[實用新型]一種燃氣輪機的透平機

有效

• 申請號: 201320538582.X
• 申請日: 2013-08-30
• 公開（公告）號: CN203403909U
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 馮永志;由岫;林鐵;張春梅;黃偉成;卜一凡;葛春醒;王穎;翁振宇;陳洪港;于寧;孫立權;劉勃
• 申請（專利權）人: 哈爾濱汽輪機廠有限責任公司
• 主分類號: F01D1/04
• 分類號: F01D1/04;F01D5/06;F01D5/08;F01D5/14;F01D5/18;F01D9/02;F01D25/14
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本實用新型涉及一種燃氣輪機的透平機，尤其是一種具有等中徑燃氣通道、四級透平葉片的燃氣輪機透平機，該透平機在燃氣輪機中，能夠高效、安全地將燃氣的熱能轉化為轉子的機械能。

背景技術

現代發電用大功率燃氣輪機以燃用氣體燃料為主，其透平系統普遍采用帶冷卻多級透平方案，即高溫燃氣從燃燒室出口通過帶冷卻結構的導向靜葉柵，導入第一級動葉片釋放一部分能量做功。在第一級動葉片后設置類似的靜葉柵和動葉柵結構，逐級將高溫燃氣的熱能轉化成機械能。

根據整機對透平做功能力的要求，對透平級的分配進行熱力計算，不同的透平級分配形式，對透平的氣動性能有較大的影響。高溫燃氣進入燃氣通道內，對靜葉和動葉均有一定的熱侵蝕，僅依賴于材料的耐熱和耐腐蝕能力，已不能達到安全要求，因此需要采用帶冷卻結構的透平工作葉片。隨著不同級的能量吸收，其溫度逐漸降低，因此葉片的冷卻結構也逐漸趨于簡單。

發電用燃氣輪機對透平系統的要求是高透平進口溫度、高熱轉換效率、長時間穩定運行，一個例子是作為現代燃氣輪機電站主力設備的F級燃氣輪機透平第一級動葉進口燃氣溫度達到1300℃、透平等熵效率90%以上、檢修間隔＞8000小時。

目前傳統的透平系統，在產品開發和運行中存在以下問題：①F級中低熱值的燃氣輪機，采用3級透平方案，隨著對透平功率的增加，透平所需要的燃氣流量增大，透平出口面積將增大，葉片通道的擴張角將增大很多，透平的氣動性能較差。②透平轉子上動葉輪盤與中間盤結構緊湊，受通道高溫燃氣的影響，在各級輪盤和中間盤間合理布局冷卻孔的分布，便于轉子及其組件的冷卻效果控制，隨著透平功率和透平級數增加，轉子渦輪盤內徑變化較大，連接各級渦輪盤較為復雜。③透平第一級工作環境最為惡劣，第一級透平靜葉直接與燃燒室出口相連，葉片的上下端壁和葉身承受最惡劣的熱沖擊和熱腐蝕，其冷卻難度相對較大。透平第一級動葉在長期的運行中存在葉片下緣板和葉型尾緣上端部分失效的事故案例，復雜的內冷結構導致冷氣進入葉片后流動阻力較大，最終導致葉片尾緣處冷卻效果較差，甚至存在失效現象。

燃氣輪機的發展已經對透平系統的性能提出進一步的要求，即透平進口燃氣溫度達到1500℃以上、第一級動葉入口溫度達到1400℃以上、透平效率高達91%。所述的傳統的透平通流形式和葉片冷卻系統控制技術存在的問題將更加尖銳，甚至完全不能滿足所述進一步發展的要求。

實用新型內容

為了解決上述現有技術中透平的效率問題，本實用新型提出一種具有等中徑燃氣通道、四級透平葉片的燃氣輪機透平機，本實用新型重新設計了透平系統的通流結構，采用四級透平方案合理重新分配各級焓降，采用等中徑設計方法有效的控制了子午型面的過渡，透平葉片的葉身型線采用全新設計，各級葉片沖角控制在10°之內，整體滿足高熱轉換效率的要求。

本實用新型所提出一種燃氣輪機透平機包括：機殼10，透平機入口24，透平機出口25，一個透平轉子22，四級靜葉11、13、15和17，以及四級動葉12、14、16和18，其中：

所述透平機入口24位于所述透平機的一端，作為高溫燃氣的入口；

所述透平機出口25位于所述透平機的另一端，作為高溫燃氣的出口；

所述四級靜葉11、13、15和17的靜葉片依次安裝在固定的機殼10上，所述四級動葉12、14、16和18的動葉片依次安裝在透平轉子22的同一側并帶動所述透平轉子22一起旋轉；

所述四級靜葉11、13、15和17和四級動葉12、14、16和18在所述透平轉子22的軸線方向上依次交替排列，并在內部形成燃氣通道；

所述透平轉子22、四級靜葉、四級動葉均處于所述機殼10所形成的空間中；

其中，每一級靜葉均包括多個靜葉片，所述多個靜葉片沿圓周方向互相獨立的固定在機殼10上，每個靜葉片的外形為沿圓周方向扭轉的流線形；

第一級靜葉11、第二級靜葉13和第三級靜葉15均采用雙通道雙套層結構，第四級靜葉17為空腔冷卻結構；

所述機殼10上沿軸向設有若干個冷卻空氣通道，所述冷卻空氣通道與各級靜葉的內部通道以及燃氣通道相通，低溫空氣經由所述機殼10上的冷卻空氣通道流入各級靜葉的內部通道，最終流入燃氣通道，并冷卻沿程部件；

所述透平機的每一級動葉均包括多個動葉片，所述多個動葉片沿圓周方向互相獨立的安裝在透平轉子22的相應級的動葉輪盤上；