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CN105308270B - 包括具有用于调和压气机壳体的入口开口的压气机壳体的燃气涡轮和燃气涡轮的使用 - Google Patents

包括具有用于调和压气机壳体的入口开口的压气机壳体的燃气涡轮和燃气涡轮的使用 Download PDF

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CN105308270B CN201480032815.6A CN201480032815A CN105308270B CN 105308270 B CN105308270 B CN 105308270B CN 201480032815 A CN201480032815 A CN 201480032815A CN 105308270 B CN105308270 B CN 105308270B
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Abstract

提供一种燃气涡轮，包括：至少一个转子组件(10)和至少一个压气机壳体(11)，其中压气机壳体包括用于布置转子组件的至少一个内压气机壳体腔室(1112)和用于调和压气机壳体的至少一个外压气机壳体腔室(1113)；内压气机壳体腔室(1112)和外压气机壳体腔室(1113)通过分隔壳体壁(1101)彼此分离；外压气机壳体腔室(1113)包括至少一个边界壳体壁(110)；边界壳体壁(110)和分隔壳体壁(1101)彼此相对地分离，使得形成压气机的外压气机壳体腔室(1113)；并且边界壳体壁(110)包括至少一个入口开口(1100)，用于将具有调和气体的入口调和气体流(1115)引入到外压气机壳体腔室(1113)中，使得与未调和的压气机壳体相比减小压气机壳体(11)的切向材料温度变化。优选地，多个入口开口(1100)沿着边界壳体壁(1100)的内表面分布。

Description

包括具有用于调和压气机壳体的入口开口的压气机壳体的燃 气涡轮和燃气涡轮的使用
技术领域
本发明涉及具有压气机壳体的燃气涡轮和燃气涡轮的使用。
背景技术
燃气涡轮包括转子组件(至少一个可动部件)和压气机壳体(至少一个固定部件)。转子组件被通过燃气涡轮的工作流体驱动，并且定位在压气机壳体中。
在工业燃气涡轮中常常会观察到压气机壳体的内腔室(内腔体)的热分层。经常在燃气涡轮停机之后短时间观察到该现象。在壳体中，可以观察到温度差。温度差导致压气机壳体相对于涡轮的转子组件横向变形。由此，可能发生转子组件在壳体内表面上的摩擦。
发明内容
本发明的目的是提供一种涡轮，与现有技术相比，减小了转子组件在压气机壳体的内表面上的温度诱发摩擦发生的可能性。
本发明的另一个目的是提供涡轮的使用。
这些目的通过本发明中限定的方案来实现。由此，提供一种涡轮，包括至少一个转子组件；以及至少一个压气机壳体；其中，压气机壳体包括用于布置转子组件的至少一个内压气机壳体腔室和用于调和压气机壳体的至少一个外压气机壳体腔室；内压气机壳体腔室和外压气机壳体腔室通过分隔壳体壁彼此分离；外压气机壳体腔室包括至少一个边界壳体壁；边界壳体壁和分隔壳体壁彼此相对地分离，使得形成外压气机壳体腔室；并且边界壳体壁包括至少一个入口开口，用于将具有调和气体的入口调和气体流引入到外压气机壳体腔室中，使得与未调和的压气机壳体相比减小压气机壳体的切向材料温度变化。调和气体流是调和气体喷射。存在沿着压气机壳体的表面的调和气体的气体喷射，例如沿着边界壳体壁的表面或者沿着内压气机腔室壁的表面。沿着边界壳体壁的表面或者沿着内压气机腔室壁的表面，来平衡温度差。由此，减少了压气机壳体的“热点”发生的可能性。由此，减小了燃气涡轮机中的上述热分层的问题。不发生摩擦。
优选地，多个入口开口沿着边界壳体壁的内表面分布，以便更有效地减少热分层问题。
转子组件可以通过工作流体驱动。工作流体包括气体。优选地，气体是燃烧过程的排出气体。排出气体是燃烧气体。
压气机壳体腔室空间地由内分隔壁和外边界壳体壁限定。借助入口开口，可以将入口调和气体流引入压气机壳体腔室中。调和气体(特别地为空气)可以被注射到压气机壳体腔室中。借助入口调和气体流，进行压气机壳体的调和。调和优选地是压气机壳体的冷却。借助循环的调和气体流，减小了发生分层的可能性。此外，将形成入口调和气体流的气体分子的热吸收和该吸收的热能沿着压气机壳体分布。压气机壳体内的温度差(特别地在燃气涡轮的停机操作状态下可能会出现)被平衡，导致减小压气机壳体发生温度诱导变形的可能性。转子组件可以形式配合地定位在内压气机壳体腔室中，使得转子组件可以在工作流体的驱动下在内压气机壳体腔室中旋转。将不会发生归因于压气机壳体的温度诱导变形的摩擦。
由此，确保调和气体和工作流体的完全分离。调和流体(例如调和气体)和涡轮的工作气体不混合。完全分离通过分隔壳体壁确保。
调和气体流可以包括不同的气体或气体混合物。在优选实施例中，调和气体包括空气。空气是很高效的并且不受限制的可用的调和气体。可选地，可以使用其它气体和气体混合物。例如，调和气体可以是氮气。
边界壳体壁可以包括至少一个出口开口，用于将具有调和气体的出口调和气体流引出外压气机壳体腔室。但是，这不是必须的。调和气体流可以通过排出提取缝且不通过外压气机壳体腔室流入压气机的气体路径。
有利地是，调和不是不受控制地进行。因此，优选地，设置用于调节调和入口气体流的至少一个调和气体流调节单元。如果设置出口开口，有利地也调节出口调和气体流。因此，存在用于调和出口气体流的调和气体流调节单元。
优选地，调和气体流调节单元包括至少一个阀和/或至少一个喷嘴。例如，调和气体流调节单元是结合在边界壳体壁中的喷嘴。优选地，该喷嘴以与其纵向切向对齐的方式被结合。喷嘴被切向地定向。由此，喷嘴的通道的定向和腔室的径向形成从45°到85°的范围内选择的角度。例如，该角度为近似50°。由此，调和气体以切向的方式被注射进外腔室中。也可以实施像风扇和/或吹风机等附加的装置。
在优选实施例中，调和气体能以如下方式被注射进外压气机壳体腔室中，使得形成调和气体的气体分子的周向运动，和/或形成调和气体的气体分子的沿着边界壳体壁的内腔室表面和/或沿着内分隔壁的内表面的切向运动。通过这种措施，非常高效地实现温度平衡。不会检测到热峰值。例如，将外部空气以如下方式注射通过壳体壁，使得获得空气在腔体(外压气机壳体腔室)内的周向运动。由此，使用的喷嘴的切向位置(见上面阿诺舒，喷嘴具有切向布置)和注射的空气喷射的角度被选择成，使得空气喷射将在压气机壳体腔室的材料温度最高处(即在上侧竖直位置处)的区域的中心处撞击壳体壁并且由此对其冷却。由此，有效地减小压气机壳体腔室内的热分层。
入口开口在燃气涡轮发动机中被使用。由此，在涡轮发动机的至少一个操作状态期间，调和气体分子经由入口喷嘴被注射到压气机壳体腔室中。操作状态是从如下群中选取，群由燃气涡轮发动机的起动和燃气涡轮发动机的停机构成。优选地，空气被用作调和气体
附图说明
将参照附图，从示例性实施例的说明得到本发明的进一步特征和优点。图1示意性示出燃气涡轮的示意性截面。
具体实施方式
主题是涡轮1，其包括至少一个转子组件10和至少一个压气机壳体11。涡轮1是燃气涡轮。燃烧排气是燃气涡轮1的用于驱动涡轮1的转子组件10的工作流体。
压气机壳体包括用于布置转子组件的至少一个内压气机壳体腔室1112和用于压气机排出空气提取的至少一个外压气机壳体腔室1113。转子组件位于内压气机壳体腔室中，使得转子组件和压气机壳体彼此同轴地布置。这些元件包括共同的旋转轴线12。
内压气机壳体腔室1112和外压气机壳体腔室1113通过分隔壳体壁1101彼此分离。外压气机壳体腔室1113包括至少一个边界壳体壁110。边界壳体壁110和分隔壳体壁1101彼此相对地分开，使得形成外压气机壳体腔室1113。
边界壳体壁110包括至少一个入口开口1100，用于将具有调和气体的入口调和气体流1115引入外压气机壳体腔室1113，用于调和压气机壳体。用于调节调和入口气体流的至少一个调节单元被设置。调和气体流调节单元是喷嘴11001。
喷嘴11001被切向地定向。由此，喷嘴11001的通道11002的定向11003和腔室11的径向112形成大约45°的角度113。
分别经由入口开口和喷嘴，具有气体分子的调和气体喷射被注射到压气机的外压气机壳体腔室中。调和气体喷射包括具有氮气和氧气的空气作为调和气体分子。
调和气体喷射可以被注射成使得形成调和气体喷射的气体分子的周向运动1114。此外，调和气体喷射被注入到外壳体腔室1113中，使得形成调和气体喷射的气体分子沿着定子边界壁的内表面1111的切向运动。
燃气涡轮被用在燃气涡轮发动机中。由此，在燃气涡轮发动机的至少一个操作状态期间，调和气体分子经由入口开口1100被注射进外壳体腔室1113中。操作状态是燃气涡轮发动机停机。通过将调和气体注射到外压气机壳体腔室中，来平衡切向温度差。这使得压气机壳体与不适用调和气体喷射的燃气涡轮相比形成较小的热扭曲。

Claims (9)

1.一种燃气涡轮(1)，包括：
至少一个转子组件(10)；以及
至少一个压气机壳体(11)
其中，所述压气机壳体(11)包括用于布置所述转子组件(10)的至少一个内压气机壳体腔室(1112)和用于调和所述压气机壳体(11)的至少一个外压气机壳体腔室(1113)；
所述内压气机壳体腔室(1112)和所述外压气机壳体腔室(1113)通过分隔壳体壁(1101)彼此分离；
所述外压气机壳体腔室(1113)包括至少一个边界壳体壁(110)；
所述边界壳体壁(110)和所述分隔壳体壁(1101)彼此相对地分离，使得形成压气机的所述外压气机壳体腔室(1113)；并且
所述边界壳体壁(110)包括至少一个切向地定向的入口开口(1100)，用于将具有调和气体的入口调和气体流(1115)引入到所述外压气机壳体腔室(1113)中，用于调和所述压气机壳体(11)，使得与未调和的压气机壳体(11)相比减小所述压气机壳体的切向材料温度变化。
2.根据权利要求1所述的燃气涡轮，其中设置用于调节所述入口调和气体流的至少一个调和气体流调节单元。
3.根据权利要求2所述的燃气涡轮，其中所述调和气体流调节单元包括至少一个阀和/或至少一个喷嘴(11001)。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的燃气涡轮，其中所述外压气机壳体腔室至少部分地包围内壳体。
5.根据权利要求1-3中的任一项所述的燃气涡轮，其中所述调和气体包括空气。
6.根据权利要求1-3中的任一项所述的燃气涡轮(1)，其中所述调和气体能被注射进所述外壳体腔室中，使得形成所述调和气体的气体分子的周向运动(1114)，和/或形成所述调和气体的气体分子的沿着所述边界壳体壁(110)的内腔室表面(1111)和/或沿着内分隔壁的内表面的切向运动。
7.根据权利要求1-6中的任一项所述的燃气涡轮在涡轮发动机中的使用，其中在所述燃气涡轮发动机的至少一个操作状态期间，调和气体分子经由所述入口开口(1100)被注射到所述外壳体腔室(1113)中。
8.根据权利要求7所述的使用，其中所述操作状态是从如下群中选取，所述群由所述燃气涡轮发动机的起动和所述燃气涡轮发动机的停机构成。
9.根据权利要求7或8所述的使用，其中空气被用作调和气体。
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