一种燃气轮机2级透平转子的内部冷却系统的制作方法

本实用新型涉及一种燃气轮机的内部冷却系统，属于燃气轮机结构领域。

背景技术：

目前，对于燃气轮机机组，提高其循环效率的一个有效方法是提高燃气透平的燃气进口温度，而提高初温一个有效方法就是对燃气轮机高温部件通过合理的冷却空气系统设计对其进行冷却和保护，由于当前透平叶片使用的高温材料所能承受的温度受到限制，因此对燃气轮机的高温部件，尤其是透平叶片，必须采取可靠的冷却措施来降低其工作温度，从而保证燃气轮机安全的运行，提高透平工作叶片的冷却效果是发展高效率燃机的必然要求。

对于燃气轮机，目前已发表专利中探讨的燃气轮机冷却系统方案，都是针对通过螺栓或者焊接等手段联结在一起的整体式同轴同转速的透平转子的情况，然而，对于具有两级透平，且两级透平不同轴不同转速的燃气轮机的透平转子，还没有适用的透平转子内部冷却系统方案。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决现有不同转速两级透平燃气轮机转子结构，没有一种适用的内部冷却结构问题，进而提供一种燃气轮机2级透平转子的内部冷却结构。

本实用新型的技术方案：

一种燃气轮机2级透平转子的内部冷却结构，包括冷却空气导向装置、第一级透平轮盘、第二级透平轮盘、透平前端轴和透平后端轴，所述的透平前端轴为空心轴，透平后端轴设置在透平前端轴内，透平前端轴与透平后端轴同轴心布置，所述的透平前端轴的周向设置有一级透平轮盘连接环，所述的透平后端轴的周向设置有二级透平轮盘连接环，第一级透平轮盘固定安装在一级透平轮盘连接环上，第二级透平轮盘固定安装在二级透平轮盘连接环上；

所述的冷却空气导向装置用于引入来自压气机排气的燃气轮机的冷却气流，冷却空气导向装置与第一级透平轮盘形成叶片底部腔室，两者再与壳体形成第一级透平轮盘前腔室，来自高压级引气的冷却气流流经第一级透平轮盘前腔室后大部分通入轮盘后腔室，少部分与来自压气机排气的冷却气流在叶片底部腔室后汇合后从第一级叶片根部通入第一级叶片；

所述的第一级透平轮盘和第二级透平轮盘之间设有静叶内环，静叶内环上安装有隔板件，隔板件将第一级透平轮盘和第二级透平轮盘之间分隔形成第一级透平轮盘后腔室和第二级透平轮盘前腔室，冷却气流流经第一级透平轮盘后腔室和第二级透平轮盘前腔室，冷却相应轮盘侧面后再分别冷却第一级叶片根部后侧及冷却第二级叶片根部后给第二级叶片供气。

所述的第一级透平轮盘与第二级透平轮盘下部形成两级轮盘级间下部腔室，透平前端轴内部与透平后端轴形成轴间环流腔室，轴间环流腔室与两级轮盘级间下部腔室连通；

所述的第二级透平轮盘与透平后端轴周向设置的二级透平轮盘连接环形成二级透平轮盘下部冷却腔室，所述的第二级透平轮盘与二级透平轮盘连接环的安装处径向加工有多个第一通孔，所述的第二级透平轮盘与透平缸体之间形成第二级透平轮盘后腔室，流经两级轮盘级间下部腔室的冷却气流流入二级透平轮盘下部冷却腔室，并通过第一通孔进入第二级透平轮盘后腔室后冷却第二级叶片根部后侧。

进一步地、所述的冷却空气导向装置的上端采用篦齿封严结构与第一级透平轮盘的顶端配合安装，冷却空气导向装置的下部与第一级透平轮盘的中部采用第一梳齿密封结构配合安装，冷却空气导向装置与第一级透平轮盘的顶部形成叶片底部腔室；所述的冷却空气导向装置的下部壳体安装有气封套，气封套采用第二梳齿密封结构与透平前端轴配合安装，冷却空气导向装置、壳体、第一级透平轮盘和气封套形成第一级透平轮盘前腔室。

进一步地、所述的静叶内环上安装的隔板件的下端采用第三梳齿密封结构与第一级透平轮盘的下端配合安装。

进一步地、所述的静叶内环的左右两端分别采用第四梳齿密封结构、第五梳齿密封结构与第一级透平轮盘、第二级透平轮盘配合安装。

进一步地、所述的透平后端轴和透平前端轴形成的轴间环流腔室内部安装有空气引入管，空气引入管将轴间环流腔室分隔形成压气机次高压级引气通道和压气机低压级引气通道，所述的透平后端轴上安装有轴套，轴套与透平前端轴之间通过第六梳齿密封结构，轴套与第二级透平轮盘底部之间形成轴向环形间隙，压气机低压级引气通道通过第六梳齿密封结构与两级轮盘级间下部腔室连通，同时，压气机低压级引气通道通过轴向环形间隙与二级透平轮盘下部冷却腔室连通。进一步地、所述的透平前端轴与第一级透平轮盘之间形成一级透平轮盘底部冷却腔室，所述的透平前端轴上径向加工有多个第二通孔，所述的压气机次高压级引气通道通过第二通孔与一级透平轮盘底部冷却腔室连通，一级透平轮盘底部冷却腔室与两级轮盘级间下部腔室连通。

进一步地、所述的冷却空气导向装置的轴向上加工有多个第三通孔，所述的第一级透平轮盘上部加工有多个第一级轮盘上孔，第三通孔和第一级轮盘上孔分别与叶片底部腔室连通，压气机排气的冷却气流经过冷却空气导向装置的第三通孔进入叶片底部腔室后通过第一级轮盘上孔通入第一级透平动叶叶片根部并为第一级动叶提供冷却气；所述的第一级透平轮盘的中间位置加工有多个第四通孔，所述的第一级透平轮盘前腔室通过第四通孔与第一级透平轮盘后腔室连通。

进一步地、所述的第二级透平轮盘的上部加工有多个第二级轮盘上孔，第二级轮盘上孔与第二级透平轮盘前腔室连通，进入第二级透平轮盘前腔室的冷却气流通过第二级轮盘上孔通入第二级透平动叶叶片根部并为第二级动叶提供冷却气。

进一步地、所述的第二级透平轮盘与透平缸体之间通过第七梳齿密封结构配合安装，进入第二级透平轮盘后腔室的冷却气流流经第七梳齿密封结构后冷却第二级透平动叶叶片根部后侧。

进一步地、所述的第一级透平轮盘采用螺栓连接方式固定安装在一级透平轮盘连接环上，所述的第二级透平轮盘固定安装在二级透平轮盘连接环上。

本实用新型具有以下有益效果：本实用新型从压气机的不同部位引出四股压缩空气作为冷却气，高压压气机排气的一部分经过空气导向装置流入第一级透平轮盘叶片底部腔室，主要为第一级透平动叶提供冷却气；压气机高压级间引气经过第二梳齿密封结构到达第一级透平轮盘前腔室，再通过第一级透平轮盘的中间位置的多个第四通孔通入轮盘后侧的第一级透平轮盘后腔室，主要冷却第一级透平轮盘两侧；压气机低压级间引气，通过透平前端轴内部中心轴间环流腔室的压气机低压级引气通道通入两级轮盘级间下部腔室；压气机次高压级间引气，通过压气机次高压级引气通道通入第一级透平轮盘底部，冷却轮盘底部后，与压气机低压级引气通道气流汇合，共同为第二级透平轮盘动叶提供冷却气及冷却第二级透平轮盘两侧；各股气流沿程冷却各结构面后最终排入主燃气通道；

本实用新型的冷却介质采用从压气机引出的压缩空气，遵循透平高温高压部位的冷却气从压气机高压部分引出，温度和压力较低的第二级透平轮盘部分冷却空气主要从压气机前部的低压级引出的原则，最大化减少高压冷却空气的用量，提高燃气轮机效率，实现了不同轴不同转速透平转子的内部冷却系统，此系统具有冷却涡轮转子部件，为冷却叶片供气，防止燃气倒灌和封严的作用。

附图说明

图1是燃气轮机透平转子内部冷却系统流路结构剖面示意图；

图中1-冷却空气导向装置，2-第三通孔，3-篦齿封严结构，4-第一级轮盘上孔，5-第一级透平轮盘，6-第四梳齿密封结构，7-静叶内环，8-隔板件，9-第一级透平轮盘后腔室，10-第五梳齿密封结构，11-第二级轮盘上孔，12-第二级透平轮盘，13-第二级透平轮盘前腔室，14-第七梳齿密封结构，15-透平缸体，16-第二级透平轮盘后腔室，17-第一通孔，18-二级透平轮盘下部冷却腔室，19-第三梳齿密封结构，20-透平后端轴，21-轴向环形间隙，22-轴套，23-第六梳齿密封结构，24-两级轮盘级间下部腔室，26-压气机低压级引气通道，27-空气引入管，28-压气机次高压级引气通道，29-透平前端轴，30-第二通孔，31-一级透平轮盘底部冷却腔室，32-第二梳齿密封结构，33-气封套，34-第一级透平轮盘前腔室，35-第一梳齿密封结构，36-叶片底部腔室，37-第四通孔，38-一级透平轮盘连接环，39-二级透平轮盘连接环，40-轴间环流腔室，41-壳体。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种燃气轮机2级透平转子的内部冷却结构，包括冷却空气导向装置1、第一级透平轮盘5、第二级透平轮盘12、透平前端轴29和透平后端轴20，所述的透平前端轴29为空心轴，透平后端轴20设置在透平前端轴29内，透平前端轴29与透平后端轴20同轴心布置，所述的透平前端轴29的周向设置有一级透平轮盘连接环38，所述的透平后端轴20的周向设置有二级透平轮盘连接环39，第一级透平轮盘5固定安装在一级透平轮盘连接环38上，第二级透平轮盘12固定安装在二级透平轮盘连接环39上；

所述的冷却空气导向装置1用于引入燃气轮机的冷却气流，冷却空气导向装置1与第一级透平轮盘5形成叶片底部腔室36和第一级透平轮盘前腔室34，冷却气流流经第一级透平轮盘前腔室34和叶片底部腔室36后冷却第一级叶片根部；

所述的第一级透平轮盘5和第二级透平轮盘12之间设有静叶内环7，静叶内环7上安装有隔板件8，隔板件8将第一级透平轮盘5和第二级透平轮盘12之间分隔形成第一级透平轮盘后腔室9和第二级透平轮盘前腔室13，冷却气流流经第一级透平轮盘后腔室9和第二级透平轮盘前腔室13后冷却第一级叶片根部后侧和通入第二级叶片根部冷却通道为第二级叶片提供冷却气；

所述的第一级透平轮盘5与第二级透平轮盘12下部形成两级轮盘级间下部腔室24，透平前端轴29内部与透平后端轴形成轴间环流腔室40，轴间环流腔室40与两级轮盘级间下部腔室24连通；

所述的第二级透平轮盘12与透平后端轴20周向设置的二级透平轮盘连接环39形成二级透平轮盘下部冷却腔室18，所述的第二级透平轮盘12与二级透平轮盘连接环39的安装处径向加工有多个第一通孔17，所述的第二级透平轮盘12与透平缸体15之间形成第二级透平轮盘后腔室16，流经两级轮盘级间下部腔室24的冷却气流流入二级透平轮盘下部冷却腔室18，并通过第一通孔17进入第二级透平轮盘后腔室16后冷却第二级叶片根部后侧。如此设置，燃气轮机2级透平转子的内部冷却结构是由缸体及两级透平轮盘转子形成的燃气轮机透平内部冷却通道，其第一级透平轮盘5及其组件与第二级透平轮盘12及其组件转速不同，且第一级透平轮盘转速5大于第二级透平轮盘12转速，采用腔室、孔、封严等结构元件对透平转子内部进行流路控制和流量分配，使冷却系统能够满足为不同轴不同转速的两级透平提供动叶片冷却气、冷却透平轮盘内部、对主燃气通道封严隔热的功能，所采用的冷却介质为从压气机不同级引出的压缩空气。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种燃气轮机2级透平转子的内部冷却结构，所述的冷却空气导向装置1的上端采用篦齿封严结构3与第一级透平轮盘5的顶端配合安装，冷却空气导向装置1的中部与第一级透平轮盘5的中部采用第一梳齿密封结构35配合安装，冷却空气导向装置1的顶端与第一级透平轮盘5的顶部形成叶片底部腔室36；所述的冷却空气导向装置1的下部连接壳体，壳体安装有气封套33，气封套33采用第二梳齿密封结构32与透平前端轴29配合安装，冷却空气导向装置1、壳体41、第一级透平轮盘5和气封套33形成第一级透平轮盘前腔室34；所述的冷却空气导向装置1的轴向上加工有多个第三通孔2，所述的第一级透平轮盘5上部加工有多个第一级轮盘上孔4，第三通孔2和第一级轮盘上孔4分别与叶片底部腔室36连通，压气机排气的冷却气流经过冷却空气导向装置1的第三通孔2进入叶片底部腔室36后通过第一级轮盘上孔4通入第一级透平动叶叶片根部；所述的第一级透平轮盘5的中间位置加工有多个第四通孔37，所述的第一级透平轮盘前腔室34通过第四通孔37与第一级透平轮盘后腔室9连通。如此设置，压气机排气的一部分经过第一级透平轮盘前冷却空气导向装置1上面的第三通孔2流入第一级透平轮盘5动叶叶片底部腔室36，一部分通过篦齿封严结构3冷却叶片根部前侧后排入主燃气通道，另一部分通过第一级轮盘上孔4通入第一级透平动叶底部；压气机高压级引气经过气封套33与透平前端轴29形成的第二梳齿密封结构32，流入第一级透平轮盘前腔室34，冷却第一级透平轮盘前侧后分为2股气流，其中一股通过冷却空气导向装置1与第一级透平轮盘5之间的第一梳齿密封结构35后与压气机排气气流汇合于叶片底部腔室36；另一股则通过第一级透平轮盘5上的轴若干第四通孔37通入第一级透平轮盘5后面的第一级透平轮盘后腔室9，冷却第一级透平轮盘后侧与隔板件8前侧，再分为两部分，一部分气流通过隔板件8与第一级透平轮盘盘5之间的第三梳齿密封结构19通入第二级透平轮盘前腔室13，另一部分通过第一级透平轮盘5与静叶内环7前部所形成的第四梳齿密封结构6冷却第一级透平叶片根部后侧与静叶内环前侧后流入主燃气通道。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种燃气轮机2级透平转子的内部冷却结构，所述的静叶内环7上安装的隔板件8的下端采用第三梳齿密封结构19与第一级透平轮盘5的下端配合安装。

具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种燃气轮机2级透平转子的内部冷却结构，所述的静叶内环7的左右两端分别采用第四梳齿密封结构6、第五梳齿密封结构10与第一级透平轮盘5、第二级透平轮盘12配合安装。

具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种燃气轮机2级透平转子的内部冷却结构，所述的透平后端轴20和透平前端轴29形成的轴间环流腔室40内部安装有空气引入管27，空气引入管27将轴间环流腔室40分隔形成压气机次高压级引气通道28和压气机低压级引气通道26，所述的透平后端轴20上安装有轴套22，轴套22与透平前端轴29之间通过第六梳齿密封结构23，轴套22与第二级透平轮盘12之间形成轴向环形间隙21，压气机低压级引气通道26通过第六梳齿密封结构23与两级轮盘级间下部腔室24连通，同时，压气机低压级引气通道26通过轴向环形间隙21与二级透平轮盘下部冷却腔室18连通；所述的透平前端轴29与第一级透平轮盘5之间形成一级透平轮盘底部冷却腔室31，所述的透平前端轴29上径向加工有多个第二通孔30，所述的压气机次高压级引气通道28通过第二通孔30与一级透平轮盘底部冷却腔室31连通，一级透平轮盘底部冷却腔室31与两级轮盘级间下部腔室24连通。如此设置，压气机低压级引气，通过透平后端轴20与空气引入管27形成的压气机低压级引气通道26，经过第六梳齿密封结构23后流入两级轮盘级间下部腔室24；压气机次高压级引气，通过内部中心压气机次高压级引气通道28，再经过透平前端轴29上的若干第二通孔30通入第一级透平轮盘5的一级透平轮盘底部冷却腔室31，冷却第一级透平轮盘下部后，到达两级轮盘级间下部腔室24；以上两级轮盘级间下部腔室24汇合后，再分为两股气流：

其中一股气流沿着径向流入到第二级透平轮盘前腔室13，并与来自高压级的的部分冷却空气汇合，冷却第二级透平轮盘12的前侧及隔板件8的后侧，然后一部分通过第二级透平轮盘盘上的第二级轮盘上孔11通入第二级透平动叶底部，另一部分通过第二级静叶内环7后部与第二级透平轮盘12前部所形成的第五梳齿密封结构10冷却静叶内环后侧与第二级透平轮盘叶片根部前侧后流入主燃气通道；

另一股沿着第二级透平轮盘底部与轴套22之间的轴向环形间隙21冷却第二级透平轮盘底部后流入第二级透平轮盘与透平后端轴20形成的二级透平轮盘下部冷却腔室18，再沿着第二级透平轮盘后端结构上若干第一通孔17向外流动至第二级透平轮盘后腔室16，沿程冷却第二级透平轮盘后侧后由第七梳齿密封结构14排出到主燃气通道，同时冷却了第二级透平轮盘叶片根部后侧。

具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种燃气轮机2级透平转子的内部冷却结构，所述的第二级透平轮盘12的上部加工有多个第二级轮盘上孔11，第二级轮盘上孔11与第二级透平轮盘前腔室13连通，进入第二级透平轮盘前腔室13的冷却气流通过第二级轮盘上孔11通往第二级透平动叶叶片。

具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种燃气轮机2级透平转子的内部冷却结构，所述的第二级透平轮盘12与透平缸体15之间通过第七梳齿密封结构14配合安装，进入第二级透平轮盘后腔室16的冷却气流流经第七梳齿密封结构14后冷却第二级透平动叶叶片根部后侧。

具体实施方式八：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种燃气轮机2级透平转子的内部冷却结构，所述的第一级透平轮盘5采用螺栓连接方式固定安装在一级透平轮盘连接环38上，所述的第二级透平轮盘12固定安装在二级透平轮盘连接环39上。

本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。