一种燃气轮机透平冷却气路和燃气轮机的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种燃气轮机透平冷却气路和燃气轮机，包括压气机、燃压缸、压气机转子、中间盘、透平转子和转子密封环，燃压缸设于中间盘的外圆周且燃压缸与中间盘之间设有转子密封环，中间盘的一端与压气机转子连接，中间盘的另一端与透平转子连接，燃压缸、压气机转子、中间盘和透平转子围成的空间形成转静腔室；转子密封环上设有冷却空气通道；透平转子上设有透平冷却通道；转子密封环将转静腔室分隔为燃压缸腔室和透平转子前转静腔室；压气机的出口与燃压缸腔室相连通，冷却空气通道连通燃压缸腔室和透平转子前转静腔室，透平转子前转静腔室与透平冷却通道相连通。
【专利说明】
一种燃气轮机透平冷却气路和燃气轮机
技术领域
[0001 ]本发明涉及燃气轮机技术领域，特别是涉及一种燃气轮机透平冷却气路和燃气轮机。
【背景技术】
[0002]目前，提高燃气轮机循环效率的一个有效方法就是提高透平的燃气进口温度。透平叶片在极端温度条件下工作，该温度已经远大于材料可以承受的范围，所以需要对透平静叶与透平动叶采取一定形式的冷却。较为理想的方法是，在透平叶片上采用冲击冷却、气膜冷却等先进冷却技术，针对透平端不同的温度场，从压气机不同的位置抽取冷却气，降低抽气对于压气机效率的影响。
[0003]现有技术方案，一个不可避免的问题是，透平叶片运行的温度极高，需要从压气机后抽取压缩空气对透平第一级静叶与透平第一级动叶进行冷却。现有技术的内部冷却通道内，有大量冷却孔与盘腔组成的突扩结构，冷却空气经过突扩结构，会损失约70%的动能，这部分动能被转化为内能，不能得到利用。图1显示为现有技术中一种燃气轮机透平冷却气路的内部冷却通道的结构示意图。图2显示为现有技术中另一种燃气轮机透平冷却气路的内部冷却通道的结构示意图。如图1和图2所示，目前燃机上有两种主要的结构，一是将压气机I压气的压缩空气抽到外部通过冷却和过滤结构300进行冷却过滤(外部流阻)后，再输送到燃机内部，经过内部流阻进行冷却后达到透平端转转腔室200，最后达到透平叶片(图1);二是压气机I压气后的压缩空气通过转静腔室100，经过内部流阻结构达到透平端转转腔室200，最后达到透平叶片(图2)。但这两种方式不可避免得在流动过程中出现许多突扩结构的流阻损失，造成很大的流动损失，增大了冷却气的用量，降低了燃机的效率。
【发明内容】
[0004]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种燃气轮机透平冷却气路和燃气轮机，用于解决现有技术中现有技术的内部冷却通道内，有大量冷却孔与盘腔组成的突扩结构，冷却空气经过突扩结构，会损失约70%的动能，这部分动能被转化为内能，不能得到利用的问题。
[0005]本发明提供一种燃气轮机透平冷却气路，包括压气机、燃压缸、压气机转子、中间盘、透平转子和转子密封环，所述燃压缸设于所述中间盘的外圆周且所述燃压缸与所述中间盘之间设有所述转子密封环，所述中间盘的一端与所述压气机转子连接，所述中间盘的另一端与所述透平转子连接，所述燃压缸、所述压气机转子、所述中间盘和所述透平转子围成的空间形成转静腔室;所述转子密封环上设有冷却空气通道;所述透平转子上设有透平冷却通道;所述转子密封环将所述转静腔室分隔为燃压缸腔室和透平转子前转静腔室;所述压气机的出口与所述燃压缸腔室相连通，所述冷却空气通道连通所述燃压缸腔室和所述透平转子前转静腔室，所述透平转子前转静腔室与所述透平冷却通道相连通。
[0006]于本发明的一实施例中，所述透平转子包括透平第一级静叶和透平第一级动叶；所述燃压缸腔室和所述透平第一级静叶形成透平第一级静叶冷却流路;所述冷却空气通道、所述透平转子前转静腔室、所述透平冷却通道和所述透平第一级动叶形成透平第一级动叶冷却流路;冷却空气经过所述压气机压缩后分别通过所述透平第一级静叶冷却流路和所述透平第一级动叶冷却流路对所述透平第一级静叶和所述透平第一级动叶进行冷却。
[0007]于本发明的一实施例中，所述燃压缸上设有主流燃气通道;所述透平转子前转静腔室内设有刷式密封，所述刷式密封固定在所述转子密封环上，将所述冷却空气通道和所述主流燃气通道隔绝。
[0008]于本发明的一实施例中，所述透平转子前转静腔室内还设置有径向篦齿，所述径向篦齿设置在所述刷式密封和主流燃气通道之间。
[0009]于本发明的一实施例中，所述转子密封环上设有多个间隔设置的叶栅，相邻所述叶栅之间形成叶栅导向孔，所有所述叶栅导向孔构成所述冷却空气通道。
[0010]本发明还提供一种燃气轮机，包括上述的燃气轮机透平冷却气路。
[0011 ]如上所述，本发明的一种燃气轮机透平冷却气路和燃气轮机，具有以下有益效果:
[0012](I)压气机出口的冷却空气，进入燃压缸腔室，再经叶栅导入透平转子前转静腔室后直接进入透平转子冷却孔，相比现有技术图1和图2的复杂流路结构，大为缩短了冷却流路从压气机出口到透平部件间的距离，减少了流路中的突扩结构、转转腔室等，简化了流路。
[0013](2)转子密封环上的冷却空气通道为叶栅导向孔，可以对冷却气进行偏转与加速，出口的冷却气速度更为均匀，在腔室内的耗散损失更小。而且通过对冷却气的偏转，减小了冷却气进入透平冷却通道的相对总温，进而提高了冷却气对旋转部件的冷却效果。
[0014](3)转静腔与透平主流之间通过刷式密封进行封严，有效控制转静腔的泄漏，保持转静腔的压力，并通过径向篦齿防止燃气入侵。
【附图说明】
[0015]图1显示为现有技术中一种燃气轮机透平冷却气路的内部冷却通道的结构示意图。
[0016]图2显示为现有技术中另一种燃气轮机透平冷却气路的内部冷却通道的结构示意图。
[0017]图3显示为本发明燃气轮机透平冷却气路一实施例的结构示意图。
[0018]图4显示为图3中A的局部放大图。
[0019]图5显示为本发明中叶栅导向孔的结构示意图。
[0020]元件标号说明:
[0021 ] I压气机
[0022]2燃压缸
[0023]3压气机转子
[0024]4中间盘
[0025]5透平转子
[0026]6转子密封环
[0027]7刷式密封
[0028]8径向篦齿
[0029]9透平转子前转静腔室
[0030]51透平第一级静叶[0031 ]52透平第一级动叶
[0032]61冷却空气通道
[0033]611叶栅
[0034]612叶栅导向孔
[0035]100转静腔室
[0036]200转转腔室
[0037]300冷却和过滤结构
【具体实施方式】
[0038]以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0039]需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0040]参见图3至图5，须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
[0041]图3显示为本发明燃气轮机透平冷却气路一实施例的结构示意图。图4显示为图3中A的局部放大图。如图3和图4所示，本发明提供一种燃气轮机透平冷却气路，一种燃气轮机透平冷却气路，包括压气机1、燃压缸2、压气机转子3、中间盘4、透平转子5和转子密封环6，燃压缸2设于中间盘4的外圆周且燃压缸2与中间盘4之间设有转子密封环6，中间盘4的一端与压气机转子3连接，中间盘4的另一端与透平转子5连接，燃压缸2、压气机转子3、中间盘4和透平转子5围成的空间形成转静腔室(图未示)；转子密封环6上设有冷却空气通道61;透平转子5上设有透平冷却通道(图未示)；转子密封环6将转静腔室分隔为燃压缸腔室(图未示)和透平转子前转静腔室9;压气机I的出口与燃压缸腔室相连通，冷却空气通道61连通燃压缸腔室和透平转子前转静腔室9，透平转子前转静腔室9与透平冷却通道相连通。本发明中通过在转子密封环6上设置冷却空气通道61，利用冷却空气通道61连通燃压缸腔室和透平转子前转静腔室，如此缩短了整个冷却气路，大为缩短了冷却流路从压气机I出口到透平部件间的距离，减少了流路中的突扩结构，简化了流路。减少了冷却空气的总压损失，进而增加了冷却气的冷却效果，增加了燃机的效率。
[0042]进一步地，如图4所示透平转子5包括透平第一级静叶51、透平第一级动叶52、第一静叶冷却通道和第一动叶冷却通道;燃压缸腔室和第一静叶冷却通道相连通后形成透平第一级静叶冷却流路;冷却空气通道61、透平转子前转静腔室9、透平冷却通道和第一动叶冷却通道相连通后形成透平第一级动叶冷却流路;冷却空气经过压气机I压缩后分别通过透平第一级静叶冷却流路和透平第一级动叶冷却流路对透平第一级静叶51和透平第一级动叶52进行冷却。透平第一级静叶冷却流路和透平第一级动叶冷却流路中气体流动的方向分别为图4中1a和1b的箭头所指的方向。
[0043]在本发明的一实施例中，燃压缸2上设有主流燃气通道;透平转子前转静腔室9内设有刷式密封7，刷式密封7固定在转子密封环6上，将冷却空气通道61和主流燃气通道隔绝。进一步地，透平转子前转静腔室9内还设置有径向篦齿8，径向篦齿8设置在刷式密封7和主流燃气通道之间。由于透平转子前转静腔室9的压力升高，所以需要更有效的密封方案，减少向主流燃气通道的泄漏，因此，在透平转子前转静腔室9通过刷式密封7与透平主流隔绝。同时，设置径向篦齿8被用来阻止主流燃气向透平转子前转静腔室9内部的入侵。
[0044]图5显示为本发明中叶栅导向孔的结构示意图。如图5所示，在本发明的一实施例中，冷却空气通道61包括多个间隔设置的叶栅611，相邻叶栅611之间形成叶栅导向孔612。由于叶栅611的弯折结构，可以使得形成的叶栅导向孔612是一个弯折的通道。由于叶栅611的特殊结构，冷却空气经过叶栅导向孔612后可以偏转并加速，通过叶栅导向孔612对冷却气的偏转，提高了冷却气在透平转子前转静腔室9的相对速度，进而提高了冷却气对旋转部件的冷却效果，减少了冷却气的用量，提高了燃气轮机的效率。
[0045]本发明还提供了一种燃气轮机，包括上述的燃气轮机透平冷却气路。
[0046]综上所述，本发明的一种燃气轮机透平冷却气路和燃气轮机，大为缩短了冷却流路从压气机出口到透平部件间的距离，减少了流路中的突扩结构，简化了流路;减少了冷却空气的总压损失，进而增加了冷却气的冷却效果，增加了燃机的效率。转子密封环上的冷却空气通道为叶栅导向孔，可以对冷却气进行偏转与加速，出口的冷却气速度更为均匀，在腔室内的耗散损失更小，而且通过对冷却气的偏转，提高了冷却气的在透平转子前转静腔室的相对速度，进而提高了冷却气对旋转部件的冷却效果。经过叶栅导向孔的冷却气，通过所述透平转子前转静腔室，直接进入透平转子冷却孔，避免了不必要的流动损失，简化了透平冷却流路，提高了透平冷却气的进入位置，减小了透平对冷却气所作的功。转静腔与透平主流之间通过刷式密封进行封严，有效控制转静腔的泄漏，保持转静腔的压力，并通过径向篦齿防止燃气入侵。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0047]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
【主权项】
1.一种燃气轮机透平冷却气路，其特征在于，包括压气机(I)、燃压缸(2)、压气机转子(3)、中间盘(4)、透平转子(5)和转子密封环(6)，所述燃压缸(2)设于所述中间盘(4)的外圆周且所述燃压缸(2)与所述中间盘(4)之间设有所述转子密封环(6)，所述中间盘(4)的一端与所述压气机转子(3)连接，所述中间盘(4)的另一端与所述透平转子(5)连接，所述燃压缸(2)、所述压气机转子(3)、所述中间盘(4)和所述透平转子(5)围成的空间形成转静腔室;所述转子密封环(6)上设有冷却空气通道(61);所述透平转子(5)上设有透平冷却通道;所述转子密封环(6)将所述转静腔室分隔为燃压缸腔室和透平转子前转静腔室(9);所述压气机(I)的出口与所述燃压缸腔室相连通，所述冷却空气通道(61)连通所述燃压缸腔室和所述透平转子前转静腔室(9)，所述透平转子前转静腔室(9)与所述透平冷却通道相连通。2.根据权利要求1所述的燃气轮机透平冷却气路，其特征在于，所述透平转子(5)包括透平第一级静叶(51)、透平第一级动叶(52)、第一静叶冷却通道和第一动叶冷却通道;所述燃压缸腔室和所述第一静叶冷却通道相连通后形成透平第一级静叶冷却流路;所述冷却空气通道(61)、所述透平转子前转静腔室(9)、所述透平冷却通道和所述第一动叶冷却通道相连通后形成透平第一级动叶冷却流路;冷却空气经过所述压气机(I)压缩后分别通过所述透平第一级静叶冷却流路和所述透平第一级动叶冷却流路对所述透平第一级静叶(51)和所述透平第一级动叶(52)进行冷却。3.根据权利要求1所述的燃气轮机透平冷却气路，其特征在于，所述燃压缸(2)上设有主流燃气通道;所述透平转子前转静腔室(9)内设有刷式密封(7)，所述刷式密封(7)固定在所述转子密封环(6)上，将所述冷却空气通道(61)和所述主流燃气通道隔绝。4.根据权利要求3所述的燃气轮机透平冷却气路，其特征在于，所述透平转子前转静腔室(9)内还设置有径向篦齿(8 )，所述径向篦齿(8)设置在所述刷式密封(7)和主流燃气通道之间。5.根据权利要求1至4任一项所述的燃气轮机透平冷却气路，其特征在于，所述转子密封环(6)上设有多个间隔设置的叶栅(611)，相邻所述叶栅(611)之间形成叶栅导向孔(612)，所有所述叶栅导向孔(612)构成所述冷却空气通道(61)。6.—种燃气轮机，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的燃气轮机透平冷却气路。
【文档编号】F01D5/08GK106014486SQ201610647211
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年8月9日
【发明人】何院, 何磊, 计京津
【申请人】上海电气燃气轮机有限公司