燃氣渦輪的制造方法
【專利摘要】燃氣渦輪機(10)包括壓縮機(12)、環(huán)狀的燃燒室(13)和渦輪(15)，其中，為了將在燃燒室(13)中產(chǎn)生的熱氣引入到緊接著的渦輪(15)中，燃燒室(13)在過渡區(qū)域(A)中利用燃燒室殼(20a)如此聯(lián)接到渦輪入口(26)處，即可在燃燒室(13)與渦輪入口(26)之間實現(xiàn)由熱膨脹引起的相對運動，并且其中，由于在運行中出現(xiàn)的熱膨脹(33)，燃燒室殼(20a)利用分布地安裝在周面處的支撐元件(29)鄰接到在軸覆蓋部(25)處的錐狀輪廓(31a)處且支撐在該處。在負載和壽命方面的改進由此實現(xiàn)，即錐狀輪廓(31a)與機器軸線圍有角度(α2)，其使得燃燒室殼(20a)能夠利用支撐元件(29)滑到錐狀輪廓(31a)上。
【專利說明】燃氣潤輪機

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及燃氣渦輪機的【技術領域】。本發(fā)明涉及在環(huán)狀的燃燒室與緊接著的渦輪之間的過渡區(qū)域。

【背景技術】
[0002]本發(fā)明以這樣的燃氣渦輪機為起點，其在最簡單的情況下具有如在圖1中描述的那樣的示意圖。圖1的燃氣渦輪機10包括壓縮機12、燃燒室13和渦輪15。壓縮機12通過空氣入口 11吸入燃燒空氣且對燃燒空氣進行壓縮。已壓縮的空氣被導入到燃燒室13中且在此用于燃料14的燃燒。產(chǎn)生的熱氣在緊接著的渦輪15中在產(chǎn)生功率的情況下降低壓力且作為排氣16離開渦輪15。
[0003]現(xiàn)代的(固定式)工業(yè)燃氣渦輪機(IGT)通常設計有環(huán)狀的或環(huán)形燃燒室。在通常更小的IGT中將燃燒室實施為所謂的“罐式燃燒器(Can Annular Combustors)”。
[0004]在帶有環(huán)狀的或環(huán)形燃燒室的IGT中，燃燒室由側壁以及熱氣的進入平面和離開平面來限制。燃燒室側壁在此或者分部段地由殼元件組成或實施為全殼(Vollschale)。在使用全殼時，視裝配情況而定產(chǎn)生分界面的必要性，其允許取下上部部分，以便例如裝配或拆卸燃氣渦輪機轉子。分界面相應具有兩個分界面焊縫，其例如處在機器軸線的高度上(3點和9點位置)。下部的半殼和上部的半殼必須尤其對流地進行冷卻。
[0005]燃燒室殼的功能
燃燒室殼(燃燒器過渡管，Combustor Transit1n Duct)具有以下功能:
?其密封兩個腔室(Plenum)/室；
?其還必須彼此密封(借助于分界面裝配，通常在3點和9點位置)；
?其除了分界面之外實施成旋轉對稱；
?其在裝配燃燒室半殼時必須在分界面中交錯/彼此引導；
?燃燒室內(nèi)殼或內(nèi)燃燒室殼必須在分界面處“看不見地”來彼此引導(不能采取連接平面的視覺控制，因為其由燃燒室內(nèi)殼遮蓋)；
?其應不必承受軸向力或徑向力；
?其可然而不必自承地來實施(無承載結構)；
?其必須具有(很大的)軸向和徑向運動間隙，尤其在瞬變的運行狀態(tài)期間；
?其必須耐熱(持久強度/疲勞強度)；
?如果可能，應抑制自振(支撐殼)。
[0006]圖2顯示了一種燃燒室，其包括帶有環(huán)形燃燒室的示例性的燃氣渦輪機的區(qū)段。在此可在右側上識別出壓縮機12的輸出部與其導引葉片和運行葉片，在相對而置的側部上存在渦輪15的入口區(qū)域與其導引葉片和運行葉片。在壓縮機輸出部與渦輪入口區(qū)域之間存在包圍轉子17的軸覆蓋部(Wellenabdeckung) 25。軸覆蓋部的入口區(qū)域設計為壓縮機擴散器，其帶有在流動方向上漸增的流動截面，已壓縮的空氣通過該流動截面流到包圍環(huán)狀的燃燒室13的腔室18中。燃燒室13建造成包括內(nèi)燃燒室殼20a和外燃燒室殼20b。在燃燒室殼20a、20b的相應的外側上有間隔地布置有內(nèi)冷卻套19a和外冷卻套1%，其與相關的燃燒室殼一起相應形成內(nèi)冷卻空氣引導部21a和外冷卻空氣引導部21b。
[0007]來自腔室18的空氣通過冷卻空氣引導部21a、20b流到處在燃燒室13之前的輸入?yún)^(qū)域中，在其中布置有實際的燃燒器22，在該情況下布置有所謂的雙錐面燃燒器。通過冷卻空氣引導部21a、21b引導的空氣一方面進入到燃燒器22中且在此與燃料混合。另一方面空氣通過燃燒室13的后壁23直接進入到燃燒室中。對于燃氣渦輪機的無干擾的運行的重要的是在圖2中利用點圓和參考標號A標記的在燃燒室13與渦輪15之間的過渡區(qū)域。
[0008]燃燒室的內(nèi)殼和外殼在運行中在熱方面和機械方面經(jīng)受很大的負荷。殼的材料強度性能很大程度上取決于溫度。為了在允許的最大材料溫度水平的作用下保持材料溫度，如結合圖2和在此顯示的冷卻套19a、19b已經(jīng)說明的那樣對殼元件進行對流冷卻。
[0009]鄰近渦輪入口的造型和很高的熱負載首先在該區(qū)域中同樣在冷卻空氣側上要求恒定大小的熱過渡。在燃燒室點火之前，兩個燃燒室殼至少達到壓縮機出口空氣的溫度。一旦燃燒器點火，兩個燃燒室殼的金屬溫度進一步上升。
[0010]由于燃燒室殼的很高的金屬溫度，殼沿軸向和徑向膨脹(參見圖4中的膨脹方向33)。膨脹尤其可在關于渦輪的進入部的接口(第一導引葉片排的內(nèi)平臺和外平臺)處很好地測量。膨脹持續(xù)地且在確定的時間段上一在起動過程期間且在燃氣渦輪機負載變化時一發(fā)生。在燃燒室冷卻時逆行地發(fā)生相同的過程(收縮過程)。
[0011]現(xiàn)在在實踐中已經(jīng)證實通過在燃燒室與渦輪入口之間的過渡部的正好說明的類型和配置產(chǎn)生并非所期望的必須避免的損耗痕跡或損耗。由于在燃氣渦輪機運行期間的與此相關聯(lián)的磨損而影響了功能性。此外還影響或降低壽命。最后還可預料到的是在重新調整機器時的額外花費。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]因此，本發(fā)明的一個方面在于如此構造開頭提及的類型的燃氣渦輪機使得避免迄今的解決方案的缺點且尤其更好地獲取和支持燃燒室殼的瞬變的運動。
[0013]本發(fā)明以這樣的燃氣渦輪機為出發(fā)點，其包括壓縮機、環(huán)狀的燃燒室和渦輪，其中，為了將在燃燒室中產(chǎn)生的熱氣引入到緊接著的渦輪中，燃燒室在過渡區(qū)域中利用燃燒室殼連接渦輪入口。為了在燃燒室與渦輪入口之間實現(xiàn)由熱膨脹弓I起的相對運動，燃燒室內(nèi)殼具有分布地安裝在周面處的支撐元件。由于在運行中出現(xiàn)的熱膨脹，支撐元件鄰接到在軸覆蓋部處的錐狀輪廓處且支撐在該處。
[0014]本發(fā)明的一個方面為錐狀輪廓，其與機器軸線圍有角度，該角度使得燃燒室內(nèi)殼能夠利用支撐元件滑到錐狀輪廓上。
[0015]除了燃氣渦輪機之外，本公開的對象為用于燃氣渦輪機的燃燒室內(nèi)殼和軸覆蓋部。
[0016]燃燒室內(nèi)殼在背對熱氣的側部上的出口端處包括分布地安裝在周面處的支撐元件，該支撐元件具有斜面，其在安裝狀態(tài)中平行于軸覆蓋部的錐狀輪廓伸延。斜面與機器軸線圍有角度，該角度使得燃燒室內(nèi)殼的支撐元件能夠滑到軸覆蓋部的錐狀輪廓上。
[0017]用于燃氣渦輪機的軸覆蓋部在外側上的下游端處具有錐狀輪廓，其在安裝狀態(tài)中與機器軸線圍有角度。該角度使得燃燒室內(nèi)殼能夠利用支撐元件滑到錐狀輪廓上。
[0018]燃氣渦輪機的一種設計方案的特征在于:支撐元件構造為徑向突出的、在軸向方向上定向的支撐板或鰭狀物(Finne);支撐板或鰭狀物具有與錐狀輪廓相對而置的且與錐狀輪廓在角度方面相應的斜面；且在錐狀輪廓與斜面之間設置有不為零的安裝公差。
[0019]燃氣渦輪機的另一設計方案的特征在于:燃燒室殼在其熱膨脹時在膨脹方向上膨脹，該膨脹方向與錐狀輪廓圍有不為零的角度差。
[0020]角度差尤其處在在2°與15°之間的范圍中，優(yōu)選處在在5°與10°之間的范圍中，尤其處在在7°與8°之間的范圍中，且錐狀輪廓與機器軸線圍成的角度在20°與30°之間，尤其在24°與26。之間。
[0021]根據(jù)另一設計方案，安裝公差處在在Imm與1mm之間的范圍中，優(yōu)選處在在2mm與8mm之間的范圍中，尤其處在在3mm與4mm之間的范圍中。
[0022]另一設計方案的特征在于:軸覆蓋部包含灰口鑄鐵，而支撐元件包含鎳基合金或優(yōu)選包含奧氏體鐵素體鋼。
[0023]又一設計方案的特征在于:環(huán)形燃燒室由單獨的部段組成，且每個部段設置有兩個支撐元件。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]下面應借助實施例結合附圖進一步闡述本發(fā)明。其中:
圖1顯示了燃氣渦輪機的極度簡化的示意圖；
圖2以一個區(qū)段在燃燒室的區(qū)域中顯示了通過帶有環(huán)形燃燒室的燃氣渦輪機的縱向截面；
圖3以簡化的圖示顯示了在燃燒室與軸覆蓋部或壓縮機擴散器之間由于在運行中的熱膨脹的相對運動；
圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的過渡區(qū)域的配置；以及圖5以透視圖顯示了圖4的燃燒室的離開區(qū)域。

【具體實施方式】
[0025]在開頭說明的過渡區(qū)域A中，在內(nèi)燃燒室殼20a與其冷卻套19a與渦輪入口(圖4中的26)的內(nèi)壁之間的過渡部現(xiàn)在如此設計，即其允許且承受由熱膨脹引起的相對移動。在兩個構件之間的間隔在流動技術方面由板狀的過渡元件(圖4中的30)橋接，其一方面可擺動地支承在內(nèi)燃燒室殼20a處且另一方面在其自由端處通過以壓力彈簧(圖4中的28)加載的壓緊螺栓(圖4中的27)如此壓向渦輪入口 26的內(nèi)壁的外側，即其可橫向于壓緊螺栓27的軸線移動。以這種方式針對熱氣在燃燒室與渦輪入口之間實現(xiàn)密封的過渡部，其允許且補償兩個構件彼此的相對移動。
[0026]為了燃燒室不可在運行期間進行有害的振動，在過渡區(qū)域中設置有這樣的器件，如果已經(jīng)斷定燃燒室的與運行相關聯(lián)的熱膨脹，該器件使得燃燒室能夠支撐在軸覆蓋部25處。該器件包括多個徑向突出的、在軸向方向上定向的支撐板(圖3、圖4中的29)，其沿著內(nèi)燃燒室殼20a的內(nèi)周面來布置。支撐板29同時具有用于可擺動的過渡元件30的擺動支承(圖3中的32)。
[0027]支撐板29相應具有斜面(圖4中的31b)，其與機器軸線圍有預定的角度α (參見圖4)。軸覆蓋部25的錐狀輪廓(圖4中的31a)以間隔d(圖4)與斜面31b相對而置，該錐狀輪廓與機器軸線圍有相同的角度α。如果燃燒室在燃氣渦輪機起動時熱膨脹，內(nèi)燃燒室殼20a利用安裝在其處的支撐板29朝在圖3中畫出的膨脹方向33上運動到錐狀輪廓31a上，直至最終兩個面31a和31b彼此擠壓。
[0028]在實際的燃氣渦輪機中，在燃燒室與渦輪進入部之間的接口處分析在接口配對件之間的相對的徑向和軸向運動，且在此確定特定的滑動面。在該應用中，特定的滑動面應為大約16°且相應在設計方面進行了考慮(25°的滑動面)。
[0029]通過借助于FE工具模擬在燃燒室區(qū)域中的瞬變運動計算出特定的滑動角。由于熱膨脹而產(chǎn)生垂直于滑動角的附加的運動，其用來確定最優(yōu)的間隙。針對不同的運行狀態(tài)，F(xiàn)E工具已經(jīng)計算出大約15° -18°的滑動角?；谠摻Y果，滑動角和因此還有接觸角應必須選擇成小于20°。在考慮到機械的這樣要求的情況下，即每個支撐板希望僅僅一個接觸部位(不希望面接觸，僅僅希望線接觸)且錐狀的全圓殼同樣并未最終如襯套那樣碰到錐狀的楔形物上且應熱裝，有意識地選擇更大的角度，在這種情況下選擇25。的角度。
[0030]在圖4或5中描繪了根據(jù)本發(fā)明的過渡部的配置的一種實施例。對于間隔和角度的大小，根據(jù)圖3在熱膨脹時的膨脹方向33與斜面31b或滑動面圍成的角度差△ α扮演重要角色。
[0031]Λα應處在2° -15°的范圍中，優(yōu)選處在5° -10°的范圍中，尤其處在7° -8°的范圍中。
[0032]在這種情況下，斜面31b與機器軸線的角度α處在在20°與30°之間，優(yōu)選處在
24。與26。之間。
[0033]安裝公差或間隔d處在1-1Omm的范圍中，優(yōu)選處在2_8mm的范圍中，尤其處在
3-4mm的范圍中。
[0034]安裝公差d在此等于冷時間隙加上加工公差。冷時間隙是需要的，因為部件可以說是在看不見的情況下進行裝配。
[0035]由于角度差Λ α，部件在燃氣渦輪機起動時移動至一起。輕微的壓緊是需要的。太大的Λ α導致鰭狀物的“卡住(Fressen) ”。太小的角度Λ α將在運行中導致間隙或松動的貼靠。這將允許振動且同樣導致?lián)p壞。
[0036]所說明的大小尤其針對所顯示的類型的燃氣渦輪機得到，在其中軸覆蓋部25包含灰口鑄鐵，而用于鰭狀物的材料從鎳基合金或優(yōu)選奧氏體鐵素體鋼中來選擇。
[0037]在此，對于分段的環(huán)形燃燒室，尤其每個部段設置有兩個鰭狀物或支撐板。
[0038]在修改已經(jīng)存在的燃氣渦輪機(改型)的情況下，將現(xiàn)存的軸覆蓋部修整到角度α上，而舊的鰭狀物通過帶有角度α的新的鰭狀物來代替。
[0039]參考標號列表 10燃氣渦輪機
11空氣入口 12壓縮機 13燃燒室 14燃料 15渦輪16排氣
17轉子
18腔室
19a內(nèi)冷卻套
19b外冷卻套
20a內(nèi)燃燒室殼
20b外燃燒室殼
21a內(nèi)冷卻空氣引導部
21b外冷卻空氣引導部
22燃燒器(例如雙錐面燃燒器)
23后壁(燃燒室)
24空氣
25軸覆蓋部(壓縮機擴散器)
26渦輪入口27壓緊螺栓28壓力彈簧29支撐板(鰭狀物)
30過渡元件
31a錐狀輪廓(壓縮機擴散器/軸覆蓋部)31b斜面(支撐板)
32擺動支承33膨脹方向
A燃燒室一渦輪的過渡區(qū)域d間隔(安裝公差)α角度(與機器軸線圍成的角度)
Δ α角度差。
【權利要求】
1.一種燃氣渦輪機(10)，包括壓縮機(12)、環(huán)狀的燃燒室(13)和渦輪(15)，其中，為了將在所述燃燒室(13)中產(chǎn)生的熱氣引入到緊接著的渦輪(15)中，所述燃燒室(13)在過渡區(qū)域(A)中利用燃燒室殼(20a)如此聯(lián)接到渦輪入口(26)處，即可在燃燒室(13)與渦輪入口(26)之間實現(xiàn)由熱膨脹引起的相對運動，并且其中，由于在運行中出現(xiàn)的熱膨脹(33)，所述燃燒室殼(20a)利用分布地安裝在周面處的支撐元件(29)鄰接到在軸覆蓋部(25)處的錐狀輪廓(31a)處且支撐在該處，其特征在于，所述錐狀輪廓(31a)與機器軸線圍有角度U)，其使得所述燃燒室殼(20a)能夠利用所述支撐元件(29)滑到所述錐狀輪廓(31a)上。
2.根據(jù)權利要求1所述的燃氣渦輪機，其特征在于，所述支撐元件構造為徑向突出的、在軸向方向上定向的支撐板或鰭狀物(29);所述支撐板或鰭狀物(29)具有與所述錐狀輪廓(31a)相對而置的且與所述錐狀輪廓(31a)在角度方面相應的斜面(31b);且在所述錐狀輪廓(31a)與所述斜面(31b)之間設置有不為零的安裝公差(d)。
3.根據(jù)權利要求2所述的燃氣渦輪機，其特征在于，所述燃燒室殼(20a)在其熱膨脹時在膨脹方向(33)上膨脹，該膨脹方向(33)與所述錐狀輪廓(31a)圍有不為零的角度差(Δα)。
4.根據(jù)權利要求3所述的燃氣渦輪機，其特征在于，角度差(Λα)處在在2°與15°之間的范圍中，優(yōu)選處在在5°與10°之間的范圍中，尤其處在在7°與8°之間的范圍中；且所述錐狀輪廓(31a)與機器軸線圍成的角度(α)在20°與30°之間，尤其在24°與26°之間。
5.根據(jù)權利要求2至4中任一項所述的燃氣渦輪機，其特征在于，安裝公差(d)處在在Imm與1mm之間的范圍中，優(yōu)選處在在2mm與8mm之間的范圍中，尤其處在在3mm與4mm之間的范圍中。
6.根據(jù)權利要求1至5中任一項所述的燃氣渦輪機，其特征在于，所述軸覆蓋部(25)包含灰口鑄鐵，而所述支撐元件(29)包含鎳基合金或18/10鉻鎳鋼。
7.根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的燃氣渦輪機，其特征在于，所述環(huán)形燃燒室(13)由單獨的部段組成，且每個部段設置有兩個支撐元件(29)。
8.一種用于燃氣渦輪機(10)的燃燒室內(nèi)殼(20a)，其在背對熱氣的側部上的出口端處包括分布在周面處的支撐元件(29)，該支撐元件具有斜面(31b)，其在安裝狀態(tài)中平行于軸覆蓋部(25)的錐狀輪廓(31a)伸延且與機器軸線圍有角度(^0，角度(^0使得所述燃燒室內(nèi)殼(20a)的支撐元件(29)能夠滑到所述軸覆蓋部(25)的錐狀輪廓(31a)上。
9.一種用于燃氣渦輪機(10)的軸覆蓋部(25)，其在外側上的下游端處具有錐狀輪廓(31a)，該錐狀輪廓在安裝狀態(tài)中與機器軸線圍有角度(0)，角度(0)使得燃燒室內(nèi)殼(20a)能夠利用支撐元件(29)滑到所述錐狀輪廓(31a)上。
【文檔編號】F23R3/60GK104246373SQ201280052419
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2012年10月23日 優(yōu)先權日:2011年10月24日
【發(fā)明者】特舒奧 R., 納蘭西 S., 菲科恩 G. 申請人:阿爾斯通技術有限公司