[發明專利]具有用于渦輪機的動葉的平臺冷卻設備的渦輪機裝置

有效

• 申請號: 201780051552.7
• 申請日: 2017-07-14
• 公開（公告）號: CN109642464B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: C·杰爾馬松;M·約翰尼森;J·西賈托
• 申請（專利權）人: 西門子股份公司
• 主分類號: F01D5/08
• 分類號: F01D5/08;F02C7/18
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華;張虓

一種渦輪機裝置，具有用于渦輪機的動葉的平臺冷卻設備。本發明涉及一種渦輪機裝置，包括渦輪機的動葉(1)和用于動葉(1)的平臺冷卻設備(10)，該平臺冷卻設備(10)被配置為被定位在動葉(1)的平臺(9)處。平臺冷卻設備(10)包括：外圍邊緣(11)，被配置為與平臺(9)接觸；第一表面部分(31)，被配置為在平臺冷卻設備(10)和平臺(9)之間形成第一空腔(41)，該第一表面部分(31)包括多個沖擊孔(20)，這些沖擊孔(20)被配置為用于在渦輪機運行期間提供到平臺(9)上的沖擊；第二表面部分(32)，被配置為在平臺冷卻設備(10)和平臺(9)之間形成第二空腔(42)；以及屏障(14)，被配置為與平臺(9)接觸，該屏障(14)在邊緣(11)的兩個分段(15、16)之間形成連接并且將第一空腔(41)與第二空腔(42)流體分開。平臺冷卻設備(10)和動葉(1)是獨立制造的部件，并且平臺冷卻設備(10)在邊緣(11)處被連接到動葉(1)，使得第一空腔(41)和第二空腔(42)形成在平臺冷卻設備(10)和動葉(1)之間。動葉(1)包括冷卻流體供應通道(17)，連接中空動葉芯(26)和第二空腔(42)，用于在運行期間向第二空腔(42)供應冷卻流體，并且在運行期間第一空腔(41)經由第一表面部分(31)的沖擊孔(20)而被供應冷卻流體。

技術領域

本發明特別地涉及一種具有平臺冷卻設備的渦輪機裝置，該平臺冷卻設備可以被連接到渦輪機(特別是燃氣渦輪發動機)的動葉。

背景技術

在現代渦輪機中，渦輪機的各種部件在非常高的溫度下運行。對于燃氣渦輪發動機的渦輪區段中的部件尤其如此。這些部件包括渦輪區段內的動葉和靜葉。這些動葉和靜葉通常成形為翼型的形式，并且具有與之連接的另外的元件，如作為工作流體路徑的邊界的平臺。動葉還可以具有根部部分，被用來將動葉固定到渦輪盤。渦輪機運行期間的高溫可能會損壞動葉，因此動葉部件的冷卻很重要。通常通過使冷卻流體通過這些部件或者沿著這些部件來實現所有這些部件的冷卻。通常，使用來自渦輪機的壓縮機的空氣作為冷卻流體。

此外，應當注意，渦輪動葉通常是鑄造部件，由此鑄造過程允許在動葉內產生中空芯，然后該中空芯可以被用來引導冷卻流體通過內部。

這樣的動葉通常包括翼型部分、根部部分和動葉平臺，該平臺將翼型部分與根部部分分開。附加地，一些動葉還可以包括護罩，護罩在翼型部分的尖端處。此外，根部部分有時可以在平臺開始之前后跟頸部部分。頸部可以延伸根部而沒有用于連接到盤的特定特征。動葉的翼型部分通常由通過通道的冷卻流體冷卻，這些通道形成在動葉的翼型部分中。此外，膜冷卻可以被用來通過具有各種小孔來冷卻翼型和平臺部分，這些小孔允許空氣以以下方式通過，即空氣在熱工作流體和被冷卻的表面之間構建膜或者墊。最終，冷卻流體將在渦輪區段的主工作流體通道內與熱工作流體混合。

翼型由前緣和后緣限定，該前緣指向熱工作流體在運行期間將來自的位置，并且后緣指向工作介質的流體流動方向。此外，依據動葉的曲率和轉動方向，翼型由吸入表面和壓力表面限定。

平臺還可以由靠近前緣的區域和靠近后緣的區域限定，此外，平臺可以分為在翼型的吸入側處的區域以及在翼型的壓力側處的區域。在平臺處，依據翼型周圍的位置而產生不同的溫度。在平臺的不同位置處，平臺表面需要不同的冷卻量。由于大部分冷卻空氣被提供給動葉的內部芯以冷卻翼型，所以可能難以冷卻動葉平臺。然而，暴露于從燃燒器提供的熱工作流體的表面可能需要特別的冷卻。通常，通過在動葉平臺的上部表面上方的冷卻空氣的一部分的流動來提供膜冷卻以實現動葉平臺的冷卻，然而，膜冷卻孔的制造可能是耗時的，因此價格昂貴。

此外，動葉的根部區段或者頸部區段需要充分的冷卻，否則可能發生平臺下側或者根部的氧化和破裂。

專利申請EP 2 110 515 A2示出了兩個轉子動葉之間的阻尼器，該阻尼器支撐動葉平臺的密封和冷卻。專利申請EP 2 728 114 A1的重點在于通過使用平臺冷卻設備來冷卻渦輪機的動葉的平臺，該平臺冷卻設備可以被連接到動葉平臺的下側。專利申請CH703875 A2示出了具有沖擊板的備選設計，優選地，該沖擊板可以位于壓力側平臺處。這三個文件重點都在于沖擊冷卻。