專利名稱：具有空冷葉片的燃氣輪機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明有關燃氣輪機。更準確地說，本發(fā)明是關于具有葉片中空氣通道的空冷葉片的燃氣輪機。
燃氣輪機由一個用來壓縮空氣的壓氣機部分，一個依靠燃料在其中燃燒來加熱壓縮空氣的燃燒室部分，以及一個使燃燒室部分排出的燃氣進行膨脹的透平部分組成。
一臺燃氣輪機的透平部分，其熱氣流通道由一個在氣缸內(nèi)形成的環(huán)形腔室組成，並且環(huán)繞裝在中心的轉軸。環(huán)形腔室的內(nèi)部是環(huán)繞環(huán)形腔室排列的多排交替布置的靜止葉片和轉動葉片。從燃氣輪機燃燒室部分排出的熾熱燃氣流過這些靜葉和動葉。為了獲得最大的功率輸出，最好是燃氣輪機運行時其燃氣溫度盡可能高，因此靜葉和動葉必須被冷卻。冷卻是通過使相對涼的空氣在靜葉和動葉中流過來實現(xiàn)的。為了便于這樣冷卻靜葉，每個靜葉內(nèi)部有一個空腔。該空腔被腔壁封閉，該腔壁就構成靜葉的葉型部分。冷卻空氣從靜葉外側端部上的一個開口進入空腔。冷卻空氣流過空腔，然后流過封閉該空腔的靜葉腔壁中的多個孔眼離開靜葉，從這些孔眼排出后，冷卻空氣進入流過靜葉的熾熱燃氣並與之混合。
為了充分冷卻靜葉，必須引導冷卻空氣流過空腔，以保證構成空腔的腔壁整個表面上空氣分配適當。這種分配是靠把一個稱為襯套的薄壁桶裝入空腔來實現(xiàn)的。冷卻空氣進入靜葉后流入該襯套，並且通過整個襯套上散布的多個小分配孔在空腔周圍分配。
為了達到效果，冷卻空氣必須加壓，因此冷卻空氣來自壓氣機排出的壓縮空氣。如果燃氣輪機在一個污穢和多塵的環(huán)境中運行，那么壓縮空氣中攜帶的微粒就會沉淀和堆積在襯套的小分配孔中，從而堵塞這些孔。結果，就減弱了襯套正常分配冷卻空氣的能力。
因此，本發(fā)明的主要目的是提供一種結構，來防止用來分配整個靜葉冷卻空氣的襯套孔洞的堵塞，以便保證燃氣輪機靜葉中冷卻空氣的正常分配。
帶著所考慮的這個目的，本發(fā)明用于燃氣輪機，它包括一個用來壓縮空氣的壓氣機部分;一個與上述壓氣機部分相連的燃燒室部分，通過壓縮空氣中的燃料燃燒產(chǎn)生熾熱燃氣;一個與上述燃燒室部分相連的透平部分，以便膨脹熾熱的燃氣;多個布置在上述透平部分中的靜止葉片，圍繞一個轉軸，上述靜葉形成一個環(huán)形結構，其中流過上述熾熱的燃氣。上述每一個靜葉其中有一個形成的空腔;以及向上述靜葉中的上述空腔供應冷卻空氣的裝置，其特征在于該裝置從上述空腔抽出一部分上述冷卻空氣，以便從上述空腔除去上述冷卻空氣中攜帶的微粒。
通常，在每一個空腔中配置一個襯套，依靠使冷卻空氣流過襯套中所開的多個小孔，來分配整個靜葉的冷卻空氣。防止冷卻空氣中攜帶的微粒堵塞這些小孔是借助于抽出空腔中的一部分空氣，該抽氣隨身帶走與冷卻空氣一道進入空腔的微粒。抽氣是通過一根管子來實現(xiàn)的，該管子把襯套中的一個大孔洞連至靜葉的內(nèi)圍帶上形成的一個集氣腔。從該集氣腔，抽出的空氣通過內(nèi)圍帶中的一個孔，排入到靜葉下游的熾熱燃氣中。
僅用舉例的方法，結合附圖，從它所示的一個較佳實施例的下列敘述中，本發(fā)明將變得更加顯而易見，那里
圖1是一臺燃氣輪機的透平部分一段的軸向剖面圖，示出了第一列靜止葉片。
圖2是圖1中所示的第一列靜止葉片放大的軸向剖面圖。
圖3是圖2中所示的靜葉通過圖2的線Ⅲ-Ⅲ切得的剖面圖。
圖4是圖2中所示的靜葉內(nèi)圍帶的內(nèi)表面通過圖2的線Ⅳ-Ⅳ獲得的平面視圖。
圖1示出一臺燃氣輪機在葉柵靜止葉片7附近的透平部分的一段。多個靜葉裝在一個透平氣缸(cylinder)1中，並且圍繞該透平圓周向排列成一列。在每一個靜葉的幅向外側端部是一個外圍帶13，而在幅向內(nèi)側端部則是一個內(nèi)圍帶14。兩個圍帶之間的靜葉這個部分構成葉型2。每個相鄰靜葉的內(nèi)圍帶和外圍帶互相連接，以便在整列葉柵上連接起來時，圍帶形成環(huán)形腔室的一個短的軸向部分，熾熱的燃氣30就在其中流過。
軸5構成了第一列靜葉7附近區(qū)域的一段透平轉子，並且裝在氣缸(housing)4內(nèi)。燃氣30已在壓氣機部分受到壓縮，並且在燃燒室部分受到燃料燃燒的加熱(兩者均未示出)，然后通過一條管道或過渡段3送至第一列靜葉。第一列靜葉構成了透平的入口。
第一列靜葉后面緊接著的是第一列轉動葉片32。該動葉固定在輪盤6上，輪盤也構成透平轉子的一部分。
靜葉7用壓縮空氣8冷卻，它是壓氣機的排氣經(jīng)一根排氣管(未示出)排出的氣。這個冷卻空氣8通過多個孔洞15，穿過透平的氣缸1和裝在它內(nèi)側的座圈，而進入靜葉。大部分冷卻空氣9通過靜葉出汽邊中的孔排出，並且與靜葉下游熾熱的燃氣混合。然而，根據(jù)本發(fā)明，一部分冷卻空氣10從靜葉抽出，並排入流到靜葉下游內(nèi)圍帶附近的熾熱燃氣中去。
由于靜葉下游熾熱燃氣的靜壓比靜葉上游低，所以就存在一種傾向，熾熱燃氣沿內(nèi)圍帶內(nèi)側通道流動，即通過氣缸4和內(nèi)圍帶14之間的間隙流動，而旁路掉靜葉的傾向。用裝在氣缸4中的氣封11來防止這個問題。氣封是彈性受載式，並且抵壓在內(nèi)圍帶內(nèi)表面的下游部分26上，從而阻斷通過氣缸和內(nèi)圍帶之間間隙的熾熱氣流。
現(xiàn)在參見圖2，可以看見靜葉7的里面部分?？涨?4是靜葉葉型部分2形成的內(nèi)腔。稱為襯套的薄壁桶22裝在空腔內(nèi)。襯套的外側端部固定到外圍帶13上，而內(nèi)側端部則由從檔板18伸出的銷子19支撐。該檔板構成內(nèi)圍帶的一部分，並密封該空腔的內(nèi)側端部。檔罩16在外圍帶13處密封該空腔。冷卻空氣8通過檔罩16中的一個孔17，進入靜葉。又參見圖3，多個小的分配孔(未示出)散布在整個襯套22上，結果大部分冷卻空氣被分成多個小的空氣射流42，它們沖擊在構成靜葉葉型部分2的壁的內(nèi)表面40上。這些小的分配孔的直徑一般是在0.76到1.02mm的范圍內(nèi)。在流過壁的內(nèi)表面40之后，這部分冷卻空氣9通過構成葉型出氣邊的壁中的多個孔27排出靜葉，從而冷卻出氣邊。應該注意，由于冷卻空氣是來自壓氣機排氣，它的靜壓高于流到靜葉下游的熾熱燃氣的靜壓。冷卻空氣和熾熱燃氣之間的一部分壓降消耗在流過襯套中的小分配孔，而大部分消耗在流過葉型中的孔27。
如前所述，如果燃氣輪機在多塵和污穢的環(huán)境中運行，那么冷卻空氣中攜帶的微粒有時就沉淀在襯套22的小分配孔中並堆積起來，直到孔被堵塞。由于這種堵塞，冷卻空氣圍繞葉型壁的內(nèi)表面40的分配就不正常，從而引起葉型壁面的局部超溫(熱點)。這些熱點導致構成葉型壁面的材料損壞，並且縮短靜葉的使用壽命。
再參見圖2，可以看到根據(jù)本發(fā)明，空氣21通過襯套22內(nèi)側端部的孔44從空腔24中抽出。抽出的空氣21把冷卻空氣中攜帶的微粒帶出空腔，防止微粒堵塞分配孔。檔板18中有一個孔46，在幅向與孔44對準。抽出的空氣由管子20引導通過孔46。管子的一端固定在襯套的孔44處，而另一端插入檔板中的孔46內(nèi)。在通過檔板18之后，抽氣進入集氣腔25，從這里它通過內(nèi)圍帶中的通道23排出靜葉。實際上，通道23挨著氣封11的旁邊將抽氣送出(如圖1中所示)，以便排入靜葉下游的低壓區(qū)，與熾熱的燃氣相混合，如前所述。
圖2和4示出腔室的蓋12，它構成集氣腔25，並封閉了內(nèi)圍帶的區(qū)段26上游的內(nèi)圍帶14的一部分內(nèi)表面，氣封11就是抵壓在區(qū)段26上。
根據(jù)本發(fā)明，抽氣孔44的直徑和管子20的內(nèi)徑是在比襯套中的小分配孔直徑大4到6倍的范圍內(nèi)，並且它們允許約10%到15%的供給襯套的空氣從靜葉中抽出。襯套內(nèi)部的空氣與流到空氣被排入的靜葉下游熾熱燃氣之間的壓降大于小分配孔前后的壓降，這是前述的葉型出氣邊中的孔27前后壓降大的緣故。由于抽氣壓降大，因抽氣孔44尺寸大和有大量的冷卻空氣抽出，所以冷卻空氣中攜帶的微粒首先從襯套中抽出，而不在小的分配孔周圍沉積。
另外，應該注意，集氣腔25和通道23的通流面積大于抽氣孔44的通流面積，這樣就保證抽氣孔控制從襯套抽出的冷卻空氣量。還有檔罩16中的孔17的直徑被增大，以便增加進入靜葉的冷卻空氣，從而補償從襯套抽出的空氣。
編碼清單1.透平氣缸2.靜葉的葉型部分3.管道4.氣缸5.軸6.轉動輪盤7.靜止葉片8.冷卻空氣9.排出靜葉出氣邊的冷卻空氣10.排出內(nèi)圍帶的抽氣11.氣封12.腔室蓋13.外圍帶14.內(nèi)圍帶15.透平氣缸中的孔16.檔罩17.檔罩中的孔18.檔板19.銷子20.管子
21.抽出的空氣22.襯套23.內(nèi)圍帶中的通道24.空腔25.集氣腔26.內(nèi)圍帶內(nèi)表面氣封抵壓的區(qū)段27.靜葉出氣邊中的孔30.來自燃燒室部分的熾熱燃氣32.轉動葉片40.構成靜葉葉型的壁的內(nèi)表面42.冷卻空氣44.襯套中的孔46.檔板中的孔
權利要求
1.一臺燃氣輪機包括一臺用來壓縮空氣的壓氣機部分；一個與上述壓氣機部分相連的燃燒室部分，依靠燃料在壓縮空氣中燃燒來產(chǎn)生熾熱的燃氣；一個與上述燃燒室部分相連的透平部分，用來膨脹熾熱的燃氣；多個裝在上述透平部分中的靜止葉片(7)，環(huán)繞著轉軸(5)，上述靜葉(7)構成一個環(huán)形結構，上述熾熱燃氣流過其中，上述每一個靜葉(7)中形成一個空腔(24)，以及裝置(15)，用來把冷卻空氣供至上述靜葉(7)中的上述空腔(24)，其特征在于裝置(23、25、44)用來從上述空腔(24)中抽出一部分上述冷卻空氣，以便將上述冷卻空氣中攜帶的微粒從上述空腔(24)中除去。
2.根據(jù)權利1中的一臺燃氣輪機，其特征在于在上述每一個靜葉(7)的外側端部形成一個外圍帶(13)，用來支承上述靜葉(7)，和在上述每一個外圍帶(13)中形成一個孔(15)，以允許上述冷卻空氣進入上述空腔(24)，以及在上述每一個靜葉(7)的內(nèi)側端部形成一個內(nèi)圍帶(14)，而上述每一個內(nèi)圍帶確定一個集氣腔(25)，它由一個封閉一部分上述內(nèi)圍帶(14)的腔室蓋(12)組成。
3.根據(jù)權利2的一臺燃氣輪機，其特征在于孔(46)開在上述每一個內(nèi)圍帶(14)中，以便允許空腔(24)中的冷卻空氣流往各自的集氣腔(25)。
4.根據(jù)權利1、2或3的一臺燃氣輪機，其特征在于通道(23)設在上述每一個內(nèi)圍帶(14)中，以便使上述集氣腔(25)中的上述冷卻空氣能夠以受控的方式排出。
5.根據(jù)權利1至4任何一個的一臺燃氣輪機，其中襯套(22)裝在上述每一個空腔(24)中，而冷卻空氣被供至上述每一個襯套(22)的外側端部，上述襯套(22)有多個間隔配置的一次孔，以便冷卻空氣分配到上述空腔的上述靜葉(7)，而配置的二次孔(27)開在構成上述靜葉(7)的壁面中，以排出上述冷卻空氣，並且其中上述每一個襯套(22)有一個三次孔(44)，它設在襯套的內(nèi)側端部中，以便把冷卻空氣排至上述集氣腔(25)，其特征在于四次孔(46)開在上述每一個內(nèi)圍帶(14)中，上述三次孔在上述襯套中，而上述襯套(22)有一根管子(20)伸入到上述每一個內(nèi)圍帶(14)的上述四次孔(46)中，並限定上述三次孔(44)。
6.根據(jù)權利5的一臺燃氣輪機，其特征在于上述每一個三次孔(44)的直徑比上述一次孔的直徑大4到6倍。
7.根據(jù)權利6的一臺燃氣輪機設備，其特征在于上述每一個三次孔(44)的直徑被確定尺寸，以便其中流過的上述這部分冷卻空氣是在供給上述靜葉(7)的冷卻空氣的10%到15%的范圍內(nèi)。
全文摘要
具有空冷葉片的燃氣輪機，設有裝置來防止冷卻空氣中攜帶的微粒堵塞空心的燃氣輪機靜葉的冷卻空氣分配孔。一部分冷卻空氣從靜葉中抽出并排入靜葉下游的熾熱燃氣中，分流的抽氣帶走所攜帶的微粒。
文檔編號F01D5/18GK1047905SQ90100530
公開日1990年12月19日 申請日期1990年2月5日 優(yōu)先權日1989年2月6日
發(fā)明者愛德華·瓦伊尼·托貝里 申請人:西屋電氣公司