級渦輪機輪14的前表面(壓縮機側)，從而冷卻它且也防止熱氣體進入到空隙內。
最后，通風管22設計(圖1)為與外部流體連通，其功能是在軸承34的密封件36內維持足夠的空氣壓力，以允許對潤滑油的最優(yōu)的阻斷而不加壓潤滑油自身的排放管道。
所述的通風管22具有能從機器外側安裝和移除的特征。它實際上通過固定裝置28堵塞在外殼16上且簡單地插入到位于內殼32內的合適的殼體內。
在圖1中可見，如迄今為止所必需地，為增加冷卻空氣向渦輪機輪14的前側的流動，如何作為對密封系統(tǒng)18的更復雜的修改的替代來直接地在內殼32上產生一個或多個孔24，以增加指向渦輪機輪自身14的總空氣流量。
另一方面，圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的用于優(yōu)化燃氣渦輪機內的冷卻的設備30，設備30安裝在機器內，其替代了通風管22。設備30在圖3和隨后的附圖中詳細地圖示，且以管道的形式生產。雖然它的在軸承34的密封件36內維持足夠的空氣壓力的功能保持未變，但它能引導另外的冷卻空氣的量進入到通道20而不需要在內殼32上的另外的孔，且不需要修改密封系統(tǒng)18。
更特定地且特別地參考圖3和隨后的附圖，本發(fā)明的目的是在形成了設備30的管道的外表面上存在一個或多個溝槽26，一旦設備30自身已組裝為插入到內殼32的特定的圓形開口的運行位置且通過固定元件28阻塞在外殼16上，則溝槽允許從壓縮機向通道20通過另外的空氣流量，以增加向渦輪機輪14的前表面的冷卻空氣總流動。
基于圖示的實施例，本發(fā)明的目的是使溝槽26位于形成設備30的管道的軸向方向且在意圖為插入到內殼32的壁內的設備30自身的部分內獲得，因此形成向通道20的實際的出口孔用于來自壓縮機的空氣。
應指出的是，溝槽26的尺寸和個數(shù)可以根據(jù)除了常規(guī)地通過密封系統(tǒng)18供給外的冷卻空氣的進一步的量確定，這基于渦輪機輪14的運行情況獲得。特別地，足以快速地且簡單地以設備30替代通常的通風管22，或以另一個具有類似特征但不同的溝槽26的設備代替本設備30，以改變且優(yōu)化在通道20內的冷卻空氣的總流量。
盡管對第一級渦輪機輪14的不足的冷卻空氣流量降低了渦輪機輪14自身的運行壽命，但過度的空氣流量也負面地影響燃氣渦輪機的性能(動力的供給和產生)。設備30因此允許調節(jié)冷卻空氣流量以確保渦輪機輪14的運行壽命和整個機器的性能。
因此可見，根據(jù)本發(fā)明的設備30以非常簡單和經濟的方式實現(xiàn)了前文中指定的目的，也考慮到降低設備30自身的成本，從而允許供給到第一級渦輪機輪前表面的冷卻空氣的量被增加和優(yōu)化，而不需要對機器的主要部件進行費力的拆卸和修改。以允許了通過不同量的空氣的其他設備容易地替代設備30也允許了根據(jù)不同的運行情況和要求來優(yōu)化渦輪機輪的冷卻情況和機器的性能。
這樣構想的本發(fā)明的用于優(yōu)化燃氣渦輪機的冷卻的設備可以在任何情況中經歷多個修改和變化，所有這些包括在相同的發(fā)明構思中。
進一步地，在實踐中使用的材料以及尺寸和部件可以根據(jù)技術要求變化。
權利要求
1.一種用于優(yōu)化這樣的類型的燃氣渦輪機內的冷卻的設備(30)，該類型的燃氣渦輪機包括至少一個裝配有燃燒室(10)和外殼(16)和內殼(32)的壓縮機、至少一個裝配有一系列葉片(12)的渦輪機輪(14)和至少一個裝配有一個或多個支承軸承(34)的高壓轉子(38)，所述的壓縮機能生成冷卻空氣，冷卻空氣通過合適的通道(20)傳送到所述的渦輪機輪(14)，其特征在于在所述的設備(30)的外表面上，存在一個或多個溝槽(26)，溝槽(26)允許來自所述的壓縮機的空氣的另外的流量通向所述的通道(20)，以增加向所述的渦輪機輪(14)的總冷卻空氣流。
2.根據(jù)權利要求1所述的設備(30)，其特征在于所述的溝槽(26)位于所述的設備(30)的軸向方向。
3.根據(jù)權利要求1所述的設備(30)，其特征在于設備(30)通過一個或多個固定元件(28)組裝在所述的外殼(16)上的運行位置內。
4.根據(jù)權利要求1所述的設備(30)，其特征在于所述的溝槽(26)在意圖為插入到所述的內殼(32)的壁內的所述的設備(30)的部分內獲得。
5.根據(jù)前述權利要求的任何項所述的設備(30)，其特征在于所述的溝槽(26)的尺寸、形式和個數(shù)可以根據(jù)基于所述的渦輪機輪(14)的冷卻要求而待供給的冷卻空氣的量確定，同時確保燃氣渦輪機的性能。
6.根據(jù)前述權利要求的任何項所述的設備(30)，其特征在于設備(30)可以作為所述的一個或多個支承軸承(34)的密封件(36)的通風管(22)的替代來安裝，所述的設備(30)也具有維持所述的一個或多個支承軸承(34)的所述的密封件(36)內的足夠的空氣壓力的功能。
7.根據(jù)前述權利要求的任何項所述的設備(30)，其特征在于設備(30)用于燃氣渦輪機的第一級的所述的渦輪機輪(14)的面向所述的壓縮機的前表面的冷卻。
8.一種燃氣渦輪機，其特征在于其包括根據(jù)前述權利要求的任何項所述的設備(30)。
全文摘要
用于優(yōu)化如下類型的燃氣渦輪機內的冷卻的設備(30)，燃氣渦輪機包括至少一個裝配有燃燒室(10)和外殼(16)和內殼(32)的壓縮機、至少一個裝配有一系列葉片(12)的渦輪機輪(14)和至少一個裝配有一個或多個支承軸承(34)的高壓轉子(38)，壓縮機能生成冷卻空氣，冷卻空氣通過合適的通道(20)傳送到所述的渦輪機輪(14)。在設備(30)的外表面上存在一個或多個溝槽(26)，溝槽(26)允許來自壓縮機的空氣的另外的流量通向通道(20)，以增加向所述的渦輪機輪(14)的總冷卻空氣流。設備(30)可以容易地安裝而不需要拆卸外殼(16)，且設備(30)組裝在現(xiàn)有的機器上以替代支承軸承(34)的密封件(36)的通風管(22)。
文檔編號F02C7/18GK101082307SQ20071010648
公開日2007年12月5日 申請日期2007年6月1日 優(yōu)先權日2006年6月1日
發(fā)明者M·巴爾達奇尼, 普羅斯佩里斯 R·德 申請人:諾沃皮尼奧內有限公司