[发明专利]具有次级空气系统的燃气涡轮

说明书

一种燃气涡轮包括：沿着轴线(A)延伸的压缩机区段(2)和涡轮区段(5)；外壳(10)和内壳(11)，它们在涡轮区段(5)中界定彼此之间的环形腔(13)；冷却回路(7)，其构造成通过外壳(10)中的冷却入口(17)将冷却流体流(F)从压缩机区段(2)引导至涡轮区段5的环形腔(13)；以及挡板(20)，其在相应冷却入口(17)与内壳(11)之间布置在环形腔(13)中，并且构造成拦截供给穿过相应冷却入口(17)的冷却流体流(F)的至少部分，并且构造成防止拦截的冷却流体流(F)直接地冲击内壳(11)。

技术领域

本发明涉及具有次级空气系统的燃气涡轮。

背景技术

如已知的，在燃气涡轮中，流动穿过膨胀或涡轮区段的热气体可达到甚至高于1500℃的温度。经受高温的涡轮区域(如涡轮导叶和叶片，以及定子热屏障)的冷却经常为必需的，并且通常通过经由所谓的次级空气系统(SAS)将相对冷的空气流从压缩机区段朝向涡轮区段引导来实现。

在燃气涡轮的次级空气系统中，空气基本上出于成本和空间的原因，典型地通过外部管从压缩机放出部传递至涡轮区段，该外部管在数量方面为有限的(例如，两个或四个)。来自外部管的冷却空气接着供给至一个或更多个环形腔，其包绕涡轮转子并且限定在燃气涡轮的内壳和外壳之间。更具体而言，在一些情况下，环形腔可由涡轮导叶托架(TVC)和涡轮壳体(TH)形成。

离开供应管的冷却空气沿径向向内引导，并且在相应地点处直接冲击内壳。这导致沿围绕内壳的周向方向的显著的流动不均匀性和不平均的温度分布，因为热传递系数在直接冲击区域处高得多并且从其下降。进而，由于温度分布，故内壳的不同部分在使用中经受不同的热膨胀，并且内壳可以以椭圆形的方式变形。内壳的变形需要在相互面向的静止部分和旋转部分之间的较宽间隙，以防止操作期间的接触。然而，较宽的间隙可导致效率损失，因为热气流的较大部分可通过间隙泄漏，并且不与涡轮导片和叶片的流线型部分相互作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃气涡轮，其允许克服或至少减弱描述的限制。

根据本发明，提供一种燃气涡轮，其包括：

压缩机区段和涡轮区段，它们沿着轴线延伸；

外壳和内壳，它们在涡轮区段中界定彼此之间的环形腔；

冷却回路，其构造成通过外壳中的冷却入口将冷却流体流从压缩机区段引导至涡轮区段的环形腔；以及

挡板，其在相应冷却入口与内壳之间布置在环形腔中，并且构造成拦截供给穿过相应冷却入口的冷却流体流的至少部分，并且构造成防止拦截的冷却流体流直接地冲击内壳。

减少或完全避免冷却流体在内壳上的直接冲击导致了温度沿着内壳在周向方向上的更均匀分布。实际上，挡板使冷却流体流偏转，并且可围绕内壳产生湍流或旋转流。在两种情况下，避免了与内壳的不规则热交换，并且使温度分布更均匀。热膨胀因此在内壳的所有区段中为近似相同的，并且防止后者的变形。

此外，使冷却流体流的速度和压力分布更均匀，因此改进了冷却流体通过内壳壁至涡轮导叶和叶片的供应以及至内壳本身的内表面的供应。

根据本发明的方面，各个挡板由自由空间与内壳分离。

冷却流体由挡板、由挡板的边缘处的涡旋，或由偏转而转向，并且可围绕整个内壳(包括挡板与内壳之间的区域)提供有效的冷却作用。

根据本发明的方面，环形腔具有由外壳与内壳之间的径向距离限定的高度，并且挡板位于环形腔的高度的20％到80％之间。

根据本发明的方面，挡板在15°到65°之间的角上沿周向延伸。

根据本发明的方面，环形腔具有第一轴向长度，并且挡板具有在第一轴向长度的10％到100％之间的第二轴向长度。