[实用新型]一种高效燃气轮机

说明书

本实用新型属燃气轮机

采用径流向心膨胀涡轮单轴燃气轮机，虽然可以获得使用径流向心涡轮较大焓降的优点，但由于其结构本身的原因，特别是密封结构和冷却结构限制了整机热效率的提高。处于高温及高圆周速度的径流向心膨胀涡轮，由于其应力状态的严重性，必须采用相应的冷却方式。通常，在燃气轮机叶片中采用的冷却方式有叶根冷却、叶片内部冷却、气膜冷却、发散冷却等各种形式。清华大学电力工程系燃气轮机教研室编《燃气轮机》（1978年，第242－244页）中公开了一种冷却空气在叶片长度方向作纵向流动的冷却装置。构成是冷却空气由叶片根部进入叶片内腔，进而沿冷却通道流向叶片顶部，最后由叶片顶部流出，渗入透平的通流部分。这种单流程的纵向冷却方式虽然结构工艺不甚复杂，但因其冷却效果较差而拌随冷却空气消耗量的偏大，更因冷却空气最终进入透平通流部分而增加了压气机的压缩比，降低了燃气轮机的整机热效率。同时，在径流向心膨胀涡轮中，静止的喷咀与高速旋转的动叶轮之间存在的间隙必然导致燃气向外洩漏的结果，为了最大限度地降低这部分尚未对外作功的燃气的洩漏损失，通常采用迷宫密封。在《非接触密封》中公开了一种迷宫密封结构（联邦德国K·塔鲁达纳夫斯基，机械工业出版社1986年），该密封齿形的间隙宽度为0.05，0.075，0.115和0.2毫米，它们都是车制出来的细螺纹，呈很小的三角形齿形，被认为是最佳的密封齿形，因此使用也较为广泛。但是，由于迷宫密封的背压与初压（喷咀与涡轮的间隙中燃气压力）的压差较大，使得这种纯迷宫密封式的结构显得太复杂，突出地表现为迷宫长度增加，安装难度增高而难以保证最佳密封效果，影响整机热效率。

本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处而提供一种在燃气轮机径流向心膨胀涡轮动叶片内部作纵向及横向相结合的双程流动的冷却结构和在该涡轮轮周端部间隙中采用迷宫密封与鼓风密封相结合的燃气轮机。

本发明目的可以通过以下措施来达到，在径流向心膨胀涡轮的动叶片空腔内，由隔板将其分隔为前后两部分，以形成双程流动的冷却结构，环境冷空气或经蒸馏水雾化后的环境冷空气由风扇直接吹风，通过该叶片的根部进入叶片空腔，绕流隔板顶端，经叶片根部冷却通道由排气口排出。所述隔板与叶片为整体结构。这种叶片内部冷却结构使用于燃气轮机时往往与叶片的发散冷却或气膜冷却结构相结合，可获得使用的最佳效果，提高整机热效率。在涡轮与机体之间的间隙中，采用迷宫密封和鼓风密封相结合的密封结构。迷宫密封是一种齿形密封装置，（图4、图5），其迷宫长度、节距、间隙宽度根据燃气轮机的设计参数确定。在迷宫密封的后面设鼓风密封（图1（7）、图3（7）、图6、图7、图8），该密封结构为沿径流向心涡轮的涡轮轮盘的圆周侧面，铣有一定数量的径流离心式叶片，形成一个鼓风机，当涡轮旋转时即可起鼓风密封的作用。该鼓风机的结构尺寸及叶片数，根据燃气轮机的设计参数及迷宫密封的设计参数确定。在迷宫密封与鼓风密封之间由扩压通道联接，这是一种由迷宫密封至鼓风密封渐扩的通道结构，使从迷宫密封洩漏出来的亚音速燃气在渐扩形通道中扩压，以达到减少迷宫密封初压和背压之间压差减少洩漏的目的。（图3）渐扩形流道的结构尺寸由其前后的热力、动力参数确定。

本发明的优点表现为：（一）径流向心涡轮叶片内部及叶片根部的冷却效果好；（二）冷却气体直接取自环境冷空气，只需利用一般工业风扇（11）即可，因此节能效果显著；（三）由于冷却气体直接由风扇输入冷却通道，这就为获得蒸馏水雾化最佳使用效果成为可能；（四）制造工艺及冷却系统稳妥可靠；（五）采用迷宫密封与鼓风密封相结合的密封形式，使燃气轮机的主要洩漏损失显著降低从而提高了整机热效率。

附图的图面说明如下：

图1是燃气轮机径流向心膨胀涡轮的结构原理图。图中：（1）涡轮轮盖；（2）涡轮叶片；（3）喷咀；（4）蜗壳；（5）迷宫密封；（6）扩压流道；（7）鼓风密封；（8）冷却通道；（9）隔板；（10）冷却通道；（19）风扇罩；

图2是燃气轮机结构原理图。图中：（11）风扇；（12）涡轮轮盘；（13）蒸馏水喷管。

图3是密封结构放大图。图中：（5）迷宫密封；（6）扩压流道；（7）鼓风密封。

图4是迷宫密封放大图。

图5是迷宫密封放大图。

图6是鼓风密封（7）中鼓风机局部剖视图。

图7是图8的A－A局部剖视图。

图8是图6的左视图。其中（12）是涡轮轮盘；（14）是鼓风机叶片。

本发明的实施方案下面结合实施例作进一步详述：

在涡轮动叶片（2）内，由隔板（9）将其空腔分为前后两部分，以构成双程流动的冷却通道（8）、（10），环境冷空气或经蒸馏水雾化后的环境冷空气由风扇（11）及蒸馏水喷管（13）供给，经叶片根部的冷却通道进入叶片冷却通道（10），绕流隔板（9）的顶部进入冷却通道（8），经叶片根部的冷却通道由排气口排出。隔板（9）和叶片为整体结构。图3所示为本发明的密封结构图。在旋转的径流向心涡轮与固定的机体之间，一定存在间隙，导致作功燃气的洩漏，为此，本发明在此间隙中采用迷宫密封和鼓风密封相结合的密封结构形式，可有效地解决洩漏问题，图中（5）为迷宫密封，（7）为鼓风密封，它们之间是扩压通道（6）。迷宫密封是一种齿形密封装置（图4、图5），其密宫长度、节距、间隙宽度根据燃气轮机的设计参数确定。鼓风密封（图1（7）、图3（7）、图6、图7、图8）的结构为在沿径流向心涡轮的涡轮轮盘（12）的圆周侧面，铣有一定数量的径流离心式叶片（14），以形成一个鼓风机，当涡轮旋转时即可起鼓风密封作用，该鼓风机的结构尺寸及叶片数，根据燃气轮机的设计参数及迷宫密封的设计参数确定。在迷宫密封（5）和鼓风密封（7）之间以渐扩形通道相联接，该渐扩形通道（6）为拉伐尔喷管的一部分。