燃氣輪機制造技術

本發明專利技術涉及一種燃氣輪機(20)，包括壓縮機(12)、燃燒室(13)以及渦輪機(15)，所述壓縮機(12)經過進氣口(11)引入并且壓縮空氣，燃料(14)在所述燃燒室(13)內利用所述壓縮的空氣燃燒并且產生熱氣體，所述渦輪機(15)配置有渦輪機葉片(32)，所述熱氣體在所述渦輪機(15)內膨脹、做功，其中，提供第一裝置以便用壓縮的冷卻空氣冷卻渦輪機葉片。通過所述第一裝置實現改進效率，所述第一裝置包括至少一個獨立的壓縮機級(22)，所述壓縮機級(22)獨立于所述壓縮機(12)產生壓縮的冷卻空氣。

【技術實現步驟摘要】
燃氣輪機
本專利技術涉及燃氣輪機

技術介紹
因為燃氣輪機中出現的高熱應力和機械應力，必須向所述渦輪機的大部分轉子葉片和定子葉片供給冷卻空氣。為了保證正確地冷卻所述葉片，在所述熱氣體通道中的冷卻空氣和熱氣體之間必須存在充分高的壓力比。作為冷卻空氣，絕大部分空氣在為此設置的所述燃氣輪機軸向壓縮機的泄放點被泄放。利用各種管道系統，冷卻空氣被進給到單個渦輪機葉片。在這種情況下，燃氣輪機設計中的一個重點是正確選擇所述泄放點的壓力等級以匹配在需要冷卻的點處所述渦輪機所需要的壓力等級。圖1中再現了用這種方式冷卻的燃氣輪機的大大地簡化了的示意圖。圖1的燃氣輪機10包括壓縮機12、燃燒室13和渦輪機15，其中，壓縮機12經由進氣口11引入并且壓縮空氣，在燃燒室13內燃料14使用壓縮空氣燃燒并且產生熱氣體，所述渦輪機15配置有渦輪機葉片，所述熱氣體在渦輪機15中膨脹，做功，然后經由排氣出口17排放，其中，為了冷卻渦輪機15，排放來自壓縮機12的壓縮的冷卻空氣，并且經過冷卻空氣管線18進給到渦輪機15。在這種情況下，在壓縮機12或者渦輪機15的不同點能夠進行泄放和供給。為了降低所述冷卻空氣的溫度，在冷卻空氣管線18上能夠額外地布置冷卻器19。在流動方向上的后部渦輪機級，出現相當低的壓力等級。此外，熱負荷幾乎全部都如此低以致這些級的有效冷卻幾乎沒有必要。但是如果需要最后級的冷卻起作用，由于成本原因，在大多數情況下使用在下一個較高壓力等級運行的有效冷卻葉片上的泄放點。但是，由于這個壓力等級位于實際需要的壓力等級以上并且所述壓力被抑制以便最小化冷卻空氣的體積，在這方面，在流體的壓縮過程中有必要執行更多的工作。這些額外的工作，作為壓力抑制的結果，引起在平衡中產生損失。由于成本原因，在大多數情況下單獨的泄放點的供給或者外部的冷卻空氣源（壓縮機、風扇等等）的利用的確沒有任何意義。印刷出版物US2,578,481公開了一種燃氣渦輪機，其中，中間外殼位于壓縮機和渦輪機之間，并且其中，徑向行動的輔助壓縮機布置在轉子上，而且冷卻空氣在壓力下被輸送到用作冷卻轉子軸的軸承、渦輪機的轉子盤以及還有轉子葉片的外部夾持環的中間外殼內。沒有提供利用輔助壓縮機對渦輪機的定子葉片和/或轉子葉片的冷卻。從印刷出版物US4,005,572已知在燃氣輪機的渦輪轉子的后側布置輔助的葉片以便引入額外的冷卻空氣并且將冷卻空氣連同熱氣體一起引進渦輪機中。還有，在這種情況下沒有提供利用輔助葉片冷卻渦輪機葉片。
技術實現思路
因此，本專利技術的目的是構建一種燃氣輪機，所述燃氣輪機避免已知的燃氣輪機與冷卻相關的缺點并且顯著提高效率。本專利技術基于的燃氣輪機包括壓縮機、燃燒室以及渦輪機，所述壓縮機通過進氣口引入空氣并且壓縮空氣，在所述燃燒室內，使用所述壓縮的空氣燃燒燃料并且產生熱氣體，所述渦輪機配備有渦輪機葉片，在所述渦輪機內所述熱氣體膨脹，做功，其中，提供第一裝置以便用壓縮的冷卻空氣冷卻渦輪機葉片。本專利技術顯著之處在于，所述第一裝置包括至少一個單獨的壓縮機級，所述壓縮機級獨立于所述壓縮機產生壓縮的冷卻空氣。根據本專利技術的所述燃氣輪機的一個實施例，其特征在于，所述至少一個壓縮機級在流動方向上布置在渦輪機的尾部。另一個實施例的特征在于，所述渦輪機具有轉子或者軸，并且其中，所述至少一個壓縮機級被集成進所述轉子或者所述軸內。根據本專利技術的進一步實施例，所述至少一個壓縮機級設計成徑向壓縮機。另一個實施例的顯著之處是，所述至少一個壓縮機級在流動方向上直接布置在最后的渦輪轉子葉片的尾部，其中，所述至少一個壓縮機級從轉子軸承通風系統引入冷卻空氣質量流，并且其中，為了冷卻目的，所述至少一個壓縮機級將壓縮的冷卻空氣的主要質量流輸送到所述最后的渦輪轉子葉片。還是根據另一個實施例，所述至少一個壓縮機級輸送壓縮的冷卻空氣的部分質量流用于在所述燃氣輪機的轉子或者軸和與其毗鄰的靜止部件之間的密封間隙吹洗。又一個實施例的顯著事實是，所述至少一個壓縮機級具有外部罩，并且其中，輸送部分質量流穿過外部罩中的出口點。如果主要質量流在所述至少一個壓縮機級的出口處偏離徑向方向進入到軸向方向中，并且，如果所述轉子或者所述軸在這個點上設置有出口半徑，這是特別有利的。附圖說明接著將參考附圖，基于示例性實施例詳細說明本專利技術。在附圖中：圖1顯示了現有技術的燃氣輪機的極大簡化的示意圖，其中，壓縮機排放的冷卻空氣用于冷卻所述渦輪機；圖2與圖1類似，顯示了根據本專利技術的示例性實施例的燃氣輪機的示意圖；圖3詳細顯示了貫穿根據本專利技術示例性實施例的具有集成到所述轉子中的獨立壓縮機級的燃氣輪機的縱向截面圖。具體實施方式本專利技術的一部分的構思是在燃氣輪機軸上集成獨立的壓縮機級，具有只在需要的壓力等級產生冷卻空氣的明確的主要目標。因此，能夠以優化的方式設計獨立的級以便滿足冷卻的需求并且在燃燒空氣的主要質量流壓縮過程中不需要考慮具體的冷卻。通過所有可用類型的壓縮機（軸向、徑向或者對角的）能夠實現產生必需的壓力等級。還可以設想利用通過轉子上/中的簡單通道的浪涌效應。圖2與圖1類似，顯示了根據本專利技術的燃氣輪機的（一般的）示例性實施例的示意圖。圖2所示的燃氣輪機20具有和圖1所示的燃氣輪機10相同的核心元件11至17。但是，所述燃氣輪機的冷卻設計是不同的。為了產生所述壓縮的冷卻空氣，獨立的壓縮機級22布置在渦輪機15尾部的轉子16上。壓縮機級22從冷卻空氣源21獲得冷卻空氣并且將所述壓縮的冷卻空氣經過冷卻空氣管線23輸送到渦輪機15。在圖3中再現這種獨立的壓縮機級的具體實施例。在圖3中產生的示例參考用于燃氣輪機30的軸向渦輪機的最后級的冷卻空氣進給。徑向壓縮機25連同罩26一起集成到所述轉子或者軸24的渦輪機側的端部。這種徑向式壓縮機從轉子軸承通風系統27引入較低壓力等級的冷卻空氣質量流28，作為徑向式壓縮機25的主要操作的結果，所述冷卻空氣質量流被壓縮到必需的較高的壓力等級。為了冷卻目的，主要質量流31在具有出口半徑的偏離點29離開所述壓縮機并且從那里被供給到渦輪轉子葉片32。在所述描述的實例中，所述壓縮的冷卻空氣的部分質量流33在罩26的出口點34排出以便使燃氣輪機30的靜止部件37和轉子24之間毗鄰的密封間隙35吹洗，并且接著進入燃氣輪機30的排氣導管36。此外，利用集成到所述機器內部的獨立壓縮機引入的所述質量流也能夠用來冷卻任何靜態和/或旋轉的部件（軸承區域、罩和它們的支持結構）。附圖標記列表10,20,30燃氣輪機11進氣口12壓縮機13燃燒室14燃料15渦輪機16轉子17排氣出口18,23冷卻空氣管線19冷卻器21冷卻空氣源22壓縮機級24轉子/軸25徑向式壓縮機26罩27轉子軸承通風系統28冷卻空氣質量流29出口半徑31主要質量流32渦輪轉子葉片33部分質量流34出口點（部分質量流）35密封間隙36排氣導管37靜止部件（定子）本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種燃氣輪機(20，30)，包括壓縮機(12)、燃燒室(13)以及渦輪機(15)，所述壓縮機(12)經過進氣口(11)引入并且壓縮空氣，燃料(14)在所述燃燒室(13)內利用所述壓縮的空氣燃燒并且產生熱氣體，所述渦輪機(15)配置有渦輪機葉片，所述熱氣體在所述渦輪機(15)內膨脹、做功，其中，提供第一裝置以便用壓縮的冷卻空氣冷卻渦輪機葉片(32)，其特征在于，所述第一裝置包括至少一個獨立的壓縮機級(22，25)，所述壓縮機級(22，25)獨立于所述壓縮機(12)產生壓縮的冷卻空氣。

【技術特征摘要】
2011.09.12 CH 01500/111.一種燃氣輪機（20,30），包括壓縮機（12）、燃燒室（13）以及渦輪機（15），所述壓縮機（12）經過進氣口（11）引入并且壓縮空氣，燃料（14）在所述燃燒室（13）內利用所述壓縮的空氣燃燒并且產生熱氣體，所述渦輪機（15）配置有轉子或者軸（16,24），其帶有渦輪機葉片，所述熱氣體在所述渦輪機（15）內膨脹、做功，其中，提供第一裝置以便用壓縮的冷卻空氣冷卻渦輪機葉片（32），其特征在于，所述第一裝置包括至少一個獨立的壓縮機級（22,25），所述壓縮機級（22,25）獨立于所述壓縮機（12）產生壓縮的冷卻空氣，并且其中，所述至少一個壓縮機級（22,25）集成到所述轉子或者所述軸（16,24）中。2.根據權利要求1所述的燃氣輪機，其特征在于，所述至少一個壓縮機級（22,25）在流動方向上布置在所述渦輪機（15）的尾部。3.根據權利要求1或2所述的燃氣輪機，其特征在于，所述至少一個壓縮機級（22,25）設計成徑向式壓縮機（25）。4.根據權利要求1或2...

【專利技術屬性】
技術研發人員：B·法伊特，C·西蒙德爾加多，D·森，A·豪比茨，
申請(專利權)人：阿爾斯通技術有限公司，
類型：發明
國別省市：