[发明专利]热隔离改善的涡轮喷嘴保持环

说明书

技术领域

本发明主要涉及用于支承燃气轮机涡轮喷嘴的保持环，且更具体地涉及一种热隔离得到改善以防止其不圆(或失圆)的保持环。

背景技术

在燃气轮机中，热燃烧气体从燃烧器环形阵列流动穿过过渡件，以便沿环形的热气通路流动。具体而言，涡轮级沿热气通路设置，使得热燃烧气体从过渡件流动穿过第一级喷嘴和轮叶，以及穿过后续涡轮级的喷嘴和轮叶。第一级喷嘴通常包括铸造喷嘴段的环形阵列或组件，其每段分别包括一个或多个喷嘴定子导叶。各第一级喷嘴段还包括彼此沿径向间隔开的内侧壁部分和外侧壁部分。当组装喷嘴段时，定子导叶彼此沿周向间隔开，以便在环形的内侧壁与外侧壁之间形成其环形阵列。连接到涡轮壳体上的喷嘴保持环联接到第一级喷嘴的外侧壁上，且支承涡轮气体流动通路中的第一级喷嘴。优选为在水平中线处分开的环形喷嘴支承环与内侧壁接合，且可支承第一级喷嘴克服轴向运动。

侧密封件可沿邻接的周向边缘一个接一个地密封喷嘴段环形阵列。侧密封件可在内侧壁径向内侧和外侧壁径向外侧的高压区域(即，处于高压的压缩机排出空气)与处于较低压的热气体流动通路中的热燃烧气体之间进行密封。弦向铰链密封件用于在第一级喷嘴的内侧壁与喷嘴支承环的轴向面向的表面之间以及在外侧壁与第一轮叶的护罩之间进行密封。因此，弦向铰链密封件也可克服从热气通路的高压区域到较低压区域的泄漏而密封。

图1示出了用于燃气轮机第一级喷嘴110的现有技术的侧壁保持系统100。第一级喷嘴110包括外侧壁115、内侧壁120，以及定位在喷嘴保持环130与喷嘴支承环135之间的翼型件125。喷嘴保持环130和支承环135附接到涡轮壳体(未示出)上。喷嘴保持环130还联接到外侧壁115上，且固定第一级喷嘴110。喷嘴支承环135设置在内侧壁120的径向内侧，且接合内侧壁120。第一级喷嘴110还包括用于内侧壁120和外侧壁115的弦向铰链轨道。内侧壁120上的弦向铰链轨道145抵靠支承环135向喷嘴110提供轴向支承，而外侧壁115上的弦向铰链轨道150抵靠第一级轮叶170的护罩160向喷嘴110提供轴向支承。内弦向铰链轨道145和外弦向铰链轨道150还提供弦向铰链密封件147，152，用以密封克服从热气通路的高压压缩机排出区域到较低压区域的泄漏。

喷嘴110外侧壁115上的弦向铰链轨道150从外侧壁115沿径向向外凸出。弦向铰链轨道150在其最外侧的径向凸起(projection)处结合面向前方(或前向)的环形保持台肩(或台部，land)175。保持台肩175与由保持环130上、面向后方(或后向)的保持挂钩185所限定的面向后方的环形凹槽180相配合。作用在保持环130的保持挂钩185上的弦向铰链轨道(chordal hinge rail)150的保持台肩175向喷嘴110提供径向支承。环形保持挂钩185可分成多段(未示出)。周向支承可由穿过保持环130和保持台肩175的抗旋转销(未示出)来提供。

动力生成(或发电)燃气轮机传统上采用一定类型的挂钩保持方案(或结构，scheme)。通过从连续的挂钩布置变化至分段的挂钩布置，已经对常规的挂钩保持方案进行了改进。这种变化导致更为确定的喷嘴负载和更好的喷嘴密封，但也导致保持环的热隔离较不理想，且因此使保持环经受高热梯度。经受此种高热梯度所产生的热应力可超过保持环材料的屈服强度，这会导致保持环翘曲或变得不圆(或失圆)。这可成为很显著的问题，因为环失圆通常会增加与保持环和第一级喷嘴组件相关的修理和维护成本。此外，保持环不圆可导致第一级喷嘴组件的偏转，这会引起喷嘴天使翼和第一级轮叶平台相接触，且会最终损坏轮叶。

目前，用于防止环失圆的一种解决方案是改变用于制造保持环的材料种类。例如，环的材料可更改为较高强度的合金，以便容许保持环经得起由于缺乏热隔离而造成的应力增大。然而，使用这些较高强度的合金会显著地增加保持环成本和制造燃气轮机的总成本。

因此，技术上将会认可改善保持环的热隔离以便减小作用在保持环上的热应力，且从而防止保持环失圆。

发明内容

本发明的方面和优点将在以下说明中部分地阐述，或可根据该说明而变得清楚，或可通过实施本发明而懂得。

一方面，本主题提供了一种用于燃气轮机涡轮喷嘴的保持环。该保持环包括主体和从主体沿径向向内凸出的一对周向保持台肩。该对周向保持台肩可构造成用以附接到喷嘴上。此外，该对周向保持台肩中的各保持台肩均可沿其周向长度分段。