[发明专利]燃气轮机的导向叶片

说明书

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域。其涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的燃气轮机的导向叶片。其还涉及一种装备有这样的导向叶片的燃气轮机。

背景技术

具有二次燃烧的燃气轮机是已知的并且在工业操作中已经被证明是成功的。例如，可以从Joos，F.等在1998年于斯德哥尔摩的IGTI/ASME98-GT-220中发表的论文“用于ABB GT24/GT26燃气轮机系列的二次燃烧系统的现场试验”中了解到所述燃气轮机，在专家界内作为GT24/26而已知。图1显示了这样的燃气轮机的基本结构，本申请中的图1是其图1的复制。此外，这样的燃气轮机在EP-B1-0 620 362中是显而易见的。

图1显示了具有二次燃烧的燃气轮机10，其中沿轴线19设置压缩机11、第一燃烧室14、高压涡轮机(HPT)15、第二燃烧室17和低压涡轮机(LPT)18。压缩机11和两个涡轮机15、18围绕轴线19转动的转子的一部分。压缩机11吸入空气并且压缩空气。压缩空气流入增压室内并且从增压室进入到预混燃烧器内，在预混燃烧器处，所述空气与至少一种燃料混合，至少一种燃料是通过燃料源12供给的。所述预混燃烧器基本上从EP-A1-0 321 809或者EP-A2-0 704 657中是显而易见的。

压缩空气流入到预混燃烧器中，如上所述，在预混燃烧器中与至少一种燃料混合。所述燃料/空气的混合物然后流入到第一燃烧室14中，所述混合物进入第一燃烧室14以用于燃烧，同时形成稳定的火焰锋。因此，所提供的热气在邻接的高压涡轮机15中局部地膨胀以实施作业，并且然后流入第二燃烧室17内，在所述第二燃烧室17中实现进一步的燃料供给16。由于在高压涡轮机15中局部地膨胀的热气仍然具有高温，所以在燃烧室17中发生基于自燃的燃烧。在第二燃烧室17中被再加热的热气然后在多级低压涡轮机18中膨胀。

低压涡轮机18包括在流动方向上一个在另一个后面地交替设置的许多移动叶片和导向叶片。第三导向叶片列的导向叶片在流动方向上设有图1中的标记20’。

在新一代燃气轮机中存在很高的热气温度，所以必须按可持续的方式来冷却涡轮机的导向叶片和移动叶片。为此，从燃气轮机的压缩机中分流出气态冷却介质(例如，压缩空气)或者提供蒸汽。在所有情况下，冷却介质通过形成在叶片中的冷却通道(并且经常按蜿蜒形延伸)和/或通过叶片上不同地点处的合适的开口(孔、狭缝)被向外导向，以便特别是在叶片的外侧上形成冷却膜(薄膜冷却)。在公开文件US-A-5,813,835中显示了所述冷却叶片的一实例。

从图1中已知的燃气轮机中的导向叶片20’被设计成冷却式叶片，所述冷却式叶片在内部具有沿径向方向延伸的冷却通道，例如，如在公开文件WO-A1-2006029983中已知的。借助于高技术的铸造方法来生产所述导向叶片，其中铸造材料被从铸模的两侧(内台架和外台架)供给。由于翼型比较薄的壁并且由于在铸造过程期间用于冷却空气所生产的通道和开口，所以获得的使用寿命、冷却空气消耗量和冷却效果极大地取决于在铸造过程期间可以达到的精度。这特别是当所述叶片还具有显著的空间弯曲度时的情况下。

发明内容

本发明设想了对于所述问题的补救方法。此处，本发明将提供一种改进措施。本发明的目的是提供一种导向叶片，其能够使使用寿命和冷却最大化，同时考虑到铸造条件。

通过权利要求1的所有特征的全部内容来获得所述目的。翼型具有叶片的材料在径向方向上在翼型的高度上变化的横截面积对于本发明是必不可少的。结果，可以按所要求的方式就所采用的铸造技术来影响叶片的冷却性能和使用寿命。在该情况下，叶片材料的横截面积意味着叶片的整个横截面积和冷却通道的横截面积之间的差值。

根据本发明的一个结构，叶片材料的横截面积通过的最小值与翼型的高度有关。

特别是，叶片材料的最小横截面积位于翼型总高度的20％到40％之间的范围内。

本发明的导向叶片的另一结构是以其具有空间弯曲形状为特征，在翼型的内部，在径向方向上延伸的许多冷却通道沿热气流的方向以一个在另一个后面的方式设置并且通过设置在翼型或者冷却通道的端部处的偏转区彼此连接，冷却介质在交替方向上一个接一个地流过冷却通道，并且冷却通道在径向方向上遵随翼型的空间弯曲度。

燃气轮机优选装备有根据本发明的导向叶片，所述导向叶片被设置在燃气轮机的涡轮机中。