專利名稱：燃氣輪機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種燃氣輪機，當燃氣由燃燒室引入到燃氣輪機內的燃氣流道中時，該燃氣輪機中的固定葉片的冷卻可以有效地進行。
背景技術：
燃氣輪機由壓氣機、燃燒室和渦輪(圖中未示出)組成。對于這種燃氣輪機，被壓氣機壓縮了的壓縮空氣供給到燃燒室，并與單獨供給的燃料相混合且燃燒。然后，該燃燒所生成的燃氣供給到渦輪，并在渦輪上產生一個旋轉的驅動力。
圖4示出了燃氣輪機內部結構的一個例子。如圖所示，在燃氣輪機內部，多個轉動葉片1環狀地設置在轉子側(圖中未示出)，多個固定葉片2在固定側環繞在轉子外圍，它們交替地設置在轉子的旋轉軸線方向(圖中從左到右)，而燃氣流道3則穿過這些部件。因此，由燃燒室引入燃氣流道3的燃氣驅動轉動葉片1，給轉子施加一個旋轉力。該旋轉力轉動連接于轉子的發電機(圖中未示出)，從而產生電力。
轉動葉片1和固定葉片2交替地設置在旋轉軸線方向上，以形成一個多級結構。順便提及，圖4只示出了到從燃氣流上游數的第一和第二級為止的部分，然而實際上，該多級結構更多地延續到第三、第四級等等。而且，圖中的附圖標記4表示燃燒室的排氣尾管，該排氣尾管連接于第一級的上游部分。
在這種燃氣輪機中，第二級葉片的部件等等必須被冷卻，為了冷卻被引入到內部的燃氣所加熱的第二級葉片的部件等等，例如，通常采用一種結構，該結構抽取部分被壓氣機壓縮的壓縮空氣，并用其冷卻轉動葉片1和固定葉片2等部件。
作為此類型冷卻結構的一個例子，一種用于固定葉片2的外護罩2a的冷卻結構如圖5所示。該圖為對應于圖4中A部分的放大橫截面視圖。
如此圖所示，在外護罩2a內，多個冷卻氣流通道2a1沿其上游邊緣貫穿地環繞在圓周方向，以確保在外護罩2a的內表面2a2被冷卻氣體c覆蓋的位置實現薄膜式冷卻。
所有的冷卻氣流通道2a1設置得使冷卻氣體從上游到下游(即，圖中從左到右)匹配于燃氣流向進行流動。在此方式下，由上游側的邊緣排出的冷卻氣體c覆蓋內表面2a2，并因此降低了由燃氣f傳向外護罩2a的熱量。
然而，在上述的傳統的燃氣輪機中，有一個問題在對應于固定葉片2的內表面的上游部分，薄膜式冷卻不能有效地進行，因此外護罩2的壁溫局部地升高。
也就是說，到達固定葉片2的葉片部分2b的前緣2b1的燃氣f，分開為一個向葉片2b驅動面的氣流和一個沿吸力面流動的氣流。該吸力面為反面。然而，在靠近外護罩2a的部分，如圖5所示，形成了一個U形的逆流(由于該氣流的形狀類似馬蹄，因而其被稱作馬蹄形渦流)。此馬蹄形渦流在與從冷卻氣流通道2a1排出的冷卻氣流c的相反方向形成，干擾并阻礙了冷卻空氣流，削弱了冷卻效果。因此，外護罩2的壁溫與其他部位相比局部地升高。
由于馬蹄形渦流而產生的該壁溫增加并不局限于外護罩2a，類似地，在如圖4所示的內護罩2c上也會有相似的壁溫增加產生。
發明內容
本發明考慮到上述情況，其目的在于提供一種燃氣輪機，在該燃氣輪機中，可以防止由形成于燃氣輪機固定葉片附近的馬蹄形渦流導致的冷卻失效。
本發明采用下列手段解決上述問題。
也就是說，本發明提供了一種燃氣輪機，其包括轉動葉片和固定葉片。該轉動葉片設置在轉子側并與轉子一起旋轉；該固定葉片圍繞轉動葉片的周圍并設置在固定側，并在內部形成燃氣流道；固定葉片在轉子旋轉軸線方向上與運動葉片交替地設置。其中，固定葉片具有設置在燃氣流道內部的葉片部分，一個設置在該葉片部分外周邊端側的外護罩，和一個設置在該葉片內周邊端側的內護罩。在外護罩和內護罩兩者或兩者之一中，對應于葉片部分的前緣，有一個第一冷卻氣流通道，沿燃氣流動方向從下游向上游將冷卻氣體吹入燃氣流道。
按照該燃氣輪機，相應于葉片部分的前緣產生的馬蹄形渦流，沿燃氣流的相反方向流動，然而由于從第一冷卻氣流通道排出的冷卻氣體也在燃氣流動方向從下游向上游流動，所以，冷卻氣體流動方向和馬蹄形渦流沒有與常規技術中的那種直接的沖突。結果，向燃氣流道的冷卻氣流供給就比常規方法更容易。
在該燃氣輪機中，優選地，在外護罩和內護罩兩者或兩者之一中，有一個第二冷卻氣流通道，該通道位于前緣的連接點(a connectionpoint with leading edge)和第一冷卻氣流通道之間的位置，將冷卻氣體吹入燃氣流道。
按照該燃氣輪機，依靠從第二冷卻氣流通道排出的冷卻氣體，前緣的連接點與第一冷卻氣流通道之間的部分可以用對流冷卻方式被冷卻。
在該燃氣輪機中，優選地，第一冷卻氣流通道設置在第一級固定葉片的外護罩內，該固定葉片設置在沿燃氣流動方向最上游的位置。
按照該燃氣輪機，由于形成馬蹄形渦流而導致的冷卻失效很可能產生于第一級固定葉片的外護罩上，所以通過在該部分應用本發明，就可以特別有效地證明本發明的效果。
圖1為本發明燃氣輪機的一個實施例的視圖，用于說明總體結構的說明性簡圖。
圖2示出了位于圖1所示燃氣輪機的渦輪中的固定葉片，該圖為驅動面一側的透視圖。
圖3示出了固定葉片的主要部分，該圖為圖2的B部分的縱向截面。
圖4示出了燃氣輪機的渦輪中的燃氣流道的相鄰部分的內部結構，該圖為在包括轉子軸的橫截面上的部分橫截面剖視圖。
圖5示出了常規的燃氣輪機固定葉片，該圖為對應于圖4中A部分的放大橫截面視圖。
具體實施例方式
下面將參考附圖敘述本發明的燃氣輪機的一個實施例。然而，毋庸贅述，本發明并不被解釋為局限于此實施例。圖1是一個說明性簡圖，用于說明本發明的燃氣輪機的實施例的簡要構造。而圖2是一個驅動面側的透視圖，示出了位于燃氣輪機蝸輪中的固定葉片。此外，圖3為圖2中B部分的縱向截面視圖，示出了固定葉片的主要部分(也就是說，圖3是對應于圖5中的該部分的視圖)。
圖1示出了本實施例的燃氣輪機的簡要結構。在此圖中，附圖標號10表示壓氣機，附圖標號20表示燃燒室，而附圖標號30表示渦輪。壓氣機10通過將大量氣體帶入其內部進行壓縮。通常，在燃氣輪機中，從渦輪30獲得的部分能量被用來驅動壓氣機10。燃燒室20通過將燃料與被壓氣機10壓縮的壓縮空氣相混合而燃燒。渦輪30通過將燃燒室產生的燃氣引入其內部并使其在位于轉子32一側的轉動葉片34之間流動而使燃氣膨脹，并將燃氣的熱能轉化為機械旋轉能以產生動力。
渦輪30除了多個位于轉子32一側的轉動葉片34之外，還包括位于外殼31一側(固定側)的多個固定葉片33。這些轉動葉片34和固定葉片33沿轉子32的旋轉軸線方向交替地設置。轉動葉片34依靠沿轉子32旋轉軸線方向流動的燃氣流轉動轉子32，并且，賦予轉子32的旋轉能量被從軸端取出并利用。也就是說，可以通過將發電機(圖中未示出)連接于轉子33來產生電能。
外殼31覆蓋轉動葉片33和轉子32的外圍，在內部形成了燃氣流道35。
多個燃燒室20圍繞以轉子32的旋轉軸線為中心的圓周方向環狀地設置，所以從排氣尾管20a中排出的燃氣就被傾斜地引入到渦輪30的燃氣流道35。因此，如圖1和圖2所示，從燃燒室20引入的燃氣，首先以傾斜的方向從以旋轉軸線為中心的徑向外側向其內側，進入設置在燃氣流動方向最上游位置的第一級固定葉片36。
在此實施例的燃氣輪機中，渦輪30的固定葉片36的冷卻結構具有特定的特征。因此，下述說明將集中于此特征點。
如圖2所示，第一級固定葉片36的總體結構包括設置在燃氣流道35內的葉片部分36a，整體地形成于葉片部分36a的外周邊端側上的外罩36b，和整體地形成于葉片部分36a的內周邊端側上的內罩36c。
作為一個螺旋槳，葉片部分36a形成了旋轉流。該旋轉流在轉子32的旋轉軸線方向旋轉引入的燃氣。在葉片部分36a的前表面上，貫穿有多個用于薄膜式冷卻的冷卻氣體出口36a1。這里，圖2中的附圖標號36a2表示前緣，附圖標記36a3表示后緣。
外護罩36b連接在相互相鄰的第一級固定葉片36之間，以提供一個環形形狀。類似地，內護罩36c也連接在相互相鄰的第一級固定葉片36之間，以提供一個環形形狀。而且，燃氣流道35形成于外護罩36b的內表面和內護罩36c的外表面之間。
上述的要點并不限制第一級固定葉片36，其它的固定葉片也具有大致相同的結構。
如圖2和圖3所示，在本實施例的第一級固定葉片36中，在對應于葉片部分36a的前緣36a2的外護罩36b和內護罩36c中，形成一個第一冷卻氣流通道41，其沿燃氣流動方向從下游向上游將冷卻氣體c吹入燃氣流道35中。此第一冷卻氣流通道41形成于外護罩36b和內護罩36c的前緣36a2的上游一側的每個位置。
在外護罩36b和內護罩36c的上游側的邊緣，在除前緣36a2的上游側位置以外的每個位置上用常規方式形成多個用于薄膜式冷卻的冷卻氣體孔40。而且，來自這些冷卻氣體孔40的冷卻氣體沿著燃氣流動方向從上游到下游排入燃氣流道35，覆蓋并冷卻外護罩36b的內表面和內護罩36c的外表面。
而且，將冷卻氣體吹入燃氣流道35的第二冷卻氣流通道42，在前緣36a2的連接點和第一冷卻氣流通道41之間的位置形成于外護罩36b和內護罩36c上。這些第二冷卻氣流通道42，朝向以旋轉軸線為中心的徑向，形成于外護罩36b和內護罩36c的每個位置。
根據本實施例具有上述結構的燃氣輪機，在渦輪30的第一級固定葉片36，即使在葉片部分36a的外護罩36b和內護罩36c的相鄰部分產生了馬蹄形渦流，由于從第一冷卻氣流通道41排出的冷卻氣體c也沿著燃氣流動方向從下游流向上游流動，因而冷卻氣體與馬蹄形渦流之間并沒有常規方法中的直接沖突。結果，燃氣流道35中的冷卻氣體供給較常規方法容易。因此，由于冷卻氣體c的流動可以不與馬蹄形漩渦的流動相反，因而由馬蹄形渦流所導致的冷卻失效就可以被防止，從而對于外護罩36b和內護罩36c的上游側的邊緣，能有效地冷卻與前緣36a2的上游一側的位置相對應的部分。
另外，在各級固定葉片33中，通過選擇其中最可能產生特別強的馬蹄形渦流的第一級固定葉片36，以及設置第一冷卻氣流通道41，可以有效地防止特別是由馬蹄形渦流的形成而引起的冷卻失效。
而且，第一冷卻氣流通道41的該形成部位不局限于第一級固定葉片36，它也有可能形成于各級固定葉片33。然而，形成在在第一級固定葉片最為有效。
而且，在只選擇外護罩36b和內護罩36c中的一個用于形成第一冷卻氣流通道41的情況下，優選地選擇外護罩36b。這取決于燃燒室20相對于渦輪30的布置關系。也就是說，如上面提及的，從燃燒室20引入的燃氣沿傾斜的方向進入第一冷卻氣流通道36。結果，如圖2所示，對于內護罩36c和前緣36a2之間的連接點，由于燃氣直接撞擊其上，因而在此成馬蹄形渦流相對較難。然而，對于外護罩36b和前緣36a2之間的連接點，由于燃氣不直接撞擊其上，因而在此容易形成強烈的馬蹄形渦流。由于這些原因，優選地選擇外護罩36b作為第一冷卻氣流通道41的形成位置。
而且，在此實施例中，通過進一步提供第二冷卻氣流通道42，在位于前緣36a2和外護罩36b以及內護罩36c之間的連接部位和第一冷卻氣流通道41之間的部分可以有效地以對流冷卻的方式冷卻。
而且，第二冷卻氣流通道42的形成位置并不局限于外護罩36b和內護罩36c兩者，也可能僅僅位于外護罩36b。而且，第二冷卻氣流通道42不僅可以形成于第一級固定葉片36，也可以在與第一冷卻氣流通道41相匹配的位置形成其他的固定葉片33。
權利要求
1.一種燃氣輪機，包括設置在轉子側并與所述轉子一同旋轉的轉動葉片；設置在固定側的固定葉片，該固定葉片覆蓋所述轉動葉片并在內部形成燃氣流道，并與所述轉動葉片沿所述轉子的旋轉軸線方向交替地設置，其中，所述固定葉片具有設置在所述燃氣流道內部的葉片部分、設置在所述葉片部分外周邊端側的外護罩、以及設置在所述葉片部分內周邊端側的內護罩；其中，在所述的外護罩和內護罩兩者或兩者之一中，對應于所述葉片部分的前緣，設有第一冷卻氣流通道，該冷卻氣流通道沿所述燃氣流動方向從下游向上游將冷卻氣體吹入所述燃氣流道。
2.根據權利要求1所述的燃氣輪機，其中，在所述外護罩和所述內護罩兩者或兩者之一中，設有第二冷卻氣流通道，該冷卻氣流通道在所述前緣的連接點和所述第一冷卻氣流通道之間的位置，將冷卻氣體吹入所述燃氣流道。
3.根據權利要求1和2之一所述的燃氣輪機，其中，所述第一冷卻氣流通道設置在第一級固定葉片的外護罩上，該固定葉片沿所述燃氣流動方向設置在最上游位置。
全文摘要
本發明的一個目的在于提供一種燃氣輪機。在該燃氣輪機中，可以防止由形成于燃氣輪機固定葉片附近的馬蹄形渦流所導致的冷卻失效。為實現此目的，本發明提供了一種燃氣輪機，該燃氣輪機包括轉動葉片和固定葉片。該轉動葉片設置在轉子一側并與轉子一起旋轉；該固定葉片設置在固定側，覆蓋運動葉片周圍并在內部形成燃氣流道，并且，該固定葉片與運動葉片交替地設置在轉子的旋轉軸線方向；其中，固定葉片具有一個設置在燃氣流道內部的葉片部分；一個位于葉片部分外周邊端側的外護罩，以及一個位于葉片部分內周邊端側的內護罩，在外護罩和內護罩的兩者或兩者之一中，對應于葉片部分的前緣，有第一冷卻氣流通道，沿燃氣流動方向從下游向上游將冷卻氣體吹入燃氣流道。
文檔編號F01D25/08GK1490497SQ0314901
公開日2004年4月21日 申請日期2003年6月20日 優先權日2002年10月16日
發明者富田康意, 潮崎成弘, 弗里德里希·澤希延, 弘, 里希 澤希延 申請人:三菱重工業株式會社