[发明专利]轴流式燃气轮机

说明书

本发明涉及一种燃气轮机，特别是一种轴流式燃气轮机。

这种型式的燃气轮机是已知的。所有转子一侧的冷却空气都是，例如，从压缩机端抽吸过来的。其绝大部分流经单独的导管并通过一个涡流叶栅流入各转子冷却管道中，涡流叶栅一般情况都位于涡轮转子的端面处与转子冷却管道同样的半径上，例如，英国专利GB2189845中所公开的那样。小部分的冷却空气用以冷却最后的压缩机盘、滚筒和第一涡轮盘。

在欧洲专利EP0447886中，所有冷却转子所需要的冷却空气都是在压缩机的毂部最后一排活动排后面抽取的并以其固有的涡旋直接送入位于转子滚筒和滚筒盖之间的环形管道中。它一直流至滚筒迷宫处。不可避免的泄漏量流经迷宫，而转子冷却空气的主要部分被送入涡流叶栅。冷却空气在被偏转至转子转动方向的同时在其间被加速。在该过程中，从涡流叶栅流出的气流几乎是成切向的。在涡流叶栅下通过滚筒迷宫的泄漏质量流在涡轮盘区域内与涡轮叶栅后的冷却空气相混合。

但是在具有高压力比的燃气轮机中会发生如下的问题。由于在压缩机最后活动排后面的空气对于冷却涡轮叶片太热。因此该空气在通过涡流叶栅进入涡轮转子的冷却空气管道之前必须首先经过再冷却。冷却空气与沿着转子滚筒的迷宫漏出空气之间的大温度差使转子滚筒和涡轮盘区域内产生高应力。此外，冷的冷却空气与涡流叶栅后的热的漏出空气相混合使冷却空气不合需要的加热从而减弱了涡流。

为了在转子冷却空气体系中获得必要的压力，一般需要在涡流叶栅上面的涡轮转子盘和盘盖之间装有迷宫密封。因此，在滚筒迷宫受到损坏的情况下，沿着涡轮盘的压力会增大，导致大大增大了转子轴向推力。

因此，在本文开头所提那种型式的轴流式燃气轮机中，本发明的目的之一是试图避免所有这些缺点的同时减小轴向推力，改进叶片和盘的冷却效率并达成一个均匀的温度分布。

根据本发明，这目的是这样达成的，即本发明的轴流式燃气轮机，包括一个多级涡轮，涡轮驱动一个设置在一根共同轴上的压缩机，在其中，位于涡轮和压缩机之间的轴的部分是一个滚筒，滚筒由一个滚筒盖所包绕同时形成一个环形管道，一个封住滚筒盖的迷宫密封装置设置在环形管道内，而滚筒盖连同涡轮转子的端面限定一个径向延伸的轮侧室，设有用于涡轮转子及其工作叶片环的冷却装置，和所述用于涡轮的转子侧的冷却空气都是从压缩机在压缩机出口区域内抽取的，其特征在于，在其中，设置有至少一根单独的导管用以将涡轮转子冷却空气从压缩机带至涡轮转子的端面，而这导管和轮侧室之间的连通是通过至少两个涡流喷嘴实现的，至少一个用于漏出空气和一部分冷却空气的抽吸装置被设置在滚筒迷宫区域内。

本发明的优越性特别能从这样的事实看出来，即涡轮盘和一部分的转子滚筒只是被冷却空气一掠而过。这就导致较低的特别是较为均匀的温度分布，其对转子/盘过渡区的强度有着有利的影响。由于与冷却空气的混合随着漏出空气的抽走也被避免了，冷却空气就不会被加热而冷却空气的涡流不会被打扰。

将抽吸装置区域内的环形管道加宽形成漏出或冷却空气的收集室将是有益的，这样就能保证更好的抽出。

此外，如果抽吸装置由一条导管构成，其一侧连接在漏出或冷却空气的收集室而另一侧连接在压缩机外壳内的冷却空气抽吸圆形室将是有利的。

还有，抽吸装置最好与涡轮后各级的冷却空气装置相连，因为抽出空气这样就被掺和在涡轮后各级的冷却空气中从而继续以有用的方式被用于过程中。

如果在转子滚筒压缩机一侧的部分上设置至少一个用于一部分冷却空气的对环形管道的供应口将是有利的。该供应口在其相应的端头上具有至少一个涡流式喷嘴。这样，在热的漏出空气中同样也有冷空气掺和入内，因而在这区域内，空气温度下降至可允许的程度。

最后，涡流叶栅后的冷却空气压力最好是这样选择，即在涡轮盘和盘盖之间一般寻常的迷宫密封可以省免，从而靠近盘的压力可以由气道中涡轮主流的压力来确定。在转子滚筒迷宫损坏的情况下，出于没有了盘迷宫和由于增加的漏出空气被抽气，在涡轮盘上的大量压力增加就被避免了，从而使转子的轴向推力只有小量的改变。在迷宫间隙增大的情况下，滚筒和盘的温度还是保持相对稳定。

在附图中本发明的几个实施例通过一个单轴的轴流式燃气轮机予以描述。附图中：

图1是燃气轮机的一个局部纵向截面图；

图2是滚筒迷宫和抽吸装置区域放大的部分纵向截面图；

图3a-3c是抽吸装置的三种不同的可能安排。