专利名称：闭路冷却叶片涡轮机的制作方法
技术领域：
本发明涉及闭路冷却叶片涡轮机，通过在涡轮机活动叶片内供应致冷剂并加以循环和收集，从而改善了燃气轮机设备的性能。
传统的涡轮机活动叶片冷却系统一般是闭路叶片冷却系统，其用于加热或冷却一个作为活动叶片固定构件的轮子，首先通过将从多级压缩机的选择的一级抽取的空气引至作为多级涡轮组的转子，缓和轮子中产生的温度梯度，然后通过在活动叶片内供应及循环空气而冷却并降低活动叶片金属的温度，在冷却后将空气排放进涡轮机原来的气体流路中。
但是，近来为了节约能源和环境保护，已经要求在燃气轮机设备中达到系统的高效率。作为实现高效率的手段，使用了一种闭路叶片冷却系统，在该系统的结构中，在活动叶片冷却之后，冷却介质(下文中称为致冷剂)被全部收集而不象原来那样作为废气排入涡轮机气体流路中，并且通过返回管路在压缩机和燃烧室之间返回。
因此，不仅以压缩机抽取致冷剂的损耗得到补偿，而且涡轮机冷却吸收的热能也在燃烧前加至气体中，因而实现了一种得到高效率改进的结构。
例如，在日本专利申请公开文本第7-189740号和日本专利申请公开文本第9-242563号中描述了这样的闭路叶片冷却系统或涡轮机。
同时，在这种闭路叶片冷却系统中，从静止侧供应的致冷剂一般通过单一的供应通路送至转子，第一级活动叶片(位于燃气轮机主气上游侧的活动叶片)的致冷剂和第二级活动叶片(设在第一级活动叶片下游侧的活动叶片)的致冷剂没有区别，而且当在冷却每个活动叶片之后从转子在静止侧收集时，是通过单一的收集通路收集的，第一级活动叶片的致冷剂和第二级活动叶片的致冷剂没有区别。因此，致冷剂送向第一级活动叶片和第二级活动叶片的分支点，以及从第一级活动叶片收集的致冷剂和从第二级活动叶片收集的致冷剂的合流部位都位于转子内。在转子中分支点和合流部位之间，安装着第一级活动叶片的致冷剂供应流路和致冷剂收集流路，以及第二级活动叶片的致冷剂供应流路和致冷剂收集流路，这些流路具有多条平行的致冷剂供应流路和多条平行的致冷剂收集流路，它们连接于在每级的活动叶片中的各致冷剂流路。
但是，在传统的闭路叶片冷却涡轮机中存在以下问题。
由于穿过第二级活动叶片的主气在第一级活动叶片中并不作动，在第二级活动叶片中的主气温度低于第一级活动叶片中的主气温度。当在燃烧室出口处的主气温度在1500℃的水平上时，在第一级活动叶片和第二级活动叶片之间的主气的温度差高于200℃。即使取决于材料特性，例如，材料种类、单晶体、多晶体等，第一级活动叶片的允许的金属温度高于第二级活动叶片的允许的金属温度，也不可能借助材料来补偿主气温度的高于200℃的温差，因此，第一级活动叶片要比第二级活动叶片以较高的流动速率供应致冷剂来冷却。
如上所述，在转子内部安装着第一级活动叶片的致冷剂流路(致冷剂供应流路和致冷剂收集流路)和第二级活动叶片的致冷剂流路(致冷剂供应流路和致冷剂收集流路)。在这种情形中，假定在活动叶片和转子中，第一级活动叶片的致冷剂流路的流动阻力和第二级活动叶片的致冷剂流路的流动阻力彼此相等，相同量的致冷剂分别流过第一级活动叶片和第二级活动叶片。
但是，如上所述，这样做在所需流动速率不同的第一级活动叶片和第二级活动叶片中就不能分配适当的致冷剂流动速率。也就是说，如果必须量的致冷剂送至第一级活动叶片，那么，过量的致冷剂就会流过第二级活动叶片，涡轮机的热效率就会降低。反之，如果必须量的致冷剂送至第二级活动叶片，那么，第一级活动叶片的致冷剂就会不足，第一级活动叶片将超过允许的金属温度。
在上面描述的基础上，即使在转子和活动叶片中的每一个中的致冷剂供应流路的横截面积和阻力在设计阶段被估计到，每条致冷剂流路在此基础上进行设计和制造，使每级的活动叶片中以适当的流动速率流动，对于每个产品来说，并且在组装和制造之后也容易引起实际变化，当第一级活动叶片和第二级活动叶片中的每一个的温度与设计值产生偏差时，必须根据第一级活动叶片和第二级活动叶片中的每一个的金属温度来调节所供应的致冷剂的流动速率分配。
通过单一供应通路供至转子的致冷剂在转子中被分支为第一级活动叶片的致冷剂和第二级活动叶片的致冷剂，冷却第一级活动叶片和第二级活动叶片的致冷剂在转子中汇合，并通过单一收集通路在转子之外被收集。因此，必须调节第一级活动叶片和第二级活动叶片中的每一个的致冷剂流动速率，在这种情形中，必须考虑在致冷剂流路的什么位置上为调节流动速率而调节流路的阻力。
在转子的一般结构中，转子通过螺栓与多个在轴向重叠的轮子和间隔件锁定，在这种结构中，当流路阻力器安装在转子内时，在每级的活动叶片的流动速率无论何时需要调节，都必须卸下转子的锁定螺栓，操作极为复杂且操作时间和成本增加。因此，如何调节流动速率而又不拆卸转子就成为一个问题。
本发明的一个目的是提供一种闭路冷却叶片涡轮机，其中，致冷剂能够以适当的致冷剂流动速率分配被送至第一级活动叶片和第二级活动叶片中的每一个，并从其收集，具有必要的高致冷剂流动速率。
本发明的另一个目的是提供一种闭路冷却叶片涡轮机，其中，向每级的活动叶片的致冷剂流动速率可以容易地调节而无需拆卸转子。
(1)为了实现上述第一个目的，本发明提供一种闭路冷却叶片涡轮机，它具有在燃气轮机主气流动方向上布置的多级上的且固定在转子外圆周上的活动叶片，在多级活动叶片之间从上游侧至少向第一级和第二级活动叶片供应致冷剂，并且在冷却后收集致冷剂而不将其排入主气，其中，涡轮机在转子内具有第一级活动叶片的致冷剂供应通路和第二级活动叶片的致冷剂的供应通路的分支点，以及第一级活动叶片的致冷剂收集通路和第二级活动叶片的致冷剂收集通路的合流部位，第一级活动叶片的供应通路和收集通路，以及第二级活动叶片的致冷剂供应通路和致冷剂收集通路具有多条用于供应致冷剂的平行流路和多条用于收集致冷剂的平行流路，它们在分支点和合流部位之间连接于活动叶片中的各致冷剂通路，第二级活动叶片的用于供应的多条平行流路和多条用于收集致冷剂的平行流路和第二级活动叶片中的各致冷剂流路中的任何部分的最小横截面积的总和小于第一级活动叶片的用于供应致冷剂的多条平行流路和用于收集致冷剂的多条平行流路和第一级活动叶片中的各致冷剂流路中的任何部分的最小横截面积的总和。
因此，对于必要致冷剂流动速率显著不同的第一级活动叶片和第二级活动叶片来说，致冷剂能够分别以适当的流动速率分配来供应和收集。
(2)为了实现上述第一个目的，本发明提供一种闭路冷却叶片涡轮机，它具有第一级活动叶片的致冷剂供应流路和致冷剂收集流路、第二级活动叶片的致冷剂供应流路和致冷剂收集流路，以及在分支点和合流部位之间的用于供应致冷剂的多条平行流路和用于收集致冷剂的多条平行流路，其中，在所述第一级活动叶片的用于供应致冷剂的所述多条平行流路、所述用于收集致冷剂的多条平行流路和在所述第一级活动叶片中的所述各致冷剂流路中的任何部分上设置具有一条内部流路的第一金属接头，以及在所述第二级活动叶片的用于供应致冷剂的所述多条平行流路、所述用于收集致冷剂的多条平行流路和所述第二级活动叶片中的所述各致冷剂流路中的任何部分上设置具有一条内部流路的第二金属接头，第二金属接头的内部流路的横截面积的总和小于第一金属接头的内部流路的横截面积的总和。
因此，对于必要致冷剂流动速率显著不同的第一级活动叶片和第二级活动叶片来说，致冷剂能够分别以适当的致冷剂流动速率分配来供应和收集。
(3)为了实现上述第一目的，本发明提供一种闭路冷却叶片涡轮机，它具有第一级活动叶片的致冷剂供应通路和致冷剂收集通路、第二级活动叶片的致冷剂供应通路和致冷剂收集通路和在分支点和结合部之间的多条用于供应致冷剂的平行流路和多条用于收集致冷剂的平行流路，其中，在所述第二级活动叶片的用于供应致冷剂的多条平行流路、用于收集致冷剂的多条平行流路和在第二级活动叶片中的所述各致冷剂流路中的任何部分上设置用于调节内部流动阻力的装置。
因此，对于必要致冷剂流动速率显著不同的第一级活动叶片和第二级活动叶片来说，致冷剂能够分别以适当的流动速率分配来供应和收集。
(4)另外，为了完成上述第一目的，本发明提供一种闭路冷却叶片涡轮机，它具有第一级活动叶片的致冷剂供应通路和致冷剂收集通路、第二级活动叶片的致冷剂供应通路和致冷剂收集通路和在分支点和结合部之间的多条用于供应致冷剂的平行流路和多条用于收集致冷剂的平行流路，其中，在所述第二级活动叶片的用于供应致冷剂的多条平行流路、用于收集致冷剂的多条平行流路和在第二级活动叶片中的所述各致冷剂流路中的任何部分上设置具有一条内部流路的第三金属接头，所述第三金属接头具有用于调节内部流动阻力的装置。
因此，对于必要致冷剂流动速率显著不同的第一级活动叶片和第二级活动叶片来说，致冷剂能够分别以适当的致冷剂流动速率分配来供应和收集。
(5)为了完成上述第一和第二目的，本发明提供一种闭路冷却叶片涡轮机，它具有第一级活动叶片的致冷剂供应通路和致冷剂收集通路、第二级活动叶片的致冷剂供应通路和致冷剂收集通路和在分支点和结合部之间的多条用于供应致冷剂的平行流路和多条用于收集致冷剂的平行流路，其中，在所述第二级活动叶片的用于供应致冷剂的所述多条平行流路和在所述第二级活动叶片中的所述各致冷剂流路的连接部附近和所述第二级活动叶片的用于收集致冷剂的所述多条平行流路和在所述第二级活动叶片中的所述各致冷剂流路的连接部附近中的任何部分的最小横截面积的总和小于在所述第一级活动叶片的用于供应致冷剂的所述多条平行流路和在所述第一级活动叶片中的所述各致冷剂流路的连接部附近中的任何部分的最小横截面积的总和。
因此，对于必要致冷剂流动速率显著不同的第一级活动叶片和第二级活动叶片来说，致冷剂能够分别以适当的流动速率分配来供应和收集，向着每级活动叶片的致冷剂流动速率可以被简单地调节而无需拆卸转子。
(6)为了实现上述第一和第二目的，本发明提供一种闭路冷却叶片涡轮机，它具有第一级活动叶片的致冷剂供应通路和致冷剂收集通路、第二级活动叶片的致冷剂供应通路和致冷剂收集通路和在分支点和结合部之间的多条用于供应致冷剂的平行流路和多条用于收集致冷剂的平行流路，其中，在所述第一级活动叶片的用于供应致冷剂的所述多条平行流路和在所述第一级活动叶片中的所述各致冷剂流路的连接部附近和所述第一级活动叶片的用于收集致冷剂的所述多条平行流路和在所述第一级活动叶片中的所述各致冷剂流路的连接部附近中的任何部位上设置具有一条内部流路的第一金属接头，以及在所述第二级活动叶片的用于供应致冷剂的所述多条平行流路和在所述第二级活动叶片中的所述各致冷剂流路的连接部附近和所述第二级活动叶片的用于收集致冷剂的所述多条平行流路和在所述第二级活动叶片中的所述各致冷剂流路的连接部附近中的任何部分上设置具有一条内部流路的第二金属接头，所述第二金属接头的内部流路的横截面积的总和小于所述第一金属接头的内部流路的横截面积的总和。
因此，对于必要致冷剂流动速率显著不同的第一级活动叶片和第二级活动叶片来说，致冷剂能够分别以适当的流动速率分配来供应和收集，向着每级活动叶片的致冷剂流动速率可以被简单地调节而无需拆卸转子。
(7)另外，为了实现上述第一和第二目的，本发明提供一种闭路冷却叶片涡轮机，它具有第一级活动叶片的致冷剂供应通路和致冷剂收集通路、第二级活动叶片的致冷剂供应通路和致冷剂收集通路和在分支点和结合部之间的多条用于供应致冷剂的平行流路和多条用于收集致冷剂的平行流路，其中，在第二级活动叶片的用于供应致冷剂的多条平行流路和在第二级活动叶片中的所述各致冷剂流路的连接部附近和在第二级活动叶片的用于收集致冷剂的多条平行流路和在第二级活动叶片中的所述各致冷剂流路的连接部附近中的任何部分上设置用于调节内部流动阻力的装置。
因此，对于必要致冷剂流动速率显著不同的第一级活动叶片和第二级活动叶片来说，致冷剂能够分别以适当的流动速率分配来供应和收集，向着每级活动叶片的致冷剂流动速率可以被简单地调节而无需拆卸转子。
(8)为了实现上述第一和第二目的，本发明提供一种闭路冷却叶片涡轮机，它具有第一级活动叶片的致冷剂供应流路和致冷剂收集流路、第二级活动叶片的致冷剂供应流路和致冷剂收集流路，以及在分支点和合流部位之间的用于供应致冷剂的多条平行流路和用于收集致冷剂的多条平行流路，其中，在第二级活动叶片的用于供应致冷剂的多条平行流路和在第二级活动叶片中的所述各致冷剂流路的连接部附近和在第二级活动叶片的用于收集致冷剂的多条平行流路和在第二级活动叶片中的所述各致冷剂流路的连接部附近中的任何部分上设置具有一条内部流路的第三金属接头，所述第三金属接头具有一个用于调节内部流动阻力的装置。
因此，对于必要致冷剂流动速率显著不同的第一级活动叶片和第二级活动叶片来说，致冷剂能够分别以适当的流动速率分配来供应和收集，向着每级活动叶片的致冷剂流动速率可以被简单地调节而无需拆卸转子。
(9)在上述(2)、(4)、(6)和(8)中，第一和第二金属接头或第三金属接头最好是供应构件和收集构件，它们被安装得可以防止致冷剂从转子和第一级活动叶片和第二级活动叶片之间的间隙泄漏。
因此，采用防止致冷剂泄漏的供应构件或收集构件，致冷剂的流动速度可以受到调节。
(10)另外，在上述(1)至(8)中，至少在作为所述致冷剂的供应源的静止侧和作为所述致冷剂的收集目的地的静止侧中的一个上的致冷剂流路中设置用于调节流动阻力的装置。
通过上述方式，不仅第二级活动叶片而且第一级活动叶片的致冷剂流动速率的调节范围可以变大。
(11)为了实现上述第一目的，本发明提供一种闭路冷却叶片涡轮机，它在转子内具有第一级活动叶片的致冷剂供应通路和第二级活动叶片的致冷剂供应通路的一个分支点，以及第一级活动叶片的致冷剂收集通路和第二级活动叶片的致冷剂收集通路的一个结合部，其中，所述各流路形成得使第二级活动叶片的致冷剂流路和致冷剂收集流路中所产生的压力损失大于在第一级活动叶片的致冷剂流路和致冷剂收集流路中产生的压力损失。
通过上述方式，对于必要致动剂流动速率显著不同的第一级活动叶片和第二级活动叶片来说，致冷剂能够分别以适当的流动速率分配来供应和收集。
附图简要说明如下
图1是在涡轮机轴的方向上的半剖视图，表示向着第一级活动叶片的冷却空气供应通路；图2是在涡轮机轴的方向上的半剖视图，表示向着第二级活动叶片的冷却空气供应通路；图3是表示面对短轴的四级轮子的接合表面的视图；图4是在涡轮机轴的方向上的半剖视图，表示从第一级活动叶片和第二级活动叶片的冷却空气收集通路；图5是在第二级活动叶片中的冷却空气的进口部分和出口部分的放大视图；图6是在第二级活动叶片中的冷却空气的进口部分的放大视图；图7是第二级活动叶片中的冷却空气的出口部分的放大视图；图8是当一个最小横截面构件在上游侧安装在一个供应构件的进口上的放大视图。
现在对照附图详述本发明的实施例。
图1是在涡轮机轴向上的半剖视图，表示在该实施例的闭路冷却叶片涡轮机中向着第一级活动叶片的冷却空气供应通路。在该图中，一个转子16包括第一级轮子1、第二级轮子2、第三级轮子3、第四级轮子4、由各轮子的侧面夹紧的间隔件9,10和11、一个连接于一个压缩机侧部的远端构件12和一个连接于第四级轮子4的侧面的短轴13，所述远端构件12、第一级轮子1至第四级轮子4、位于其间的间隔件9,10和11，以及短轴13由穿过每个轮子和间隔件上形成的通孔18的接合螺栓14牢固相连。在各级的轮子1,2,3和4的外圆周上固定着第一级活动叶片5、第二级活动叶片6、第三级活动叶片7和第四级活动叶片8，整体构成一个涡轮机15。主气沿着从第一级活动叶片5至第四级活动叶片8的方向(图中从左到右的方向)流动。
首先描述第一级活动叶片5的冷却空气供应通路。冷却空气17从图中未画出的本体的静止侧通过短轴的轴承部23的内部，即，短轴的中心孔24供应，流入短轴13和第四级轮子4形成的一个空腔25。流入空腔25的冷却空气17通过第四级轮子4和短轴13的接合面26上沿径向形成的缝27从接合面26沿轴向穿过第四级轮子4的供应孔28、穿过间隔件11的供应孔29、穿过第三级轮子3的供应孔30和穿过间隔件10的供应孔31。流过供应孔31的冷却空气17被送至穿过第二级轮子2的供应孔32。流过穿过第二级轮子2的供应孔32的冷却空气17通过一个穿过间隔件9的供应孔37和一个穿过第一级轮子1的供应孔38被送至在第一级轮子1和远端构件12的接合面39上沿径向形成的缝40。送至缝40的冷却空气17到达一个空腔41，该空腔位于与转子轴相同的轴上的圆形流路中，是由第一级轮子1和远端构件12形成的，然后，冷却空气通过一个作为各第一级活动叶片5的用于供应致冷剂的一条平行流路的孔42被供应到各第一级活动叶片5，孔42沿径向设置在第一级轮子外周的侧面上。
图2是涡轮机轴向的半剖视图，表示第二级活动叶片的冷却空气供应通路，下面对照该图描述第二级活动叶片的冷却空气供应通路。按照与第一级活动叶片5的情形中相同的方式，冷却空气17从图中未画出的本体的静止侧通过短轴13的轴承部分23内部。即，短轴的中心孔24送入由短轴13和第四级轮子4形成的空腔25。送入空腔25的冷却空气通过在第四级轮子4和短轴13的接合面26上沿径向形成的缝51到达在轴向上从接合面26穿过第四级轮子4的供应孔52、穿过间隔件11的供应孔53、穿过第三级轮子3的供应孔54和穿过间隔件10的供应孔55。流过供应孔55的冷却空气被送至在第二级轮子2和间隔件10的接合面60上形成的缝56。送至缝56的冷却空气17到达一个空腔57，该空腔位于在与转子轴相同的轴上的圆形流路中，由第二级轮子2和间隔件10形成，然后，冷却空气通过一个孔56送至各第二级活动叶片6，所述孔56沿径向设置在第二级轮子外周的侧面上，作为各第二级活动叶片6的用于供应致冷剂的一条平行流路。
第四级轮子面对短轴13的接合面26表示在图3中。在外周上设有螺栓孔18，在周向上12个均匀的间隔上连接螺栓插入上述螺栓孔。在其内周侧设有在周向上以三个均匀间隔设置的缝27和供应孔28，第一级活动叶片的冷却空气从其中流过，另外，在相同的径向位置，在周向的三个均匀间隔上设有缝51和供应孔52，第二级活动叶片的冷却空气从其中流过。按照这个实施例，送至转子16的冷却空气从转子16中的空腔25分支出流过缝27的第一级活动叶片的冷却空气和流过缝51的第二级活动叶片的冷却空气，换言之，两条冷却空气流路在转子16中的分支点是空腔25。
图4是在涡轮轴向上的半剖视图，表示冷却空气17从第一级活动叶片5和第二级活动叶片6的收集通路，下面对照该图描述在各级上冷却空气17从活动叶片5和6的收集通路。从各级第一级活动叶片5收集的冷却空气17通过作为致冷剂收集的平行流路和接合部的、设在分隔件9上一个收集孔71到达一个空腔72，该空腔位于与转子轴相同的轴上的圆形流路中，由分隔件9和第二级轮子2形成。流入空腔72的冷却空气17通过一个缝73引入一个收集孔74，该收集孔在分隔件9中形成。
另一方面，从各第二级活动叶片6收集的冷却空气17通过一个作为用作致冷剂收集的平行流路和接合部的、设在分隔件9的外周内的收集孔75到达一个空腔76，该空腔位于与转子轴相同的轴上的圆形流路中，由分隔件9和第一级轮子1形成。流入空腔76的冷却空气17通过一个缝77与流过收集孔74的第一级活动叶片5的收集空气结合。换言之，冷却空气17的两条流路在转子16中的合流部是收集孔74的出口。合流后的冷却空气通过第一级轮子1中形成的一个收集孔78和远端构件12中形成的一个收集孔79排出转子16，并通过图中未示出的本体的静止侧上的收集通道收集。
图5是第二级活动叶片6中的冷却空气17的进口部分和出口部分。在第二级轮子2的外周侧上形成的径向孔58通过第二级活动叶片6的冷却空气供应孔83。径向孔58和冷却空气供应孔83的边限是在第二级轮子2和第二级活动叶片6刚好彼此接触的连接处的结合部，在结合部85中有一个微小的间隙。为了防止冷却空气17从结合部85泄漏，径向孔和冷却空气供应孔83相互连接，覆盖结合部85的金属接头处的一个供应构件81装配在其中。
冷却第二级活动叶片6之后的冷却空气17通过一个冷却空气收集孔84被引入间隔件9外周中形成的收集孔71。冷却空气收集孔84和收集孔71的边界是第二级活动叶片6和分隔件刚好彼此接触的连接处的边界86，在边界86中也有一个微小的间隙。为了防止冷却空气17从边界86泄漏，冷却空气收集孔84和收集孔71相互连接，在覆盖边界86的金属接头处的一个收集构件82装配在其中，在第一级活动叶片5中的进口部分和出口部分也具有结构相同的一个供应构件和一个收集构件。
同时，由于流过第二级活动叶片的主气在第一级活动叶片中并不作功，在第二级活动叶片6中的主气的温度低于第一级活动叶片5的主气温度。当燃烧室的出口处的温度在1500℃的水平上时，第一级活动叶片5和第二级活动叶片6之间的主气温度差大于200℃。即使取决于材料特性，例如，材料种类、单晶体、多晶体等因素，第一级活动叶片5的允许金属温度高于第二级活动叶片6的允许金属温度，借助材料也不能补偿高于200℃的主气温差，第一级活动叶片的必要冷却空气量多于第二级活动叶片6的必要冷却空气量。
当采用可以向第一级活动叶片5主动提供多的冷却空气17的结构时，例如，当第一级活动叶片5侧的通路只是形成得较宽时，第一级活动叶片5内的流路阻力只是变大(即，冷却空气受阻)，相反，冷却空气17的压力损失变得高于第二级活动叶片6的冷却空气压力损失。
如图2所示，从作为分支点的空腔25通过每条流路流至作为结合部收集孔74的冷却空气17的压力损失，在第一级活动叶片5侧和第二级活动叶片6侧之间彼此相等，因而当第二级活动叶片6侧的而不是第二级活动叶片6的内部的通路产生的压力损失受到调节，以便相应于第一级活动叶片5内的冷却空气的压力损失较高的情形而高于第一级活动叶片5侧的压力损失时，较多的冷却空气17可以顺利地流过第一级活动叶片5。
为了增加在第二级活动叶片6侧上的通路上产生的压力损失，使第二级活动叶片6侧上的通路的长度长于第一级活动叶片5侧上的通路的长度，或者使设在第二级活动叶片6侧上的多条通路的最小横截面积的总和小于设在第一级活动叶片5侧上的多条通路的最小横截面积的总和。从结构的观点来看，调节横截面积的结构比改变通路长度的结构更易于制造。
图6是图5所示的第二级活动叶片6中的冷却空气17的进口部分的放大视图。为了使第二级活动叶片6侧上的各通路的最小横截面积的总和小于第一级活动叶片5侧上的各通路的最小横截面积的总和，在供应构件81中装有一个最小截面构件91。图7是图5所示的第二级活动叶片6中的冷却空气17的出口部分的放大视图。为了使第二级活动叶片6侧上的各通路的最小横截面积的总和小于第一级活动叶片5侧上的各通路的最小横截面积的总和，在收集构件82中设有一个最小截面构件92。上述最小截面构件91和92作为冷却空气17的限制板(或孔板)发挥作用，按照本实施例，所采用的结构是将它们装在供应构件81和收集构件82中。但是，甚至当最小截面构件装在它们中的任一个内时，也可以有效地起到作用。
在一般的涡轮机结构中，涡轮机的活动叶片可以装、拆或更换而无需卸下连接螺栓14及拆卸转子16。因此，供应构件81和收集构件82构制得可通过拆卸活动叶片而容易地取出，因而供应构件81和收集构件82也可以装、拆或更换而无需卸下连接螺栓14及拆卸转子16。
即使转子16中的冷却空气供应流路的横截面积和阻力、冷却活动叶片内的流路阻力和转子中的冷却空气收集流路的横截面积和阻力在设计阶段加以估算，并且据此设计和制造每条流路，因而当燃气轮机实际运转时在每级活动叶片中流动着适当的流动速率，每个第一级活动叶片5和第二级活动叶片6的金属温度易于改变，且易于从设计值偏离，因而使精确度受限，必须在组装和制造后，按照第一级活动叶片5和第二级活动叶片6中的每一个的金属温度来调节冷却空气量。当在收集构件81中装入最小截面构件91或在供应构件82中装入最小截面构件92时，无需拆卸连接螺栓14及拆卸转子16及进行需要麻烦的调节的再组装转子16，就可以改变最小截面构件的流路面积，从而调节冷却空气量，因此，流动速率可以简单地调节，操作时间显著缩短，成本降低。
当供应构件81和收集构件82本身需要更换，或者最小截面构件91和92需要更换，或者需要通过研磨最小截面构件91和92的流路来调节流动速率时，由于供应构件81和收集构件82作为零件是很小的，因而它们的可操作性是很好的。
另外，通过将最小截面构件91安装于供应构件81而不是将最小截面构件92安装于供应构件82的方式，在流过叶片之前，由最小截面构件91产生压力损失，从而使第二级活动叶片6中的冷却空气压力下降。冷却空气从第二级活动叶片6中产生的缝隙和间隙的泄漏量相应于降低的冷却空气压力而变小。
如图8所示，当将最小截面构件91安装于供应构件81的上游侧上的进口上时，可以更大地抑制向着结合部85的泄漏。
当图3所示的第二级活动叶片的供应孔52的数目小于第一级活动叶片的供应孔28的数目，且供应孔52的直径小于供应孔28的直径时，第二级活动叶片侧上的各冷却空气通路的最小横截面积的总和也可以小于第一级活动叶片侧上的各冷却空气通路的最小横截面的总和。
即使未设置供应构件81和收集构件82，也可以只安装最小截面构件91和最小截面构件92，例如，在一种可能的结构中，在从结合部85或边界86的致冷剂流路轴线相同的轴线上形成一个深的端面孔，并且将一个具有与所述孔直径相同的外径的最小截面构件装在其中。当采用这样的结构时，当拆下活动叶片时可以容易地装、拆最小截面构件，即使最小截面构件设置得离开结合部85和边界86的附近，流动速率可以简单地调节而无需拆卸转子16。
另外，在图2所示的短轴13侧上，例如，可以安装在第二级活动叶片侧上的冷却空气的流路调节机构，例如，一个螺钉式构件，其用于通过改变螺纹深度来改变流路面积，从而调节流路。
当只需要通过在转子16内，第二级活动叶片侧上的冷却空气通路侧来调节流动速率时，可以通过上述调节机构的功能来调节第二级活动叶片6的冷却空气流动速率，也就是说，调节范围大。但是，第一级活动叶片5的冷却空气流动速率的调节范围小于第二级活动叶片6的冷却空气流动速率，这是由于没有直接调节它的机构。在一种结构中，如果不仅借助第二级活动叶片侧上的冷却空气路径来调节流动速率，而且也可以在引入转子16之前，在本体的静止侧上进行流动速率调节，那么，在使用第一级活动叶片的冷却空气和第二级活动叶片的冷却空气之前，也可使第一级活动叶片5的冷却空气流动速率的调节范围变大。也就是说，第一级活动叶片的流动速率是在本体的静止侧上的流动速率调节中被调节的，而第二级活动叶片的流动速率是在转子16中的第一级活动叶片侧上的冷却空气路径的流动速率调节中被调节的。在图中未画出的本体的静止侧的结构中，设有冷却空气17的供应管和冷却空气的收集管。
本实施例采用的结构中，向第一级活动叶片和第二级活动叶片供应致冷剂的供应分支点和从第一级活动叶片和第二级活动叶片收集致冷剂的收集结合部设置在转子内。但是，本发明的应用并不局限于这种结构。如上所述，只要是使用的一种结构中，通过使连接于每个活动叶片级的各流路的彼此平行的多条通路的最小横截面积的总和，对于每个活动叶片级的每条流路来说是不同的，从而使致冷剂流动速率受到调节，即使在本发明所应用的结构中，例如，供应分支点和收集结合部中的至少一个设置在本体的静止侧上，并且相应于每个活动叶片级的供应进口或收集出口设置在转子中并连接于每个活动叶片级，就可以取得本发明的效果。
本发明也可以应用于第三和其后的级的活动叶片也准备在将来被冷却的情形，在这种情形中，使相对地设在主气流向上游侧的活动叶片级侧上的各路径的最小横截面积的总和小于相对地设置在下游侧的活动叶片级侧上的各路径的最小横截面积的总和，最好调节装在每个供应构件中的最小截面构件的流路的横截面积。
上述实施例是在下述假定下描述的本发明应用于燃气轮机上，目的是使用压缩空气作为致冷剂并且取出转动轴力。但是，本发明并不局限于此。例如，本发明可以应用于一种燃气轮机，其具有下述结构废热收集锅炉安装在燃气轮机中，所产生的蒸汽用作致冷剂，当燃气轮机用于向化学精炼厂提供动力时，作为副产品所产生的氮气用作致冷剂；或者废气用作喷射推力。
如上所述，按照本发明，对于必要制冷剂流动速率显著不同的第一级活动叶片和第二级活动叶片来说，致冷剂可以分别按照适当的致冷剂流动速率分配来供应和收集。
按照本发明，向每级活动叶片的致冷剂流动速率可以简单地调节而无需拆卸转子。
另外，按照本发明，采用供应构件或收集构件来抑制致冷剂的泄漏，因而可以调节致冷剂的流动速率。
按照本发明，不仅可增加第二级活动叶片，而且也可增加第一级活动叶片的致冷剂流动速率的调节范围。
权利要求
1．一种闭路冷却叶片涡轮机，它具有在燃气轮机主气的流动方向上布置且在转子外周上固定的多级活动叶片，在所述多级活动叶片之间，从上游侧至少向第一级和第二级活动叶片供应致冷剂，并且在冷却后收集所述致冷剂而不将其排放入主气，其中所述涡轮机在所述转子内具有所述第一级活动叶片的一条致冷剂供应通路和所述第二级活动叶片的一条致冷剂供应通路的一个分支点，以及所述第一级活动叶片的一条致冷剂收集通路和所述第二级活动叶片的一条致冷剂收集通路的一个结合部，所述第一级活动叶片的所述致冷剂供应通路和所述致冷剂收集通路，以及所述第二级活动叶片的所述致冷剂供应通路和所述致冷剂收集通路具有多条用于供应致冷剂的平行流路和多条用于收集致冷剂的平行流路，它们在所述分支点和所述结合部之间连接于在每级所述活动叶片中的所述各致冷剂通路，以及所述第二级活动叶片的用于供应致冷剂的所述多条平行流路和所述用于致冷剂收集的所述多条平行流路和所述第二级活动叶片中的所述各致冷剂流路中的任何部分的最小横截面积的总和小于所述第一级活动叶片的用于供应致冷剂的所述多条平行流路和所述用于致冷剂收集的所述多条平行流路和在所述第一级活动叶片中的所述各致冷剂流路中的任何部分的最小横截面积的总和。
2．一种闭路冷却叶片涡轮机，它具有在燃气轮机主气的流动方向上布置的且在转子外周上固定的多级活动叶片，在所述多级活动叶片之间从上游侧至少向第一级活动叶片和第二级活动叶片供应致冷剂，并且在冷却后收集所述致冷剂而不将其排放入主气，其中所述涡轮机在所述转子内具有所述第一级活动叶片的致冷剂供应通路和所述第二级活动叶片的致冷剂供应通路的一个分支点，以及所述第一级活动叶片的致冷剂收集通路和所述第二级活动叶片的致冷剂收集通路的一个致冷剂结合部，所述第一级活动叶片的所述致冷剂供应通路和所述致冷剂收集通路，以及所述第二级活动叶片的所述致冷剂供应通路和所述致冷剂收集通路具有用于供应致冷剂的多条平行流路和用于收集致冷剂的多条平行流路，它们在所述分支点和所述结合部之间连接于所述活动叶片中的所述各致冷剂通路，具有一条内部流路的第一金属接头布置在所述第一级活动叶片的用于供应致冷剂的所述多条流路、所述用于收集致冷剂的多条流路和在所述第一级活动叶片中的所述各致冷剂流路中的任何部分上，具有一条内部流路的第二金属接头布置在所述第二级活动叶片的用于供应致冷剂的所述多条平行流路、所述用于收集致冷剂的多条平行流路和在所述第二级活动叶片中的所述各致冷剂流路中的任何部分上，以及所述第二金属接头的所述内部流路的横截面积的总和小于所述第一金属接头的所述内部流路的横截面积的总和。
3．一种闭路冷却叶片涡轮机，它具有在燃气轮机主气的流动方向上布置且在转子外周上固定的多级活动叶片，在所述多级活动叶片之间，从上游侧至少向第一级和第二级活动叶片供应致冷剂，并且在冷却后收集所述致冷剂而不将其排放入主气，其中所述涡轮机在所述转子内具有所述第一级活动叶片的一条致冷剂供应通路和所述第二级活动叶片的一条致冷剂供应通路的一个分支点，以及所述第一级活动叶片的一条致冷剂收集通路和所述第二级活动叶片的一条致冷剂收集通路的一个结合部，所述第一级活动叶片的所述致冷剂供应通路和所述致冷剂收集通路，以及所述第二级活动叶片的所述致冷剂供应通路和所述致冷剂收集通路具有多条用于供应致冷剂的平行流路和多条用于供应致冷剂的平行流路和多条用于收集致冷剂的平行流路，它们在所述分支点和所述结合部之间连接于在每级所述活动叶片中的所述各致冷剂通路，用于调节内部流动阻力的装置设置在所述第二级活动叶片的用于供应致冷剂的所述多条平行流路、所述用于收集致冷剂的多条平行流路和在所述第二级活动叶片中的所述各致冷剂流路中的任何部分上。
4．一种闭路冷却叶片涡轮机，它具有在燃气轮机主气的流动方向上布置且在转子外周上固定的多级活动叶片，在所述多级活动叶片之间，从上游侧至少向第一级和第二级活动叶片供应致冷剂，并且在冷却后收集所述致冷剂而不将其排放入主气，其中所述涡轮机在所述转子内具有所述第一级活动叶片的一条致冷剂供应通路和所述第二级活动叶片的一条致冷剂供应通路的一个分支点，以及所述第一级活动叶片的一条致冷剂收集通路和所述第二级活动叶片的一条致冷剂收集通路的一个结合部，所述第一级活动叶片的所述致冷剂供应通路和所述致冷剂收集通路，以及所述第二级活动叶片的所述致冷剂供应通路和所述致冷剂收集通路具有多条用于供应致冷剂的平行流路和多条用于供应致冷剂的平行流路和多条用于收集致冷剂的平行流路，它们在所述分支点和所述结合部之间连接于在每级所述活动叶片中的所述各致冷剂通路，具有一条内部流路的第三金属接头布置在所述第二活动叶片的用于供应致冷剂的所述多条平行流路、所述用于收集致冷剂的多条平行流路和在所述第二级活动叶片中的所述各致冷剂流路中的任何部分上，以及所述第三金属接头具有用于调节内部流动阻力的装置。
5．一种闭路冷却叶片涡轮机，它具有在燃气轮机主气的流动方向上布置且在转子外周上固定的多级活动叶片，在所述多级活动叶片之间，从上游侧至少向第一级和第二级活动叶片供应致冷剂，并且在冷却后收集所述致冷剂而不将其排放入主气，其中所述涡轮机在所述转子内具有所述第一级活动叶片的一条致冷剂供应通路和所述第二级活动叶片的一条致冷剂供应通路的一个分支点，以及所述第一级活动叶片的一条致冷剂收集通路和所述第二级活动叶片的一条致冷剂收集通路的一个结合部，所述第一级活动叶片的所述致冷剂供应通路和所述致冷剂收集通路，以及所述第二级活动叶片的所述致冷剂供应通路和所述致冷剂收集通路具有多条用于供应致冷剂的平行流路和多条用于供应致冷剂的平行流路和多条用于收集致冷剂的平行流路，它们在所述分支点和所述结合部之间连接于在每级所述活动叶片中的所述各致冷剂通路，所述第二级活动叶片的用于供应致冷剂的所述多条平行流路和所述第二级活动叶片中的所述各流路的连接部附近和所述第二级活动叶片的用于收集致冷剂的所述多条平行流路和所述第二级活动叶片中的所述各流路的连接部附近中的任何部分的最小横截面积的总和小于所述第一级活动叶片的用于供应致冷剂的所述多条平行流路和所述第一级活动叶片中的所述各流路的连接部附近和所述第一级活动叶片的用于收集致冷剂的所述多条平行流路和所述第一级活动叶片中的所述各致冷剂流路的连接部附近中的任何部分的最小横截面积的总和。
6．一种闭路冷却叶片涡轮机，它具有在燃气轮机主气的流动方向上布置且在转子外周上固定的多级活动叶片，在所述多级活动叶片之间，从上游侧至少向第一级和第二级活动叶片供应致冷剂，并且在冷却后收集所述致冷剂而不将其排放入主气，其中所述涡轮机在所述转子内具有所述第一级活动叶片的一条致冷剂供应通路和所述第二级活动叶片的一条致冷剂供应通路的一个分支点，以及所述第一级活动叶片的一条致冷剂收集通路和所述第二级活动叶片的一条致冷剂收集通路的一个结合部，所述第一级活动叶片的所述致冷剂供应通路和所述致冷剂收集通路，以及所述第二级活动叶片的所述致冷剂供应通路和所述致冷剂收集通路具有多条用于供应致冷剂的平行流路和多条用于供应致冷剂的平行流路和多条用于收集致冷剂的平行流路，它们在所述分支点和所述结合部之间连接于在每级所述活动叶片中的所述各致冷剂通路，在所述第一级活动叶片的用于供应致冷剂的所述多条平行流路和所述第一级活动叶片中的所述各致冷剂流路的连接部附近和所述第一级活动叶片的用于收集致冷剂的所述多条平行流路和所述第一级活动叶片中的所述各致冷剂流路的连接部附近中的任何部分上设置具有一条内部流路的第一金属接头，在所述第二级活动叶片的用于供应致冷剂的所述多条平行流路和所述第二级活动叶片中的所述各致冷剂流路的连接部附近和所述第二级活动叶片的用于收集致冷剂的所述多条平行流路和所述第二级活动叶片中的所述各致冷剂流路的连接部附近中的任何部分上设置具有一条内部流路的第二金属接头，所述第二金属接头的所述内部流路的横截面积的总和小于所述第一金属接头的所述内部流路的横截面积的总和。
7．一种闭路冷却叶片涡轮机，它具有在燃气轮机主气的流动方向上布置且在转子外周上固定的多级活动叶片，在所述多级活动叶片之间，从上游侧至少向第一级和第二级活动叶片供应致冷剂，并且在冷却后收集所述致冷剂而不将其排放入主气，其中所述涡轮机在所述转子内具有所述第一级活动叶片的一条致冷剂供应通路和所述第二级活动叶片的一条致冷剂供应通路的一个分支点，以及所述第一级活动叶片的一条致冷剂收集通路和所述第二级活动叶片的一条致冷剂收集通路的一个结合部，所述第一级活动叶片的所述致冷剂供应通路和所述致冷剂收集通路，以及所述第二级活动叶片的所述致冷剂供应通路和所述致冷剂收集通路具有多条用于供应致冷剂的平行流路和多条用于供应致冷剂的平行流路和多条用于收集致冷剂的平行流路，它们在所述分支点和所述结合部之间连接于在每级所述活动叶片中的所述各致冷剂通路，在所述第二级活动叶片的用于供应致冷剂的所述多条平行流路和所述第二级活动叶片中的所述各致冷剂流路的连接部附近和所述第二级活动叶片的用于收集致冷剂的所述多条平行流路和所述第二级活动叶片中的所述各致冷剂流路的连接部附近中的任何部分上设置用于调节内部流动阻力的装置。
8．一种闭路冷却叶片涡轮机，它具有在燃气轮机主气的流动方向上布置且在转子外周上固定的多级活动叶片，在所述多级活动叶片之间，从上游侧至少向第一级和第二级活动叶片供应致冷剂，并且在冷却后收集所述致冷剂而不将其排放入主气，其中所述涡轮机在所述转子内具有一条所述第一级活动叶片的致冷剂供应通路、一条所述第二级活动叶片的致冷剂供应通路、一条所述第一级活动叶片的致冷剂收集通路和一条所述第二级活动叶片的致冷剂收集通路，所述涡轮机在所述转子内具有所述第一级活动叶片的所述致冷剂供应通路和所述第二级活动叶片的所述致冷剂供应通路的一个分支点，以及所述第一级活动叶片的所述致冷剂收集通路和所述第二级活动叶片的所述致冷剂第二级活动叶片的所述致冷剂收集通路的结合部，所述第一级活动叶片的所述致冷剂供应通路和所述致冷剂收集通路，以及所述第二级活动叶片的所述致冷剂供应通路和所述致冷剂收集通路具有多条用于供应致冷剂的平行流路和多条用于收集致冷剂的平行流路，它们在所述分支点和所述结合部之间，连接于所述各级活动叶片中的所述各致冷剂通路，在所述第二级活动叶片的用于供应致冷剂的所述多条平行流路和所述第二级活动叶片中的所述各致冷剂流路的连接部附近和所述第二级活动叶片的用于收集致冷剂的所述多条平行流路和所述第二级活动叶片中的所述各致冷剂流路的连接部附近中的任何部分上设置具有一条内部流路的第三金属接头，所述第三金属接头具有用于调节内部流动阻力的装置。
9．如权利要求2,4,6和8中任一项所述的闭路冷却叶片涡轮机，其特征在于所述第一和第二金属接头或第三金属接头是一个供应构件或收集构件，其被安装以便抑制致冷剂从所述转子和所述第一级活动叶片和所述第一级活动叶片之间的间隙的泄漏。
10．如权利要求1至8中任一项所述的闭路冷却叶片涡轮机，其特征在于至少在作为所述致冷剂供应源的静止侧和作为所述致冷剂收集目的地的静止侧中的一个上还设有用于调节流动阻力的装置。
11．一种闭路冷却叶片涡轮机，它具有在燃气轮机主气的流动方向上布置且在转子外周上固定的多级活动叶片，在所述多级活动叶片之间，从上游侧至少向第一级和第二级活动叶片供应致冷剂，并且在冷却后收集所述致冷剂而不将其排放入主气，其中所述涡轮机在所述转子内具有所述第一级活动叶片的一条致冷剂供应通路和所述第二级活动叶片的一条致冷剂供应通路的一个分支点和所述第一级活动叶片的一条致冷剂收集通路和所述第二级活动叶片的一条致冷剂收集通路的一个结合部，所述各流路形成得使在所述第二级活动叶片的所述致冷剂流路和所述致冷剂收集流路中产生的压力损失可以大于所述第一级活动叶片的所述致冷剂流路和所述致冷剂收集流路中产生的压力损失。
全文摘要
在闭路冷却叶片涡轮机中,第二级轮子外周中形成的径向孔通至第二级活动叶片的冷却空气供应孔,为了防止冷却空气漏入结合部,径向孔和冷却空气供应孔相连接,覆盖结合部的供应构件装配在其中。冷却第二级活动叶片的冷却空气通过冷却空气收集孔引入分隔件外周中形成的收集孔,为了防止冷却空气漏入边界,冷却空气收集孔和收集孔相互连接,覆盖边界的收集构件装配在其中。为了使第一级活动叶片的各通路的最小横截面积的总和小于第一级活动叶片的各通路的最小横截面积的总和,最小截面构件装在供应构件中。
文档编号F01D5/08GK1311390SQ00126100
公开日2001年9月5日 申请日期2000年8月31日 优先权日2000年3月2日
发明者圆岛信也, 安齐俊一, 野田雅美, 松本学, 木塚宣明, 高野刚 申请人:株式会社日立制作所