機(jī)殼冷卻導(dǎo)管的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種氣輪機(jī)（100），具體地為燃?xì)廨啓C(jī)，包括：內(nèi)殼（101），至少渦輪段的定子葉片能夠安裝到內(nèi)殼（101）；和外殼（102），圍繞內(nèi)殼（101）布置，使得在內(nèi)殼（101）和外殼（102）之間形成外冷卻通道（103）。外冷卻通道（103）包括流體進(jìn)口（104），冷卻流體能夠通過(guò)流體進(jìn)口（104）從氣輪機(jī)（100）的外部容積（Vo）噴射到外冷卻通道（103）內(nèi)。冷卻通道（103）包括流體出口（105），使得冷卻流體被排出到氣輪機(jī)（100）的內(nèi)部容積（Vi）內(nèi)。流體進(jìn)口（104）相對(duì)于流體出口（105）布置成使得外冷卻通道（103）內(nèi)的冷卻流體包括有這樣的流動(dòng)方向，該流動(dòng)方向具有相對(duì)于氣輪機(jī)（100）的工作流體的主流向（106）在反方向上定向的分量。
【專利說(shuō)明】機(jī)殼冷卻導(dǎo)管
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氣輪機(jī)和操作氣輪機(jī)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在氣輪機(jī)中，具體地在氣輪機(jī)中以及在氣輪機(jī)周圍，氣輪機(jī)部件，諸如機(jī)殼，暴露于氣輪機(jī)的熱工作流體。因此，應(yīng)用冷卻系統(tǒng)以冷卻所述氣輪機(jī)部件。
[0003]為冷卻的目的，冷卻空氣系統(tǒng)被安裝用于將冷卻氣流提供到熱的氣輪機(jī)部件。用于安置冷卻空氣系統(tǒng)以及用于提供氣輪機(jī)部件，諸如機(jī)殼部件的外部和內(nèi)部的有效冷卻的空間是有限的。此外，復(fù)雜的冷卻系統(tǒng)是昂貴的，并且可靠性較低。另外，大量的冷卻空氣可以不利地影響渦輪性能。
[0004]EP 0 578 639 BI公開了一種渦輪機(jī)機(jī)殼。該渦輪機(jī)機(jī)殼部分地由機(jī)罩圍起，從而在渦輪機(jī)機(jī)殼和用于冷卻空氣流動(dòng)的通風(fēng)蓋之間形成間隙。
[0005]US4, 841，726公開了一種多軸雙流構(gòu)造的燃?xì)鉁u輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。前壓縮機(jī)或者風(fēng)機(jī)將燃?xì)廨啓C(jī)壓縮空氣供給到輔助通道中，輔助通道同軸地布置到推進(jìn)裝置軸并且形成在外壁結(jié)構(gòu)和內(nèi)壁結(jié)構(gòu)之間，副氣流部分從輔助通道獲取并且被逆著渦輪機(jī)殼體結(jié)構(gòu)噴出用于冷卻的目的。副氣流通道基本上延伸過(guò)整個(gè)推進(jìn)裝置長(zhǎng)度或者至少延伸到接近渦輪機(jī)殼體結(jié)構(gòu)的區(qū)域，同時(shí)副氣流部分從副流經(jīng)由內(nèi)壁結(jié)構(gòu)中的位于各個(gè)渦輪機(jī)殼體結(jié)構(gòu)附近的開口離去。
[0006]US4, 242，042公開了針對(duì)游隙控制的對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)殼的溫度控制。將冷卻空氣噴射到環(huán)形空間中由裝箱和外氣封組成的雙壁結(jié)構(gòu)限定，外氣封用以控制空間的泄入和泄出以及發(fā)動(dòng)機(jī)殼的溫度。在作用在發(fā)動(dòng)機(jī)殼上的熱氣流和冷空氣之間的溫度范圍控制機(jī)身的收縮和膨脹，而這又反過(guò)來(lái)相對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)葉片頂端定位密封，這能夠作為發(fā)動(dòng)機(jī)功率或者其它參數(shù)來(lái)表現(xiàn)。
[0007]US2004/0018081A1公開了一種低壓渦輪機(jī)機(jī)殼，其帶有圍繞中心線限定的環(huán)形錐殼。前向凸緣定位到該環(huán)形殼的前端。前掛鉤從前向凸緣向后延伸。分別地具有第一和第二鉤的第一和第二軌道從環(huán)形殼向后延伸。第一和第二冷卻孔分別地貫穿第一和第二軌道。冷卻空氣饋送孔貫穿前向凸緣。第一和第二冷卻孔布置成相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線分別徑向地穿過(guò)第一和第二軌道，或者布置成相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線以斜角徑向地通過(guò)第一和第二軌道。低壓汽輪機(jī)機(jī)殼和管罩組件另外包括第一環(huán)形空腔，所述第一環(huán)形空腔與第一冷卻孔和第二冷卻孔流體流動(dòng)連通。
[0008]GB 2 108 586公開了渦輪轉(zhuǎn)子葉片頂部和包圍機(jī)殼之間的游隙控制。冷卻空氣可以通過(guò)管線被引導(dǎo)到低壓汽輪機(jī)機(jī)殼。
[0009]US6, 227, 800B1公開了一種潤(rùn)輪機(jī)機(jī)殼,該潤(rùn)輪機(jī)機(jī)殼支撐有一排排氣葉片,熱燃燒氣體可以流過(guò)該一排排氣葉片。導(dǎo)流體包圍機(jī)殼以限定冷卻導(dǎo)管。導(dǎo)流罩包圍渦輪機(jī)機(jī)殼以限定用于具有接收隔室空氣的進(jìn)口和用于排出空氣的出口的隔室。冷卻導(dǎo)管包括進(jìn)口，該進(jìn)口接收隔室空氣用于沿著渦輪機(jī)機(jī)殼流動(dòng)，以選擇性地冷卻渦輪機(jī)機(jī)殼。[0010]US6, 625, 989B2公開了用于冷卻噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的氣輪機(jī)的機(jī)殼的方法和設(shè)備,其中冷卻空氣從旁通流轉(zhuǎn)向并且經(jīng)由設(shè)有關(guān)斷元件的進(jìn)氣管提供給機(jī)殼外側(cè)。冷卻空氣提供給第一腔，并在第一腔中被分割體積。冷卻空氣的一個(gè)部分經(jīng)由節(jié)流孔流出到機(jī)殼，而另一部分經(jīng)由多個(gè)管子通向在低壓渦輪機(jī)的區(qū)域中環(huán)狀地包圍機(jī)殼的第二腔。
[0011]EP 0 618 349 Al公開了一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的氣輪機(jī)組件，其包括被裝入在環(huán)形殼體中的轉(zhuǎn)子葉片和靜子葉片的交替環(huán)形陣列。每個(gè)定子葉片的徑向外部被平臺(tái)固定。螺栓延伸穿過(guò)平臺(tái)上的凸緣，以將定子葉片相對(duì)于機(jī)殼定位并且阻止定子葉片的任何周緣移動(dòng)。螺栓徑向地延伸穿過(guò)機(jī)殼以接合環(huán)形的冷卻導(dǎo)管。環(huán)形冷卻導(dǎo)管包圍限定了空腔的機(jī)殼，在運(yùn)行中冷卻空氣穿過(guò)該空腔以冷卻機(jī)殼。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的目的在于提供對(duì)熱的氣輪機(jī)部件的有效冷卻。
[0013]這一目標(biāo)可以通過(guò)根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的主題的氣輪機(jī)、具體地燃?xì)廨啓C(jī)并且通過(guò)操作氣輪機(jī)、具體地燃?xì)廨啓C(jī)的方法來(lái)解決。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提出了一種氣輪機(jī)，具體地燃?xì)廨啓C(jī)。氣輪機(jī)包括內(nèi)殼，至少渦輪機(jī)級(jí)、即渦輪段的定子葉片能夠安裝到內(nèi)殼。此外，氣輪機(jī)包括外殼，所述外殼圍繞內(nèi)殼布置，使得在內(nèi)殼和外殼之間形成外冷卻通道。外冷卻通道包括流體進(jìn)口，冷卻流體能夠通過(guò)流體進(jìn)口從氣輪機(jī)的外部容積噴射到外冷卻通道內(nèi)。冷卻通道包括流體出口，使得冷卻流體被排出到氣輪機(jī)的內(nèi)部容積內(nèi)。流體進(jìn)口相對(duì)于流體出口布置成使得外冷卻通道內(nèi)的冷卻流體包括有這樣的流動(dòng)方向，該流動(dòng)方向具有相對(duì)于氣輪機(jī)的工作流體的主流向在反方向上定向的分量。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提出了用于操作氣輪機(jī)，具體地燃?xì)廨啓C(jī)的方法。氣輪機(jī)包括:內(nèi)殼，至少渦輪機(jī)級(jí)、即渦輪段的定子葉片能夠安裝到內(nèi)殼；和外殼，外殼圍繞內(nèi)殼布置，從而在內(nèi)殼和外殼之間形成外冷卻通道。根據(jù)該方法，冷卻流體從氣輪機(jī)的外部容積通過(guò)外冷卻通道的流體進(jìn)口被噴射到外冷卻通道中。此外，冷卻流體通過(guò)冷卻通道的流體出口排出到氣輪機(jī)的內(nèi)部容積。流體進(jìn)口相對(duì)于流體出口布置成使得外冷卻通道內(nèi)的冷卻流體包括有這樣的流動(dòng)方向，該流動(dòng)方向具有相對(duì)于氣輪機(jī)的工作流體的主流向在反方向上定向的分量。
[0016]氣輪機(jī)可以是也可以包括有例如燃燒室和壓縮機(jī)的燃?xì)廨啓C(jī)。
[0017]通常，氣輪機(jī)包括可旋轉(zhuǎn)的渦輪軸?；剞D(zhuǎn)軸繞限定氣輪機(jī)的軸向的轉(zhuǎn)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)。從外側(cè)沿向著渦輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)軸的方向指向的方向表示氣輪機(jī)的徑向方向。
[0018]氣輪機(jī)包括各種機(jī)殼部件，這些部件具有支撐氣輪機(jī)的功能元件的作用和/或用于導(dǎo)向氣輪機(jī)的流體流。具體地，內(nèi)殼適于支撐定子葉片行，所述定子葉片行包括多個(gè)沿周緣連接的定子葉片。另外，氣輪機(jī)的各種流體導(dǎo)向部件、諸如導(dǎo)風(fēng)板可以連接到內(nèi)殼。導(dǎo)風(fēng)板可以采取護(hù)板和/或擋熱板的形式。
[0019]具體地，內(nèi)殼將氣輪機(jī)的工作流體從環(huán)境分開。內(nèi)殼具體地將氣輪機(jī)的內(nèi)部容積從氣輪機(jī)的外部容積分開。在內(nèi)部容積內(nèi)，工作流體沿著主流體方向流出，其中主流向具體地相對(duì)于渦輪軸在軸向上定向。
[0020]在內(nèi)部容積內(nèi)，安裝有定子葉片行和轉(zhuǎn)子葉片行。具體地，熱的加壓氣體在內(nèi)部容積內(nèi)沿著主流向流動(dòng)。輔助流體流或者輔助氣流(弓丨氣)在包圍內(nèi)殼并且由此包圍內(nèi)部容積的外部容積內(nèi)流出。輔助流體流可以用于冷卻目的。
[0021]上述的外殼至少部分地包圍內(nèi)殼。在內(nèi)殼和外殼之間形成外冷卻通道。外殼形成在外部容積內(nèi)。外殼包括位于其邊緣處的入口孔和出口孔和/或間隙，以提供從外部容積至外冷卻通道內(nèi)的流體進(jìn)口。內(nèi)殼借助于其邊緣處的出口孔或者間隙提供了流體出口，以將冷卻空氣排出到內(nèi)部容積中和/或安裝到內(nèi)殼的定子葉片行的內(nèi)部定子葉片的導(dǎo)管中。
[0022]如上所述，內(nèi)殼和外殼可以布置在氣輪機(jī)的渦輪段中。具體地，其可以布置在動(dòng)力渦輪部分，該動(dòng)力渦輪部分提供用以驅(qū)動(dòng)相連的旋轉(zhuǎn)設(shè)備。替代地，其可以布置在壓縮機(jī)渦輪段，壓縮機(jī)渦輪段驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子。在渦輪段內(nèi)，工作流體(主流體)沿著主流向、即在軸向上或者在下游方向上膨脹。內(nèi)殼和外殼可以具有錐狀或者截錐體狀/錐臺(tái)狀形狀，其中內(nèi)殼和外殼的直徑和尺寸分別沿著主流向和軸向增大。另外，內(nèi)殼和/或外殼沿周緣方向圍繞渦輪軸形成環(huán)形導(dǎo)管或者間隙。內(nèi)殼和/或外殼可以沿著渦輪級(jí)/渦輪段的整個(gè)周緣延伸或者可以沿著沿周緣方向分開成為多個(gè)周緣段。
[0023]通過(guò)上述的氣輪機(jī)，由內(nèi)殼和外殼形成外冷卻通道，使得冷卻流體在外冷卻通道內(nèi)的流動(dòng)方向部分地在相對(duì)于內(nèi)殼內(nèi)的工作流體的主流向的上游流動(dòng)。具體地，冷卻流體在外部容積內(nèi)在徑向方向上并且沿著相對(duì)于主流向的反向平行方向流動(dòng)。通過(guò)外冷卻通道，冷卻流體被從外部容積內(nèi)的流動(dòng)方向下游(相對(duì)于熱氣流)關(guān)于主流向重定向到冷卻通道內(nèi)的流動(dòng)方向上游(相對(duì)于熱氣流)。另外，當(dāng)將冷卻流體排出到內(nèi)部容積或者排出到定子葉片的導(dǎo)管中時(shí)，冷卻流體被再次重定向到與氣輪機(jī)的內(nèi)部容積內(nèi)的工作流體的主流向大致垂直的下游方向。因此，在將冷卻流體噴射到內(nèi)部容積中之前，冷卻流體由流動(dòng)至少兩次重定向通過(guò)冷卻通道。
[0024]這具有的技術(shù)效果在于，流入外冷卻通道的冷卻空氣沿著內(nèi)殼的形成外冷卻通道的一部分的徑向外表面以熱接觸方式流動(dòng)。此外，冷卻流體可以傳送過(guò)內(nèi)殼的徑向內(nèi)表面，該內(nèi)表面面向內(nèi)部容積。因此，因?yàn)槔鋮s氣流沿著內(nèi)殼的徑向外表面在上游(相對(duì)于熱氣流)流動(dòng)，冷卻空氣另外可以用于額外地冷卻其它部件，諸如定子葉片或者內(nèi)殼的徑向內(nèi)表面，因?yàn)槔鋮s空氣在上游位置離開外冷卻通道，并且由此在上游位置進(jìn)入內(nèi)部容積。在進(jìn)入內(nèi)部容積之后，冷卻空氣受內(nèi)部容積內(nèi)的工作流體作用。例如，當(dāng)首先沿著上游方向在外冷卻導(dǎo)管中引導(dǎo)冷卻空氣時(shí)，冷卻流體在被重定向到內(nèi)部容積中的下游方向之后可以冷卻內(nèi)殼的兩個(gè)表面。因此，因?yàn)槔鋮s空氣經(jīng)過(guò)內(nèi)殼的大的表面面積(具體地，內(nèi)表面和外表面)，可以提供良好的熱對(duì)流且由此提供良好的冷卻效率。此外，燃?xì)廨啓C(jī)的內(nèi)部容積中的壓力沿主流向減小，從而如果在位于機(jī)殼外部時(shí)未初始地首先在主要熱氣流的反方向上流動(dòng)，則導(dǎo)致冷卻氣流和熱氣之間的高的壓差，由此呈現(xiàn)高的冷卻空氣消耗。冷卻空氣和熱氣流之間的對(duì)流式布置確保對(duì)于指定可用表面的將熱從部件傳遞到冷卻空氣的高冷卻效率。
[0025]另外，因?yàn)楸景l(fā)明提高了冷卻效率，可以降低冷卻流體(即，輔助流體/空氣)的消耗。另外，高的冷卻效率另外允許由可能僅可在低溫下應(yīng)用的材料形成內(nèi)殼。具體地，內(nèi)殼的溫度可以在氣輪機(jī)操作期間被降低到近似450°C以下，從而其不必使用昂貴的鎳機(jī)殼。如果實(shí)現(xiàn)了低于近似450°C的內(nèi)殼溫度，例如通過(guò)應(yīng)用本發(fā)明來(lái)實(shí)現(xiàn)，則內(nèi)殼可以例如由便宜的鋼制成。另外，降低的內(nèi)殼工作溫度另外可以提高氣輪機(jī)的效率，例如通過(guò)降低葉尖間隙、通過(guò)減少空氣消耗、通過(guò)應(yīng)用簡(jiǎn)單的導(dǎo)管結(jié)構(gòu)以及通過(guò)使用更便宜的殼體材料。[0026]根據(jù)本發(fā)明的另外的示例性實(shí)施方式，流體進(jìn)口形成在外殼中。流體進(jìn)口可以例如由形成在外殼中的入口孔形成。
[0027]根據(jù)另外的示例性實(shí)施方式，流體出口形成在內(nèi)殼中，例如由形成在內(nèi)殼中的入口孔或者入口通道形成。
[0028]根據(jù)另外的示例性實(shí)施方式，外通道形成收縮的形狀，以用于加速外通道中的冷卻流體。
[0029]通過(guò)包圍內(nèi)殼形成外冷卻導(dǎo)管，實(shí)現(xiàn)了冷卻通道的徑向距離或者徑向高度的變化，并且可以控制冷卻流體流動(dòng)的特性(特別是關(guān)于遞增的速度)。因此，外冷卻導(dǎo)管形狀可以適于并且用以控制冷卻流體的流量、速度、方向、質(zhì)量、分布和/或壓力。
[0030]具體地，如果內(nèi)殼和外殼具有沿著氣輪機(jī)的軸向的錐狀形狀，兩個(gè)殼體的錐角可以不同以使冷卻通道的橫截面的直徑和尺寸(水壓直徑)沿著軸向變化。具體地，冷卻通道的橫截面沿著軸向上游方向減小。具體地，冷卻通道在流體進(jìn)口處的水壓直徑(橫截面積)大于流體出口處的水壓直徑(橫截面積)。因此，可以形成用于加速外冷卻通道內(nèi)的冷卻流體的收縮的形狀。
[0031]通過(guò)由外冷卻通道加速冷卻流體，冷卻流體在流體進(jìn)口處比在流體出口處具有更低的速度。冷卻流體沿著流動(dòng)方向在流體進(jìn)口和流體出口之間升溫。因此，通過(guò)由外冷卻通道的收縮的形狀提供加速的冷卻流體，可以提高氣輪機(jī)的冷卻效率。
[0032]根據(jù)另外的示例性實(shí)施方式，氣輪機(jī)還包括第一定子葉片行，第一定子葉片行包括至少一個(gè)第一定子葉片，其中第一定子葉片行安裝到內(nèi)殼的第一部分。氣輪機(jī)還包括第二定子葉片行，第二定子葉片行包括至少一個(gè)第二定子葉片，其中第二定子葉片行安裝到內(nèi)殼的第二部分。關(guān)于所述主流向，所述第二部分位于相對(duì)于所述第一部分的下游。
[0033]冷卻通道和外殼僅可以存在于內(nèi)殼的一部分上,從而外殼并不完全地覆蓋內(nèi)殼。下面說(shuō)明示例性實(shí)施方式。例如，第一定子葉片行和第二定子葉片行是位于渦輪段的中間段的定子葉片行，從而渦輪段的其它定子葉片行位于第一定子葉片行和第二定子葉片行的上游和/或下游。因此，外冷卻通道由外殼沿著中間段形成，而并不沿著渦輪段的整個(gè)軸長(zhǎng)覆蓋內(nèi)殼。另外，渦輪段可以包括至少一個(gè)位于第一定子行和第二定子行之間的另外的定子葉片行。因此，外冷卻通道由外殼沿著包括第一定子葉片行、插入的其它定子葉片行和第二定子葉片行的成組定子葉片形成。
[0034]根據(jù)另外的示例性實(shí)施方式，第一定子葉片行包括另外的第一定子葉片，其中第一定子葉片和另外的第一定子葉片相對(duì)于彼此沿著氣輪機(jī)的周緣方向布置。外殼圍繞內(nèi)殼布置，以使外冷卻通道至少在第一定子葉片和所述另外的第一定子葉片之間延伸。
[0035]在大多數(shù)情況中，外殼將覆蓋內(nèi)殼的整個(gè)周緣。沿著機(jī)殼的主流向安置局部的質(zhì)量塊作為分界凸緣以隔開部段可能引入局部變形，而導(dǎo)致橢圓形且由此增大葉尖間隙，導(dǎo)致性能損失。
[0036]根據(jù)另外時(shí)示例性實(shí)施方式，第二定子葉片行包括另外的第二定子葉片，其中第二定子葉片和另外的第二定子葉片沿著氣輪機(jī)的周緣方向相對(duì)于彼此布置。外殼圍繞內(nèi)殼布置，使得外冷卻通道至少在第二定子葉片和另外的第二定子葉片之間延伸。
[0037]根據(jù)另外的示例性實(shí)施方式，所述至少一個(gè)第一定子葉片包括導(dǎo)管，其中第一定子葉片安裝到內(nèi)殼使得冷卻流體能夠從流體出口流入導(dǎo)管。第二定子葉片也可以包括另外的管道，冷卻空氣能夠從中流過(guò)。
[0038]在圍繞渦輪軸的周緣方向上能夠安裝多個(gè)具有管道的第一定子葉片，其中每個(gè)第一定子葉片管道連接到外冷卻通道，使得冷卻流體完全地或者至少部分地能夠從多個(gè)第一定子葉片中的每個(gè)第一定子葉片流出。
[0039]具體地，通過(guò)上述示例性實(shí)施方式，第一定子葉片行可以是動(dòng)力渦輪部分的第一定子葉片行，在此工作流體進(jìn)入渦輪級(jí)。第二定子葉片行可以是位于下游的最后定子葉片行，在此工作流體退出渦輪段。通過(guò)上述示例性實(shí)施方式，冷卻通道規(guī)劃為可以在軸向或者周緣方向上沿著內(nèi)殼的整個(gè)表面積延伸。因此，冷卻流體適于在流過(guò)外冷卻通道時(shí)冷卻例如渦輪段的內(nèi)殼的整個(gè)表面積。
[0040]冷卻空氣可以進(jìn)入氣輪機(jī)的第一定子葉片下游的定子葉片管道和/或冷卻空氣進(jìn)入位于渦輪段出口的上游位置處的外冷卻通道。
[0041]根據(jù)另外的示例性實(shí)施方式，氣輪機(jī)還包括內(nèi)冷卻通道，所述內(nèi)冷卻通道形成在第一定子葉片的第一徑向外端、第二定子葉片的第二徑向外端和內(nèi)殼的徑向內(nèi)表面之間。內(nèi)冷卻通道連接到流體出口，使得冷卻流體的一部分流過(guò)內(nèi)冷卻通道，其中冷卻流體的部分包括這樣的流動(dòng)方向，該流動(dòng)方向具有與氣輪機(jī)的工作流體的主流向平行地定向的分量。
[0042]因此，通過(guò)上述示例性實(shí)施方式，形成基本上在氣輪機(jī)的軸向上沿著內(nèi)殼內(nèi)表面延伸的內(nèi)部通道。因此，沿著內(nèi)殼外表面流過(guò)外冷卻通道的冷卻流體在從外冷卻通道排出到內(nèi)部容積時(shí)可以被重定向，并且可以大致沿著下游方向沿著內(nèi)殼內(nèi)表面流動(dòng)。具體地，冷卻流體的一部分包括這樣的分量，該分量與氣輪機(jī)的工作流體的主流向平行地定向，從而冷卻回轉(zhuǎn)軸。
[0043]因此，內(nèi)殼可以通過(guò)兩個(gè)表面、即內(nèi)表面和外表面與冷卻流體熱連接，從而提高內(nèi)殼的冷卻效率。
[0044]根據(jù)另外的示例性實(shí)施方式，氣輪機(jī)還包括在至少一個(gè)第一定子葉片的第一徑向內(nèi)端處形成的第一空腔。而且，氣輪機(jī)包括第二空腔，該第二空腔形成在第二定子葉片的第二徑向內(nèi)端處處。第一定子葉片包括在所述第一徑向內(nèi)端處的開口，使得冷卻流體能夠從第一定子葉片處的導(dǎo)管流入第一空腔內(nèi)。第一空腔和第二空腔連接在彼此之間，使得冷卻流體能夠從第一空腔流動(dòng)到第二空腔。因此，通過(guò)上述示例性實(shí)施方式，提供了用于冷卻流體的有效流路，從而氣輪機(jī)的部件可以由冷卻流體有效地冷卻。
[0045]根據(jù)另外的示例性實(shí)施方式，氣輪機(jī)還包括多個(gè)另外的定子葉片行，所述多個(gè)另外的定子葉片行位于第一定子葉片行和最后的第二定子葉片行之間。每個(gè)第一定子葉片行包括多個(gè)沿周緣方向依次布置的第一葉片。定子行中的定子葉片可以安裝到一個(gè)共同的固定葉片載體。因此，具體地，沿著軸向在第一定子葉片行和第二定子葉片行之間可以插入三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)或更多的定子葉片行。冷卻通道在軸向上沿著所有的定子葉片行延伸，或者可以僅部分地預(yù)定的定子行之間延伸。因此，由于外冷卻通道沿著整個(gè)渦輪級(jí)的延長(zhǎng)，可以不需要用于設(shè)置另外的外冷卻通道的另外安裝。
[0046]必需指出，已經(jīng)參考不同主題說(shuō)明了本發(fā)明實(shí)施方式。具體地，一些實(shí)施方式已經(jīng)參考設(shè)備類型的權(quán)利要求進(jìn)行了說(shuō)明，而其它實(shí)施方式已經(jīng)參考方法類型的權(quán)利要求進(jìn)行說(shuō)明。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)以上及隨后的描述將得出，除非另外指出，除屬于一個(gè)類型的主題的特征的任意組合之外，認(rèn)為本申請(qǐng)同樣公開了在涉及不同主題的特征之間的、具體地在設(shè)備類型權(quán)利要求的特征與方法類型權(quán)利要求的特征之間任意組合。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0047]本發(fā)明的以上限定的方面和其它方面根據(jù)下文所述的實(shí)施方式的示例是明顯的，并且參考實(shí)施方式的示例來(lái)解釋。下文中，將參考實(shí)施方式的示例更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明不局限于實(shí)施方式的示例。
[0048]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的氣輪機(jī)；
[0049]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的內(nèi)殼；和
[0050]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的外殼。
【具體實(shí)施方式】
[0051]圖中的例示是示意性的。注意到，在不同的圖中，類似的或者相同的元件提供有相同的附圖標(biāo)記。
[0052]圖1示出了氣輪機(jī)100，具體地燃?xì)廨啓C(jī)。氣輪機(jī)100包括內(nèi)殼101，至少渦輪級(jí)的定子葉片安裝到內(nèi)殼101。此外，氣輪機(jī)100包括外殼102，外殼102圍繞內(nèi)殼101布置，使得在內(nèi)殼101和外殼102之間形成外冷卻通道103。外冷卻通道103包括流體進(jìn)口 104，冷卻流體能夠從氣輪機(jī)100的外部容積Vo通過(guò)該流體進(jìn)口噴射到外冷卻通道103中。冷卻通道103包括流體出口 105，使得冷卻流體被排出到氣輪機(jī)100的內(nèi)部容積Vi內(nèi)。流體進(jìn)口 104相對(duì)于流體出口 105布置成使得外冷卻通道103內(nèi)的冷卻流體包括有這樣的流動(dòng)方向110，該流動(dòng)方向110具有相對(duì)于氣輪機(jī)100的工作流體的主流向106在反方向上定向的分量。
[0053]在圖1中，指示了軸向107，其具體地描述了渦輪軸(未示出)的旋轉(zhuǎn)軸的方向。垂直于軸線方向107地，指示了徑向方向108，其描述了延伸通過(guò)例如渦輪軸的中心點(diǎn)的方向。
[0054]在內(nèi)部容積Vi的外部分中，工作流體沿著主流向106流動(dòng)。當(dāng)流過(guò)內(nèi)部容積Vi的外部分時(shí)，工作流體經(jīng)過(guò)第一和第二定子葉片行111、112。第一定子葉片行111中的多個(gè)第一定子葉片可以圍繞渦輪軸沿著周緣方向布置。第二定子葉片行112中的多個(gè)第二定子葉片可以圍繞渦輪軸沿著周緣方向布置。在各個(gè)定子葉片行111、112之間，插入安裝到渦輪軸并且圍繞渦輪軸安裝的轉(zhuǎn)子葉片行113。流過(guò)內(nèi)部容積的外部分的工作流體沿著主流向106膨脹，并且驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子葉片行113?？傮w上，工作流體熱氣或者蒸汽，其加熱葉片和葉片行111-113和內(nèi)殼101。因此，內(nèi)殼101以及內(nèi)部容積Vi內(nèi)側(cè)的氣輪機(jī)部件必須由冷卻流體冷卻。
[0055]冷卻流體例如是引氣。冷卻流體可以首先噴射到氣輪機(jī)100的外部容積Vo內(nèi)。夕卜部容積Vo可以是由另外的外殼114和內(nèi)殼101形成的空腔。外部容積Vo可以由外殼102和另外的外殼114形成的導(dǎo)管形成，其中所述導(dǎo)管沿著軸線方向107延伸并且至少部分地沿周緣方向包圍渦輪級(jí)。
[0056]外部容積Vo可以沿周緣方向的環(huán)狀線圈形狀，并且接近或更準(zhǔn)確地說(shuō)超過(guò)流體進(jìn)口 104。當(dāng)設(shè)計(jì)中不存在另外的外殼114時(shí)，是特別優(yōu)選的布置。[0057]冷卻流體從外部容積Vo流到外冷卻通道103內(nèi)的流體進(jìn)口 104。外冷卻通道103由內(nèi)殼103的外表面和外殼102的內(nèi)表面包圍。在不例性實(shí)施方式中，外冷卻通道103可在至少沿著冷卻通道103的長(zhǎng)度的部段中具有收縮的形狀，從而外冷卻通道103內(nèi)的冷卻流體被加速。
[0058]此外，外冷卻通道103包括流體出口 105，冷卻流體可以通過(guò)該流體出口 105從外冷卻通道103排出到內(nèi)部容積Vi中，并且具體地排出到具有管道的第一定子葉片中，或者到內(nèi)冷卻通道109內(nèi)。外冷卻通道103可以在第一中空定子葉片行111和第二定子葉片行112之間延伸的內(nèi)殼101表面積延伸。而且，外冷卻通道103可以沿著內(nèi)殼101的外表面的周緣延伸。因此，外冷卻通道103內(nèi)的冷卻流體沿著內(nèi)殼101的外表面的較大部分流動(dòng)，以便可以實(shí)現(xiàn)良好的熱對(duì)流并且因此實(shí)現(xiàn)內(nèi)殼101的高冷卻效率。
[0059]具體地，流體進(jìn)口 104和流體出口 105布置為使得冷卻通道103內(nèi)的冷卻流體至少帶有這樣的分量地流動(dòng)，該分量沿著相對(duì)于內(nèi)部容積Vi內(nèi)的工作流體的主流向106的反方向。
[0060]而且，內(nèi)冷卻通道109內(nèi)的冷卻流體的流體流動(dòng)的方向被至少部分地引導(dǎo)向主流向106。因此，內(nèi)殼101的外表面和內(nèi)殼101的內(nèi)表面由冷卻流體包圍，從而提高了冷卻效率。
[0061]具體地，內(nèi)冷卻通道109形成在第一定子葉片行111的第一徑向外端、第二定子葉片行112的第二徑向外端和內(nèi)殼101的(徑向)內(nèi)表面之間。
[0062]流過(guò)第一定子葉片的管道的冷卻流體進(jìn)一步排出到第一空腔115中，第一空腔115在第一定子葉片的徑向內(nèi)端處位于內(nèi)部容積Vi的內(nèi)部分中。從內(nèi)腔115，冷卻流體可以在氣輪機(jī)100的內(nèi)部容積Vi的內(nèi)部分內(nèi)流動(dòng)，或者可以流過(guò)間隙或者管道經(jīng)過(guò)插入的轉(zhuǎn)子葉片行113、進(jìn)入第二空腔116，第二空腔116位于第二定子葉片行112的第二定子葉片的徑向內(nèi)端處，第二定子葉片行112位于中空的第一定子葉片行111的下游。從第二空腔116，冷卻流體可以進(jìn)一步地在排出到內(nèi)部容積Vi的外部分之前在內(nèi)部容積Vi的內(nèi)部分內(nèi)流動(dòng)，或者可以在第二定子葉片行112的第二定子葉片的管道內(nèi)流動(dòng)。因此，形成用于冷卻流體的有效冷卻路徑。
[0063]圖2示出了內(nèi)殼101的透視圖。為了更好的定向，示出了主流向106。而且，沿著內(nèi)殼101的徑向外表面，示出了冷卻流體在外冷卻通道103內(nèi)的流動(dòng)方向110。在相對(duì)于主流向106的、內(nèi)殼101的上游位置或者邊緣，示出了形成流體出口 105的孔。通過(guò)流體出口105的孔，冷卻流體可以被噴射到氣輪機(jī)100的內(nèi)部容積Vi內(nèi)。
[0064]在圖2中，示出了內(nèi)殼101形式錐形形狀，其中橫截面沿著主流向106增大。內(nèi)殼101可以沿著氣輪機(jī)100的渦輪段的周緣延伸，或者可以以可以配合在一起的多個(gè)部件沿著氣輪機(jī)100的周緣方向分開。通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的有效冷卻，內(nèi)殼100可以在氣輪機(jī)的運(yùn)行中被冷卻到400-450°C左右的溫度范圍，從而可以不需要昂貴的鎳機(jī)殼，并且成本有效的鋼機(jī)殼可以用作內(nèi)殼101。
[0065]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的外殼102的透視圖。為了更好的定向，示出了主流向106。外殼102可以安裝在內(nèi)殼101之上。外殼102包括錐形形狀，其中外殼102的直徑沿著主流向106增大。如果內(nèi)殼101和外殼102包括不同的錐角，外冷卻通道103的橫截面沿著主流向106的變化的大小可以形成收縮的形狀，以加速外冷卻通道103內(nèi)的冷卻流體。[0066]如圖3所示，外殼102包括形成流體進(jìn)口 104的孔。如圖3所示，形成流體進(jìn)口104的孔形成在相對(duì)于形式內(nèi)殼101中的流體出口 105的下游位置或者邊緣處。因此，通過(guò)形成外殼102的流體進(jìn)口 104的孔噴射的冷卻流體在相對(duì)于主流向106的上游方向流出，并且通過(guò)形成內(nèi)殼101的流體出口 105引出外冷卻通道103。
[0067]外殼102可以沿著氣輪機(jī)100的周緣延伸。而且，外殼102可以以環(huán)形部段分離，所述環(huán)形部段一起形成環(huán)形外殼102。
[0068]應(yīng)該注意，術(shù)語(yǔ)“包括”并不排除其它的元件或者步驟，并且不定冠詞“一”并不排除多個(gè)。另外，與不同實(shí)施方式結(jié)合說(shuō)明的元件可以組合。另外應(yīng)該注意，權(quán)利要求中的附圖標(biāo)記不應(yīng)闡釋為限制權(quán)利要求的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種氣輪機(jī)(100)，具體地為燃?xì)廨啓C(jī)，所述氣輪機(jī)(100)包括:內(nèi)殼(101)，至少渦輪段的定子葉片能夠安裝到所述內(nèi)殼(101)，和外殼(102 )，所述外殼(102 )圍繞所述內(nèi)殼(101)布置，使得在所述內(nèi)殼(101)和所述外殼(102)之間形成外冷卻通道(103)，其中，所述外冷卻通道(103)包括流體進(jìn)口( 104)，冷卻流體能夠通過(guò)所述流體進(jìn)口(104)從所述氣輪機(jī)(100)的外部容積(Vo)噴射到所述外冷卻通道(103)內(nèi)，其中所述冷卻通道(103)包括流體出口(105)，使得所述冷卻流體被排出到所述氣輪機(jī)(100)的內(nèi)部容積(Vi)，其中所述流體進(jìn)口(104)相對(duì)于所述流體出口(105)布置成使得所述外冷卻通道 (103)內(nèi)的冷卻流體包括有這樣的流動(dòng)方向，該流動(dòng)方向具有相對(duì)于所述氣輪機(jī)(100)的工作流體的主流向(106)在反方向上定向的分量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣輪機(jī)(100)，其中，所述流體進(jìn)口( 104)形成在所述外殼(102)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣輪機(jī)(100)，其中，所述流體出口( 105 )形成在所述內(nèi)殼(101)中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的一項(xiàng)所述的氣輪機(jī)(100)，其中，所述外冷卻通道(103)形成為收縮的形狀，用于加速所述外冷卻通道(103)內(nèi)的冷卻流體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中 的一項(xiàng)所述的氣輪機(jī)(100)，進(jìn)一步包括包括至少一個(gè)第一定子葉片的第一定子葉片行(111)，其中所述第一定子葉片行(111)安裝到所述內(nèi)殼(101)的第一部分，和包括至少一個(gè)第二定子葉片的第二定子葉片行(112)，其中所述第二定子葉片行(112)安裝到所述內(nèi)殼(101)的第二部分，其中，關(guān)于所述主流向，所述第二部分位于相對(duì)于所述第一部分的下游。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氣輪機(jī)(100)，其中，所述外殼(102)圍繞所述內(nèi)殼(101)布置，使得所述外冷卻通道(103)至少在所述第一定子葉片行(111)的所述第一部分和所述第二定子葉片行(112)的所述第二部分之間延伸。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的氣輪機(jī)(100)，其中，所述第二定子葉片行(112)包括另外的第二定子葉片，其中所述第二定子葉片和所述另外的第二定子葉片沿著所述氣輪機(jī)(100)的周緣方向相對(duì)于彼此布置，其中所述外殼(102)圍繞所述內(nèi)殼(101)布置，使得所述外冷卻通道(103)至少在所述第二定子葉片和所述另外的第二定子葉片之間延伸。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至7中的一項(xiàng)所述的氣輪機(jī)(100)，進(jìn)一步包括內(nèi)冷卻通道(109)，所述內(nèi)冷卻通道(109)形成在所述第一定子葉片的第一徑向外端、 所述第二定子葉片的第二徑向外端和所述內(nèi)殼(101)的徑向內(nèi)表面之間，其中所述內(nèi)冷卻通道(109)連接到所述流體出口( 105)，使得所述冷卻流體的一部分流過(guò)所述內(nèi)冷卻通道(109)，其中所述冷卻流體的所述部分包括這樣的流動(dòng)方向，該流動(dòng)方向具有與所述氣輪機(jī)(100)的工作流體的主流向(106)平行地定向的分量。
9.根據(jù)權(quán)利要求5至8中的一項(xiàng)所述的氣輪機(jī)(100)，其中，所述至少一個(gè)第一定子葉片包括導(dǎo)管，其中所述第一定子葉片安裝到所述內(nèi)殼(101)使得冷卻流體能夠從所述流體出口(105)流入所述導(dǎo)管。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的氣輪機(jī)(100)，進(jìn)一步包括第一空腔(115)，所述第一空腔(115)形成在所述第一定子葉片的第一徑向內(nèi)端處，和第二空腔(116)，所述第二空腔(116)形成在所述第二定子葉片的第二徑向內(nèi)端處， 其中所述至少一個(gè)第一定子葉片包括在所述第一徑向內(nèi)端處的開口，使得冷卻流體能夠從所述第一定子葉片處的所述導(dǎo)管流入所述第一空腔(115)內(nèi)，其中所述第一空腔(115)和所述第二空腔(116)連接在彼此之間，使得冷卻流體能夠從所述第一空腔(115)流動(dòng)到所述第二空腔(116)。
11.根據(jù)權(quán)利要求5至10中的一項(xiàng)所述的氣輪機(jī)(100)，進(jìn)一步包括多個(gè)另外的定子葉片行，所述多個(gè)另外的定子葉片行位于所述第一定子葉片行(111) 和所述第二定子葉片行(112)之間。
12.用于操作氣輪機(jī)(100)的方法，具體地為燃?xì)廨啓C(jī)，其中，所述氣輪機(jī)包括內(nèi)殼(101)和外殼(102)，至少渦輪段的定子葉片能夠安裝到所述內(nèi)殼(101)，所述外殼(102) 圍繞所述內(nèi)殼(101)布置，使得在所述內(nèi)殼(101)和所述外殼(102)之間形成外冷卻通道 (103)，所述方法包括:將冷卻流體從所述氣輪機(jī)(100)的外部容積(Vo)通過(guò)所述外冷卻通道(103)的流體進(jìn)口(104)噴射到所述外冷卻通道(103)中，以及將所述冷卻流體通過(guò)所述冷卻通道(103)的流體出口(105)排出到所述氣輪機(jī)(100) 的內(nèi)部容積(Vi)內(nèi)，其中所述流體進(jìn)口(104)相對(duì)于所述流體出口(105)布置成使得所述外冷卻通道(103)內(nèi)的冷卻流 體包括有這樣的流動(dòng)方向，該流動(dòng)方向具有相對(duì)于所述氣輪機(jī)(100)的工作流體的主流向(106)在反方向上定向的分量。
【文檔編號(hào)】F01D25/14GK103597170SQ201280020881
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2012年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月28日
【發(fā)明者】K.默雷頓, K.斯科特 申請(qǐng)人:西門子公司