CN1692250A - 燃气轮机的排气尾管的冷却结构 - Google Patents

Abstract

一种燃气轮机排气尾管的冷却结构，其中具有钩形横截面的板簧(6)从下部安装在冲击冷却板(4)的另一端(b)附近。板簧的下侧上的一端(c)通过焊接固定到肋(1d)上，而其上侧上的另一端(d)是自由端并且通过板簧的弹力抵靠于冲击冷却板(4)的另一端(b)的附近。因此，可以在肋(1d)一侧上密封在冲击冷却板(4)和排气尾管(1)之间形成的间隙，同时避免例如肋(1d)中产生的热应力影响冲击冷却板(4)。

Description

燃气轮机的排气尾管的冷却结构

技术领域

本发明涉及一种利用冷却空气来冷却燃气轮机的过渡联接件的出口的结构。

背景技术

传统上，燃气轮机在其上安装有过渡联接件，用来将燃烧室内产生的高温高压的燃烧气体高效引导到涡轮部分。这种过渡联接件的入口部分的结构便于连接到产生燃烧气体的燃烧室内筒(basket)上，同时这种过渡联接件的出口部分被构造成连接到涡轮的流动通道上。过渡联接件的外壳部分具有一种焊接的结构，其中结合有具有冷却孔的板件。此外，出口部分在其上安装有用来加强的肋。

另外，过渡联接件密封件在过渡联接件的出口处布置到内径一侧和外径一侧上，由此防止冷却气体从与涡轮部分连接的部分泄漏。以这种方式，通过将冷却气体引入到过渡联接件的出口部分并通过用过渡联接件密封件防止冷却空气泄漏，可以利用压缩机的出口空气来冷却过渡联接件的出口。下面，参照附图再次对燃气轮机的传统燃烧室的结构加以介绍。

图8是示出燃气轮机的传统燃烧室的示意图。图9是从出口一侧看到的燃烧室的过渡联接件的视图。在图8中，燃气轮机的燃烧室100由圆筒形的燃烧室内筒110和接合到燃烧室内筒110的开口111内的过渡联接件120构成。过渡联接件120包括一个圆筒形的元件，并且使得燃烧室内筒110的开口111***并接合到过渡联接件的入口部分121中。

过渡联接件120的横截面区域从其入口部分121开始逐渐缩窄，并如图9所示，过渡联接件的出口部分122成形为一个弯曲成扇形的矩形。图中省略了对过渡联接件120的外壳部分的上述焊接结构的描绘，在该焊接结构中结合了具有冷却孔的板件。过渡联接件120使其出口部分122在周边上设置有环形的密封件支撑部分123，该密封件支撑部分具有凹陷的横截面。密封件支撑部分123接合到过渡联接件120的出口部分122上并通过焊接予以固定。

现在，回到图8，燃气轮机的燃烧室100使过渡联接件120的出口部分122连接到涡轮200的燃烧通道210上。燃烧通道210的入口由内护套230和外护套240形成，该内护套和外护套在两端支撑第一级涡轮排的静止叶片220。过渡联接件120使其出口部分122定位在燃烧通道210的入口处，并固定到壳体(未示出)上。过渡联接件120的出口部分122和涡轮200的燃烧通道210之间的间隙由环形密封件125密封，该环形密封件具有y形的横截面构型。

密封件125具有钩形尖端126和分成两叉部分127，该钩形尖端126***到设置于过渡联接件120的出口122上的密封件支撑部分123的凹陷部分中，而分成两叉部分127接合到第一级涡轮排静止叶片220的护套230和240内。在这种燃气轮机的燃烧室100内，燃烧室内筒110内产生并点火的预混合空气被喷射到过渡联接件120的燃烧空间128内并燃烧，成为高温燃烧气体。燃烧气体通过过渡联接件120的内部并然后从过渡联接件120的出口部分122吹到涡轮200的燃烧通道210中，如图中用箭头C所表示的。

作为上述过渡联接件的冷却结构的一个实施例，公开了一种燃气轮机的冷却板。(例如，见日本专利申请公开2002-511126)。而且，公开了燃气轮机的燃烧室。(例如，见日本专利申请公开2003-65071)。

然而，过渡联接件的上述传统冷却结构在过渡联接件的出口部分处具有不均匀的冷却效果，并且由于使这个部分暴露于燃烧气体并被加热而存在变形的潜在问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种燃气轮机的过渡联接件的冷却结构，这种冷却结构可以提高过渡联接件出口部分处的冷却效果，尽管它以简单的方式构成。

为了实现上述目的，根据本发明，燃气轮机具有两个突起，这两个突起沿着与过渡联接件内的主气流垂直的方向安装在燃气轮机内径的外侧、过渡联接件出口部分的附近；并具有多孔板件，该多孔板件通过只固定到一个突起上而安装在突起之间。

另外，在过渡联接件出口部分附近以及燃气轮机内径的外侧，安装有一个冲击冷却板，该冲击冷却板以悬臂状态仅在一侧得以固定。所述间隙借助于安装在冲击冷却板未固定的一端与过渡联接件之间的弹性板予以密封。

此外，过渡联接件的面对冲击冷却板的表面具有多个冷却孔，这些冷却孔在燃烧气体流动方向看水平形成在该表面内。冷却孔仅在过渡联接件的中心部分内布置成多排。

此外，多个过渡联接件中的每一个分别设置有过渡联接件密封件，并且具有在过渡联接件密封件的彼此面对的每一端上以彼此相重叠的方式安装的突起。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的燃气轮机的过渡联接件的冷却结构的示意性纵截面图；

图2是根据本发明一个实施例的冲击冷却板的平面图；

图3是在燃烧气体流动方向看到的过渡联接件1的横截面图，该过渡联接件1包括冷却孔1e；

图4是在燃烧气体流动方向上看到的过渡联接件1的横截面图，其中过渡联接件1包括冷却孔1f；

图5示出过渡联接件1的底面；

图6A和图6B是示出冲击冷却板端部附近的结构的横截面图；

图7示出根据本发明一个实施例的过渡联接件密封件的结构；

图8是示出燃气轮机的传统燃烧室的示意图；

图9是从出口一侧看到的燃烧室的传统过渡联接件的视图。

具体实施方式

现在参照附图，下面将描述本发明的实施例。然而，本发明将不局限于下面的实施例。图1是根据本发明一个实施例的燃气轮机的过渡联接件的冷却结构的示意性纵截面图。这个图示出过渡联接件的出口部分底部附近的情况。在这个图中，1表示过渡联接件；2表示过渡联接件密封件；而3表示第一排的叶片护套。在过渡联接件1出口部分的底面上，边缘形肋1a和1b向下伸出(向燃气轮机的内径伸出)，并且在它们之间形成有狭槽部分1c。

另外，横截面大致成形为钩形的过渡联接件密封件2在其一端具有肋2a，这个肋2a以边缘的形状升高，接合到上述狭槽部分1c中。另一方面，过渡联接件密封件2的另一端上形成有狭槽部分2b，该狭槽部分2b与从涡轮一侧上的第一排叶片护套3向过渡联接件一侧延伸的肋3a接合。通过上述结构，过渡联接件1和第一排叶片护套3通过过渡联接件密封件2连接并密封。在此，从第一排叶片护套3向上(向燃气轮机的外径一侧)延伸的部分3b表示静止叶片。

此外，在过渡联接件1的底面上(即，在燃气轮机内径侧的外侧上)，边缘形肋1d在肋1b的燃烧气体的上游一侧上向下延伸。然后，从燃烧气体流动方向看，横截面大致为L形并且其中具有多个孔的冲击冷却板4水平安装在肋1b和1d之间。在横截面较窄一侧上的一端a通过焊接固定到肋1b上，而在水平跨过肋1b和1d的横截面较宽一侧上的另一端b为自由端。换句话说，冲击冷却板4以悬臂状态仅在一端固定。另外，冲击冷却板4的较宽侧部分具有冲击孔4c，冲击孔4c在冲击冷却板中沿纵向(垂直于纸面方向)形成两排。

另外，在冲击冷却板4的另一端b附近，在与过渡联接件1的底面形成的空间内竖立一销钉5，这就在冲击冷却板4和过渡联接件1之间形成了预定间隙。另一方面，在冲击冷却板4的另一端b附近，从下部安装有一个板簧6，这个板簧6的横截面成形为钩形。这使得板簧下侧上的一端c可以通过焊接固定到肋1d上，而上侧上的另一端d是自由端，由此通过板簧的弹力，另一端d与冲击冷却板4的另一端b的附近紧密接触。这确保了在肋1d一侧上对在冲击冷却板4和过渡联接件1之间形成的上述间隙的密封，并例如防止了肋1d产生的热应力影响冲击冷却板4。

此外，虽然没有示出，冲击冷却板4可以构造成在从过渡联接件1的底面突出的肋1b和1d之间仅固定到任一个肋上，而不利用销钉5和板簧6。具体地说，例如，冲击冷却板4可以使其一端a通过焊接固定到肋1b上，而使其另一端b为自由端，并由此可以使其另一端b通过弹力与肋1d紧密接触。这使得在肋1d一侧上密封在冲击冷却板4和过渡联接件1之间形成的上述间隙成为可能，避免肋1d产生的热应力影响冲击冷却板4，例如，由此能够减少部件数量和制造工时。

此外，在过渡联接件1的底面上，在肋1b和1d之间从燃烧气体的上游一侧朝向燃烧气体的下游一侧依次在底面内(即，在面对冲击冷却板4的表面上)形成冷却孔1e和1f，该冷却孔与过渡联接件1的底面形成预定角度α。通过仅在过渡联接件1的出口处的中心部分将冷却孔布置成两排，而在周边附近将冷却孔布置成一排，这可以集中冷却变成高温的部分。这将在后面详细描述。如图中箭头A所示，来自图中未示出的压缩机的压缩空气一旦通过冲击孔4c进入冲击冷却板4和过渡联接件1之间的间隙；通过冷却孔1 e和1 f流入过渡联接件1的内侧；则如图中箭头B所示，沿着过渡联接件1的内壁表面流动，由此进行气膜冷却(film-cooling)。

通过具有冲击孔4c，冲击冷却板4有助于提高冲击冷却效果。另外，通过优化流入过渡联接件1的冷却空气的流动速度，并防止冷却空气猛烈地进入燃烧气体的内侧，可以提高气膜冷却效果。由上述过渡联接件1的底面和冷却孔1e和1f形成的角α在本发明实施例中大约为30度。这是通过在角度加工和气膜冷却效果之间达成正好平衡来予以确定的，但并不局限于这个角。

图2示出根据本发明实施例的冲击冷却板的平面图。在本发明的这个实施例中，如图中所示，冲击孔4c以z字形在冲击冷却板4的顶面(对应于上述较宽侧的表面)上、在纵向整个长度上布置成两排。这使得在冲击冷却板4的整个长度和整个宽度上实现冲击冷却效果成为可能。然而，冲击孔4c的布置不局限于根据本发明这个实施例的结构。

图3到图5示出在根据本发明实施例的过渡联接件内形成的冷却孔的布置形式。首先，图3是在燃烧气体流动方向上看到的过渡联接件1的横截面图，该过渡联接件1包括冷却孔1e。图4是在燃烧气体流动方向上看到的过渡联接件1的横截面图，该过渡联接件包括冷却孔1f。图5示出过渡联接件1的底面。这个图主要示出从燃烧气体的下游侧看时的右侧上的布置形式。

如这些图中所示，多个冷却孔1e和1f各自在过渡联接件1的底面上对称地布置成一排。在燃烧气体上游侧上的冷却孔1e为较短的排，并且只布置在中心部分。即，在过渡联接件的出口处，仅在中心部分内冷却孔布置成两排，而在周边附近，它们布置成一排，由此实现了集中冷却变成高温的中心部分的结构。然而，中心部分也可以这样构成，使得冷却孔在中心部分中布置成多排，这不局限于两排，而可以是多于两排。

图6是示出根据本发明实施例的冲击冷却板的端部附近的结构的横截面图。图6A示出从燃烧气体下游侧看的左侧，而图6B示出右侧。如这些图中所示，在冲击冷却板4的每个端部的附近安装有一盖板7，该盖板的横截面大致成形为字母S形，在盖板上侧上的一端e通过焊接固定到过渡连接件1上，而在其下侧上的一端f是自由端，该自由端借助于自身的弹力与冲击冷却板4的底面相接触。

例如，上述状态可以避免由肋1d产生的热应力影响冲击冷却板4，并且密封在左右两侧上、在冲击冷却板4和过渡联接件1之间形成的上述间隙。通过这种密封结构并且通过上述在肋1d一侧上的密封结构，来自压缩机的压缩空气被高效引入冲击孔4c中，由此提高冲击冷却效果。

图7示出根据本发明实施例的过渡联接件密封件的结构。这个图示出从燃烧气体下游一侧看到的过渡联接件密封件。如图所示，在所看到的左侧上的过渡联接件密封件2的右端具有一个狭槽部分2c和一个突起部分2d，该狭槽部分2c和突起部分2d在密封件2上连续形成，并且为了分别接合到每个部分中，在所看到的右侧上的过渡联接件密封件的左端上连续安装一个突起部分2d和一个狭槽部分2c。然后，突起2d分别接合到所面对的狭槽部分2c中，由此彼此重叠。

多个过渡联接件密封件2不仅设置到未示出的燃烧室上，而且设置到过渡联接件上，并且在燃气轮机的整个周边上布置成彼此依次接触。在过渡联接件密封件2之间的间隙设置有图7所示的重叠结构，这可以防止来自压缩机的压缩空气通过过渡联接件密封件2形成的间隙泄漏，由此减少冷却空气无价值地消耗，并提高过渡联接件出口处的总冷却效果。

通过实现如上所述的冷却结构，与传统结构相比，例如可以发现：在过渡联接件出口处的中心部分中，温度降低诸如56到102℃，而在周边附近，降低9到23℃，并且可以实现有利的冷却效果。

虽然在此已经描述了被认为的本发明优选实施例，但是本发明的其他修改和变型也是可以实现的，只要所有这些变型落入本发明的精髓和范围内。

工业应用性

如上所述，利用本发明的实施例，可以提供一种结构简单但可以提高过渡联接件出口部分处的冷却效果的燃气轮机过渡联接件的冷却结构。

Claims (5)

1.一种燃气轮机的过渡联接件的冷却结构，其特征在于：

具有两个突起，这两个突起垂直于过渡联接件的主气流、在燃气轮机内径侧的外侧安装于过渡联接件出口部分的附近；并且

具有一板件，该板件具有多个孔，通过仅固定到一个突起上而安装在所述两个突起之间。

2.一种燃气轮机的过渡联接件的冷却结构，其特征在于：

具有冲击冷却板，该冲击冷却板以悬臂状态在一端固定，安装到燃气轮机内径侧的外侧、过渡联接件出口部分的附近；并且

密封在相应的冲击冷却板未固定的一端与所述过渡联接件之间的间隙，密封是通过在相应的间隙间放置弹性板来实现的。

3.如权利要求2所述的燃气轮机的过渡联接件的冷却结构，其中，所述过渡联接件的面对所述冲击冷却板的表面具有多个冷却孔，当从燃烧气体流动方向看时，这些冷却孔从右/左向左/右水平形成；并且

其中，相应的冷却孔仅在所述过渡联接件的中心部分内布置成多排。

4.如权利要求2所述的燃气轮机的过渡联接件的冷却结构，其中，多个所述过渡联接件分别设置有过渡联接件密封件；并且

其中，面对相应的过渡联接件密封件的端部具有突起，这些突起分别以相应的突起彼此重叠的方式安装。

5.如权利要求3所述的燃气轮机的过渡联接件的冷却结构，其中，多个所述过渡联接件分别设置有过渡联接件密封件；并且

其中，面对相应的过渡联接件密封件的端部具有突起，这些突起分别以相应的突起彼此重叠的方式安装。

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