[發明專利]用于燃氣渦輪發動機的中框架殼體的熱屏蔽歧管系統

有效

• 申請號: 201480008794.4
• 申請日: 2014-02-05
• 公開（公告）號: CN105209723B
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發明（設計）人: C·A·邁耶;J·恩格;C·A·肖普夫
• 申請（專利權）人: 西門子能源公司
• 主分類號: F01D25/26
• 分類號: F01D25/26;F02C7/12
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所11256
• 代理人: 王茂華,黃海鳴

關于聯邦資助研究或開發的聲明

本發明的開發部分地由美國能源部關于先進渦輪機開發計劃的合同編號為DE-FC26-05NT42644-Sub011的支持。因此，美國政府可以具有本發明中的某些權利。

技術領域

本發明大體指向于渦輪發動機，并且更特別地指向于渦輪發動機中的冷卻流體供給系統。

背景技術

典型地，燃氣渦輪發動機包括用于壓縮氣體的壓氣機、用于將壓縮氣體與燃料混合并將混合物點燃的燃燒器和用于產生動力的渦輪葉片組件。燃燒器經常在可超過2,500華氏度的高溫下操作。典型的渦輪燃燒器配置使渦輪葉片組件暴露于這些高溫中。作為結果，渦輪葉片和渦輪翼片必須由能夠承受這樣的高溫的材料制成。渦輪葉片、翼片和其他部件經常含有用于延長這些物品的壽命并降低作為過高溫度的結果而故障的可能性的冷卻系統。

典型地，中框架殼體在壓氣機與排出殼體之間并且在一些配置中在壓氣機殼體與排出殼體之間延伸。中框架殼體經常將壓氣機泄放空氣經過通道輸送至渦輪轉子組件。當中框架外殼空氣溫度超過450攝氏度時，大部分常用的鋼合金變成蠕變極限。隨時間推移，材料變得脆化并且在高于450攝氏度的溫度時遭受永久蠕變變形。因此，當設計要求增加并且峰值壓氣機排放溫度接近550攝氏度時，使用標準合金和傳統技術來滿足160,000小時且5,000起動部件壽命周期閾值變得不太可能。

發明內容

本發明涉及公開一種用于壓氣機與渦輪組件之間的內殼的熱屏蔽歧管系統。熱屏蔽歧管系統保護外殼體不受高溫壓氣機排放空氣的影響，由此使得在壓氣機與渦輪組件之間延伸的外殼體能夠由與否則的話將要求的相比不太昂貴的材料形成。另外，熱屏蔽歧管系統可以被配置成使得壓氣機泄放空氣被從壓氣機傳遞到熱屏蔽歧管系統內而沒有經過易發生泄漏的傳統凸緣-凸緣接頭。

熱屏蔽歧管系統可以被包括在渦輪發動機內并且可以包括位于轉子組件上游的一個或多個燃燒器。轉子組件可以包括從轉子徑向向外延伸的至少第一、第二排的渦輪葉片。渦輪發動機還可以包括位于燃燒器上游的壓氣機并可以包括徑向向內延伸且終止于轉子組件附近的一個或多個排的渦輪翼片。渦輪發動機還可以包括與渦輪翼型連通的渦輪翼型冷卻室和從壓氣機的下游端部區域延伸至轉子組件的上游端部區域的內殼體。渦輪發動機可以包括位于內殼體的徑向向外且周向上包封內殼體的熱屏蔽壁，由此在內殼體的外表面上形成熱屏蔽歧管。熱屏蔽壁可以與壓氣機排氣連通使得壓氣機排氣將冷卻流體供給至熱屏蔽歧管，并且與渦輪翼型冷卻室連通使得熱屏蔽歧管將冷卻流體供給至渦輪翼型冷卻室。在一個實施例中，渦輪翼型冷卻室可以是將冷卻流體提供至第二排渦輪翼片的渦輪翼片第二排冷卻空氣室。

渦輪發動機也可以包括從壓氣機的下游端部區域延伸至轉子組件的上游端部區域且周向上包封熱屏蔽壁的外殼體。在一個實施例中，熱屏蔽歧管可以通過外殼體的徑向向內的支撐凸緣中的至少一個孔與壓氣機連通，這消除了凸緣-凸緣泄漏的可能性。在另一實施例中，跨接導管可以在壓氣機與熱屏蔽歧管之間延伸。跨接導管可以至少部分地在從壓氣機的下游端部區域延伸至轉子組件的上游端部區域且周向上包封熱屏蔽壁的外殼體的外部延伸。熱屏蔽歧管系統還可以包括被配置成在冷卻流體被傳遞到熱屏蔽歧管之前使來自壓氣機的冷卻流體變冷的熱交換器。在又一實施例中，熱屏蔽歧管系統可以包括在壓氣機與渦輪翼型冷卻室之間延伸的排氣導管。排氣導管可以至少部分地在從壓氣機的下游端部區域延伸至轉子組件的上游端部區域且在周向上包封熱屏蔽壁的外殼體的外部延伸。

熱屏蔽歧管系統可以包括被配置成使壓氣機泄放流體動態節流到跨接導管內的一個或多個跨接節流系統，或可以包括被配置成使壓氣機泄放流體動態節流到渦輪翼型冷卻室內的一個或多個翼型冷卻室節流系統，或者可以包括這兩個系統。在一個實施例中，跨接節流系統可以由控制通過跨接導管的冷卻流體的流動的至少一個閥形成。翼型冷卻室節流系統可以由控制通過排氣導管進入渦輪翼型冷卻室內的冷卻流體的流動的至少一個閥。

本發明的優點在于，發明保護從壓氣機的下游端部區域延伸至轉子組件的上游端部并且周向上包封內屏蔽件的外殼體不受高溫壓氣機排放空氣的影響。

本發明的另一優點在于，通過使外殼體與高溫壓氣機排放空氣屏蔽使得外殼體能夠由諸如但不限于低成本的鋼合金等的不太昂貴的材料形成。

本發明的又一優點在于，本發明在壓氣機排放空氣的溫度接近或超過對于鋼的蠕變機制(creep regime)的高端或者脆化溫度的渦輪發動機中是有用的。