专利名称：用于调节涡轮机器内的冷却流体的系统的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及ー种涡轮机器上的冷却系统；并且更特别地涉及ー种用于调节涡轮机器的轮空间区域内的冷却流体的系统。
背景技术：
在诸如燃气涡轮机的一些涡轮机器中，由压缩机压缩的空气的一部分典型地从燃 烧转移为冷却各种固定部件和旋转部件或吹洗燃气涡轮机内的腔。转移的气流(以下称为“冷却流体”)消耗由压缩机压缩的总气流的相当多的量。转移的冷却流体不燃烧，降低了燃气涡轮机的性能。调节和控制冷却流体可以大大増加涡轮机的性能。典型地，冷却流体从压缩机提取、旁路通过燃烧系统并且流动通过冷却回路。冷却回路典型地位于包括转子压缩机-涡轮机接头(以下称为“配合接头”)的各种涡轮机部件和各种轮空间区域附近。冷却回路典型地与密封系统形成一体。相对紧密的间隙可能存在于密封系统部件和燃气涡轮机转子之间。密封系统可以包括位于旋转部件和固定部件之间的曲路密封件。可能通过曲路密封间隙发生的典型泄漏通常用于冷却或吹洗在密封件的下游的区域。例如，高压填料密封系统(HPPS)可以包括曲路和刷密封装置，其中经过HPPS的泄漏流冷却包括轮空间区域的下游部件。冷却回路的有效性在很大程度上取决于HPPS的性能。冷却回路的配置确定是否足够的冷却流体流动到前述涡轮机部件。冷却回路可以包括将冷却流体流弓I导到特定轮空间区域的室。目前已知的密封系统可能存在几个问题。磨损可能会扩大密封系统间隙。密封件可能在“跳闸(trip)”(涡轮机器的紧急停机)期间磨损。而且，密封件随着时间由燃气涡轮机操作逐渐磨损。磨损会允许过量冷却流体流到密封件的下游，从而会降低燃气涡轮机的总效率。密封系统磨损发生的不可预测性不允许冷却流体的确定的流通过冷却回路。此夕卜，已知的密封系统不补偿密封系统磨损。所以，已知的密封系统不提供ー种方式来调节流动到轮空间区域的冷却流体的量。由于上述原因，即期望有一种系统，所述系统允许调节流入燃气涡轮机的轮空间区域中的冷却流体。所述系统应当充分地冷却，同时改善燃气涡轮机效率。所述系统也应当提供通过冷却回路的确定的流。
发明内容
下面概述了在范围上与原始所要求保护的发明相当的某些实施例。这些实施例不旨在限制所要求保护的发明的范围，而是这些实施例仅仅g在提供本发明的可能形式的简单概括。实际上，本发明可以涵盖可以类似于或不同于下面所述的实施例的各种形式。在本发明的实施例中，提供ー种用于调节冷却流体的系统，所述系统包括涡轮机，所述涡轮机包括压缩机部段，所述压缩机部段包括内筒罩；压缩机排气罩；和旁路室(bypass chambers)，所述旁路室允许冷却流体从所述内筒罩流到所述压缩机排气罩；涡轮机部段，所述涡轮机部段包括旋转部件；固定部件；和轮空间区域，其中每个轮空间区域包括旋转部件和固定部件，并且每个旁路室允许冷却流体从所述压缩机部段流到所述轮空间区域；以及喷嘴冷却回路，所述喷嘴冷却回路包括都大致位于每个固定部件内的主通道和集管(header)，其中所述主通道的第一端部接收冷却流体，并且所述主通道的第二端部连接到所述集管，使得冷却流体从所述主通道流到所述集管；其中所述集管包括上游孔口和下游孔ロ，所述孔ロ允许冷却流体从所述集管排出。每个孔ロ的下游端连接到调节塞，所述调节塞包括将所述冷却流体引导到所述喷嘴冷却回路之外的开ロ ；所述调节塞确定所述冷却流体的机械性质。所述固定部件包括多 个喷嘴冷却回路；所述多个喷嘴冷却回路的每ー个包括指定主通道和指定集管。每个孔 ロ以一定的角度偏离所述集管，所述角度以有助干与工作流体混合的方式预旋所述冷却流体。所述角度在类似于所述工作流体和所述旋转部件的方向上定向所述冷却流体的流动。所述集管呈延伸通过所述固定部件的孔的形式；所述集管的每个端部由帽封闭。在本发明的备选实施例中，提供ー种用于调节冷却流体的系统，所述系统包括燃气涡轮机，所述燃气涡轮机包括燃烧系统，所述燃烧系统生成工作流体；压缩机部段，所述压缩机部段包括内筒罩；压缩机排气罩；和旁路室(bypass chambers);其中冷却流体通过所述内筒罩流到所述压缩机排气罩；涡轮机部段，所述涡轮机部段包括旋转叶片；隔膜(diaphragms);喷嘴；和轮空间区域，其中每个轮空间区域包括一系列旋转叶片、隔膜和喷嘴，并且每个旁路室允许冷却流体从所述压缩机排气罩流到所述轮空间区域；以及喷嘴冷却回路，所述喷嘴冷却回路大致位于每个固定部件内，其中所述喷嘴冷却回路包括主通道和集管，其中所述主通道的第一端部接收冷却流体并且所述主通道的第二端部连接到所述集管，冷却流体从所述主通道流到所述集管；其中所述集管包括上游孔口和下游孔ロ，所述孔ロ允许冷却流体从所述集管排出并且与工作流体混合。所述系统还包括位于所述集管的下游的调节塞，所述调节塞允许所述冷却流体离开所述喷嘴冷却回路。每个孔ロ与专用调节塞形成一体；所述专用调节塞包括可变内径，所述冷却流体通过所述可变内径排出所述集管；且所述专用调节塞确定所述冷却流体的以下性质中的至少ー种速度、流量或压力。所述固定部件包括多个喷嘴冷却回路。所述多个喷嘴冷却回路的每ー个包括指定主通道和指定集管。所述专用调节塞朝着所述固定部件的外表面引导所述冷却流体。每个孔ロ以一定的角度偏离所述集管，所述角度以有助于与エ作流体混合的方式预旋所述冷却流体；所述角度在类似于所述工作流体和所述旋转部件的方向上定向所述冷却流体的流动。所述集管呈圆形开ロ的形式，所述圆形开ロ在上游至下游的方向上延伸通过所述固定部件，并且所述集管的每ー个端部由帽封闭。
当參考附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点可以变得更好理解，在附图中相似的附图标记始终表示相似的元件/部件。图I是燃气涡轮机的示意性横截面图，示出了本发明的实施例操作所处的环境。图2是图I中所示的燃气涡轮机的一部分的放大视图。图3是具有已知的喷嘴冷却回路的图2中的固定部件的示意图。图4为根据本发明的实施例的具有喷嘴冷却回路的图2的固定部件的示意图。
图5为根据本发明实施例的图4中固定部件的分解示意图。图6为根据本发明实施例的图4中处于使用中的固定部件的示意图。
115固定翼片附图标记列表120提取ロ
100燃气涡轮机125内筒
105压缩机部段130压缩机排气罩
110叶片135配合接头
137配合接头螺栓195轮空间区域
140 密封系统部件200 冷却回路
150燃烧部段300喷嘴冷却回路
155 燃烧罐400 喷嘴冷却回路
160燃料喷嘴405 主通道
410 集管(header)
165 过渡部段415 孔ロ
180涡轮机部段420调节塞
185旋转部件425 帽<
190固定部件430角度
具体实施例方式下面将描述本发明的ー个或多个具体实施例。为了提供这些实施例的简洁描述，
可能未在说明书中描述实际实现方式的所有特征。应当理解在任何这样的实际实现方式的
发展中，如同工程或设计规划中那样，做出了许多实现方式特定的决定以获得特定目标，例
如符合可能在实现方式之间彼此不同的系统相关和/或商业相关限制。而且，应当领会这
样的尝试可能是复杂和耗时的，但是对于利用本发明的本领域技术人员来说仍然是设计、
装配和制造上的常规工作。在本说明书中公开了具体的示例性实施例。然而，本文中所公开的具体结构和功
能细节仅仅是代表性的，目的是描述示例性实施例。然而本发明的实施例以许多备选形式体现，并且不应当被理解为仅仅局限于本文中所阐述的实施例。因此，尽管示例性实施例能够具有各种修改和备选形式，但是它们的实施例作为例子在图中示出并且将在本说明书中进行详细描述。然而应当理解并非想要将示例性实施例限制到所公开的特定形式，而是相反地，示例性实施例将涵盖属于本发明的范围内的所有修改、等效物和替代物。本说明书中所使用的术语仅仅是为了描述特定实施例而不是g在限制示例性实施例。当在本说明书中使用时，単数形式“一”和“所述一”也g在包括复数形式，除非上下文另外清楚地指出。当在本说明书中使用吋，术语“包括”和/或“包含”表示存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或増加ー个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的群组。尽管术语第一、第二等可以在本说明书中用于描述各种元件，但是这些元件不应当由这些术语限制。这些术语仅仅用于将元件彼此区分开。例如，第一元件可以被称为第 ニ元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件，这不脱离示例性实施例的范围。当在本说明书中使用吋，术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意和所有組合。某些术语在本说明书中仅仅是为了方便读者而使用，并且不应当被视为限制本发明的范围。例如，诸如“上”、“下”、“左”、“右”、“正”、“背”、“顶”、“底”、“水平”、“竖直”、“上游”、“下游”、“前”、“后”等的词语仅仅描述图中所示的配置。实际上，本发明的实施例的一个元件或多个元件可以在任何方向上定向并且因此术语应当被理解为包含这样的变化，除非另外指出。本发明可以应用于各种进气式涡轮机器。这可以包括、但不限于重型燃气涡轮机、航改式润轮机(aero-derivative)等。尽管以下论述涉及图I中所示的燃气润轮机，但是本发明的实施例可以应用于具有不同配置的燃气涡轮机。例如、但非限定地，本发明可以应用于具有不同于图I中所示的部件或具有附加部件的燃气涡轮机。现在參考附图，其中在若干视图中各种附图标记表示相似的部件，图I是燃气涡轮机的一部分的示意性横截面图，示出了本发明的实施例操作所处的环境。在图I中，燃气涡轮机100包括压缩机部段105 ;燃烧部段150 ;和涡轮机部段180。一般而言，压缩机部段105包括被构造成压缩流体的多个旋转叶片110和固定翼片115。压缩机部段105也可以包括提取ロ 120、内筒125、压缩机排气罩130、配合接头(marriage joint) 135 和配合接头螺栓 137。燃烧部段150大体上包括多个燃烧罐155、多个燃料喷嘴160和多个过渡部段165。多个燃烧罐155可以连接到燃料源。在每个燃烧罐155内，压缩空气从压缩机部段105接收并且与从燃料源接收的燃料混合。空气和燃料混合物被点燃并且产生工作流体。工作流体大体上从多个燃料喷嘴160的后端朝下游行进，通过过渡部段165进入涡轮机部段 180。涡轮机部段180可以包括多个旋转部件185 ;多个固定部件190，所述固定部件包括喷嘴和隔膜；和多个轮空间区域195。涡轮机部段180将工作流体转换成机械扭矩。典型地，在燃气涡轮机100的操作期间，多个部件经历高温并且可能需要冷却或吹洗。这些部件可以包括压缩机部段105的一部分、配合接头135和多个轮空间区域195。提取ロ 120抽取来自压缩机部段105的冷却流体。冷却流体旁路通过(bypasses)燃烧部段150，并且流动通过冷却回路200(在图2中示出)，用于冷却或吹洗各种部件，包括配合接头135和多个轮空间区域195。现在參考图2，图2是图I中所示的燃气涡轮机的近视图。图2示出了冷却回路200的实施例的非限定性例子。冷却回路200的流路可以开始于提取ロ 120(在图I中示出)、流动通过压缩机排气罩130的一部分、内筒罩125并且然后流动到在压缩机部段105的后端的腔。接着，冷却回路200可以反向、流动经过配合接头135、密封系统部件140，直至轮空间区域195。图3示出了具有已知的喷嘴冷却回路的图2的固定部件190的示意图。固定部件190包括位于内部的喷嘴冷却回路300。喷嘴冷却回路300允许冷却流体从内部冷却固定部件190。喷嘴冷却回路300接收在图中由箭头示出的冷却流体。当前已知的回路300包括可以引导冷却流体以在固定部件190的上游侧排出的路径。在离开固定部件190之后，冷却流体可以朝下游流动通过密封系统部件140并且然后接合固定部件190的下游侧。
图4根据本发明的实施例示出了图2中具有喷嘴冷却回路的固定部件的示意图。固定部件190包括位于内部的喷嘴冷却回路400。喷嘴冷却回路400允许冷却流体以更受控和高效的方式冷却固定部件190。喷嘴冷却回路400接收在图中由箭头示出的冷却流体。通过比较图3和图4，显示了本发明的实施例的益处。在这里，冷却流体从主通道405流到集管410 ;所述集管允许冷却流体在上游和下游两个方向上从固定部件190排出。这允许固定部件190的下游端的更高效的冷却。图5根据本发明的实施例示出了图4的固定部件的分解示意图。喷嘴冷却回路400的实施例可以包括主通道405、集管410、孔ロ 415和调节塞420。主通道405的实施例可以包括第一端部和第二端部。第一端部可以被定位成接收冷却流体。第二端部位于主通道405的相对端部。第二端部可以以允许冷却流体进入的方式连接到集管410。在本发明的实施例中喷嘴冷却回路400可以包括一个主通道405。在本发明的备选实施例中，喷嘴冷却回路400可以包括多个主通道405。在这里，每个主通道405可以包括专用集管410。集管410的实施例可以具有通孔等的形式。集管410的每个端部可以经由帽425封闭，例如如图5中所示。帽425可以经由焊接、螺纹连接或其它连接手段连接到集管410。上游孔ロ 415和下游孔ロ 415位于集管410的端部的上游，如图6中所示。孔ロ415可以被视为成角度的通道。孔ロ 415相对于集管410成角度地定位。该角度430可以引起在离开每个孔ロ 415并且进入轮空间区域195的冷却流体上的预旋。在本发明的实施例中，角度430可以包括从大约O度至大约100度的范围，这取决于与关联部件相关的物理限制。预旋允许冷却流体在与旋转部件185和工作流体几乎相同的方向和取向上流动。这可以改善冷却流体与工作流体的混合、提高冷却效率。上游孔ロ 415允许冷却流体靠近固定部件190的上游端排出。下游孔ロ 415允许冷却流体在靠近固定部件190的下游端处排出。调节塞420允许用户控制离开指定孔ロ415的冷却流体的流动。调节塞420包括通孔等，所述通孔允许冷却流体从集管410流出并且经由孔ロ 415排出。调节塞420可以帮助孔ロ 415朝着固定部件190的外表面引导冷却流体。调节塞420可以调节离开喷嘴冷却回路400的冷却流体的机械性质。这些性质可以包括、但不限于速度、流量和压力。
调节塞420的实施例可以包括允许与孔ロ 415的一部分配合的螺纹连接。调节塞420的备选实施例可以压配合到孔ロ 415中。调节塞420的另ー个备选实施例可以包括可变内径，冷却流体通过所述可变内径从集管410排出，提供对前述性质的更多控制。图6根据本发明的实施例示出了图4中使用中的固定部件190的示意图。在使用中，本发明的实施例可以如下工作。喷嘴冷却回路400接收在图4中由箭头表示的冷却流体。接着，冷却流体可以流动通过主通道405。接着冷却流体可以进入集管410。在这里，冷却流体的流动可以分叉。一部分可以朝着上游孔ロ 415流动，经由所连接的调节塞420排出。其余部分可以朝着下游孔ロ 415流动，经由所连接的调节塞420排出。尽管已在本说明书中示出和描述了具体实施例，但是本领域技术人员可以领会，能够获得相同目的的任何布置可以代替所示的具体实施例并且本发明在其它环境中具有其它应用。本申请_在涵盖本发明的任何改变或变型。以下权利要求决不_在将本发明的范围限制到本说明书中所描述的具体实施例。
本领域技术人员将领会，上面关于若干实施例描述的许多变化的特征和配置还可以选择性地应用以形成本发明的其它可能的实施例。本领域技术人员还将理解，本发明的所有可能的重复未被详细提供或论述，尽管由以下若干权利要求或以其它方式涵盖的所有组合和可能的实施例g在为本申请的一部分。另外，本领域技术人员从本发明的若干实施例的以上描述将想到改进、变化和修改。本领域技术人员进行的这样的改进、变化和修改也旨在由所附权利要求涵盖。此外，应该显而易见的是，上文仅仅涉及本发明的所述实施例并且可以在本说明书中进行许多变化和修改而不脱离由以下权利要求及其等效物限定的本发明的精神和范围。
权利要求
1.ー种用于调节冷却流体的系统，所述系统包括 燃气涡轮机(100)，所述燃气涡轮机包括 燃烧系统(150)，所述燃烧系统生成工作流体； 压缩机部段(105)，所述压缩机部段包括内筒罩(125);压缩机排气罩(130);和旁路室；其中所述冷却流体通过所述内筒罩(125)流动到所述压缩机排气罩(130)； 涡轮机部段(180)，所述涡轮机部段包括旋转部件(185);固定部件(190);和轮空间区域(195)，其中每个轮空间区域(195)包括旋转部件(185)和固定部件(190)，并且每个旁路室允许所述冷却流体从所述压缩机部段(150)传到所述轮空间区域(195);以及 喷嘴冷却回路(400)，所述喷嘴冷却回路大致位于每个固定部件(190)内，其中所述喷嘴冷却回路(400)包括主通道(405)和集管(410);其中所述主通道(405)的第一端部接收所述冷却流体、并且所述主通道(405)的第二端部连接到所述集管(410)，并且所述冷却流体从所述主通道(405)流动到所述集管(410);其中所述集管(410)包括上游孔口和下游孔ロ，所述孔ロ允许所述冷却流体从所述集管(410)排出并且与所述工作流体混合。
2.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，还包括位于所述集管(410)的下游的调节塞(420)，所述调节塞允许所述冷却流体离开所述喷嘴冷却回路(400)。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在干，每个孔ロ与专用调节塞(420)形成一体。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述专用调节塞(420)包括可变内径，所述冷却流体通过所述可变内径排出所述集管(410)。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述专用调节塞(420)确定所述冷却流体的以下性质中的至少ー种速度、流量或压力。
6.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述固定部件(190)包括多个喷嘴冷却回路(400)。
7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述专用调节塞(420)朝着所述固定部件(190)的外表面引导所述冷却流体。
8.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，每个孔ロ以一定的角度(430)偏离所述集管(410)，所述角度以有助干与所述工作流体混合的方式预旋所述冷却流体。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述角度(430)在类似于所述工作流体和所述旋转部件(185)的方向上定向所述冷却流体的流动。
10.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述集管(410)呈圆形开ロ的形式，所述圆形开ロ在上游至下游的方向上延伸通过所述固定部件(190)，并且所述集管(410)的每ー个端部由帽(425)封闭。
全文摘要
本发明提供了一种用于调节涡轮机器内的冷却流体的系统。所述系统可以包括多个旁路室，其中所述多个旁路室的每一个允许冷却流体从压缩机部段流到轮空间区域。所述系统包括多个成角度的通道，所述成角度的通道有助于轮空间区域中的冷却流体与工作流体的混合。
文档编号F02C7/14GK102691532SQ20121008968
公开日2012年9月26日 申请日期2012年3月22日 优先权日2011年3月22日
发明者D·C·约翰逊, S·维哈吉里 申请人:通用电气公司