机壳冷却导管的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种气轮机（100），具体地为燃气轮机，包括：内壳（101），至少涡轮段的定子叶片能够安装到内壳（101）；和外壳（102），围绕内壳（101）布置，使得在内壳（101）和外壳（102）之间形成外冷却通道（103）。外冷却通道（103）包括流体进口（104），冷却流体能够通过流体进口（104）从气轮机（100）的外部容积（Vo）喷射到外冷却通道（103）内。冷却通道（103）包括流体出口（105），使得冷却流体被排出到气轮机（100）的内部容积（Vi）内。流体进口（104）相对于流体出口（105）布置成使得外冷却通道（103）内的冷却流体包括有这样的流动方向，该流动方向具有相对于气轮机（100）的工作流体的主流向（106）在反方向上定向的分量。
【专利说明】机壳冷却导管
【技术领域】
[0001]本发明涉及气轮机和操作气轮机的方法。
【背景技术】
[0002]在气轮机中，具体地在气轮机中以及在气轮机周围，气轮机部件，诸如机壳，暴露于气轮机的热工作流体。因此，应用冷却系统以冷却所述气轮机部件。
[0003]为冷却的目的，冷却空气系统被安装用于将冷却气流提供到热的气轮机部件。用于安置冷却空气系统以及用于提供气轮机部件，诸如机壳部件的外部和内部的有效冷却的空间是有限的。此外，复杂的冷却系统是昂贵的，并且可靠性较低。另外，大量的冷却空气可以不利地影响涡轮性能。
[0004]EP 0 578 639 BI公开了一种涡轮机机壳。该涡轮机机壳部分地由机罩围起，从而在涡轮机机壳和用于冷却空气流动的通风盖之间形成间隙。
[0005]US4, 841，726公开了一种多轴双流构造的燃气涡轮喷气发动机。前压缩机或者风机将燃气轮机压缩空气供给到辅助通道中，辅助通道同轴地布置到推进装置轴并且形成在外壁结构和内壁结构之间，副气流部分从辅助通道获取并且被逆着涡轮机壳体结构喷出用于冷却的目的。副气流通道基本上延伸过整个推进装置长度或者至少延伸到接近涡轮机壳体结构的区域，同时副气流部分从副流经由内壁结构中的位于各个涡轮机壳体结构附近的开口离去。
[0006]US4, 242，042公开了针对游隙控制的对发动机壳的温度控制。将冷却空气喷射到环形空间中由装箱和外气封组成的双壁结构限定，外气封用以控制空间的泄入和泄出以及发动机壳的温度。在作用在发动机壳上的热气流和冷空气之间的温度范围控制机身的收缩和膨胀，而这又反过来相对于转动叶片顶端定位密封，这能够作为发动机功率或者其它参数来表现。
[0007]US2004/0018081A1公开了一种低压涡轮机机壳，其带有围绕中心线限定的环形锥壳。前向凸缘定位到该环形壳的前端。前挂钩从前向凸缘向后延伸。分别地具有第一和第二钩的第一和第二轨道从环形壳向后延伸。第一和第二冷却孔分别地贯穿第一和第二轨道。冷却空气馈送孔贯穿前向凸缘。第一和第二冷却孔布置成相对于旋转轴线分别径向地穿过第一和第二轨道，或者布置成相对于旋转轴线以斜角径向地通过第一和第二轨道。低压汽轮机机壳和管罩组件另外包括第一环形空腔，所述第一环形空腔与第一冷却孔和第二冷却孔流体流动连通。
[0008]GB 2 108 586公开了涡轮转子叶片顶部和包围机壳之间的游隙控制。冷却空气可以通过管线被引导到低压汽轮机机壳。
[0009]US6, 227, 800B1公开了一种润轮机机壳,该润轮机机壳支撑有一排排气叶片,热燃烧气体可以流过该一排排气叶片。导流体包围机壳以限定冷却导管。导流罩包围涡轮机机壳以限定用于具有接收隔室空气的进口和用于排出空气的出口的隔室。冷却导管包括进口，该进口接收隔室空气用于沿着涡轮机机壳流动，以选择性地冷却涡轮机机壳。[0010]US6, 625, 989B2公开了用于冷却喷气式发动机的气轮机的机壳的方法和设备,其中冷却空气从旁通流转向并且经由设有关断元件的进气管提供给机壳外侧。冷却空气提供给第一腔，并在第一腔中被分割体积。冷却空气的一个部分经由节流孔流出到机壳，而另一部分经由多个管子通向在低压涡轮机的区域中环状地包围机壳的第二腔。
[0011]EP 0 618 349 Al公开了一种用于燃气涡轮发动机的气轮机组件，其包括被装入在环形壳体中的转子叶片和静子叶片的交替环形阵列。每个定子叶片的径向外部被平台固定。螺栓延伸穿过平台上的凸缘，以将定子叶片相对于机壳定位并且阻止定子叶片的任何周缘移动。螺栓径向地延伸穿过机壳以接合环形的冷却导管。环形冷却导管包围限定了空腔的机壳，在运行中冷却空气穿过该空腔以冷却机壳。
【发明内容】
[0012]本发明的目的在于提供对热的气轮机部件的有效冷却。
[0013]这一目标可以通过根据独立权利要求的主题的气轮机、具体地燃气轮机并且通过操作气轮机、具体地燃气轮机的方法来解决。
[0014]根据本发明的第一方面，提出了一种气轮机，具体地燃气轮机。气轮机包括内壳，至少涡轮机级、即涡轮段的定子叶片能够安装到内壳。此外，气轮机包括外壳，所述外壳围绕内壳布置，使得在内壳和外壳之间形成外冷却通道。外冷却通道包括流体进口，冷却流体能够通过流体进口从气轮机的外部容积喷射到外冷却通道内。冷却通道包括流体出口，使得冷却流体被排出到气轮机的内部容积内。流体进口相对于流体出口布置成使得外冷却通道内的冷却流体包括有这样的流动方向，该流动方向具有相对于气轮机的工作流体的主流向在反方向上定向的分量。
[0015]根据本发明的另一方面，提出了用于操作气轮机，具体地燃气轮机的方法。气轮机包括:内壳，至少涡轮机级、即涡轮段的定子叶片能够安装到内壳；和外壳，外壳围绕内壳布置，从而在内壳和外壳之间形成外冷却通道。根据该方法，冷却流体从气轮机的外部容积通过外冷却通道的流体进口被喷射到外冷却通道中。此外，冷却流体通过冷却通道的流体出口排出到气轮机的内部容积。流体进口相对于流体出口布置成使得外冷却通道内的冷却流体包括有这样的流动方向，该流动方向具有相对于气轮机的工作流体的主流向在反方向上定向的分量。
[0016]气轮机可以是也可以包括有例如燃烧室和压缩机的燃气轮机。
[0017]通常，气轮机包括可旋转的涡轮轴。回转轴绕限定气轮机的轴向的转动轴旋转。从外侧沿向着涡轮轴的转动轴的方向指向的方向表示气轮机的径向方向。
[0018]气轮机包括各种机壳部件，这些部件具有支撑气轮机的功能元件的作用和/或用于导向气轮机的流体流。具体地，内壳适于支撑定子叶片行，所述定子叶片行包括多个沿周缘连接的定子叶片。另外，气轮机的各种流体导向部件、诸如导风板可以连接到内壳。导风板可以采取护板和/或挡热板的形式。
[0019]具体地，内壳将气轮机的工作流体从环境分开。内壳具体地将气轮机的内部容积从气轮机的外部容积分开。在内部容积内，工作流体沿着主流体方向流出，其中主流向具体地相对于涡轮轴在轴向上定向。
[0020]在内部容积内，安装有定子叶片行和转子叶片行。具体地，热的加压气体在内部容积内沿着主流向流动。辅助流体流或者辅助气流(弓丨气)在包围内壳并且由此包围内部容积的外部容积内流出。辅助流体流可以用于冷却目的。
[0021]上述的外壳至少部分地包围内壳。在内壳和外壳之间形成外冷却通道。外壳形成在外部容积内。外壳包括位于其边缘处的入口孔和出口孔和/或间隙，以提供从外部容积至外冷却通道内的流体进口。内壳借助于其边缘处的出口孔或者间隙提供了流体出口，以将冷却空气排出到内部容积中和/或安装到内壳的定子叶片行的内部定子叶片的导管中。
[0022]如上所述，内壳和外壳可以布置在气轮机的涡轮段中。具体地，其可以布置在动力涡轮部分，该动力涡轮部分提供用以驱动相连的旋转设备。替代地，其可以布置在压缩机涡轮段，压缩机涡轮段驱动压缩机转子。在涡轮段内，工作流体(主流体)沿着主流向、即在轴向上或者在下游方向上膨胀。内壳和外壳可以具有锥状或者截锥体状/锥台状形状，其中内壳和外壳的直径和尺寸分别沿着主流向和轴向增大。另外，内壳和/或外壳沿周缘方向围绕涡轮轴形成环形导管或者间隙。内壳和/或外壳可以沿着涡轮级/涡轮段的整个周缘延伸或者可以沿着沿周缘方向分开成为多个周缘段。
[0023]通过上述的气轮机，由内壳和外壳形成外冷却通道，使得冷却流体在外冷却通道内的流动方向部分地在相对于内壳内的工作流体的主流向的上游流动。具体地，冷却流体在外部容积内在径向方向上并且沿着相对于主流向的反向平行方向流动。通过外冷却通道，冷却流体被从外部容积内的流动方向下游(相对于热气流)关于主流向重定向到冷却通道内的流动方向上游(相对于热气流)。另外，当将冷却流体排出到内部容积或者排出到定子叶片的导管中时，冷却流体被再次重定向到与气轮机的内部容积内的工作流体的主流向大致垂直的下游方向。因此，在将冷却流体喷射到内部容积中之前，冷却流体由流动至少两次重定向通过冷却通道。
[0024]这具有的技术效果在于，流入外冷却通道的冷却空气沿着内壳的形成外冷却通道的一部分的径向外表面以热接触方式流动。此外，冷却流体可以传送过内壳的径向内表面，该内表面面向内部容积。因此，因为冷却气流沿着内壳的径向外表面在上游(相对于热气流)流动，冷却空气另外可以用于额外地冷却其它部件，诸如定子叶片或者内壳的径向内表面，因为冷却空气在上游位置离开外冷却通道，并且由此在上游位置进入内部容积。在进入内部容积之后，冷却空气受内部容积内的工作流体作用。例如，当首先沿着上游方向在外冷却导管中引导冷却空气时，冷却流体在被重定向到内部容积中的下游方向之后可以冷却内壳的两个表面。因此，因为冷却空气经过内壳的大的表面面积(具体地，内表面和外表面)，可以提供良好的热对流且由此提供良好的冷却效率。此外，燃气轮机的内部容积中的压力沿主流向减小，从而如果在位于机壳外部时未初始地首先在主要热气流的反方向上流动，则导致冷却气流和热气之间的高的压差，由此呈现高的冷却空气消耗。冷却空气和热气流之间的对流式布置确保对于指定可用表面的将热从部件传递到冷却空气的高冷却效率。
[0025]另外，因为本发明提高了冷却效率，可以降低冷却流体(即，辅助流体/空气)的消耗。另外，高的冷却效率另外允许由可能仅可在低温下应用的材料形成内壳。具体地，内壳的温度可以在气轮机操作期间被降低到近似450°C以下，从而其不必使用昂贵的镍机壳。如果实现了低于近似450°C的内壳温度，例如通过应用本发明来实现，则内壳可以例如由便宜的钢制成。另外，降低的内壳工作温度另外可以提高气轮机的效率，例如通过降低叶尖间隙、通过减少空气消耗、通过应用简单的导管结构以及通过使用更便宜的壳体材料。[0026]根据本发明的另外的示例性实施方式，流体进口形成在外壳中。流体进口可以例如由形成在外壳中的入口孔形成。
[0027]根据另外的示例性实施方式，流体出口形成在内壳中，例如由形成在内壳中的入口孔或者入口通道形成。
[0028]根据另外的示例性实施方式，外通道形成收缩的形状，以用于加速外通道中的冷却流体。
[0029]通过包围内壳形成外冷却导管，实现了冷却通道的径向距离或者径向高度的变化，并且可以控制冷却流体流动的特性(特别是关于递增的速度)。因此，外冷却导管形状可以适于并且用以控制冷却流体的流量、速度、方向、质量、分布和/或压力。
[0030]具体地，如果内壳和外壳具有沿着气轮机的轴向的锥状形状，两个壳体的锥角可以不同以使冷却通道的横截面的直径和尺寸(水压直径)沿着轴向变化。具体地，冷却通道的横截面沿着轴向上游方向减小。具体地，冷却通道在流体进口处的水压直径(横截面积)大于流体出口处的水压直径(横截面积)。因此，可以形成用于加速外冷却通道内的冷却流体的收缩的形状。
[0031]通过由外冷却通道加速冷却流体，冷却流体在流体进口处比在流体出口处具有更低的速度。冷却流体沿着流动方向在流体进口和流体出口之间升温。因此，通过由外冷却通道的收缩的形状提供加速的冷却流体，可以提高气轮机的冷却效率。
[0032]根据另外的示例性实施方式，气轮机还包括第一定子叶片行，第一定子叶片行包括至少一个第一定子叶片，其中第一定子叶片行安装到内壳的第一部分。气轮机还包括第二定子叶片行，第二定子叶片行包括至少一个第二定子叶片，其中第二定子叶片行安装到内壳的第二部分。关于所述主流向，所述第二部分位于相对于所述第一部分的下游。
[0033]冷却通道和外壳仅可以存在于内壳的一部分上,从而外壳并不完全地覆盖内壳。下面说明示例性实施方式。例如，第一定子叶片行和第二定子叶片行是位于涡轮段的中间段的定子叶片行，从而涡轮段的其它定子叶片行位于第一定子叶片行和第二定子叶片行的上游和/或下游。因此，外冷却通道由外壳沿着中间段形成，而并不沿着涡轮段的整个轴长覆盖内壳。另外，涡轮段可以包括至少一个位于第一定子行和第二定子行之间的另外的定子叶片行。因此，外冷却通道由外壳沿着包括第一定子叶片行、插入的其它定子叶片行和第二定子叶片行的成组定子叶片形成。
[0034]根据另外的示例性实施方式，第一定子叶片行包括另外的第一定子叶片，其中第一定子叶片和另外的第一定子叶片相对于彼此沿着气轮机的周缘方向布置。外壳围绕内壳布置，以使外冷却通道至少在第一定子叶片和所述另外的第一定子叶片之间延伸。
[0035]在大多数情况中，外壳将覆盖内壳的整个周缘。沿着机壳的主流向安置局部的质量块作为分界凸缘以隔开部段可能引入局部变形，而导致椭圆形且由此增大叶尖间隙，导致性能损失。
[0036]根据另外时示例性实施方式，第二定子叶片行包括另外的第二定子叶片，其中第二定子叶片和另外的第二定子叶片沿着气轮机的周缘方向相对于彼此布置。外壳围绕内壳布置，使得外冷却通道至少在第二定子叶片和另外的第二定子叶片之间延伸。
[0037]根据另外的示例性实施方式，所述至少一个第一定子叶片包括导管，其中第一定子叶片安装到内壳使得冷却流体能够从流体出口流入导管。第二定子叶片也可以包括另外的管道，冷却空气能够从中流过。
[0038]在围绕涡轮轴的周缘方向上能够安装多个具有管道的第一定子叶片，其中每个第一定子叶片管道连接到外冷却通道，使得冷却流体完全地或者至少部分地能够从多个第一定子叶片中的每个第一定子叶片流出。
[0039]具体地，通过上述示例性实施方式，第一定子叶片行可以是动力涡轮部分的第一定子叶片行，在此工作流体进入涡轮级。第二定子叶片行可以是位于下游的最后定子叶片行，在此工作流体退出涡轮段。通过上述示例性实施方式，冷却通道规划为可以在轴向或者周缘方向上沿着内壳的整个表面积延伸。因此，冷却流体适于在流过外冷却通道时冷却例如涡轮段的内壳的整个表面积。
[0040]冷却空气可以进入气轮机的第一定子叶片下游的定子叶片管道和/或冷却空气进入位于涡轮段出口的上游位置处的外冷却通道。
[0041]根据另外的示例性实施方式，气轮机还包括内冷却通道，所述内冷却通道形成在第一定子叶片的第一径向外端、第二定子叶片的第二径向外端和内壳的径向内表面之间。内冷却通道连接到流体出口，使得冷却流体的一部分流过内冷却通道，其中冷却流体的部分包括这样的流动方向，该流动方向具有与气轮机的工作流体的主流向平行地定向的分量。
[0042]因此，通过上述示例性实施方式，形成基本上在气轮机的轴向上沿着内壳内表面延伸的内部通道。因此，沿着内壳外表面流过外冷却通道的冷却流体在从外冷却通道排出到内部容积时可以被重定向，并且可以大致沿着下游方向沿着内壳内表面流动。具体地，冷却流体的一部分包括这样的分量，该分量与气轮机的工作流体的主流向平行地定向，从而冷却回转轴。
[0043]因此，内壳可以通过两个表面、即内表面和外表面与冷却流体热连接，从而提高内壳的冷却效率。
[0044]根据另外的示例性实施方式，气轮机还包括在至少一个第一定子叶片的第一径向内端处形成的第一空腔。而且，气轮机包括第二空腔，该第二空腔形成在第二定子叶片的第二径向内端处处。第一定子叶片包括在所述第一径向内端处的开口，使得冷却流体能够从第一定子叶片处的导管流入第一空腔内。第一空腔和第二空腔连接在彼此之间，使得冷却流体能够从第一空腔流动到第二空腔。因此，通过上述示例性实施方式，提供了用于冷却流体的有效流路，从而气轮机的部件可以由冷却流体有效地冷却。
[0045]根据另外的示例性实施方式，气轮机还包括多个另外的定子叶片行，所述多个另外的定子叶片行位于第一定子叶片行和最后的第二定子叶片行之间。每个第一定子叶片行包括多个沿周缘方向依次布置的第一叶片。定子行中的定子叶片可以安装到一个共同的固定叶片载体。因此，具体地，沿着轴向在第一定子叶片行和第二定子叶片行之间可以插入三个、四个、五个或更多的定子叶片行。冷却通道在轴向上沿着所有的定子叶片行延伸，或者可以仅部分地预定的定子行之间延伸。因此，由于外冷却通道沿着整个涡轮级的延长，可以不需要用于设置另外的外冷却通道的另外安装。
[0046]必需指出，已经参考不同主题说明了本发明实施方式。具体地，一些实施方式已经参考设备类型的权利要求进行了说明，而其它实施方式已经参考方法类型的权利要求进行说明。但是，本领域技术人员根据以上及随后的描述将得出，除非另外指出，除属于一个类型的主题的特征的任意组合之外，认为本申请同样公开了在涉及不同主题的特征之间的、具体地在设备类型权利要求的特征与方法类型权利要求的特征之间任意组合。
【专利附图】
【附图说明】
[0047]本发明的以上限定的方面和其它方面根据下文所述的实施方式的示例是明显的，并且参考实施方式的示例来解释。下文中，将参考实施方式的示例更详细地说明本发明，但本发明不局限于实施方式的示例。
[0048]图1示出了根据本发明的示例性实施方式的气轮机；
[0049]图2示出了根据本发明的示例性实施方式的内壳；和
[0050]图3示出了根据本发明的示例性实施方式的外壳。
【具体实施方式】
[0051]图中的例示是示意性的。注意到，在不同的图中，类似的或者相同的元件提供有相同的附图标记。
[0052]图1示出了气轮机100，具体地燃气轮机。气轮机100包括内壳101，至少涡轮级的定子叶片安装到内壳101。此外，气轮机100包括外壳102，外壳102围绕内壳101布置，使得在内壳101和外壳102之间形成外冷却通道103。外冷却通道103包括流体进口 104，冷却流体能够从气轮机100的外部容积Vo通过该流体进口喷射到外冷却通道103中。冷却通道103包括流体出口 105，使得冷却流体被排出到气轮机100的内部容积Vi内。流体进口 104相对于流体出口 105布置成使得外冷却通道103内的冷却流体包括有这样的流动方向110，该流动方向110具有相对于气轮机100的工作流体的主流向106在反方向上定向的分量。
[0053]在图1中，指示了轴向107，其具体地描述了涡轮轴(未示出)的旋转轴的方向。垂直于轴线方向107地，指示了径向方向108，其描述了延伸通过例如涡轮轴的中心点的方向。
[0054]在内部容积Vi的外部分中，工作流体沿着主流向106流动。当流过内部容积Vi的外部分时，工作流体经过第一和第二定子叶片行111、112。第一定子叶片行111中的多个第一定子叶片可以围绕涡轮轴沿着周缘方向布置。第二定子叶片行112中的多个第二定子叶片可以围绕涡轮轴沿着周缘方向布置。在各个定子叶片行111、112之间，插入安装到涡轮轴并且围绕涡轮轴安装的转子叶片行113。流过内部容积的外部分的工作流体沿着主流向106膨胀，并且驱动转子叶片行113。总体上，工作流体热气或者蒸汽，其加热叶片和叶片行111-113和内壳101。因此，内壳101以及内部容积Vi内侧的气轮机部件必须由冷却流体冷却。
[0055]冷却流体例如是引气。冷却流体可以首先喷射到气轮机100的外部容积Vo内。夕卜部容积Vo可以是由另外的外壳114和内壳101形成的空腔。外部容积Vo可以由外壳102和另外的外壳114形成的导管形成，其中所述导管沿着轴线方向107延伸并且至少部分地沿周缘方向包围涡轮级。
[0056]外部容积Vo可以沿周缘方向的环状线圈形状，并且接近或更准确地说超过流体进口 104。当设计中不存在另外的外壳114时，是特别优选的布置。[0057]冷却流体从外部容积Vo流到外冷却通道103内的流体进口 104。外冷却通道103由内壳103的外表面和外壳102的内表面包围。在不例性实施方式中，外冷却通道103可在至少沿着冷却通道103的长度的部段中具有收缩的形状，从而外冷却通道103内的冷却流体被加速。
[0058]此外，外冷却通道103包括流体出口 105，冷却流体可以通过该流体出口 105从外冷却通道103排出到内部容积Vi中，并且具体地排出到具有管道的第一定子叶片中，或者到内冷却通道109内。外冷却通道103可以在第一中空定子叶片行111和第二定子叶片行112之间延伸的内壳101表面积延伸。而且，外冷却通道103可以沿着内壳101的外表面的周缘延伸。因此，外冷却通道103内的冷却流体沿着内壳101的外表面的较大部分流动，以便可以实现良好的热对流并且因此实现内壳101的高冷却效率。
[0059]具体地，流体进口 104和流体出口 105布置为使得冷却通道103内的冷却流体至少带有这样的分量地流动，该分量沿着相对于内部容积Vi内的工作流体的主流向106的反方向。
[0060]而且，内冷却通道109内的冷却流体的流体流动的方向被至少部分地引导向主流向106。因此，内壳101的外表面和内壳101的内表面由冷却流体包围，从而提高了冷却效率。
[0061]具体地，内冷却通道109形成在第一定子叶片行111的第一径向外端、第二定子叶片行112的第二径向外端和内壳101的(径向)内表面之间。
[0062]流过第一定子叶片的管道的冷却流体进一步排出到第一空腔115中，第一空腔115在第一定子叶片的径向内端处位于内部容积Vi的内部分中。从内腔115，冷却流体可以在气轮机100的内部容积Vi的内部分内流动，或者可以流过间隙或者管道经过插入的转子叶片行113、进入第二空腔116，第二空腔116位于第二定子叶片行112的第二定子叶片的径向内端处，第二定子叶片行112位于中空的第一定子叶片行111的下游。从第二空腔116，冷却流体可以进一步地在排出到内部容积Vi的外部分之前在内部容积Vi的内部分内流动，或者可以在第二定子叶片行112的第二定子叶片的管道内流动。因此，形成用于冷却流体的有效冷却路径。
[0063]图2示出了内壳101的透视图。为了更好的定向，示出了主流向106。而且，沿着内壳101的径向外表面，示出了冷却流体在外冷却通道103内的流动方向110。在相对于主流向106的、内壳101的上游位置或者边缘，示出了形成流体出口 105的孔。通过流体出口105的孔，冷却流体可以被喷射到气轮机100的内部容积Vi内。
[0064]在图2中，示出了内壳101形式锥形形状，其中横截面沿着主流向106增大。内壳101可以沿着气轮机100的涡轮段的周缘延伸，或者可以以可以配合在一起的多个部件沿着气轮机100的周缘方向分开。通过根据本发明的有效冷却，内壳100可以在气轮机的运行中被冷却到400-450°C左右的温度范围，从而可以不需要昂贵的镍机壳，并且成本有效的钢机壳可以用作内壳101。
[0065]图3示出了根据本发明的外壳102的透视图。为了更好的定向，示出了主流向106。外壳102可以安装在内壳101之上。外壳102包括锥形形状，其中外壳102的直径沿着主流向106增大。如果内壳101和外壳102包括不同的锥角，外冷却通道103的横截面沿着主流向106的变化的大小可以形成收缩的形状，以加速外冷却通道103内的冷却流体。[0066]如图3所示，外壳102包括形成流体进口 104的孔。如图3所示，形成流体进口104的孔形成在相对于形式内壳101中的流体出口 105的下游位置或者边缘处。因此，通过形成外壳102的流体进口 104的孔喷射的冷却流体在相对于主流向106的上游方向流出，并且通过形成内壳101的流体出口 105引出外冷却通道103。
[0067]外壳102可以沿着气轮机100的周缘延伸。而且，外壳102可以以环形部段分离，所述环形部段一起形成环形外壳102。
[0068]应该注意，术语“包括”并不排除其它的元件或者步骤，并且不定冠词“一”并不排除多个。另外，与不同实施方式结合说明的元件可以组合。另外应该注意，权利要求中的附图标记不应阐释为限制权利要求的范围。
【权利要求】
1.一种气轮机(100)，具体地为燃气轮机，所述气轮机(100)包括:内壳(101)，至少涡轮段的定子叶片能够安装到所述内壳(101)，和外壳(102 )，所述外壳(102 )围绕所述内壳(101)布置，使得在所述内壳(101)和所述外壳(102)之间形成外冷却通道(103)，其中，所述外冷却通道(103)包括流体进口( 104)，冷却流体能够通过所述流体进口(104)从所述气轮机(100)的外部容积(Vo)喷射到所述外冷却通道(103)内，其中所述冷却通道(103)包括流体出口(105)，使得所述冷却流体被排出到所述气轮机(100)的内部容积(Vi)，其中所述流体进口(104)相对于所述流体出口(105)布置成使得所述外冷却通道 (103)内的冷却流体包括有这样的流动方向，该流动方向具有相对于所述气轮机(100)的工作流体的主流向(106)在反方向上定向的分量。
2.根据权利要求1所述的气轮机(100)，其中，所述流体进口( 104)形成在所述外壳(102)中。
3.根据权利要求1或2所述的气轮机(100)，其中，所述流体出口( 105 )形成在所述内壳(101)中。
4.根据权利要求1至3中的一项所述的气轮机(100)，其中，所述外冷却通道(103)形成为收缩的形状，用于加速所述外冷却通道(103)内的冷却流体。
5.根据权利要求1至4中 的一项所述的气轮机(100)，进一步包括包括至少一个第一定子叶片的第一定子叶片行(111)，其中所述第一定子叶片行(111)安装到所述内壳(101)的第一部分，和包括至少一个第二定子叶片的第二定子叶片行(112)，其中所述第二定子叶片行(112)安装到所述内壳(101)的第二部分，其中，关于所述主流向，所述第二部分位于相对于所述第一部分的下游。
6.根据权利要求5所述的气轮机(100)，其中，所述外壳(102)围绕所述内壳(101)布置，使得所述外冷却通道(103)至少在所述第一定子叶片行(111)的所述第一部分和所述第二定子叶片行(112)的所述第二部分之间延伸。
7.根据权利要求5或6所述的气轮机(100)，其中，所述第二定子叶片行(112)包括另外的第二定子叶片，其中所述第二定子叶片和所述另外的第二定子叶片沿着所述气轮机(100)的周缘方向相对于彼此布置，其中所述外壳(102)围绕所述内壳(101)布置，使得所述外冷却通道(103)至少在所述第二定子叶片和所述另外的第二定子叶片之间延伸。
8.根据权利要求5至7中的一项所述的气轮机(100)，进一步包括内冷却通道(109)，所述内冷却通道(109)形成在所述第一定子叶片的第一径向外端、 所述第二定子叶片的第二径向外端和所述内壳(101)的径向内表面之间，其中所述内冷却通道(109)连接到所述流体出口( 105)，使得所述冷却流体的一部分流过所述内冷却通道(109)，其中所述冷却流体的所述部分包括这样的流动方向，该流动方向具有与所述气轮机(100)的工作流体的主流向(106)平行地定向的分量。
9.根据权利要求5至8中的一项所述的气轮机(100)，其中，所述至少一个第一定子叶片包括导管，其中所述第一定子叶片安装到所述内壳(101)使得冷却流体能够从所述流体出口(105)流入所述导管。
10.根据权利要求9所述的气轮机(100)，进一步包括第一空腔(115)，所述第一空腔(115)形成在所述第一定子叶片的第一径向内端处，和第二空腔(116)，所述第二空腔(116)形成在所述第二定子叶片的第二径向内端处， 其中所述至少一个第一定子叶片包括在所述第一径向内端处的开口，使得冷却流体能够从所述第一定子叶片处的所述导管流入所述第一空腔(115)内，其中所述第一空腔(115)和所述第二空腔(116)连接在彼此之间，使得冷却流体能够从所述第一空腔(115)流动到所述第二空腔(116)。
11.根据权利要求5至10中的一项所述的气轮机(100)，进一步包括多个另外的定子叶片行，所述多个另外的定子叶片行位于所述第一定子叶片行(111) 和所述第二定子叶片行(112)之间。
12.用于操作气轮机(100)的方法，具体地为燃气轮机，其中，所述气轮机包括内壳(101)和外壳(102)，至少涡轮段的定子叶片能够安装到所述内壳(101)，所述外壳(102) 围绕所述内壳(101)布置，使得在所述内壳(101)和所述外壳(102)之间形成外冷却通道 (103)，所述方法包括:将冷却流体从所述气轮机(100)的外部容积(Vo)通过所述外冷却通道(103)的流体进口(104)喷射到所述外冷却通道(103)中，以及将所述冷却流体通过所述冷却通道(103)的流体出口(105)排出到所述气轮机(100) 的内部容积(Vi)内，其中所述流体进口(104)相对于所述流体出口(105)布置成使得所述外冷却通道(103)内的冷却流 体包括有这样的流动方向，该流动方向具有相对于所述气轮机(100)的工作流体的主流向(106)在反方向上定向的分量。
【文档编号】F01D25/14GK103597170SQ201280020881
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2012年4月11日 优先权日:2011年4月28日
【发明者】K.默雷顿, K.斯科特 申请人:西门子公司