专利名称：用于涡轮叶片冷却的冷却回路的制作方法
技术领域：
本发明的方面涉及一种冷却回路，且更具体地涉及一种用
于燃气涡轮机叶片冷却的冷却回路。
背景技术：
将冷却剂输送到涡轮转子叶片或轮叶上是燃气涡轮机设计 中的一个重要问题，且因此已提出了实现冷却剂输送的许多不同的系 统和方法。举例来说，美国专利No.6，217,280论述了使用其中的冷却 剂流动穿过涡轮转子盘的闭环冷却回路。类似而言，美国专利 No.5,226,785论述了使用导流器和叶轮来输送叶片冷却流，而美国专 利No.5,317,877论述了使已抽取空气穿过换热器，并且穿过环状空间 将空气输送到转子上，其中使用叶轮将空气泵送直至涡轮叶片入口 。在任何情况下，在当前的涡轮叶片冷却系统中，冷却涡轮 叶片所需的冷却空气量均为用于给定机器的总附加气流的大约30%至 40%。因此，涡轮叶片冷却剂输送方法的任何提高都可对机器的性能 产生较大的改善。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了 一种用以将冷却剂供送给 燃气涡轮机的涡轮叶片的系统，并且该系统包括构造成用以,人主压 缩机气流中抽取空气的抽取系统；至少一部分设置在燃气涡轮4^的外 部的供送回路，其联接到抽取系统上并且构造成用以将作为冷却剂组 分的已抽取空气从抽取系统输送到冷却剂引入区(insertion region)中； 以及冷却系统，其设置在燃气涡轮机的冷却剂引入区附近并在燃气涡 轮机的机上(on-board)位置处联接到供送回路上，该冷却系统构造成用以将包括已抽取空气的冷却剂供送给涡轮叶片。根据本发明的另 一个方面，提供了 一种用以将冷却剂供送 给燃气涡轮机的涡轮叶片的系统，并且该系统包括构造成用以从主 压缩机气流中抽取一组空气供给源的抽取系统；至少 一部分设置在燃 气涡轮机的外部的供送回路，其联接到抽取系统上并且构造成用以将 作为冷却剂组分的各个已抽取空气供给源从抽取系统输送到冷却剂 引入区；以及冷却系统，其设置在燃气涡轮^L的冷却剂引入区附近并 在涡轮机的机上位置处联接到供送回路上，该冷却系统构造成用以将 包括各个已抽取空气供给源的冷却剂供送给涡轮叶片。根据本发明的另一个方面，提供了一种将冷却剂供送给燃 气涡轮机的涡轮叶片的方法，并且该方法包括从主压缩机气流中抽 取空气，将作为冷却剂组分的已抽取空气至少部分地从外部输送到位 于燃气涡轮机的机上位置处的燃气涡轮机的冷却剂引入区中，以及将 包括已抽取空气的冷却剂供送给涡轮叶片。
在本说明书的权利要求中，特别地指出并明确地要求^L作 本发明的主题。通过参看以下说明并结合附图，本发明的上述及其它 目的、特征和优点将更为明显，在附图中
施例的示范性供送回路的气流的示意性流程图；图2为根据本发明实施例的示范性燃气涡轮机的截面以及图3为图2中的涡轮机的后段的分解截面图。
零件清单
1 压缩才几
10 燃气涡轮机11 盘内腔室
13 转盘
14 燃料混合区
12 涡轮叶片 20 供送回路 30 抽取系统 30A,30B 抽取点 31,32,33 抽取线路 35,36 空气供送体 40 冷却系统 41,42,43 冷却线路 44,45 轴向管路
46 冷却剂引入区 47,48 强制涡流机构
49 再循环机构
50 换热器 60 清洁器 70 测量装置 80 压缩才几 100 转子部分
111 空气密封管(air gland)
112 转子内孔管路
具体实施例方式参看图1和图2，一种结合压缩机1使用的系统将冷却剂供 送到燃气涡轮机10的涡轮叶片12上。该系统包括构造成用以从沿压 缩机1定位的抽取点30A和30B中的至少一个抽取进入空气的抽取系 统30。联接到抽取系统30上的供送回路20构造成用以将作为冷却剂组分的已抽取空气从抽取系统30输送到燃气涡轮机10的冷却剂引入 区46中。冷却系统40设置在冷却剂引入区46附近，并且联接到供 送回路20上，以便构造成用以将包括已抽取空气的冷却剂从供送回 路20输送到涡轮叶片12上。如上文所述，假定冷却涡轮叶片所需的冷却空气量为总可 充气流的大约30%至40%,则该系统可使涡轮机10的性能产生较大 的提升。也就是说，该系统使低级空气能够在冷却剂中使用，并因此 需要较少的空气量。此外，供送系统20可在燃气涡轮机IO工作期间 用来冷却、清洁，以及/或者用以另外地监测已抽取空气。燃气涡轮机10包括燃料混合区14，其中燃料与例如进入 空气相混合以形成可燃混合物；以及在燃料混合区14下游的燃烧区 16。翼型件在燃气涡轮机10工作期间通过燃烧排气进行旋转并驱动 支承转盘13,转盘13通过盘内腔室11而彼此分开。尽管并未要求， 但应当理解的是，燃气涡轮机10的冷却剂引入区46定位在抽取点30A 和30B的后方。在此应当注意的是，抽取系统30包括空气供送体35和36 中的至少一个，该空气供送体可包括增压室或其它类似腔室。空气供 送体35和36联接到供送回路20的若干数目的独立线路21和22上， 并且设置在抽取点30A和30B附近。在该布置中，空气供送体35和 36构造成用以在将空气提供给供送回路20之前接收和储存来自于抽 耳又点30A和30B的已抽取空气。现参看图2和图3,冷却系统40可包括强制涡流系统和/ 或自由涡流系统中的至少一个，其联接到供送回路20上并且构造成 用以将冷却剂供送给涡轮叶片12。在使用具有充分不同压力的多个冷却剂源的情况下，在机 上区域46内，轴向管路44，45(例如转子内孔管路)联接到的转子部分 100上。轴向管路44，45构造成用以朝向涡轮叶片12输送包括已抽取 空气的冷却剂。作为输送的一部分，联接到轴向管路44,45上的强制 涡流机构47，48构造成用以增大冷却剂的流速。尽管并未要求，但强制涡流机构47或48可包括径向管路、叶轮或单独的转子结构，并且 在流动/人相对较小的机上半径移动到对应于涡轮叶片12入口半径的 较大半径时增大冷却剂的流速。强制涡流机构47或48还可联接到转 盘13上。作为备选，在使用自由涡流系统的情况下，采用与强制涡 流情形相比相对较低的周向速度来将冷却剂输送到涡轮叶片12上。现参看图2，应当注意到，供送回路20可包括附加器件， 例如构造成用以加热和/或用以冷却已抽取空气的换热器50、构造成 用以从已抽取空气中清除例如杂质的清洁器60,以及构造成用以测定 已抽取空气的各种特性，例如其温度、压力和/或纯度的测量装置70。 在此，换热器50、清洁器60以及测量装置70是沿抽取系统30与冷 却系统40之间的供送回路设置的。在另外的实施例中，供送回路还 可包括用以调整已抽取空气压力的压缩机80。尽管图2将供送回路20示为包括换热器50、清洁器60、 测量装置70和压缩机80,但应当理解的是，这些器件可以其任何组 合的方式沿供送回路20并入，并且/或者可共同地或单独地除去。如上文所述，用在冷却剂中的已抽取空气沿供送回路20提 供，并且随后带回到燃气涡轮机10上。这可以多种方式来实现，其 中的两种在图3中示意性地示出。在一个实施例中，供送回路20的 一个或多个外部件联接到空气密封管111上，已抽取空气在周向上穿 过空气密封管111，朝向转子部分44,45流入会聚通道中。该通道的 大小形成为使得流速充分地增大到容许已抽取空气流入到转子部分 44，45中。在另一个实施例中，供送回路20的外部件与联接到转子部 分44,45上的转子内孔管路112对齐。在这些及其它实施例中，已抽取空气的泄漏可发生在数个 位置上。这些之中有空气密封管111与转子部分IOO的汇合部，以及 供送回路20的外部件与转子内孔管路112的汇合部。根据用于减轻 泄漏效果的一种选择，冷却系统40还可构造成具有用以使已泄漏空 气再次循环的再循环机构49。如图2中所示，再循环机构49可设置 在冷却系统40附近，并且可才艮据例如强制涡流或用以迫4吏再循环的
该系统可构造成用以将冷却剂供送到一个或多个涡轮叶片 12上。在此，抽取系统30构造成用以从一组抽取点30A和30B抽取 一组进入空气供给源。如前文一样，供送回路20联接到抽取系统30 上，并且构造成用以将作为冷却剂组分的各个已抽取空气供给源(在一 些情形中，独立于其它的空气供给源)经由冷却系统40从抽取系统30 输送到冷却剂引入区46中的涡轮叶片12上。逐渐靠后定位的涡轮叶片12被供送有一部分冷却剂，包括 分别从逐渐靠前定位的抽取点30A和30B上抽取的已抽取空气供给 源。例如，如图1中示意性示出的那样，相对低级的空气沿前抽取线 路31抽取，并且沿后冷却线路41输送到涡轮机10相对高级的区域 上，相对中级的空气沿中抽取线路32抽取，并且沿中冷却线路42输 送到涡轮机IO相对中级的区域上，以及相对高级的空气沿后抽取线 路33抽取，并且沿前冷却线路43输送到涡轮机10相对低级的区域 上。根据本发明的另 一个方面， 一种将冷却剂供送到燃气涡轮 机10的一个或多个涡轮叶片12上的方法，包括从主压缩机气流中 抽取空气，将作为冷却剂组分的已抽取空气至少部分地从外部输送到 位于燃气涡l仑机10的机上位置处的燃气涡轮机10的冷却剂引入区46 中，以及将包括已抽取空气的冷却剂供送给涡轮叶片12。尽管仅结合了有限数量的实施例详细描述了本发明，但应 当容易理解的是，本发明并不限于这些公开的实施例。相反而言，可 ^畛改本发明以结合此前并未描述的许多变型、改变、替换或等同布置， 但其与本发明的精神和范围相当。此外，尽管已经描述了本发明的多 种实施例，但应当理解的是，本发明的方面可仅包括上述实施例中的 一些。因此，本发明并非看作是限于上述描述，而是仅由所附权利要 求的范围来限制。
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权利要求
1.一种用以将冷却剂供送到燃气涡轮机(10)的涡轮叶片(12)上的系统，所述系统包括构造成用以从主压缩机(1)气流中抽取空气的抽取系统(30)；至少一部分设置在所述燃气涡轮机(10)外部的供送回路(20)，其联接到所述抽取系统(30)上并且构造成用以将作为所述冷却剂的组分的所述已抽取空气从所述抽取系统(20)输送到冷却剂引入区(46)；以及冷却系统(40)，其设置在所述燃气涡轮机(10)的冷却剂引入区(46)附近并且在所述燃气涡轮机(10)的机上位置处联接到所述供送回路(20)上，所述冷却系统(40)构造成用以将包括所述已抽取空气的所述冷却剂供送给所述涡轮叶片(12)。
2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述冷却系统(40) 包括强制涡流系统(47，48)。
3. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述供送回路(20) 包括构造成用以加热和/或用以冷却所述已抽取空气的换热器(50)。
4. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述供送回路(20) 包括构造成用以清洁所述已抽:取空气的清洁装置(40)。
5. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述供送回路(20) 包括构造成用以测量所述已抽取空气的预定特性的测量装置(70)。
6. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述供送回路(20) 包括构造成用以调整所述已抽取空气的压缩的压缩机(80)。
7. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述冷却系统(40) 利用会聚的周向通道经由空气密封管(111)而联接到所述供送回路(20) 上。
8. —种用以将冷却剂供送到燃气涡轮机(10)的涡轮叶片(12)上的 系统，所述系统包括构造成用以从主压缩机气流中抽取一组空气供给源的抽取系统(30);至少一部分设置在所述燃气涡轮机(10)外部的供送回路(20)，其联 接到所述抽取系统(30)上并且构造成用以将作为所述冷却剂的组分的 各个所述已抽取空气供给源从所述抽取系统(30)输送到冷却剂引入区 (46);以及冷却系统(40)，其设置在所述燃气涡轮机(10)的冷却剂引入区(46) 附近并且在所述涡轮机(10)的机上位置处联接到所述供送回路(20)上， 所述冷却系统(40)构造成用以将包括各个所述已抽取空气供给源的所 述冷却剂供送给所述涡轮叶片(12)。
9. 根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述空气供给源在 一组抽取点(30A,30B)处从所述气流抽取，以及(30A,30B)的后部。
10. 根据权利要求9所述的系统，其特征在于，逐渐靠后定位的 涡轮叶片(12)分别^皮供给有所述冷却剂的一部分，所述冷却剂包括分 别从逐渐靠前定位的抽取点(30A，30B)所抽耳又的那些所述已抽取空气 供给源。
全文摘要
本发明涉及用于涡轮叶片冷却的冷却回路。具体而言，一种用以将冷却剂供送到涡轮机(10)的涡轮叶片(12)上的系统及方法。该系统包括构造成用以从主压缩机(1)气流中抽取空气的抽取系统(30)；供送回路(20)，其至少一部分设置在燃气涡轮机(10)的外部，联接到抽取系统(30)上，并且构造成用以将作为冷却剂组分的已抽取空气从抽取系统(30)输送到冷却剂引入区(46)中；以及冷却系统(40)，其设置在燃气涡轮机(10)的冷却剂引入区(46)附近并且在燃气涡轮机(10)的机上位置处联接到供送回路(20)上，冷却系统(40)构造成用以将包括已抽取空气的冷却剂供送给涡轮叶片(12)。
文档编号F02C7/12GK101581236SQ200910141790
公开日2009年11月18日 申请日期2009年5月15日 优先权日2008年5月16日
发明者E·劳什, J·R·赫斯, K·穆尔 申请人:通用电气公司