專利名稱：轉(zhuǎn)子冷卻回路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及轉(zhuǎn)子冷卻，并且更具體而言，涉及一種包括結(jié)合的壓縮機(jī)冷卻和渦輪 冷卻從而增加效率和總功率輸出的轉(zhuǎn)子冷卻回路。
背景技術(shù)：
在燃?xì)廨啓C(jī)中，機(jī)組轉(zhuǎn)子(unit rotor)在其滿負(fù)荷運(yùn)行期間經(jīng)受高于材料承受能 力的溫度。由此，轉(zhuǎn)子部件遭受對(duì)系統(tǒng)的性能有害的低循環(huán)疲勞(LCF)、脆化以及蠕變問(wèn)題。 機(jī)組轉(zhuǎn)子葉輪需要主動(dòng)吹掃系統(tǒng)以在滿負(fù)荷運(yùn)行期間冷卻葉輪。轉(zhuǎn)子吹掃在啟動(dòng)和停機(jī)期 間還保持一致的葉輪溫度以實(shí)現(xiàn)良好的葉輪間特性。典型地，機(jī)組轉(zhuǎn)子接收通過(guò)壓縮機(jī)排出殼體(CDC)和內(nèi)管的已冷卻的冷卻空氣 (CCA)。該流被導(dǎo)引自壓縮機(jī)腔的后端起向下通過(guò)間隔件中的空氣管而進(jìn)入機(jī)組轉(zhuǎn)子的中 心管線(centerline)。冷卻流在孔區(qū)段(bore section)處以向前用于壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻且 向后用于渦輪轉(zhuǎn)子冷卻的方式被分開。通過(guò)設(shè)計(jì)特征(例如，計(jì)量槽)在凸緣或槽口接合 (rabbet joint)處控制進(jìn)入各回路的流量。參見(jiàn)圖1。該冷卻方案使用過(guò)量的CCA，這影響機(jī)器的總效率和最終功率輸出。此外，更大量 的冷卻流需要更大尺寸的熱交換器，這也導(dǎo)致系統(tǒng)的總方案的效率損失。將期望通過(guò)修改CCA轉(zhuǎn)子冷卻方案來(lái)改進(jìn)整個(gè)系統(tǒng)的效率和功率輸出。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)示例性的實(shí)施例中，提供一種冷卻回路以用于冷卻具有壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子和渦輪 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子。該冷卻回路包括已冷卻的冷卻空氣源。第一冷卻通路通過(guò)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子 葉輪中的開口所限定。第一冷卻通路引導(dǎo)已冷卻的冷卻空氣越過(guò)轉(zhuǎn)子葉輪并進(jìn)入壓縮機(jī)轉(zhuǎn) 子的孔區(qū)段。與第一冷卻通路處于串聯(lián)的第二冷卻通路引導(dǎo)已冷卻的冷卻空氣越過(guò)渦輪轉(zhuǎn) 子的轉(zhuǎn)子葉輪。在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，一種冷卻轉(zhuǎn)子的方法包括步驟沿著通過(guò)壓縮機(jī)轉(zhuǎn) 子的轉(zhuǎn)子葉輪中的開口所限定的第一冷卻通路而引導(dǎo)已冷卻的冷卻空氣，已冷卻的冷卻空 氣被引導(dǎo)越過(guò)轉(zhuǎn)子葉輪并進(jìn)入壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的孔區(qū)段；以及沿著與第一冷卻通路處于串聯(lián)的 第二冷卻通路引導(dǎo)來(lái)自第一冷卻通路的已冷卻的冷卻空氣，已冷卻的冷卻空氣被引導(dǎo)越過(guò) 渦輪的轉(zhuǎn)子葉輪。在又另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，冷卻回路包括通過(guò)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的第一冷卻通路， 該第一冷卻通路與通過(guò)渦輪轉(zhuǎn)子的第二冷卻通路處于串聯(lián)，以使得一定量的冷卻空氣用于 既冷卻壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子又冷卻渦輪轉(zhuǎn)子。


圖1是燃?xì)廨啓C(jī)中的傳統(tǒng)的冷卻回路的截面圖；以及圖2示出了所描述的實(shí)施例的冷卻回路。
部件清單
12壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子
13壓縮機(jī)級(jí)
14渦輪轉(zhuǎn)子
15壓縮機(jī)級(jí)
16已冷卻的冷卻空氣源
18第一冷卻通路
20轉(zhuǎn)子葉輪
22孔區(qū)段
24第二冷卻通路
25 慣性帶(inertia belt)
26刷式密封件
27葉輪片
具體實(shí)施例方式圖2是包括所描述的實(shí)施例的冷卻回路的燃?xì)廨啓C(jī)的截面圖。燃?xì)廨啓C(jī)中的機(jī)組 轉(zhuǎn)子包括壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子12和渦輪轉(zhuǎn)子14。冷卻回路包括已冷卻的冷卻空氣源16，其被傳送 通過(guò)壓縮機(jī)排出殼體(CDC)，經(jīng)由機(jī)組轉(zhuǎn)子上游的熱交換器。冷卻回路包括通過(guò)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子12的轉(zhuǎn)子葉輪20中的開口所限定的第一冷卻通路 18。第一冷卻通路18引導(dǎo)已冷卻的冷卻空氣越過(guò)轉(zhuǎn)子葉輪20并進(jìn)入壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子12的孔 區(qū)段22。第二冷卻通路24限定成與第一冷卻通路18串聯(lián)。第二冷卻通路24引導(dǎo)已冷卻 的冷卻空氣越過(guò)渦輪轉(zhuǎn)子14的轉(zhuǎn)子葉輪20。少量的壓縮機(jī)排出流(將用于轉(zhuǎn)子冷卻)被傳送到轉(zhuǎn)子通過(guò)CDC抽取端口到熱交 換器滑道(skid)并被冷卻。該流用作已冷卻的冷卻空氣(CCA)并用于轉(zhuǎn)子冷卻。在熱交 換器中從該冷卻流抽取的熱量用于改進(jìn)蒸汽輪機(jī)的效率。具體而言，第一冷卻通路18中的冷卻流被引導(dǎo)通過(guò)慣性帶25中的多個(gè)軸向孔洞 以用于壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻。在一個(gè)示例性的實(shí)施例中，慣性帶包括二十四個(gè)軸向孔洞。剩余 的CCA流被引導(dǎo)越過(guò)高壓充填(HPP)刷式密封件26、越過(guò)HPP密封件的旁通孔洞、以及18 級(jí)壓縮機(jī)后緣。使用計(jì)量回路等在壓縮機(jī)凸緣處使壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子慣性帶25中的冷卻流分開 以用于邊緣冷卻、孔冷卻以及前級(jí)冷卻。壓縮機(jī)葉輪的孔區(qū)段中的高性能葉輪片27有助于 保持流壓力并使流旋動(dòng)到轉(zhuǎn)子速度。來(lái)自壓縮機(jī)級(jí)的流被聚集并在孔區(qū)段22中的機(jī)組轉(zhuǎn) 子的中心管線處結(jié)合，并且向后被導(dǎo)引朝向第二冷卻通路24以用于冷卻渦輪轉(zhuǎn)子14。壓縮機(jī)級(jí)13和15變換為實(shí)心孔(solid bore)并通過(guò)單獨(dú)的平行流動(dòng)通路冷卻 回路而冷卻。CCA系統(tǒng)在啟動(dòng)期間具有在熱交換器周圍的旁路(由閥等控制)，以在轉(zhuǎn)子葉輪中 實(shí)現(xiàn)更好的葉輪間特性和改進(jìn)的LCF及斷裂壽命。將冷卻流回路結(jié)合成第一和第二串聯(lián)冷卻回路的作用是增加系統(tǒng)的總效率并縮 小熱交換器尺寸。因此，結(jié)合的轉(zhuǎn)子冷卻流通過(guò)首先冷卻壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子并且使用相同的流來(lái)冷卻渦輪轉(zhuǎn)子而執(zhí)行雙重用途。新型冷卻方案保持了系統(tǒng)的外部控制并且將轉(zhuǎn)子冷卻所需 的CCA的總量減少了 35%。該設(shè)計(jì)不但降低了熱交換器滑道的成本，而且如理論計(jì)算所確 定的將系統(tǒng)的凈綜合效率提高了 0. 138%。 雖然已結(jié)合目前認(rèn)為是最實(shí)用且最優(yōu)選的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)理解的是， 本發(fā)明不局限于所公開的實(shí)施例，相反地，意在涵蓋包括在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi) 的各種改型和等同布置。
權(quán)利要求
一種包括壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子和渦輪轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子中的冷卻回路，所述冷卻回路包括已冷卻的冷卻空氣源(16)；通過(guò)所述壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子(12)的轉(zhuǎn)子葉輪(20)中的開口所限定的第一冷卻通路(18)，所述第一冷卻通路引導(dǎo)所述已冷卻的冷卻空氣越過(guò)所述轉(zhuǎn)子葉輪并進(jìn)入所述壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的孔區(qū)段(22)；以及與所述第一冷卻通路處于串聯(lián)的第二冷卻通路(24)，所述第二冷卻通路引導(dǎo)所述已冷卻的冷卻空氣越過(guò)所述渦輪轉(zhuǎn)子(14)的轉(zhuǎn)子葉輪。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻回路，其特征在于，所述第一冷卻通路(18)由形成在壓 縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉輪(20)的慣性帶(25)中的軸向孔洞所限定。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的冷卻回路，其特征在于，所述第一冷卻通路(18)引導(dǎo)所述已 冷卻的冷卻空氣越過(guò)高壓充填刷式密封件(26)，通過(guò)所述高壓充填刷式密封件中的旁通孔 洞，并且越過(guò)18級(jí)壓縮機(jī)葉輪的后緣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻回路，其特征在于，所述第一冷卻通路(18)包括所述壓 縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉輪(20)中的多個(gè)計(jì)量回路，所述計(jì)量回路在壓縮機(jī)凸緣處分配所述已冷卻的 冷卻流以用于邊緣冷卻、孔冷卻以及前級(jí)冷卻。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻回路，其特征在于，所述冷卻回路還包括所述壓縮機(jī)孔 區(qū)段(22)中的葉輪片(27)，所述葉輪片保持流壓力并使所述已冷卻的冷卻流旋動(dòng)到轉(zhuǎn)子 速度。
6.一種冷卻包括壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子和渦輪轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子的方法，所述方法包括沿著通過(guò)所述壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子(12)的轉(zhuǎn)子葉輪(20)中的開口所限定的第一冷卻通路(18) 引導(dǎo)已冷卻的冷卻空氣，所述已冷卻的冷卻空氣被引導(dǎo)越過(guò)所述轉(zhuǎn)子葉輪并進(jìn)入所述壓縮 機(jī)轉(zhuǎn)子的孔區(qū)段(22)；以及沿著與所述第一冷卻通路處于串聯(lián)的第二冷卻通路(24)引導(dǎo)來(lái)自所述第一冷卻通路 的所述已冷卻的冷卻空氣，所述已冷卻的冷卻空氣被引導(dǎo)越過(guò)渦輪的轉(zhuǎn)子葉輪。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一冷卻通路(18)引導(dǎo)所述已冷卻 的冷卻空氣越過(guò)高壓充填刷式密封件(26)，通過(guò)所述高壓充填刷式密封件中的旁通孔洞， 并且越過(guò)18級(jí)壓縮機(jī)葉輪的后緣。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一冷卻通路(18)包括所述壓縮機(jī) 轉(zhuǎn)子葉輪(20)中的多個(gè)計(jì)量回路，所述方法還通過(guò)所述計(jì)量回路在壓縮機(jī)凸緣處分配所 述已冷卻的冷卻空氣流以用于邊緣冷卻、孔冷卻以及前級(jí)冷卻。
9.一種包括壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子(12)和渦輪轉(zhuǎn)子(14)的轉(zhuǎn)子中的冷卻回路，所述冷卻回路包 括通過(guò)所述壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的第一冷卻通路(18)，所述第一冷卻通路(18)與通過(guò)所述渦輪轉(zhuǎn) 子的第二冷卻通路(24)處于串聯(lián)，以使得一定量的冷卻空氣用于既冷卻所述壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子 又冷卻所述渦輪轉(zhuǎn)子。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的冷卻回路，其特征在于，所述冷卻空氣通過(guò)壓縮機(jī)排出殼體 輸送到所述第一冷卻通路(18)，所述第一冷卻通路被限定成引導(dǎo)所述冷卻空氣向后越過(guò)所 述壓縮機(jī)渦輪的轉(zhuǎn)子葉輪(20)進(jìn)入所述壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的孔區(qū)段(22)并且然后前行到所述第 二冷卻通路(24)。全文摘要
本發(fā)明涉及轉(zhuǎn)子冷卻回路，具體而言，冷卻回路用作在具有壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子(12)和渦輪轉(zhuǎn)子(14)的轉(zhuǎn)子中提供冷卻空氣。冷卻回路包括通過(guò)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的第一冷卻通路(18)，該第一冷卻通路(18)與通過(guò)渦輪轉(zhuǎn)子的第二冷卻通路(24)處于串聯(lián)，以使得一定量的冷卻空氣用于既冷卻壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子又冷卻渦輪轉(zhuǎn)子。該結(jié)構(gòu)使得能夠降低對(duì)冷卻空氣的需要，從而提高動(dòng)力裝置效率。
文檔編號(hào)F01D5/08GK101943167SQ20101000527
公開日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2010年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月9日
發(fā)明者F·J·卡薩諾瓦, R·C·沃爾克, R·F·古塔, R·米納克什, T·S·德賽 申請(qǐng)人:通用電氣公司