一種燃氣輪機透平冷卻氣路和燃氣輪機的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種燃氣輪機透平冷卻氣路和燃氣輪機，包括壓氣機、燃壓缸、壓氣機轉子、中間盤、透平轉子和轉子密封環，燃壓缸設于中間盤的外圓周且燃壓缸與中間盤之間設有轉子密封環，中間盤的一端與壓氣機轉子連接，中間盤的另一端與透平轉子連接，燃壓缸、壓氣機轉子、中間盤和透平轉子圍成的空間形成轉靜腔室；轉子密封環上設有冷卻空氣通道；透平轉子上設有透平冷卻通道；轉子密封環將轉靜腔室分隔為燃壓缸腔室和透平轉子前轉靜腔室；壓氣機的出口與燃壓缸腔室相連通，冷卻空氣通道連通燃壓缸腔室和透平轉子前轉靜腔室，透平轉子前轉靜腔室與透平冷卻通道相連通。
【專利說明】
一種燃氣輪機透平冷卻氣路和燃氣輪機
技術領域
[0001 ]本發明涉及燃氣輪機技術領域，特別是涉及一種燃氣輪機透平冷卻氣路和燃氣輪機。
【背景技術】
[0002]目前，提高燃氣輪機循環效率的一個有效方法就是提高透平的燃氣進口溫度。透平葉片在極端溫度條件下工作，該溫度已經遠大于材料可以承受的范圍，所以需要對透平靜葉與透平動葉采取一定形式的冷卻。較為理想的方法是，在透平葉片上采用沖擊冷卻、氣膜冷卻等先進冷卻技術，針對透平端不同的溫度場，從壓氣機不同的位置抽取冷卻氣，降低抽氣對于壓氣機效率的影響。
[0003]現有技術方案，一個不可避免的問題是，透平葉片運行的溫度極高，需要從壓氣機后抽取壓縮空氣對透平第一級靜葉與透平第一級動葉進行冷卻。現有技術的內部冷卻通道內，有大量冷卻孔與盤腔組成的突擴結構，冷卻空氣經過突擴結構，會損失約70%的動能，這部分動能被轉化為內能，不能得到利用。圖1顯示為現有技術中一種燃氣輪機透平冷卻氣路的內部冷卻通道的結構示意圖。圖2顯示為現有技術中另一種燃氣輪機透平冷卻氣路的內部冷卻通道的結構示意圖。如圖1和圖2所示，目前燃機上有兩種主要的結構，一是將壓氣機I壓氣的壓縮空氣抽到外部通過冷卻和過濾結構300進行冷卻過濾(外部流阻)后，再輸送到燃機內部，經過內部流阻進行冷卻后達到透平端轉轉腔室200，最后達到透平葉片(圖1);二是壓氣機I壓氣后的壓縮空氣通過轉靜腔室100，經過內部流阻結構達到透平端轉轉腔室200，最后達到透平葉片(圖2)。但這兩種方式不可避免得在流動過程中出現許多突擴結構的流阻損失，造成很大的流動損失，增大了冷卻氣的用量，降低了燃機的效率。
【發明內容】
[0004]鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種燃氣輪機透平冷卻氣路和燃氣輪機，用于解決現有技術中現有技術的內部冷卻通道內，有大量冷卻孔與盤腔組成的突擴結構，冷卻空氣經過突擴結構，會損失約70%的動能，這部分動能被轉化為內能，不能得到利用的問題。
[0005]本發明提供一種燃氣輪機透平冷卻氣路，包括壓氣機、燃壓缸、壓氣機轉子、中間盤、透平轉子和轉子密封環，所述燃壓缸設于所述中間盤的外圓周且所述燃壓缸與所述中間盤之間設有所述轉子密封環，所述中間盤的一端與所述壓氣機轉子連接，所述中間盤的另一端與所述透平轉子連接，所述燃壓缸、所述壓氣機轉子、所述中間盤和所述透平轉子圍成的空間形成轉靜腔室;所述轉子密封環上設有冷卻空氣通道;所述透平轉子上設有透平冷卻通道;所述轉子密封環將所述轉靜腔室分隔為燃壓缸腔室和透平轉子前轉靜腔室;所述壓氣機的出口與所述燃壓缸腔室相連通，所述冷卻空氣通道連通所述燃壓缸腔室和所述透平轉子前轉靜腔室，所述透平轉子前轉靜腔室與所述透平冷卻通道相連通。
[0006]于本發明的一實施例中，所述透平轉子包括透平第一級靜葉和透平第一級動葉；所述燃壓缸腔室和所述透平第一級靜葉形成透平第一級靜葉冷卻流路;所述冷卻空氣通道、所述透平轉子前轉靜腔室、所述透平冷卻通道和所述透平第一級動葉形成透平第一級動葉冷卻流路;冷卻空氣經過所述壓氣機壓縮后分別通過所述透平第一級靜葉冷卻流路和所述透平第一級動葉冷卻流路對所述透平第一級靜葉和所述透平第一級動葉進行冷卻。
[0007]于本發明的一實施例中，所述燃壓缸上設有主流燃氣通道;所述透平轉子前轉靜腔室內設有刷式密封，所述刷式密封固定在所述轉子密封環上，將所述冷卻空氣通道和所述主流燃氣通道隔絕。
[0008]于本發明的一實施例中，所述透平轉子前轉靜腔室內還設置有徑向篦齒，所述徑向篦齒設置在所述刷式密封和主流燃氣通道之間。
[0009]于本發明的一實施例中，所述轉子密封環上設有多個間隔設置的葉柵，相鄰所述葉柵之間形成葉柵導向孔，所有所述葉柵導向孔構成所述冷卻空氣通道。
[0010]本發明還提供一種燃氣輪機，包括上述的燃氣輪機透平冷卻氣路。
[0011 ]如上所述，本發明的一種燃氣輪機透平冷卻氣路和燃氣輪機，具有以下有益效果:
[0012](I)壓氣機出口的冷卻空氣，進入燃壓缸腔室，再經葉柵導入透平轉子前轉靜腔室后直接進入透平轉子冷卻孔，相比現有技術圖1和圖2的復雜流路結構，大為縮短了冷卻流路從壓氣機出口到透平部件間的距離，減少了流路中的突擴結構、轉轉腔室等，簡化了流路。
[0013](2)轉子密封環上的冷卻空氣通道為葉柵導向孔，可以對冷卻氣進行偏轉與加速，出口的冷卻氣速度更為均勻，在腔室內的耗散損失更小。而且通過對冷卻氣的偏轉，減小了冷卻氣進入透平冷卻通道的相對總溫，進而提高了冷卻氣對旋轉部件的冷卻效果。
[0014](3)轉靜腔與透平主流之間通過刷式密封進行封嚴，有效控制轉靜腔的泄漏，保持轉靜腔的壓力，并通過徑向篦齒防止燃氣入侵。
【附圖說明】
[0015]圖1顯示為現有技術中一種燃氣輪機透平冷卻氣路的內部冷卻通道的結構示意圖。
[0016]圖2顯示為現有技術中另一種燃氣輪機透平冷卻氣路的內部冷卻通道的結構示意圖。
[0017]圖3顯示為本發明燃氣輪機透平冷卻氣路一實施例的結構示意圖。
[0018]圖4顯示為圖3中A的局部放大圖。
[0019]圖5顯示為本發明中葉柵導向孔的結構示意圖。
[0020]元件標號說明:
[0021 ] I壓氣機
[0022]2燃壓缸
[0023]3壓氣機轉子
[0024]4中間盤
[0025]5透平轉子
[0026]6轉子密封環
[0027]7刷式密封
[0028]8徑向篦齒
[0029]9透平轉子前轉靜腔室
[0030]51透平第一級靜葉[0031 ]52透平第一級動葉
[0032]61冷卻空氣通道
[0033]611葉柵
[0034]612葉柵導向孔
[0035]100轉靜腔室
[0036]200轉轉腔室
[0037]300冷卻和過濾結構
【具體實施方式】
[0038]以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。需說明的是，在不沖突的情況下，以下實施例及實施例中的特征可以相互組合。
[0039]需要說明的是，以下實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可能更為復雜。
[0040]參見圖3至圖5，須知，本說明書所附圖式所繪示的結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內容，以供熟悉此技術的人士了解與閱讀，并非用以限定本發明可實施的限定條件，故不具技術上的實質意義，任何結構的修飾、比例關系的改變或大小的調整，在不影響本發明所能產生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本發明所揭示的技術內容得能涵蓋的范圍內。同時，本說明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發明可實施的范圍，其相對關系的改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本發明可實施的范疇。
[0041]圖3顯示為本發明燃氣輪機透平冷卻氣路一實施例的結構示意圖。圖4顯示為圖3中A的局部放大圖。如圖3和圖4所示，本發明提供一種燃氣輪機透平冷卻氣路，一種燃氣輪機透平冷卻氣路，包括壓氣機1、燃壓缸2、壓氣機轉子3、中間盤4、透平轉子5和轉子密封環6，燃壓缸2設于中間盤4的外圓周且燃壓缸2與中間盤4之間設有轉子密封環6，中間盤4的一端與壓氣機轉子3連接，中間盤4的另一端與透平轉子5連接，燃壓缸2、壓氣機轉子3、中間盤4和透平轉子5圍成的空間形成轉靜腔室(圖未示)；轉子密封環6上設有冷卻空氣通道61;透平轉子5上設有透平冷卻通道(圖未示)；轉子密封環6將轉靜腔室分隔為燃壓缸腔室(圖未示)和透平轉子前轉靜腔室9;壓氣機I的出口與燃壓缸腔室相連通，冷卻空氣通道61連通燃壓缸腔室和透平轉子前轉靜腔室9，透平轉子前轉靜腔室9與透平冷卻通道相連通。本發明中通過在轉子密封環6上設置冷卻空氣通道61，利用冷卻空氣通道61連通燃壓缸腔室和透平轉子前轉靜腔室，如此縮短了整個冷卻氣路，大為縮短了冷卻流路從壓氣機I出口到透平部件間的距離，減少了流路中的突擴結構，簡化了流路。減少了冷卻空氣的總壓損失，進而增加了冷卻氣的冷卻效果，增加了燃機的效率。
[0042]進一步地，如圖4所示透平轉子5包括透平第一級靜葉51、透平第一級動葉52、第一靜葉冷卻通道和第一動葉冷卻通道;燃壓缸腔室和第一靜葉冷卻通道相連通后形成透平第一級靜葉冷卻流路;冷卻空氣通道61、透平轉子前轉靜腔室9、透平冷卻通道和第一動葉冷卻通道相連通后形成透平第一級動葉冷卻流路;冷卻空氣經過壓氣機I壓縮后分別通過透平第一級靜葉冷卻流路和透平第一級動葉冷卻流路對透平第一級靜葉51和透平第一級動葉52進行冷卻。透平第一級靜葉冷卻流路和透平第一級動葉冷卻流路中氣體流動的方向分別為圖4中1a和1b的箭頭所指的方向。
[0043]在本發明的一實施例中，燃壓缸2上設有主流燃氣通道;透平轉子前轉靜腔室9內設有刷式密封7，刷式密封7固定在轉子密封環6上，將冷卻空氣通道61和主流燃氣通道隔絕。進一步地，透平轉子前轉靜腔室9內還設置有徑向篦齒8，徑向篦齒8設置在刷式密封7和主流燃氣通道之間。由于透平轉子前轉靜腔室9的壓力升高，所以需要更有效的密封方案，減少向主流燃氣通道的泄漏，因此，在透平轉子前轉靜腔室9通過刷式密封7與透平主流隔絕。同時，設置徑向篦齒8被用來阻止主流燃氣向透平轉子前轉靜腔室9內部的入侵。
[0044]圖5顯示為本發明中葉柵導向孔的結構示意圖。如圖5所示，在本發明的一實施例中，冷卻空氣通道61包括多個間隔設置的葉柵611，相鄰葉柵611之間形成葉柵導向孔612。由于葉柵611的彎折結構，可以使得形成的葉柵導向孔612是一個彎折的通道。由于葉柵611的特殊結構，冷卻空氣經過葉柵導向孔612后可以偏轉并加速，通過葉柵導向孔612對冷卻氣的偏轉，提高了冷卻氣在透平轉子前轉靜腔室9的相對速度，進而提高了冷卻氣對旋轉部件的冷卻效果，減少了冷卻氣的用量，提高了燃氣輪機的效率。
[0045]本發明還提供了一種燃氣輪機，包括上述的燃氣輪機透平冷卻氣路。
[0046]綜上所述，本發明的一種燃氣輪機透平冷卻氣路和燃氣輪機，大為縮短了冷卻流路從壓氣機出口到透平部件間的距離，減少了流路中的突擴結構，簡化了流路;減少了冷卻空氣的總壓損失，進而增加了冷卻氣的冷卻效果，增加了燃機的效率。轉子密封環上的冷卻空氣通道為葉柵導向孔，可以對冷卻氣進行偏轉與加速，出口的冷卻氣速度更為均勻，在腔室內的耗散損失更小，而且通過對冷卻氣的偏轉，提高了冷卻氣的在透平轉子前轉靜腔室的相對速度，進而提高了冷卻氣對旋轉部件的冷卻效果。經過葉柵導向孔的冷卻氣，通過所述透平轉子前轉靜腔室，直接進入透平轉子冷卻孔，避免了不必要的流動損失，簡化了透平冷卻流路，提高了透平冷卻氣的進入位置，減小了透平對冷卻氣所作的功。轉靜腔與透平主流之間通過刷式密封進行封嚴，有效控制轉靜腔的泄漏，保持轉靜腔的壓力，并通過徑向篦齒防止燃氣入侵。所以，本發明有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。
[0047]上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用于限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。
【主權項】
1.一種燃氣輪機透平冷卻氣路，其特征在于，包括壓氣機(I)、燃壓缸(2)、壓氣機轉子(3)、中間盤(4)、透平轉子(5)和轉子密封環(6)，所述燃壓缸(2)設于所述中間盤(4)的外圓周且所述燃壓缸(2)與所述中間盤(4)之間設有所述轉子密封環(6)，所述中間盤(4)的一端與所述壓氣機轉子(3)連接，所述中間盤(4)的另一端與所述透平轉子(5)連接，所述燃壓缸(2)、所述壓氣機轉子(3)、所述中間盤(4)和所述透平轉子(5)圍成的空間形成轉靜腔室;所述轉子密封環(6)上設有冷卻空氣通道(61);所述透平轉子(5)上設有透平冷卻通道;所述轉子密封環(6)將所述轉靜腔室分隔為燃壓缸腔室和透平轉子前轉靜腔室(9);所述壓氣機(I)的出口與所述燃壓缸腔室相連通，所述冷卻空氣通道(61)連通所述燃壓缸腔室和所述透平轉子前轉靜腔室(9)，所述透平轉子前轉靜腔室(9)與所述透平冷卻通道相連通。2.根據權利要求1所述的燃氣輪機透平冷卻氣路，其特征在于，所述透平轉子(5)包括透平第一級靜葉(51)、透平第一級動葉(52)、第一靜葉冷卻通道和第一動葉冷卻通道;所述燃壓缸腔室和所述第一靜葉冷卻通道相連通后形成透平第一級靜葉冷卻流路;所述冷卻空氣通道(61)、所述透平轉子前轉靜腔室(9)、所述透平冷卻通道和所述第一動葉冷卻通道相連通后形成透平第一級動葉冷卻流路;冷卻空氣經過所述壓氣機(I)壓縮后分別通過所述透平第一級靜葉冷卻流路和所述透平第一級動葉冷卻流路對所述透平第一級靜葉(51)和所述透平第一級動葉(52)進行冷卻。3.根據權利要求1所述的燃氣輪機透平冷卻氣路，其特征在于，所述燃壓缸(2)上設有主流燃氣通道;所述透平轉子前轉靜腔室(9)內設有刷式密封(7)，所述刷式密封(7)固定在所述轉子密封環(6)上，將所述冷卻空氣通道(61)和所述主流燃氣通道隔絕。4.根據權利要求3所述的燃氣輪機透平冷卻氣路，其特征在于，所述透平轉子前轉靜腔室(9)內還設置有徑向篦齒(8 )，所述徑向篦齒(8)設置在所述刷式密封(7)和主流燃氣通道之間。5.根據權利要求1至4任一項所述的燃氣輪機透平冷卻氣路，其特征在于，所述轉子密封環(6)上設有多個間隔設置的葉柵(611)，相鄰所述葉柵(611)之間形成葉柵導向孔(612)，所有所述葉柵導向孔(612)構成所述冷卻空氣通道(61)。6.—種燃氣輪機，其特征在于，包括權利要求1-5任一項所述的燃氣輪機透平冷卻氣路。
【文檔編號】F01D5/08GK106014486SQ201610647211
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年8月9日
【發明人】何院, 何磊, 計京津
【申請人】上海電氣燃氣輪機有限公司