燃气轮机及其旋流装置 |
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| 申请号 | CN201711377517.2 | 申请日 | 2017-12-19 | 公开(公告)号 | CN108060979B | 公开(公告)日 | 2024-04-26 |
| 申请人 | 中国联合重型燃气轮机技术有限公司; | 发明人 | 谢意; 张彦春; 叶超; 高长亮; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种 燃气轮机 及其旋流装置，所述旋流装置包括外环、内环和端板，所述外环上设有进气孔；所述内环设在所述外环内，所述内环与所述外环之间形成环形通道，所述内环上设有多个通气孔；所述端板与所述外环和所述内环相连以封闭所述环形通道的第一端；其中经所述进气孔进入所述环形通道内的一部分气流通过所述环形通道的第二端流出所述环形通道，经所述进气孔进入所述环形通道内的另一部分气流通过所述通气孔进入所述内环内侧且形成回旋流并从所述内环流出。本发明的燃气轮机的旋流装置，可以避免两股气流相互干扰的问题，提高了冷却和密封的效果。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种燃气轮机，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 燃气轮机及其旋流装置技术领域[0001] 本发明涉及燃气轮机技术领域，具体地涉及一种燃气轮机的旋流装置以及具有该旋流装置的燃气轮机。 背景技术[0002] 在燃气轮机中，燃烧室内产生的燃烧气体送入透平中以驱动透平旋转，由于燃烧气体的温度很高，透平的第一级叶轮处于高温环境下，因此需要采用冷却空气进行冷却。相 关技术中，径向气流由包括多个TOBI喷嘴(Tangential OnBoard Injection Nozzle)的喷 嘴环产生回旋流，该回旋流的旋转方向与第一级轮盘的旋转方向相同，以在冷却第一级轮 盘时避免第一级轮盘驱动能量的损失；轴向气流通过在相邻TOBI喷嘴之间穿过的气体供给 通道供给到第一级静叶和第一级动叶之间的间隙，起到冷却的作用的同时能够密封该间 隙。 [0003] 然而，上述结构轴向气流和径向气流在喷嘴环上存在相互干扰的情况，降低冷却和密封效果。 发明内容[0004] 本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。 [0005] 为此，本发明的一个方面提出一种燃气轮机的旋流装置,该旋流装置能够避免气流相互干扰的问题，提高了冷却和密封效果。 [0006] 本发明另一方面还提出了一种具有根据本发明一个方面的旋流装置的燃气轮机。 [0007] 根据本发明第一方面的实施例的燃气轮机的旋流装置包括外环，所述外环上设有进气孔；内环，所述内环设在所述外环内，所述内环与所述外环之间形成环形通道，所述内 环上设有多个通气孔；端板，所述端板与所述外环和所述内环相连以封闭所述环形通道的 第一端；其中经所述进气孔进入所述环形通道内的一部分气流通过所述环形通道的第二端 流出所述环形通道，经所述进气孔进入所述环形通道内的另一部分气流通过所述通气孔进 入所述内环内且形成回旋流并从所述内环流出。 [0008] 根据本发明实施例的燃气轮机的旋流装置，可以实现一股气流流入、两部分气流流出，避免现有的径向气流和轴向气流相互干扰的问题，提高了冷却和密封的效果。 [0009] 在一些实施例中，所述通气孔的中心轴线偏离所述内环的中心。 [0010] 在一些实施例中，在所述通气孔的轴向截面上，所述通气孔的两侧壁为彼此平行的直线。 [0011] 在一些实施例中，多个所述通气孔沿所述内环的周向均匀间隔布置。 [0012] 在一些实施例中，所述内环的第二端从所述外环内伸出。 [0013] 在一些实施例中，所述进气孔为多个，多个所述进气孔沿所述外环的周向均匀间隔布置。 [0014] 在一些实施例中，所述进气孔的中心轴线通过所述外环的中心，且在所述进气孔的轴向截面上，所述进气孔的两侧壁为彼此平行的直线。 [0015] 在一些实施例中，所述进气孔为四个且沿所述外环的周向均匀间隔布置，所述进气孔的中心轴线通过所述外环的中心，单个所述进气孔的横截面积大于单个所述通气孔的 横截面积。 [0016] 在一些实施例中，所述外环和所述内环均为圆环。 [0017] 根据本发明第二方面的实施例的燃气轮机包括：透平壳体；多个静叶，多个所述静叶以环绕方式设在所述透平壳体的内壁上；轮盘，所述轮盘设在所述透平壳体内；多个动 叶，多个所述动叶以环绕方式设在所述轮盘上，所述动叶与所述静叶之间具有间隙；旋流装 置，所述旋流装置为根据本发明第一方面实施例所述的燃气轮机的旋流装置，所述旋流装 置设在位于所述静叶的上游侧，所述一部分气流流向所述间隙，所述另一部分气流流向所 述轮盘。 附图说明 [0018] 图1是根据本发明的实施例的燃气轮机的旋流装置的整体结构示意图。 [0019] 图2是根据本发明的实施例的燃气轮机的旋流装置的截面图。 [0020] 图3是根据本发明的实施例的燃气轮机的整体结构示意图。 [0021] 附图标记： [0022] 旋流装置100，外环1，内环2，端板3，进气孔4，环形通道5，通气孔6，轮盘200，静叶300，动叶400，第一静止件500，第二静止件600，环形件700。 具体实施方式[0023] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。 [0024] 如图1‑3所示，根据本发明实施例的燃气轮机的旋流装置100包括外环1、内环2和端板3，外环1上设有进气孔4，燃气轮机的透平内的沿透平的径向流入的气流可通过进气孔 4进入该旋流装置内。 [0025] 内环2设在外环1内，内环2与外环1之间形成环形通道5，内环2上设有多个通气孔6，可以理解的是，透平内的径向气流通过进气孔4进入该环形通道5内，且环形通道5内的部 分气流可通过通气孔6进入内环2内； [0026] 端板3与外环1和内环2相连以封闭环形通道5的第一端，换言之，如图1、3所示，端板3为环形，端板3设于外环1和内环2的后端且端板3的外周缘连接外环1相连，端板3的内周 缘连接内环2，从而端板3将环形通道5的后端封闭。具体地，外环1和内环2均为圆环，端板3 为圆环形端板。这里，需要理解的是，端板可以为独立于内环和/或外环的部件，也可以是与 内环或外环成一体。可以理解的是，气流从该旋流装置的朝向箭头指示的方向流出，则气流 流出的方向为“前”，即图1所示的右侧；与该方向相背离的为“后”，即图1所示的左侧。 [0027] 燃气轮机的透平内的沿透平的径向进入的气流经进气孔4进入外环1和内环2之间的环形通道5内，由于环形通道5的左端封闭、右端开口，则环形通道5内的一部分气流通过 环形通道5的右端流出环形通道5，并流向透平内的动叶和静叶之间的间隙内，既能冷却动 叶根部和轮盘前段，也能密封动叶和静叶之间的间隙，防止高温气体侵入；环形通道5内的 另一部分气流通过内环2上的通气孔6进入内环2内，且通过多个通气孔6进入内环2内且形 成回旋流，由于在透平内，左侧为高压侧，右侧为低压侧，气流由高压侧流向低压侧，故内环 2内的回旋流会在内环2的右端流出，并流向轮盘以冷却该轮盘，由于冷却轮盘的气流为旋 转方向与该轮盘旋转方向一致的回旋流，则避免了旋转能量的损失。 [0028] 根据本发明实施例的燃气轮机的旋流装置，无需向透平内提供轴向气流，仅通入径向气流即可实现一部分气流进入动叶和静叶之间的间隙，另一部分气流流向轮盘，且两 部分气流不存在相互干扰的问题，并避免了现有技术中径向气流和轴向气流相互干扰的问 题，提高了冷却和密封的效果。 [0029] 在一些实施例中，内环2上的通气孔6的中心轴线偏离内环2的中心。换言之，内环2上的通气孔6的中心轴线不穿过内环2的中心，例如图2所示的在内环2的横截面上，多个通 气孔6相对于其各自对应位置的内环2的径向倾斜设置，以将流出通气孔6的气流形成逆时 针旋转的回旋流。 [0030] 在一些实施例中，如图2所示，在通气孔6的轴向截面上，通气孔6的两侧壁为彼此平行的直线，换言之，通气孔6为不弯曲的直孔。更进一步地，多个通气孔6沿内环2的周向均 匀间隔布置。根据本发明实施例的燃气轮机的旋流装置，通过设置上述形式的直斜孔，即可 将进入内环2内的气流形成回旋流，而且结构简单，降低了加工难度，提高了适用性。 [0031] 在一些实施例中，内环2的第二端(图1、3所示)从外环1内伸出。如图1、3所示，内环2的后端和外环1的后端平齐，内环2的前端伸出外环1，且内环2的前端位于外环1的前端的 前侧。可以理解的是，该前侧并不是至正前方，由于内环2位于外环1的内侧，则该前侧应该 理解为图1、3所示的向内倾斜的斜前方。根据本发明实施例的燃气轮机的旋流装置，环形通 道5内的一部分空气在环形通道5的开口处沿内环2的伸出端(前端)流向静叶和动叶之间的 间隙。 [0032] 在一些实施例中，如图2所示，外环1上的进气孔4为多个，多个进气孔4沿外环1的周向均匀间隔布置，根据本发明实施例的燃气轮机的旋流装置，通过均匀布置多个进气孔 4，可以提高进气的均匀性。具体地，进气孔4的中心轴线通过外环1的中心，且在进气孔4的 轴向截面上，进气孔4的两侧壁为彼此平行的直线。换言之，进气孔4在外环1上且沿外环4的 径向延伸。 [0033] 更进一步地，进气孔4为四个且沿外环1的周向均匀间隔布置，进气孔4的中心轴线通过外环1的中心，单个进气孔4的横截面积大于单个通气孔6的横截面积。换言之，外环1上 的进气孔4的直径大于内环2上的通气孔6的直径。 [0034] 下面参考附图1‑3描述根据本发明具体实施例的燃气轮机的旋流装置。 [0035] 如图1‑3所示，根据本发明实施例的燃气轮机的旋流装置包括外环1、内环2和端板3，外环1和内环2均为圆环，端板3为圆环形端板。 [0036] 外环1上设有四个进气孔4，四个进气孔4沿外环1的周向均匀间隔布置，四个进气孔4的中心轴线分别通过外环1的中心，而且在进气孔4的轴向截面上，进气孔4的两侧壁为 彼此平行的直线。 [0037] 内环2设在外环1的内侧且与外环1同轴设置，内环2的后端与外环1的后端平齐，内环2的前端伸出外环1，内环2和外环1之间形成环形通道5，内环2上设有十二个通气孔6，且 通气孔6的直径小于进气孔4的直径，每个通气孔6的中心轴线相对于其对应位置的内环2的 径向倾斜设置，以将流出通气孔6的气流形成逆时针旋转的回旋流。 [0038] 端板3位于外环1和内环2的后端且端板3的外周缘连接外环1的内周缘，端板3的内周缘连接内环2的外周缘，从而将环形通道5的后端封闭。 [0039] 下面描述根据本发明实施例的燃气轮机，根据本发明实施例的燃气轮机包括透平壳体(图中未示出)、旋流装置100、轮盘200、多个静叶300和多个动叶400。 [0040] 多个静叶300以环绕方式设在透平壳体的内壁上，旋流装置100、轮盘200、多个动叶400均设在透平壳体内，多个动叶400以环绕方式设在轮盘200上，动叶400与静叶300之间 具有间隙。例如，如图3所示，轮盘200的中心轴线位于透平壳体的中心位置，轮盘200的外周 缘上设有多个均匀间隔布置的动叶400，静叶300设在透平壳体的内壁上且位于动叶400的 上游侧(图3中的左侧)，静叶300和动叶400之间具有间隙。 [0041] 旋流装置100设在位于静叶300的上游侧(图3中的左侧)，沿透平径向进入旋流装置的气流在旋流装置100中被分为两部分，其中一部分气流流向静叶300和动叶400之间的 间隙，冷却动叶400根部和轮盘200前段的同时，还能起到密封该间隙的作用，防止高温气体 的侵入，另一部分气流流向轮盘200以冷却该轮盘200。 [0042] 更进一步地，如图3所示，透平壳体内还设有第一静止件500、第二静止件600和环形件700。其中，第二静止件600位于第一静止件500的内侧且与第一静止件500相连，第一静 止件500的右端与静叶300相连。 [0043] 环形件700的右端与轮盘200相连，环形件700的左端伸入第二静止件600内，环形件700的左端与第二静止件600之间设有密封组件800，密封组件800包括第一密封件和第二 密封件，且第一密封件为篦齿状结构且形成在环形件700的外壁上，第二密封件为蜂窝结构 或耐磨涂层且设在第二静止件600的内壁上。 [0044] 可以理解的是，环形件700伸入第二静止件600内的部分的外壁上具有篦齿状结构以构成第一密封件，第二静止件600与环形件700相正对的部分的内壁上设有蜂窝结构或者 耐磨涂层以构成第二密封件。 [0045] 旋流装置100设在第二静止件600上，从旋流装置100流出的一部分气流通过第二静止件600与环形件700之间的密封组件流向动叶400和静叶300之间的间隙；从旋流装置 100流出的另一部分气流从环形件700的内侧流向轮盘200。 [0046] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。 [0047] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者 隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三 个等，除非另有明确具体的限定。 [0048] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以 是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的 普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 [0049] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在 第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示 第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第 一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。 [0050] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特 点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不 必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任 一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技 术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结 合和组合。 |
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