燃氣渦輪和負載配置以及減小燃氣渦輪中的負載聯接件上的熱應力和機械應力的方法技術

本公開涉及用于燃氣渦輪負載聯接件的冷卻系統。描述了一種燃氣渦輪(33)，其至少包括：壓縮機(43)；動力渦輪(47)；負載聯接件(35)，其使所述燃氣渦輪(33)連接于負載(37)；負載聯接保護裝置(65)，其至少部分地圍繞負載聯接件(35)；冷卻空氣通道(51,61,63)，其設計并且配置成使冷卻空氣流在負載聯接保護裝置中循環，從而足以從負載聯接件(35)移除熱。

【技術實現步驟摘要】
燃氣渦輪和負載配置以及減小燃氣渦輪中的負載聯接件上的熱應力和機械應力的方法
本公開大體涉及燃氣渦輪，諸如特別地但不唯一地涉及航改燃氣渦輪。更特別地，本公開涉及用于發電、天然氣液化或類似工業應用的航改燃氣渦輪的工業應用。
技術介紹
航改燃氣渦輪廣泛地用作用于機械驅動應用的動力源，并且廣泛地使用在用于工廠的發電、管路、離岸平臺、LNG應用等中。圖1示出了系統的示意表示，該系統包括燃氣渦輪和由所述燃氣渦輪機械地驅動的負載。更特別地，在圖1的概略表示中，標記1表示燃氣渦輪，其驅動以3示意性地示出的負載(例如，用于天然氣液化線路的壓縮機或壓縮機系)。燃氣渦輪1依靠負載聯接件5連接于負載3。負載聯接件5包括軸7和接合部9。在圖1的實例中，由燃氣渦輪1旋轉地驅動的軸7連接于齒輪箱11。所述齒輪箱11的輸出軸13使齒輪箱11連接于負載3。負載3可包括例如壓縮機的單獨旋轉機械、或發電機、或相同軸上的成組旋轉機械。又一個齒輪箱可配置在由渦輪1驅動的兩個相鄰旋轉機械之間。燃氣渦輪1包括氣體發生器15和動力渦輪17。氣體發生器15依次包括壓縮機19、燃燒室21和高壓渦輪23。進入壓縮機19的空氣以高壓壓縮，并且在燃燒室21中添加液體或氣體燃料。壓縮和高溫的燃燒氣體首先在高壓渦輪23中膨脹，高壓渦輪23通過內軸25連接于壓縮機19。燃燒氣體在高壓渦輪23中的膨脹產生驅動壓縮機19的旋轉的機械動力。離開高壓渦輪23的部分地膨脹的燃燒氣體進入動力渦輪17，并且進一步膨脹以產生通過負載聯接件5驅動負載3的機械動力。排放的燃燒氣體由收集器-擴散器收集，并且通過排出線路27排出。在圖1中示出的實例中，燃氣渦輪是單軸燃氣渦輪，即，在其中單獨內軸25使高壓渦輪23連接于氣體發生器15的壓縮機19的燃氣渦輪。動力渦輪(有時也叫做低壓渦輪)由與內軸25分開的軸支撐，使得氣體發生器15可獨立于動力渦輪17并以與動力渦輪17不同的速度旋轉。其他燃氣渦輪實施例規定不同數量的內軸，并且氣體發生器可包括不同數量的壓縮機和驅動壓縮機的渦輪。這些渦輪典型地為航改渦輪。在圖1的示范實施例中，負載3通過負載聯接件5連接于燃氣渦輪1的所謂熱端部，即，與壓縮機19側對應的冷端部不同的、配置有動力渦輪17的燃氣渦輪側。負載聯接件5遭受由于在燃氣渦輪1的熱端部處的高溫而產生的溫度變形。軸7的熱變形必須減小(sag)，即，必須采取措施以防止軸7的熱膨脹損壞動力渦輪17的或配置在負載側的機器的負載支承件，即，齒輪箱11(如果存在)和/或由燃氣渦輪1驅動的旋轉機械3的支承件。通常采取的措施包括配置可補償軸的熱膨脹的接合部。然而，軸的熱膨脹產生在接合部的兩側的支承件上(即，在渦輪支承件上和在齒輪箱或旋轉機械支承件上)的軸向力。JP-2000-291446公開了具有負載聯接冷卻系統的燃氣渦輪，該負載聯接冷卻系統包括安裝在負載聯接件上的風扇葉片。風扇葉片由負載聯接件驅動成旋轉，并且通過圍繞負載聯接件的保護裝置從環境產生冷卻空氣流。利用由負載聯接件驅動的風扇葉片消除對用于冷卻負載聯接件的附加壓縮機或風扇的需要。然而，葉片修改了負載聯接件的旋轉動態特性，并且可消極地影響其正確操作，從而導致旋轉構件和相關支撐件的動態應力、振動和潛在失效。因此，存在對更有效的負載聯接冷卻系統的需要。
技術實現思路
如將在下面在此處描述地，參考本專利技術的一些實施例，特別有效的配置設置用于通過將冷卻空氣流在至少部分地圍繞連接燃氣渦輪和負載的負載聯接件的至少部分的體積中輸送，熱通過由于負載聯接件而產生的被迫空氣對流而主動地移除，因此減小負載連接的熱變形，并且因此減小在渦輪和負載支承件上的軸向負載。根據本文中公開的主題的一些實施例，提供一種燃氣渦輪，所述燃氣渦輪至少包括：壓縮機；動力渦輪；負載聯接件，其使燃氣渦輪連接于負載；負載聯接保護裝置，其至少部分地圍繞負載聯接件；冷卻空氣通道，其設計并且配置成使冷卻空氣流在所述負載聯接保護裝置中循環，從而足以從所述負載聯接件移除熱。設置在負載聯接保護裝置中的被迫空氣對流從負載聯接件移除熱，并且使負載聯接件保持在低溫處，因此減小負載聯接件的總熱變形。以該方式，還在燃氣渦輪經由在燃氣渦輪的熱端部上(即，在動力渦輪側而不是在壓縮機側)的所述負載聯接件連接于負載時，減小由負載支承件的熱膨脹而產生的軸向負載。更特別地，本公開提供一種燃氣渦輪，其包括：壓縮機；動力渦輪和負載聯接件，該負載聯接件使燃氣渦輪連接于負載(37)。進一步設置燃氣渦輪組，其包括容納燃氣渦輪的渦輪機隔室(compartment)。負載聯接保護裝置圍繞負載聯接件配置成至少部分地圍繞所述負載聯接件。冷卻空氣循環系統配置和構造成用于使冷卻空氣在渦輪機隔室中循環。冷卻空氣循環系統將新鮮周圍空氣輸送在渦輪機隔室中以冷卻渦輪機外殼，即，配置在其中的壓縮機的外殼和(多個)渦輪的外殼。此外，冷卻空氣通道還設置用于冷卻負載聯接件。冷卻空氣通道設計和配置成使從冷卻空氣循環系統獲得的冷卻空氣流在負載聯接保護裝置中循環。在負載聯接保護裝置中循環的空氣流足以從所述負載聯接件移除熱并且減小其熱應力和機械應力。在一些實施例中，冷卻空氣通道設計和構造成使由在渦輪機隔室上游的冷卻空氣循環系統輸送的周圍空氣的部分轉向(即，在新鮮周圍空氣進入渦輪機隔室之前)。由冷卻空氣通道朝向負載聯接保護裝置輸送的空氣因此近乎處于周圍溫度，因此實現負載聯接件的改進的冷卻。單個空氣強迫裝置可配置和設計用于強迫冷卻空氣在渦輪機隔室中并且穿過在所述負載聯接保護裝置中的冷卻空氣通道。因此，需要具有有限數量的輔助設施的簡單構造以執行渦輪機外殼和負載聯接件二者的冷卻。提高了系統的效率，其總可靠性增強。還實現更緊湊的配置。因為圍繞負載聯接件的冷卻空氣流由設置用于渦輪機冷卻的同一空氣強迫裝置產生，所以用于將冷卻空氣輸送至負載聯接件的分開空氣強迫裝置可被省去。附加地，不需要安裝在負載聯接件上的風扇葉片(如在以上提到的現有技術配置中)。在一些實施例中，進氣線路或管道可設置和配置成與冷卻空氣循環系統和與所述冷卻空氣通道流體連通。進氣線路可在其進口處設置有過濾器配置。過濾器配置過濾用于冷卻渦輪機外殼所需的周圍空氣以及用于冷卻負載聯接件所需的周圍空氣二者。不需要分開的過濾器配置。在一些實施例中，進氣線路與進氣壓室流體連通，燃氣空氣從該進氣壓室進入燃氣渦輪的氣體發生器的壓縮機。由于單個過濾器配置過濾整個冷卻空氣流以及燃燒空氣流，所以這進一步提高了系統的效率，從而減小其成本。在下面在本文中描述根據本文中公開的主題的燃氣渦輪的又一些實施例和有利特征。在一些優選實施例中，燃氣渦輪是航改燃氣渦輪。燃氣渦輪可為單軸燃氣渦輪，即，其中壓縮機由高壓燃氣渦輪機械地驅動的燃氣渦輪，其中，壓縮機和高壓燃氣渦輪支撐在共同軸上。壓縮機和高壓燃氣渦輪形成氣體發生器。離開高壓渦輪的排放燃燒氣體在動力渦輪中進一步膨脹。動力渦輪支撐在獨立軸上，并且驅動負載的旋轉。在一些實施例中，齒輪箱配置在動力渦輪和負載之間。在其他實施例中，燃氣渦輪可為包括兩個或三個壓縮機以及兩個或三個渦輪的雙軸或三軸燃氣渦輪，其中，同軸的軸使渦輪和軸彼此連接。不管壓縮機和渦輪的數量，并且從同軸的軸的數量來看，負載聯接件設置在動力渦輪(即，提供動力以本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種燃氣渦輪(33)，其包括：壓縮機(43)；動力渦輪(47)；負載聯接件(35)，其使所述燃氣渦輪(33)連接于負載(37)；燃氣渦輪組(31)，其包括容納所述燃氣渦輪(33)的渦輪機隔室(55)；負載聯接保護裝置(65)，其至少部分地圍繞所述負載聯接件(35)；冷卻空氣循環系統，其用于使冷卻空氣在所述渦輪機隔室(55)中循環；冷卻空氣通道(59，61，63)，其設計和配置成使來自所述冷卻空氣循環系統的冷卻空氣流在所述負載聯接保護裝置中循環成足以從所述負載聯接件(35)移除熱。

【技術特征摘要】
2011.12.02 IT FI2011A0002571.一種燃氣渦輪(33)，其包括：壓縮機(43)；動力渦輪(47)；負載聯接件(35)，其使所述燃氣渦輪(33)連接于負載(37)；燃氣渦輪組(31)，其包括容納所述燃氣渦輪(33)的渦輪機隔室(55)；負載聯接保護裝置(65)，其至少部分地圍繞所述負載聯接件(35)；冷卻空氣循環系統，其用于使冷卻空氣在所述渦輪機隔室(55)中循環；冷卻空氣通道(59，61，63)，其設計和配置成使來自所述冷卻空氣循環系統的冷卻空氣流在所述負載聯接保護裝置中循環成足以從所述負載聯接件(35)移除熱；以及負載隔室(53)，所述負載聯接件(35)延伸穿過所述負載隔室(53)，其特征在于，所述冷卻空氣通道包括空氣端口(61)，來自所述冷卻空氣循環系統的冷卻空氣被迫地循環穿過所述空氣端口(61)，其中，至少第一通風管道(63)使所述空氣端口(61)流體地連接于所述負載聯接保護裝置(65)，并且第二通風管道(64)將冷卻空氣供給在所述負載隔室(53)中。2.根據權利要求1所述的燃氣渦輪，其特征在于，包括空氣強迫裝置(46)，其配置和設計用于強迫冷卻空氣在所述渦輪機隔室中并且穿過在所述負載聯接保護裝置中的所述冷卻空氣通道。3.根據權利要求1所述的燃氣渦輪，其特征在于，包括進氣線路(41)，其與所述冷卻空氣循環系統并且與所述冷卻空氣通道流體連通。4.根據權利要求3所述的燃氣渦輪，其特征在于，所述進氣線路(41)與進氣壓室(39)流體連通，燃燒空氣從所述進氣壓室(39)進入所述壓縮機(43)。5.根據權利要求3所述的燃氣渦輪，其特征在于，進一步包括過濾器配置(42)，其配置和構造成用于過濾進入所述進氣線路(41)的周圍空氣。6.根據權利要求1至5中的任一項所述的燃氣渦輪，其特征在于，所述燃氣渦輪是航改燃氣渦輪。7.根據權利要求1至5中的任一項所述的燃氣渦輪，其特征在于，所述負載聯接件(35)連接于所述燃氣渦輪的熱端部。8.根據權利要求7所述的燃氣渦輪，其特征在于，所述負載聯接件(35)和所述負載聯接保護裝置(65)延伸穿過排放收集器-擴散器組件(49)，其至少部分地圍繞所述負載聯接件和所述負載聯接保護裝置(65)。9.根據權利要求1所述的燃氣渦輪，其特征在于，所述渦輪組(31)包括進氣壓室(39)，所述渦輪機隔室(55)配置在所述進氣壓室(39)和所述負載隔室(53)之間。10.根據權利要求1所述的燃氣渦輪，其特征在于，包括將冷卻空氣供給在所述負載隔室(53)中的第三通風管道(66)。11.根據權利要求10所述的燃氣渦輪，其特征在于，所述第二通風管道(64)和所述第三通風管道(66)大致對稱地配置在所述第一通風管道(63)的相對側。12.根據權利要求1至5中的任一項所述的燃氣渦輪，其特征在于，所述負載聯接保護裝置(65)具有面向所述動力渦輪(47)的第一端部(65A)和面向連接于所述負載聯接件(35)的所述負載(37)的第二端部(65B)，并且其中，至少所述第一端部(65A)是開放的，由此從所述負載聯接保護裝置(65)逸出的冷卻空氣朝向所述動力渦輪(47)引導。13.根據權利要求12所述的燃氣渦輪，其特征在于，所述第二端部(65B)是開放的，由此從所述負載聯接保護裝置(65)逸...

【專利技術屬性】
技術研發人員：F維蒂，D馬庫西，R梅洛，M拉澤里，
申請(專利權)人：諾沃皮尼奧內有限公司，
類型：發明
國別省市：