本发明涉及一种燃气轮机，其具有至少一个转子和内壳部分，用于在转子和内壳部分之间形成环，其中环被设计成供应冷却流体，该冷却流体允许转子在燃气轮机的操作期间被冷却。
背景技术：
由于在燃气轮机中的燃烧操作期间的高气体温度，需要适当地冷却多个功能部件。特别是在燃气轮机的中心区段的区域中，在该区域中来自燃烧室的源于燃烧的热气体与多个部件相互作用，需要有效地冷却旋转的转子。这种冷却通常通过在转子的纵向方向上延伸的环来进行，在环中引入冷却流体(通常是压缩空气)，以便通过其排出管线从环向外部散发热能。
实质上，将两个功能分配给引入到环中的冷却流体。除了转子的冷却功能之外，冷却流体还用于冷却膨胀涡轮的转子叶片，其中为此，冷却流体通过转子中的合适的排出管线朝向膨胀涡轮的转子叶片传导出去。针对将冷却流体转移到转子的相关排出管线中，然而排出管线开口处的转移努力或进入努力尽可能地小是必要的。为此，冷却流体在大多数情况下通过预旋流系统引入环，该系统相应地将冷却流体在转子的运动方向上切向地加速到其表面。理想地，使冷却流体达到转子的圆周速度，从而可以节省在转移到排出管线开口期间的附加的进入努力。为了转移，冷却流体通常从适当形成的预旋流系统的旋流供应管线排出，在其横向(垂直于转子的纵向方向)上穿过环，并且被馈送到在转子中的排出管线的开口。
由于冷却流体相对于转子表面的切向流动调节，也大大降低或甚至防止机械转子功率转移到冷却流体而产生热量。当从旋流供应管线排出时，冷却流体本身从而处于热调节状态，该热调节状态特别适用于待冷却转子表面上的散热，从而由于转子-流体摩擦具有显著的负面影响而导致的局部温度下降而不加热冷却流体，将热量转移给冷却流体能够有效地进行。为了在相应的热转移之后能够将转子的热损失适当地散发到外部，需要能够以受控的方式从环中排出冷却流体。
例如在EP 1 537 296 B1中描述了用于冷却转子以及用于将冷却流体送入转子的入口通道的这种环系统。其中描述了一种环，其中冷却流体分别从两个旋流供应管线流入环，或者转移到转子中的冷却流体排出管线的相应入口开口。两个旋流供应管线被设计用于向环供应冷却流体，其中冷却流体通过到所述转子的表面的切线方向上的流动分量施加作用，并且其中第一旋流供应管线和第二旋流供应管线是也通过多个密封元件彼此流体地分离。因此，为了不妨碍将冷却流体从第二旋流供应管线转移到转子的排出管线的入口开口中，因此，现有技术的发明提供了安装旁通管线，其使冷却流体绕过第二旋流供应管线到环中。作为旁路管线的结果，在第二旋流供应管线和转子中的排出管线的入口开口之间的交叉区段的区域中发生相对较低的干扰横流，从而可以进行将冷却流体有效地转移到转子。
然而，从现有技术已知的该实施例的缺点首先是相当高的技术成本，因为旁路管线必须内置在燃气轮机的内壳部分中。此外，在从现有技术中已知的解决方案的情况下，还出现了形成在第一和第二旋流供应管线之间的死空间，并且其中转子冷却首先通过冷却流体的对流传递进行。然而，这使在转子的限定死空间的区段中仅获得不令人满意的冷却，并且因此导致转子在某些区域的高加热，然而，这是需要避免的。
与现有技术的这些缺点相关联，因此提出了一种能够避免现有技术已知的缺点的燃气轮机的技术要求。特别地，要提出的燃气轮机是能够有利地冷却限定环的部件，但不需要高的技术费用。最重要的是，避免在某些区域造成不同冷却速率的环中的死空间。
技术实现要素：
本发明所基于的这些目的是通过根据权利要求1的燃气轮机实现的。
本发明所基于的目的尤其通过燃气轮机来实现，燃气轮机具有至少一个转子和内壳部分，用于在转子和内壳部分之间形成环，其中在一端处环流体连接到压气机区段、并且在另一端流体连接到膨胀涡轮区段，其中所述环设计成供给冷却流体，所述冷却流体允许转子在燃气轮机的运行期间被冷却，并且还提供第一旋流供应管线和第二旋流供应管线，第一旋流供应管线和第二旋流供应管线被设计用于向所述环供应冷却流体，其中所述冷却流体通过到所述转子的表面的切线方向上的流动分量施加作用，并且其中在环中在第一旋流供应管线与第二旋流供应管线之间还提供作为流动阻力的第一密封元件，其中在转子中在第一密封元件与膨胀涡轮区段之间还设置排出管线，排出管线被设计用于从第二旋流供应管线接收和排出冷却流体，并且其中不设置用于以如下方式从第一旋流供应管线传导冷却流体的旁路管线，使得由此传导的冷却流体围绕第二旋流供应管线传导，以便再次供给到环的位置。
根据本发明，“转子”一词是指燃气轮机转子组件的所有旋转部分，它们产生环的边界。在这种情况下，也特别包括燃气轮机转子组件的盘和间隔件。
根据本发明，因此提供的是通过密封元件将环细分成两个彼此流体分离的区域，其中第一区域首先通过第一旋流供应管线供应冷却流体并且第二区域首先通过第二旋流供应管线供应冷却流体。然而，在这种情况下，明确不设置用于在第二旋流供给管周围传导冷却流体的旁路管线，从而相应地降低了技术成本，并且冷却流体在形成环的整个表面上的冷却功能可以保证。
为了实现对转子的旋转表面的有效冷却，将冷却流体经由两个旋流供应管线传送到环中，流入彼此流体分离的相应区域。通过密封元件，环被细分为两个可以很大程度上分开地实现上述两个功能的区域。在如下区域中(在该区域中，不设置将冷却流体转移到转子的排出管线的入口开口以用于将冷却流体运送到膨胀涡轮的转子叶片上)，可以为环有效地提供用于转子表面的几乎独有的冷却功能。然而，在环的另一区域中，应考虑横向流动，即在环的纵向方向上的流动，其与待转移到转子的排出管线的入口开口的冷却流体流体地相互作用。相互作用导致冷却流体进入排出管线入口开口的稍低的转移效率，但是为了改进转子表面的热冷却，可以接受这一点。此外，与被转移到排出管线的入口开口的冷却流体相互作用的横向流量优选比相对于被转移到排出管线的入口开口的冷却流体的量更小，使得转移期间发生小的效率损失。
此外，使用两个分离的旋流供应管线允许单独调节环相应区域中的冷却流体的质量流量和压力。通过适当选择第一密封元件，也可以基本上改进的方式对冷却流体的相应功能进行适当的调节。
在这一点上，应当指出的是，目前描述的燃气轮机首先优选地仅是固定式燃气轮机。内壳部分通常构造为轴盖，使得环在转子的旋转部分和轴盖之间形成。
由于根据本发明，不设置用于绕过第二旋流供应管线的旁通管线，也不会形成只有通过对流冷却才能使旋转部件的表面冷却的死空间。相反，通过在到转子表面的切线方向上的旋转冷却流体流，整个环在由第一密封元件限定的两个区域中有效地被冷却。
同时，可以对通过第一密封元件分离的相应区域的进行令人满意的分离，使得能够实现两个功能相对有效的分离，这两个功能特别是冷却转子表面和将冷却流体转移到转子排出管线的入口开口。此外，由于跨过第二密封元件的环的纵向方向的流动，可以实现相关区域中转子的运动部件的充分的表面冷却。
根据第一特别优选的实施例，在环中还提供了第二密封元件，第二密封元件布置在第二旋流供应管线和膨胀涡轮区段之间。第二密封元件特别地设置在转子中的排出管线和膨胀涡轮区段之间。在这种情况下，第二密封元件基本上防止了冷却流体与膨胀涡轮区段的相邻区域的交换，从而可以大大减少冷却流体的损失。
此外，根据实施例，可以将第一密封元件和第二密封元件之间的区域很大程度上最小化，使得该区域首先用于将冷却流体输送到转子中的排出管线的入口开口中。由第一和第二密封元件限定的环的该区域可以特别地是比由第一密封元件和压气机区段限定的其他区更小的设计，尤其是在环的纵向范围的方向上的五分之一甚至更小。由于冷却流体相对于第一和第二密封元件之间的转子表面的有利的切向速度，相对地将较少的动能加到冷却流体中，结果可以减少能量传递损失。由于能量转移损失减少，冷却流体的温度相对较低，使得该区域的冷却能力也相对较大。除了提高燃气轮机效率水平外，结果也是更有效的冷却水平。
根据这个构思的延续，排出管线径向设置在转子中。排气管线的入口开口特别是径向设置在转子中。结果，该实施例特别地不同于与通常需要更大空间要求的轴向实施例。例如从上面针对现有技术的文献中已知的文献已知的轴向实施例，换言之，用于将冷却流体从第二旋流供应管线沿轴向方向转移到转子中的排出管线的入口开口中。由于排出管线的径向布置，也可以有效地防止死空间，死空间中对流冷却占整体冷却中的相当大比例。
根据本发明的另一优选实施例，提供的是，第二旋流供应管线的有效流动截面大于第一旋流供应管线的有效流动横截面。在这种情况下，有效的流动横截面是均值或平均流动横截面，因此限定了每单位时间的冷却流体的流量。在这方面，可以确保来自第二旋流供应管线的用于转移到转子的排出管线的入口开口中的冷却流体在沿纵向仅在很小的程度受到沿着转子的表面的横向流动的影响。此外，可以以这样的方式建立压力比，使得第一密封元件在朝向膨胀涡轮区段处的区域具有比第一密封元件在指向压气机区段的一侧上的静压力更高的静压力。这样做的结果，只有相对较小比例的流过第一旋流供应管线进入环中的冷却流体流过第一密封元件，使得在环中，在压气机区段和第一密封元件之间，回流基本上可以朝向压气机区段产生。因此，回流在朝向压气机定向的方向上逆着燃气轮机中的热气体主流而传递。
根据本发明的另一优选实施例，提供的是，第一旋流供应管线和第二旋流供应管线的有效流动横截面的比例被选择为使得在燃气轮机的操作期间，小于10％的通过第一旋流供应管线传导的冷却流体也流过第一密封元件。在这方面，从第一旋流供应管线流入环的相对较少的冷却流体与从第二旋流供应管线馈送到环中的冷却流体混合。在这方面，来自第二旋流供应管线的冷却流体的切向流动分量也仅受到相当小的影响。
由于与压气机部相比第一旋流供应管线区域的压力较高，此外可以确保在第一旋流供应管线和压气机区段之间沿环的长度方向的回流能够形成，使得实现限定环的部件的有效冷却。在这种情况下，馈送回的冷却流体可以在压气机区段的区域中重新进入压气机，并且在可能的压缩之后再次从压气机排出。
根据本发明的另一优选实施例，提供的是，与压气机区段相关联的环的端部被设计成使得在燃气轮机运行期间，冷却流体可以被转移到压气机的最后的转子叶片排的区域中。这样做的结果，通过第一旋流供应管线引入到环中的冷却流体再次被转移到压气机中，使得本质上可以形成一个循环。冷却流体从压气机排出，特别是以压缩形式再次排出，并可再次馈送到第一旋流供应管线。通过形成这样的循环流动，可以有效地防止冷却流体的流失，结果也能够在操作期间保持较高的燃气轮机效率。
根据本发明的另一特别优选的实施例，提供的是，第一旋流供应管线和第二旋流供应管线都设置在内壳部分中。
根据本发明的另一特别优选的实施例，提供的是，第一旋流供应管线和第二旋流供应管线与同一室流体连通，以在相同的压力下供应冷却流体。因此，两个旋流供应管线从相同的冷却流体储存器馈送，使得环的相应区域中的压力设置可以容易地通过相应的旋流供应管线和密封元件的适当几何形状进行。
附图说明
下面将参照附图详细描述本发明。在这种情况下，应当参考该图仅被示意性地理解，并且这对于本发明的实施没有限制。
图中所示的具有相同的附图标记的所有技术特征，具有相同的技术效果。
此外还要指出的是，在本案中要求保护随后描述的技术特征的可选组合，只要这些组合能够实现本发明所依据的目的。
在这种情况下，在图中：
图1示出了沿燃气轮机的纵向方向穿过根据本发明的燃气轮机的环的截面图。
具体实施方式
本图示出了沿着根据本发明的燃气轮机1的环4在纵向方向上的截面图。在这种情况下，环4在端部分别由压气机区段5和膨胀涡轮区段6限定，并且布置在内壳部分3(通常形成为轴盖)和转子2之间。转子2的部件在燃气轮机1的操作期间执行旋转运动，使得它们相对于静态内壳部分3移动(移出纸的平面外或进入纸的平面内)。
由于在该区域盛行高温，因此需要冷却内壳部分3和转子2，以便能够在这些区域相应地散发热量。冷却通过冷却流体8进行，冷却流体8在这种情况下是压气机空气10，其中压气机空气10在压气机出口22的区域中排出、并且在扩压器23的区域中减速。由于减速时，建立了相对较高的静压力，通过该静压力，压气机空气10通过壳体中的另一开口7之后可以被转移到合适的充气室9。充气室9用作压气机空气10的储存器，以便用冷却流体8(压气机空气10)供应与环4流体连通的两个旋流供应管线11和12。
两个旋流供应管线11和12允许冷却流体8分别转移到环4的通过第一密封元件13分离的区域中，其中两个功能基本上由冷却流体8执行。在一方面，冷却流体8用于从限定环4的部件的顶部表面散热，另一方面，冷却流体8用于转移进排出管线15(具有未提供附图标记的入口开口)中至转子2中的通道系统28。因此，通道系统28允许冷却流体8被馈送到膨胀涡轮的第一转子叶片排26，用于冷却目的。
为了将冷却流体8从第二旋流供应管线12尽可能有效地转移到排出管线15的入口开口，通过具有切向运动分量的第二旋流供应管线12作用于冷却流体8，该切向分量允许冷却流体8在从第二旋流供应管线12排出之后基本上在转子表面的圆周方向上流动。作为这样做的结果，很大程度上避免了冷却流体8在转移到转子本身的排出管线15的入口开口期间必须被相应的运动分量作用的效果，否则转子2将相应地被剥夺了旋转能量。与第二旋流供应管线12相关联的环4的区域通过密封元件13和14分别在端部被密封。在这方面，还可以确保较高比例的通过第二旋流供应管线12馈送的冷却流体8能够被转移到排出管线15中。然而，较小比例的冷却流体8在环4的纵向方向上流动穿过第二密封元件14进入膨胀涡轮区段6中。从那里冷却流体8与来自膨胀涡轮中膨胀的燃气轮机1的热气体一起被排出。
此外，冷却流体8经由第一旋流供应管线11被馈送到环。冷却流体8在这种情况下流入第一密封元件13和压气机区段5之间的区域，在其中形成回流，使得冷却流体流在环4中从第一旋流供应管线11流向压气机。该冷却流体流仅用于从限定环4的该区域的部件输送热量。在将冷却流体8转移到压气机区段5中之后，冷却流体8在更新压缩之后，作为压气机空气10经由压气机出口22馈送到扩压器23。在这方面，可以在压气机区段5和第一旋流供应管线11之间建立循环流动，并且可以有效地散发来自环4的分别相关联的区域的热量。
根据第一旋流供应管线11或第二旋流供应管线12的流动横截面的设置，并且根据第一密封元件13或第二密封元件14的密封效果，可以有利地建立通过第一密封元件13分离的环4的两个区域中的流量比，使得例如冷却流体10朝向压缩机区段5的回流也可以建立。
从从属权利要求限定了另外一些实施例。