本发明涉及具有次级空气系统的燃气涡轮。
背景技术：
如已知的，在燃气涡轮中，流动穿过膨胀或涡轮区段的热气体可达到甚至高于1500℃的温度。经受高温的涡轮区域(如涡轮导叶和叶片，以及定子热屏障)的冷却经常为必需的，并且通常通过经由所谓的次级空气系统(SAS)将相对冷的空气流从压缩机区段朝向涡轮区段引导来实现。
在燃气涡轮的次级空气系统中，空气基本上出于成本和空间的原因，典型地通过外部管从压缩机放出部传递至涡轮区段，该外部管在数量方面为有限的(例如，两个或四个)。来自外部管的冷却空气接着供给至一个或更多个环形腔，其包绕涡轮转子并且限定在燃气涡轮的内壳和外壳之间。更具体而言，在一些情况下，环形腔可由涡轮导叶托架(TVC)和涡轮壳体(TH)形成。
离开供应管的冷却空气沿径向向内引导，并且在相应地点处直接冲击内壳。这导致沿围绕内壳的周向方向的显著的流动不均匀性和不平均的温度分布，因为热传递系数在直接冲击区域处高得多并且从其下降。进而，由于温度分布，故内壳的不同部分在使用中经受不同的热膨胀，并且内壳可以以椭圆形的方式变形。内壳的变形需要在相互面向的静止部分和旋转部分之间的较宽间隙，以防止操作期间的接触。然而，较宽的间隙可导致效率损失，因为热气流的较大部分可通过间隙泄漏，并且不与涡轮导片和叶片的流线型部分相互作用。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种燃气涡轮，其允许克服或至少减弱描述的限制。
根据本发明，提供一种燃气涡轮，其包括：
压缩机区段和涡轮区段，它们沿着轴线延伸；
外壳和内壳，它们在涡轮区段中界定彼此之间的环形腔；
冷却回路，其构造成通过外壳中的冷却入口将冷却流体流从压缩机区段引导至涡轮区段的环形腔；以及
挡板，其在相应冷却入口与内壳之间布置在环形腔中，并且构造成拦截供给穿过相应冷却入口的冷却流体流的至少部分，并且构造成防止拦截的冷却流体流直接地冲击内壳。
减少或完全避免冷却流体在内壳上的直接冲击导致了温度沿着内壳在周向方向上的更均匀分布。实际上，挡板使冷却流体流偏转，并且可围绕内壳产生湍流或旋转流。在两种情况下，避免了与内壳的不规则热交换，并且使温度分布更均匀。热膨胀因此在内壳的所有区段中为近似相同的，并且防止后者的变形。
此外，使冷却流体流的速度和压力分布更均匀，因此改进了冷却流体通过内壳壁至涡轮导叶和叶片的供应以及至内壳本身的内表面的供应。
根据本发明的方面，各个挡板由自由空间与内壳分离。
冷却流体由挡板、由挡板的边缘处的涡旋，或由偏转而转向，并且可围绕整个内壳(包括挡板与内壳之间的区域)提供有效的冷却作用。
根据本发明的方面，环形腔具有由外壳与内壳之间的径向距离限定的高度，并且挡板位于环形腔的高度的20％到80％之间。
根据本发明的方面，挡板在15°到65°之间的角上沿周向延伸。
根据本发明的方面，环形腔具有第一轴向长度，并且挡板具有在第一轴向长度的10％到100％之间的第二轴向长度。
根据本发明的方面，挡板定向成与通过冷却入口进入环形腔的冷却流体流的方向形成90°±45°之间的角。
根据本发明的方面，挡板相对于外壳中的对应冷却入口对称地布置。
挡板的定位可因此优化成使温度分布沿着内壳尽可能平均。
根据本发明的方面，挡板布置成将冷却流体的相应冲击射流分成沿相反周向方向偏转的流部分。
在到达内壳之前，冷却流体流的速度通过与挡板的相互作用以及通过具有相反方向的流部分的相互作用而平滑。相对于不具有挡板的布置，冷却流体流因此在向内壳提供其冷却作用之前，尤其是在挡板与内壳之间的区域中转向并减速。因此，冷却流体的速度在内壳的表面处更均匀，并且冷却效果更均一。
根据本发明的方面，挡板布置成使全部冷却流体流沿共同的周向方向偏转。
因此，冷却流体流采取旋转分量。内壳上的直接冲击在任何情况下被防止，并且速度状态围绕内壳为均衡的。
根据本发明的方面，挡板呈弯曲板的形式，该弯曲板在垂直于轴线的平面中具有曲率，并且均具有凸表面和凹表面。
根据本发明的方面，挡板定向成使得冷却流体流冲击挡板的凸表面。
根据本发明的方面，挡板定向成使得冷却流体流冲击挡板的凹表面。
根据本发明的方面，环形腔由环形壁沿轴向界定，并且挡板由环形壁中的至少一个支承。
根据本发明的方面，挡板从环形壁中的一个延伸至环形壁中的另一个，并且由两个环形壁支承。
附图说明
本发明现在将参照附图来描述，该附图示出了本发明的一些非限制性实施例，在该附图中：
图1为具有次级空气系统的燃气涡轮的透视图；
图2为根据本发明的实施例的图1的燃气涡轮的放大细节的、沿着图1的轴向纵向平面II-II切割的侧视图；
图3为沿着图2的平面III-III截取的、图1的燃气涡轮的正视截面视图；
图4为根据本发明的另一实施例的燃气涡轮的涡轮区段的正视截面视图；
图5为根据本发明的另一实施例的燃气涡轮的涡轮区段的正视截面视图；
图6为根据本发明的另一实施例的燃气涡轮的涡轮区段的正视截面视图；
图7为根据本发明的另一实施例的燃气涡轮的涡轮区段的正视截面视图；
图8为根据本发明的另一实施例的燃气涡轮的涡轮区段的正视截面视图；以及
图9为根据本发明的实施例的燃气涡轮的涡轮区段的细节的、沿着轴向纵向平面切割的侧视图。
具体实施方式
图1示出了整体上用数字1表示的燃气涡轮组件的简化视图。燃气涡轮组件1包括压缩机区段2、燃烧器组件3、涡轮区段5，以及冷却回路或次级空气系统7。压缩机区段2和涡轮区段5沿着主轴线A延伸。
燃气涡轮组件1的压缩机区段2提供压缩的气流，其添加有燃料并且在燃烧器组件3中焚烧。在压缩机区段2中处理的气流的一小部分为了冷却的目的由次级空气系统7引导至涡轮区段5，并且限定冷却流体流F。次级空气系统7包括抽取管8和供应管9。抽取管8联接于压缩机组件2的中间级，并且接收冷却流体流F，其为了通过供应管9冷却的目的接着供应至涡轮区段5。在图1的实施例中，次级空气系统7包括四个抽取管8和四个供应管9。然而，理解的是，次级空气系统可具有不同数量的抽取和/或供应管(例如，两个供应管)，以及用以使来自涡轮区段5的排气的气体作为冷却流体再循环的再循环管。
如图2和图3中示出的，涡轮区段5包括外壳10和内壳11，它们在一个实施例中可分别为涡轮壳和涡轮导叶托架。外壳10和内壳11围绕轴线A延伸，并且界定彼此之间的环形腔13。更确切地说，环形腔13由外壳10向外界定，由内壳11向内界定，并且沿轴向方向由相对侧上的成对环形壁15界定。腔13中的一个可由外壳10的连接和外壳11的连接在一侧沿轴向界定。
次级空气系统7的供应管9通过外壳10中的相应冷却入口17与环形腔13中的至少一个流体联接。因此，环形腔13形成冷却室，并且将冷却流体通过内壳11中的冷却通路18供应至涡轮区段的内部定子部分(例如，涡轮导叶(未示出)，或涡轮导叶托架的内表面)。
挡板20在相应冷却入口17与内壳11之间布置在环形腔13中。在一个实施例中，挡板20呈弯曲板的形式，该弯曲板在垂直于轴线A的平面中具有曲率，并且均具有凸表面和凹表面。挡板20构造成拦截供给穿过相应冷却入口17的冷却流体流F的至少部分，并且构造成防止拦截的冷却流体流F直接地冲击内壳。“直接冲击”在本文中理解为意味着冷却流体流F沿着大致上径向方向从冷却入口17到达内壳11，而不与冷却入口17和内壳11之间的其它构件相互作用或者至多与环形壁15相互作用。因此，根据描述的实施例，至少对于冷却流体流F的一部分而言，因为挡板20的存在而不存在直接冲击。
挡板20布置在环形腔13中，其中自由空间在挡板20与内壳11之间。外壳10与内壳11之间的径向地点、周向方向上的大小，以及相对于从相应冷却入口17到达的冷却流体流F的方向的角可根据需要针对挡板20选择。合适的范围的实例可如下。
挡板20可位于环形腔13的高度H的20％到80％之间，环形腔13的高度H由外壳10与内壳11之间的径向距离限定。
挡板20可在15°到65°之间的角上沿周向方向延伸。
挡板20可具有在环形腔13的轴向长度L'的10％到100％之间的轴向长度L，轴向长度L'由环形腔13的环形壁15之间的轴向距离限定。
挡板20可定向成与通过冷却入口17进入环形腔13的冷却流体流F的方向形成冲击角(在90°±45°之间)。(挡板20的)冲击角限定为在冲击地点处冲击挡板20的冷却流体流F的方向与在冲击地点处与挡板20相切的平面之间的角。
在图3的实施例中，四个挡板20相对于外壳10中的四个对应的冷却入口17对称地布置，并且大致上拦截进入腔13的全部冷却流体流F。挡板20定向成使得冷却流体流F冲击它们的凸表面。此外，冷却流体的冲击射流由相应的挡板20分成沿相反周向方向偏转的流部分F1,F2。挡板20可定向成垂直于相应的冷却流体流F。
在图3的实施例中，挡板从环形壁13中的一个延伸至环形腔13的环形壁13中的另一个，即，横跨环形腔13的整个轴向长度L'。在该情况下，挡板20由两个环形壁15支承。挡板20例如通过焊接或螺栓连接刚性地连接于环形壁15。挡板20还可与环形壁15中的一个集成。
冷却流体流F在内壳11上的直接冲击由挡板20防止。冷却流体冲击挡板20，并且基本上沿周向偏转。压力梯度、在挡板20的边缘处的涡流，以及由相邻挡板20沿相反方向偏转的冷却流体的部分的相互作用使冷却流体流F的径向速度分量下降，并且使冷却流体还引导在挡板20与内壳11之间的空间中，因此还在该区域中提供均匀的冷却效果。
在一个实施例(图4)中，针对一样多的供应管9和冷却入口17，存在两个挡板(此处由附图标记120指示)。挡板120中的每一个的构造、地点以及方位大致上与已经描述的相同，并且在任何情况下，在针对径向位置、周向大小以及冲击角指示的范围内。
在图5中示出的一个实施例中，挡板220布置成使全部进入的冷却流体流F沿共同的周向方向(图5中的顺时针方向)偏转。在该情况下，挡板220可形成冲击角(接近135°，例如在125°到135°之间)，并且定向成接收在它们的凸表面上的冲击冷却流体流F。
此外，在图6中示出的实施例中，挡板320布置成使全部进入的冷却流体流F沿共同的周向方向偏转。然而，在该情况下，挡板320定向成接收在它们的凹表面上的相应冷却流体流F。
在图7中示出的另一实施例中，挡板420可呈平板的形式，该平板布置成使全部冷却流体流F沿共同的周向方向偏转。
在图8的实施例中，挡板520为尖端形状的，其中尖端朝向外壳10以如下方式定向，以便使相应的冲击冷却流体流F分裂。
本发明的另一实施例在图9中示出。在该情况下，挡板620具有小于环形腔13的轴向长度L'的轴向长度L。经由实例，挡板620的轴向长度L可为环形腔13的轴向长度L'的30％至50％。挡板620由界定环形腔13的环形壁13中的仅一个支承，并且仅拦截来自相应的冷却入口17的冷却流体流F的一部分。
最后，明显的是，描述的过渡管道可经受改型和变型，而不脱离如所附权利要求中限定的本发明的范围。