[發(fā)明專利]燃燒器渦輪機殼體后集氣室的螺旋冷卻

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201680057682.7
• 申請日: 2016-09-26
• 公開（公告）號: CN108138584A
• 公開（公告）日: 2018-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 魯塞爾·B·瓊斯;羅斯·彼得森
• 申請（專利權(quán)）人: 西門子能源有限公司
• 主分類號: F01D25/16
• 分類號: F01D25/16;F01D25/26;F01D9/06
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 王艷江;嚴小艷

一種用于冷卻燃氣渦輪發(fā)動機的后渦輪機殼體的螺旋冷卻系統(tǒng)。該燃氣渦輪發(fā)動機包括具有前端部和后端部的渦輪機殼體、星形軸承支承構(gòu)件，所述星形軸承支承構(gòu)件支承軸承箱并包括多個支桿，所述多個支桿中的每個支桿安裝至位于渦輪機殼體的后端部處的后凸緣。渦輪機殼體包括位于后端部處的外殼體壁和內(nèi)殼體壁，在外殼體壁與內(nèi)殼體壁之間限定氣流集氣室，所述氣流集氣室在與后凸緣相反的輸入端處接收冷卻空氣。螺旋冷卻系統(tǒng)包括多個翅片，所述多個翅片固定至外壁的內(nèi)側(cè)表面并與內(nèi)壁間隔開，所述多個翅片將氣流從輸入端以圍繞集氣室盤旋的方式引導(dǎo)至集氣室的輸出端。

發(fā)明背景

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及一種用于向燃氣渦輪發(fā)動機中的渦輪機殼體提供冷卻空氣的螺旋系統(tǒng)，并且更具體地涉及一種向燃氣渦輪發(fā)動機中的渦輪機殼體提供冷卻空氣的螺旋系統(tǒng)，其中，該系統(tǒng)包括以螺旋形構(gòu)造的翅片，該翅片在殼體集氣室內(nèi)安裝至殼體的內(nèi)表面以提供更長的氣流路徑從而提供更多的冷卻。

背景技術(shù)

世界能源需求的持續(xù)上升提供了對可靠的、經(jīng)濟的、高效的且與環(huán)境兼容的發(fā)電的要求。燃氣渦輪發(fā)動機是一種提供有效功率的已知機器，并且經(jīng)常應(yīng)用于發(fā)電廠中的發(fā)電機或者飛行器或船舶中的發(fā)動機。典型的燃氣渦輪發(fā)動機包括壓縮機部分、燃燒室部分和渦輪機部分。壓縮機部分向燃燒室部分提供壓縮氣流，在燃燒室部分中，空氣與燃料如天然氣混合。燃燒室部分包括沿周向設(shè)置的多個燃燒器，燃燒器接納待與空氣混合并被點燃以產(chǎn)生工作氣體的燃料。工作氣體通過渦輪機部分膨脹并且通過關(guān)聯(lián)的靜葉被引導(dǎo)跨過渦輪機部分中的渦輪動葉。當工作氣體穿過渦輪機部分時，工作氣體促使動葉旋轉(zhuǎn)，這又導(dǎo)致軸旋轉(zhuǎn)，從而提供機械功。

典型的燃氣渦輪發(fā)動機的渦輪機部分將包括沿周向設(shè)置的多排動葉，比如四排動葉，其中，工作氣體由跨過動葉的一排靜葉從一級動葉引導(dǎo)到下一級動葉。通常期望的是，旋轉(zhuǎn)動葉的外部梢端盡可能地接近包圍動葉的靜止殼體，在本領(lǐng)域中稱為梢端間隙，使得最大量的工作氣體在動葉周圍流動以提供改進的動葉性能，而不是在動葉與殼體之間流動，這對動葉的旋轉(zhuǎn)沒有貢獻。隨著發(fā)動機溫度的升高和降低，動葉和殼體相應(yīng)地膨脹和收縮，從而改變了梢端間隙。另外，由動葉旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力導(dǎo)致動葉的長度增加，這減小了梢端間隙。在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時的動葉的梢端間隙通常決定動葉的性能，因此決定發(fā)動機的性能。另一方面，由于動葉和殼體的熱力學(xué)膨脹和/或收縮不同，因此梢端間隙對于確保動葉在發(fā)動機啟動和關(guān)閉過程中不與靜止的硬件摩擦也是至關(guān)重要的。因此，在發(fā)動機中適當?shù)卦O(shè)置梢端間隙以獲得最佳性能并防止梢端摩擦。

將渦輪機轉(zhuǎn)子居中設(shè)置在燃氣渦輪機靜止殼體內(nèi)是影響渦輪機動葉梢端間隙的挑戰(zhàn)，并因此可能對渦輪機性能產(chǎn)生負面影響。缺少在冷發(fā)動機構(gòu)造期間的轉(zhuǎn)子中心線定位控制以及隨后的對在瞬時熱力學(xué)條件下的中心線偏移進行的控制，迫使渦輪機動葉到定子的間隙設(shè)置得足夠大以防止過度摩擦或碰撞，這些增大的間隙導(dǎo)致渦輪效率的損失和輸出功率的降低。

在渦輪機部分的輸出端處，工作氣體通過排氣擴壓器，該排氣擴壓器回收排氣的動壓頭以實現(xiàn)渦輪機部分的最佳性能。排出的氣體仍然非常熱，其通常被引導(dǎo)到其他系統(tǒng)，這些系統(tǒng)可能因可用的熱量而受益，直到工作氣體最終排出到環(huán)境或其他中。例如，燃氣渦輪發(fā)動機的輸出端處的熱排氣可以用于為蒸汽渦輪發(fā)動機煮沸水，該蒸汽渦輪發(fā)動機也在例如本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的聯(lián)合循環(huán)設(shè)備中產(chǎn)生動力。燃氣渦輪發(fā)動機的輸出端處的排氣擴壓器的構(gòu)造對于燃氣渦輪機動葉的性能是重要的，因為排氣擴壓器部分地阻擋來自渦輪機部分的氣流。

渦輪機轉(zhuǎn)子在軸承箱內(nèi)的渦輪機軸承上旋轉(zhuǎn)。在一個燃氣渦輪發(fā)動機設(shè)計中，星形構(gòu)件支承渦輪機部分下游的渦輪機轉(zhuǎn)子，其中，星形構(gòu)件包括多個支桿，所述多個支桿從中央環(huán)形部分延伸并且所述多個支桿的端部固定到渦輪機殼體的后凸緣，并且其中，軸承箱定位在環(huán)形部分內(nèi)。例如來自發(fā)動機的渦輪機部分的超過1200°F的熱排氣流圍繞支桿流過星形構(gòu)件。