专利名称：用于旋转式机器的吹扫系统及其组装方法
技术领域：
本文描述的实施例大体涉及旋转式机器，并且更具体而言，涉及用于燃气轮机压缩机的流体吹扫系统。
背景技术：
已知的燃气轮机系统包括压缩被引导通过涡轮系统的空气的压缩机区段。在至少一些已知的燃气轮机系统的运行期间，压缩机区段的至少一些部分可经受高的应力、振动和/或温度。例如，至少一些已知的压缩机区段包括联接到转子上的多个级，该多个级不断地将空气压缩到更高的压力，并且因此，成比例地提高被引导通过其中的空气的温度。空气流温度的这样的差异可在压缩机区段内产生热梯度。这样的热梯度可导致有不均勻的热膨胀、弯曲和/或其它应力，随着时间的过去，这会损害一些压缩机构件和/或减少一些压缩机构件的使用寿命预期。此外，至少一些已知的压缩机区段联接到燃烧器上以及/或者定位在燃烧器附近，燃烧器点燃空气-燃料混合物而产生燃烧气体。为了改进至少一些燃气轮机系统的效率，可提高压缩机区段排出温度、燃烧器燃烧温度和/或压缩机区段流率，它们中的任一个或全部均可不合需要地加剧压缩机区段内产生的热梯度。
发明内容
在一方面，提供了一种用于组装旋转式机器的方法。该方法包括提供第一可旋转元件。该方法还包括将第二可旋转元件联接到第一可旋转元件上。第一可旋转元件和第二可旋转元件至少部分地在它们中限定腔体，以及在它们之间限定基本沿轴向延伸的至少一个管道。另外，该方法包括联接吹扫装置，该吹扫装置包括至少一个径向通道，该至少一个径向通道限定在吹扫装置中，并且延伸到第一可旋转元件以及延伸到第二可旋转元件，使得该至少一个径向通道联接成与腔体以及与该至少一个轴向管道处于流连通。在另一方面，提供了一种用于旋转式机器的吹扫系统。该吹扫系统包括联接到第一可旋转元件上以及联接到第二可旋转元件上的吹扫装置，第二可旋转元件联接到第一可旋转元件上，使得至少一个腔体至少部分地由第一可旋转元件和第二可旋转元件限定。该吹扫系统还包括联接成与吹扫装置处于流连通的至少一个轴向流体供应管道。吹扫装置包括限定在其中的至少一个径向通道。该至少一个径向通道联接成与该至少一个轴向流体供应管道以及与该至少一个腔体处于流连通。在另一方面，提供了一种涡轮发动机。该涡轮发动机包括前压缩机转子。该涡轮发动机还包括可旋转地联接到前压缩机转子上的后压缩机转子。后压缩机转子和前压缩机转子至少部分地在它们中限定腔体，以及在它们之间限定基本沿轴向延伸的至少一个轴向管道。该涡轮发动机还包括联接到前压缩机转子和后压缩机转子上的吹扫装置。吹扫装置进一步限定至少部分地由后压缩机转子和前压缩机转子限定的腔体。吹扫装置还进一步限定至少部分地由后压缩机转子和前压缩机转子限定的该至少一个轴向管道。吹扫装置还包括至少一个径向通道。该至少一个径向通道联接成与该至少一个轴向管道和腔体处于流连
ο
通过参照结合附图的以下描述，可更好地理解本文描述的实施例。图1是示例性涡轮发动机的示意图；图2是在图1中显示的且沿着区域2得到的涡轮发动机的一部分的放大截面图；图3是可用于图1中显示的涡轮发动机的示例性吹扫环的透视图；图4是增加了空气流的、在图2中显示的涡轮发动机的部分的截面图；以及图5是示出了组装在图1中显示的涡轮发动机的一部分的示例性方法的流程图。部件列表100燃气轮机发动机102进气区段104压缩机区段106燃烧器区段108涡轮区段110排气区段112转子组件114压缩机(转子)传动轴115涡轮(转子)传动轴116燃烧器组件118燃料喷嘴组件120 负载122压缩机叶片机构124涡轮轮叶机构150 入口空气152压缩空气154燃烧气体156 排气158前压缩机(转子)传动轴160后压缩机(转子)传动轴200吹扫环202轮叶冷却空气供应管道204 腔体206吹扫环腔体210 缘边212轴向冷却管道214轴向冷却管道壁216冷却空气转移入口CN 102536466 A217壁的径向最内部部分218径向内表面220冷却空气转移出口222冷却空气转移通道224应力槽226 节段230压缩机径向壁232压缩机轴向壁234后压缩机传动轴轴向壁236后压缩机传动轴径向壁238应力限制部分250腔体吹扫系统252涡轮轮叶冷却空气流2M腔体冷却空气流256腔体膛孔贯通端口300 方法302提供第一可旋转元件304将第二可旋转元件联接到第一可旋转元件上...306组装第一可旋转元件和第二可旋转元件...308联接包括至少一个径向通道的吹扫装置...310联接该至少一个径向通道...
具体实施例方式图1是旋转式机器100(即涡轮机，并且更具体而言，涡轮发动机)的示意图。在该示例性实施例中，涡轮发动机100是燃气轮机发动机。备选地，应当注意，本领域技术人员将理解，可使用其它发动机。在该示例性实施例中，涡轮发动机100包括进气区段102和压缩机区段104，压缩机区段104联接到进气区段102的下游且与进气区段102处于流连通。燃烧器区段106联接到压缩机区段104的下游，并且与压缩机区段104处于流连通，而涡轮区段108联接到燃烧器区段106的下游，并且与燃烧器区段106处于流连通。涡轮发动机100包括在涡轮区段108的下游的排气区段110。此外，在该示例性实施例中，涡轮区段108通过转子组件112联接到压缩机区段104上，转子组件112包括(无限制性)压缩机转子或传动轴114和涡轮转子或传动轴115。在该示例性实施例中，燃烧器区段106包括多个燃烧器组件，即联接成各自与压缩机区段104处于流连通的燃烧器116。燃烧器区段106还包括至少一个燃料喷嘴组件 118。各个燃烧器116均与至少一个燃料喷嘴组件118处于流连通。此外，在该示例性实施例中，涡轮区段108和压缩机区段104通过传动轴114可旋转地联接到负载120上。例如， 负载120可包括(无限制性)发电机和/或机械驱动应用，例如泵。在该示例性实施例中， 压缩机区段104包括至少一个压缩机叶片组件122。而且，在该示例性实施例中，涡轮区段 108包括至少一个涡轮叶片或轮叶机构124。各个压缩机叶片组件122和各个涡轮轮叶机构124联接到转子组件112上，或者更具体而言，联接到压缩机传动轴114和涡轮传动轴115上。在运行中，进气区段102将空气150引导向压缩机区段104。在将压缩空气152排向燃烧器区段106之前，压缩机区段104将入口空气150压缩到较高的压力和温度。压缩空气152在区段106内与燃料(未显示)混合且被点燃而产生燃烧气体154，燃烧气体巧4 被向下游引导向涡轮区段108。具体而言，压缩空气152的至少一部分被引导到燃料喷嘴组件118。燃料也被引导到燃料喷嘴组件118，其中，燃料与压缩空气152混合，并且该混合物在燃烧器116内被点燃。在燃烧器116内产生的燃烧气体IM被向下游引导向涡轮区段 108。在撞击涡轮轮叶机构IM之后，热能被转换成用来驱动转子组件112的机械旋转能。 涡轮区段108通过传动轴114和115来驱动压缩机区段104和/或负载120，并且排气156 通过排气区段110排到环境大气中。图2是沿着区域2 (在图1中显示)得到的涡轮发动机100的一部分的放大截面图。在该示例性实施例中，压缩机传动轴114包括第一可旋转元件，即前压缩机转子或传动轴158，第一可旋转元件可旋转地联接到第二可旋转元件上，即后压缩机转子或传动轴 160。后压缩机传动轴160可旋转地联接到第三可旋转元件上，即涡轮传动轴115。而且，在该示例性实施例中，吹扫装置(即吹扫环200)联接到前压缩机传动轴158上以及联接到后压缩机传动轴160上。另外，在该示例性实施例中，吹扫环200和后压缩机传动轴160与压缩机传动轴114和涡轮传动轴115至少部分地形成转子组件112。此外，在该示例性买施例中，至少一个轴向流体供应管道(即轮叶冷却空气供应管道202 (在图2中仅显示了一个)) 由前压缩机传动轴158、后压缩机传动轴160和吹扫环200限定。轮叶冷却空气供应管道 202将来自压缩机区段104的冷却空气(未在图2中显示)引导向涡轮轮叶机构124(在图 1中显示)。而且，在该示例性实施例中，腔体204由前压缩机传动轴158、后压缩机传动轴 160和吹扫环200限定。另外，在该示例性实施例中，限定在后压缩机传动轴160内的吹扫环腔体206尺寸设置成和定向成接收吹扫环200。备选地，吹扫环腔体206的一部分也可限定在前压缩机传动轴158的一部分内。在该示例性实施例中，吹扫环200是单独的构件，可使用例如干涉配合或摩擦配合来将该单独的构件可旋转地联接到相邻构件上，即前压缩机传动轴158和后压缩机传动轴160。备选地，可使用使得吹扫环200和燃气轮机发动机100能够如本文描述的那样起作用的任何联接机构(包括(无限制性)机械紧固硬件)，来将吹扫环200联接到前压缩机传动轴158和后压缩机传动轴160上。在另一个备选实施例中，吹扫环200可与使得燃气轮机发动机100能够如本文描述的那样起作用的任何现有构件(一个或多个)整体地形成。图3是吹扫环200的透视图。在该示例性实施例中，吹扫环200增加了基本圆形的缘边210和各自部分地限定轮叶冷却空气供应管道202的一部分的多个轴向冷却管道212。 更具体而言，各个冷却管道212均由管道壁214限定。各个冷却管道壁214还在壁214的径向最内部部分217中限定冷却空气转移入口 216。各个冷却空气转移入口 216尺寸设置成和定向成使来自各个相关联的轮叶冷却空气供应管道202的冷却空气(未在图3中显示) 的至少一部分转移向腔体204。在该示例性实施例中，吹扫环200增加了多个径向内表面218。各个表面218限定冷却空气转移出口 220，冷却空气转移出口 220通过冷却空气转移通道222来与相关联的冷却空气转移入口 216处于流连通，冷却空气转移通道222被限定在它们之间。而且，在该示例性实施例中，径向内表面218至少部分地限定腔体204。此外，在该示例性实施例中，各个吹扫环200包括多个应力防护部或应力槽224， 其有助于减小在吹扫环200中引起的应力，以及减小与将吹扫环200插入吹扫环腔体 206(在图2中显示)中和从吹扫环腔体206移除吹扫200有关的槽舌干涉。在该示例性实施例中，抗旋转销(未显示)可通过应力槽2M插入前压缩机传动轴158和/或后压缩机传动轴160(在图2中显示了两者)中，以将吹扫环200固定在吹扫环腔体206内。应力槽 224包括限定在它们之间的多个部分截头的圆锥形节段226。图4是增加了空气流箭头252和254的、在图2中显示的涡轮发动机100的部分的截面图。如上所述，腔体204至少部分地由前压缩机传动轴158、后压缩机传动轴160和吹扫环200限定。更具体而言，在该示例性实施例中，腔体204由压缩机径向壁230、压缩机轴向壁232、后压缩机传动轴轴向壁234和后压缩机传动轴径向壁236限定。至少一个壁 230、232、234和/或236包括应力限制部分238 (在图4中仅显示了一个)。主要从壁230、 232,234和/或236 (包括各个应力限制部分238)中移除热有助于减小在各个壁230、232、 234和/或236中引起的热应力。在该示例性实施例中，吹扫环200，并且更具体而言，轴向冷却管道212、冷却空气转移入口 216、冷却空气转移通道222、冷却空气转移出口 220和腔体204协作且形成腔体吹扫系统250。而且，在该示例性实施例中，轮叶冷却空气供应管道202和腔体吹扫系统 250 (包括轴向冷却管道212、冷却空气转移入口 216、冷却空气转移通道222、冷却空气转移出口 220和腔体204)具有使得腔体吹扫系统250和燃气轮机发动机100能够如本文描述的那样运行的任何大小和任何定向。在运行中，涡轮轮叶冷却空气流252被从前压缩机传动轴158引导通过空气供应管道202，并且被向后引导向涡轮区段108。空气流252的一部分通过冷却空气转移入口 216以及从管道212被转移或引导到吹扫环200中，从而形成腔体冷却空气流254。空气流 2M通过空气转移通道222和空气转移出口 220被引导到腔体204中，其中，冷却空气2M 有助于从壁230、232、234和236 (包括应力限制部分238)移除热，并且因而有助于减小在它们中引起的热应力。冷却空气2M被向后引导通过腔体贯通端口 256，以有助于涡轮区段 108中的冷却。图5是示出了可用于组装涡轮发动机100(在图1、2和4中显示)的一部分的示例性方法300的流程图。在该示例性实施例中，提供302 了第一可旋转元件，即前压缩机传动轴158(在图2和4中显示)。而且，在该示例性实施例中，第二可旋转元件(即后压缩机传动轴160(在图2和4中显示))联接304到前压缩机传动轴158上。前压缩机传动轴 158和后压缩机传动轴160组装306成至少部分地在它们中限定腔体，即腔体204(在图2、 3和4中显示)。腔体204在至少一个轴向管道(即轮叶冷却空气供应管道202 (在图2和 4中显示))之间延伸，其中，管道202在前压缩机传动轴158和后压缩机传动轴160之间基本沿轴向延伸。另外，在该示例性实施例中，包括至少一个径向通道(即冷却空气转移通道222(在图3和4中显示))的吹扫装置(即吹扫环200(在图2、3和4中显示))可旋转地联接308到前压缩机传动轴158和后压缩机传动轴160上。冷却空气转移通道222联接 310成与腔体204和轮叶冷却空气供应管道202处于流连通。
通过使用可旋转地联接到涡轮上的流体压缩机，如本文所提供的那样的涡轮机流体吹扫系统和装置的实施例有助于涡轮发动机的组装和运行。通过避免使用额外的机械紧固硬件，这样的流体吹扫装置有助于涡轮机的组装和拆卸。而且，这样的流体吹扫系统和装置有助于改进通往暴露于热梯度的压缩机构件的冷却流体流。与大多数已知的压缩机区段相比，改进的冷却流体流有助于改进暴露于热梯度的压缩机构件的热响应，热梯度会在压缩机构件中引起较大的应力。这些改进的热响应包括会降低不均勻的膨胀和/或弯曲的可能性的较小的热梯度。因此，与大多数已知的压缩机区段相比，改进的热响应延长了受影响的构件的结构寿命周期。此外，与大多数已知的涡轮机相比，改进的热响应会延长或有助于改进这样的构件的使用寿命，并且降低维护修理成本，以及缩短涡轮机退出服务的时期。本文描述的是有助于燃气轮机发动机的组装和运行的方法和设备的示例性实施例。具体而言，为燃气轮机发动机组装吹扫/热移除系统和相关联的设备有助于将冷却流体(即空气)引导到预定腔体中以及引导到预定构件的附近，以改进其中的热响应。更具体而言，使现有的涡轮轮叶冷却空气的一部分改道到腔体区域有助于减小在形成该区域的构件内引起的热梯度和应力。因此，减小的应力和改进的热响应延长了受影响的构件的结构寿命周期，从而改进了这样的构件的使用寿命，并且降低了维护修理成本，以及缩短了涡轮机退出服务的时期的长度和频率。本文描述的方法和系统不限于本文描述的特定实施例。例如，各个系统的构件和 /或各个方法的步骤可独立地并且与本文描述的其它构件和/或步骤分开来使用和/或实践。另外，也可用其它组件和方法来使用和/或实践各个构件和/或步骤。虽然在多个特定实施例方面描述了本发明，但是本领域技术人员将认可，可用处于权利要求的精神和范围内的修改来实践本发明。
权利要求
1.一种用于旋转式机器(100)的吹扫系统050)，所述吹扫系统包括吹扫装置000)，其联接到第一可旋转元件(158)上以及联接到第二可旋转元件(160) 上，所述第二可旋转元件(160)联接到所述第一可旋转元件上，使得至少一个腔体(204)至少部分地由所述第一可旋转元件和所述第二可旋转元件限定；以及联接成与所述吹扫装置处于流连通的至少一个轴向流体供应管道(202)，所述吹扫装置包括限定在其中的至少一个径向通道022)，所述至少一个径向通道联接成与所述至少一个轴向流体供应管道以及与所述至少一个腔体处于流连通。
2.根据权利要求1所述的吹扫系统050)，其特征在于，所述吹扫装置(200)可旋转地联接到前压缩机转子(158)和后压缩机转子(160)中的各个上，其中，所述前压缩机转子是所述第一可旋转元件(158)，而所述后压缩机转子是所述第二可旋转元件(160)。
3.根据权利要求1所述的吹扫系统050)，其特征在于，所述吹扫装置(200)进一步限定至少部分地由所述第一可旋转元件(158)和所述第二可旋转元件(160)限定的所述至少一个腔体O04)的至少一部分。
4.根据权利要求3所述的吹扫系统(250)，其特征在于，部分地由所述吹扫装置(200)、 所述第一可旋转元件(158)和所述第二可旋转元件(160)限定的所述至少一个腔体(204) 是限定在它们中的整体式腔体。
5.根据权利要求1所述的吹扫系统050)，其特征在于，所述吹扫装置(200)是至少部分地限定多个轴向冷却管道O02/212)的吹扫环050)。
6.根据权利要求5所述的吹扫系统050)，其特征在于，所述吹扫环(250)进一步包括联接成与所述多个轴向冷却管道(202/21 处于流连通的多个径向冷却通道022)。
7.根据权利要求6所述的吹扫系统050)，其特征在于，所述吹扫环(200)进一步包括从所述腔体(204)沿径向延伸的多个槽口 024)。
8.一种涡轮发动机(100)，包括前压缩机转子(158)；可旋转地联接到所述前压缩机转子上的后压缩机转子(160)，所述后压缩机转子和所述前压缩机转子至少部分地在它们中限定腔体004)，以及在它们之间限定基本沿轴向延伸的至少一个管道012)；以及联接到所述前压缩机转子和所述后压缩机转子上的吹扫装置O00)，所述吹扫装置进一步限定至少部分地由所述后压缩机转子和所述前压缩机转子限定的所述腔体，所述吹扫装置进一步限定至少部分地由所述后压缩机转子和所述前压缩机转子限定的所述至少一个轴向管道，所述吹扫装置还包括至少一个径向通道022)，其中，所述至少一个径向通道联接成与所述至少一个轴向管道以及与所述腔体处于流连通。
9.根据权利要求8所述的涡轮发动机(100)，其特征在于，所述腔体(204)联接成与至少一个涡轮轮叶冷却供应管道(202)处于流连通。
10.根据权利要求8所述的涡轮发动机(100)，其特征在于，所述吹扫装置(200)是吹扫环000)，并且所述至少一个轴向管道(212)包括多个轴向冷却管道。
全文摘要
本发明涉及用于旋转式机器的吹扫系统及其组装方法。一种用于旋转式机器(100)的吹扫系统(250)包括联接到第一可旋转元件(158)上以及联接到第二可旋转元件(160)上的吹扫装置(200)。第二可旋转元件联接到第一可旋转元件上，使得至少一个腔体(204)至少部分地由第一可旋转元件和第二可旋转元件限定。吹扫系统还包括联接成与吹扫装置处于流连通的至少一个轴向流体供应管道(202)。吹扫装置包括限定在其中的至少一个径向通道(222)。该至少一个径向通道联接成与该至少一个轴向流体供应管道以及与该至少一个腔体处于流连通。
文档编号F02C7/12GK102536466SQ201110403088
公开日2012年7月4日 申请日期2011年11月30日 优先权日2010年11月30日
发明者C·L·登普西, J·S·卡明斯, J·Y·朴, M·R·费尔斯路, R·J·勒库耶, S-W·崔 申请人:通用电气公司