[發明專利]具有細分成環帶扇區的環形通道的燃氣輪機

有效

• 申請號: 201580044772.8
• 申請日: 2015-08-12
• 公開（公告）號: CN106661958B
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發明（設計）人: M·許寧;O·戈斯曼;U·卡爾斯托夫
• 申請（專利權）人: 西門子股份公司
• 主分類號: F01D19/00
• 分類號: F01D19/00;F01D25/14
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華

本發明涉及一種燃氣輪機(1)包括至少一個內殼體部件(2)和至少一個外殼體部件(3)，在之間至少部分地布置有環形通道(4)，該環形通道圓周地包圍在燃氣輪機(1)的操作期間盛行的工作流體(5)的有用流動和燃氣渦輪轉子(6)，其中環形通道(4)被設計成在圓周方向上引導冷卻流體(8)、尤其是壓氣機空氣，其中環形通道(4)借助于分隔部(7)在圓周方向上被細分成環帶扇區，其中在環形通道(4)中至少部分地設置管(20)，該管將獨立的環帶扇區(10)彼此流體地連接，其中管(20)被設計為流體地連接至用于傳導冷卻流體的至少一個冷卻流體給送線路(9)并具有至少一個出口開口(21)、優選多個出口開口的分配管，該至少一個出口開口被設計成將冷卻流體(8)從管(20)傳遞到環帶扇區(10)內。

技術領域

本發明涉及一種燃氣輪機，其具有至少一個內殼體部件和至少一個外殼體部件，在之間至少部分地布置有環形通道，環形通道包圍燃氣渦輪轉子和在燃氣輪機的操作期間盛行的工作流體的有用流動，其中環形通道被設計成引導冷卻流體、尤其是壓氣機空氣。

背景技術

這樣的燃氣輪機典型被設計為固定式燃氣輪機，但也設計為具有金屬殼體部件的航空發動機，其具有大的熱容量并因此也具有高的熱存儲能力。在殼體部件中，典型地設置了排放開口，其被設計成將來自環形通道的冷卻流體引導至燃氣輪機的進一步的流體地連接的區段，用于附加的冷卻和密封目的。此外，冷卻流體自然也用于熱調節(即用于冷卻)定界環形通道的組成部件。

取決于燃氣輪機的操作條件，有必要僅給環形通道給送比較少量的冷卻流體。這從而導致能夠在環形通道中形成自由對流單元，該對流單元由于溫度差異而形成在環形通道內側。自由對流單元進而對環形通道中的總體流量具有顯著影響，使得有時在環形通道中的冷卻流體分布形成不期望的非對稱性。因此，越來越多地在環形通道內側形成比其他區域熱的局部區域。作為溫度分布方面的溫度不均勻的結果，燃氣輪機的幾何形狀可能由于獨立的局部區域的不同材料膨脹而扭曲。

由于該扭曲，后果會是燃氣輪機的軸向對稱性的損失，作為其結果，燃氣輪機的轉動與固定組成部件之間沿燃氣輪機的縱向方向在橫截面內側圓周上的間隙距離是不同的。所以，已知例如由于在起動過程期間燃氣輪機內側的不均勻的溫度分布，可能會發生整個殼體的橢圓化或翹曲。

此外，冷卻流體在環形通道中的對流分布提供了在環形通道的圓周上的不同的冷卻流體溫度。然而，作為結果，在燃氣輪機那些區段上接出現可變的冷卻流體溫度，這些區段需要由冷卻流體在其上執行附加冷卻功能，像從環形通道給送的渦輪葉片冷卻的情況中一樣。作為后果，可能要求這些區段必須設計為增加冷卻流體消耗，這在技術上有必要避免。

相應地，燃氣輪機中的組成部件總是要針對最不利的幾何情況來設計，作為其結果，增加了效率損失或成本增加。

這樣的問題在大多數燃氣輪機的情況中典型地被忽略，并且容許效率損失或成本增加。尤其容許的是如下事實，內殼體部件與轉動組成部件之間的間隙距離(特別是當燃氣輪機不會經受扭曲或翹曲時)大于它們可能的間隙距離。

用于避免這些問題的一些嘗試已經從現有技術(例如從EP1505261A1)已知，其給予了將環形通道在圓周方向上細分成彼此流體地分離的多個區的教導。

該流體細分使得能夠至少部分防止或者甚至完全防止在整個環形通道上的自由對流單元的形成。相當的技術方案例如從GB2,017,826 A、US 5,219,268 A或US 4,631,913A已知。然而，環形通道流體細分成多個區的的缺點在于，必須從外側給獨立的環帶扇區昂貴地給送冷卻流體，并且所有扇區在各情況中都要求給送線路。此外，獨立的扇區的流體分離已證明是在如下方面是有問題的，獨立的扇區可能要求不同的冷卻容量。作為后果，每時間單位不同量的冷卻流體要給送至扇區，作為其結果，開環和閉環控制上的開銷也顯著地增加。

發明內容