專利名稱：一種帶有外部水冷裝置的燃氣輪機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及燃氣輪機結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)，特別提供了一種帶有外部水冷裝置的燃 氣輪機。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，燃氣輪機的燃氣輪機設(shè)計要求高，制造難度大，其制作成本也一直居 高不下。人們期望獲得一種成本較低、技術(shù)效果較好的新的燃氣輪機設(shè)計方案。
實用新型內(nèi)容本實用新型目的是提供一種創(chuàng)造性地利用退役渦扇發(fā)動機通過低壓切頂改制的 燃氣輪機設(shè)計方案。本實用新型一種帶有外部水冷裝置的燃氣輪機，其特征在于所述燃氣輪機中，在 主燃燒室16后部外側(cè)的外涵機匣11外部設(shè)置有外部水冷裝置41。所述帶有外部水冷裝置的燃氣輪機中，設(shè)置有渦輪冷卻集氣腔6，渦輪冷卻集氣腔 6內(nèi)設(shè)置有將其分為前后兩部分的集氣腔隔板601 ；所述外部水冷裝置41分別連接著渦輪 冷卻集氣腔6的前、后腔(圖4中，數(shù)字標記為6的左側(cè)腔室為前腔，右側(cè)腔室為后腔)。本實用新型所述燃氣輪機中，外部水冷裝置41具體結(jié)構(gòu)是外部水冷裝置41為封 閉的箱體結(jié)構(gòu)，其內(nèi)設(shè)置有換熱管42 ；所述換熱管42具體為熱傳導(dǎo)性能良好的材質(zhì)制造， 用于在管內(nèi)燃氣和管外冷卻水之間進行熱交換以便冷卻燃氣；所述換熱管42和渦輪冷卻集氣腔6的前、后腔之間分別通過燃氣導(dǎo)管43連接。燃 氣導(dǎo)管43具體為金屬波紋管。所述外部水冷裝置41中，換熱管42具體為剛性的長度較長且流阻較小的圓滑彎管。所述利用退役渦扇發(fā)動機通過低壓切頂改制的燃氣輪機中，所述燃氣輪機的渦輪 冷卻系統(tǒng)由原來單純的空冷改為增加外部水冷裝置41進行冷卻。預(yù)冷的高壓氣體從渦輪 冷卻集氣腔6的前腔流出，通過軟管連接到渦輪后部的外涵機匣11上的渦輪冷卻氣進出口 7引至機組外部，經(jīng)過外部水冷裝置41進行水冷處理之后，回到渦輪冷卻集氣腔6。經(jīng)冷卻 后的氣體用于對渦輪進行氣冷。為了更好地發(fā)揮本實用新型的技術(shù)效果，相應(yīng)的本實用新型還可以設(shè)置其他結(jié) 構(gòu)所述燃氣輪機的低壓壓氣機1的轉(zhuǎn)子中，I、II、III、IV級的低壓壓氣機工作葉片 101具體為切頂設(shè)計，以便減少發(fā)動機外涵道3排氣量；切頂后的I、II、III、IV級的低壓壓氣機工作葉片101與進口導(dǎo)流葉片2的進口 直徑都為730 780mm，同時低壓壓氣機機匣102外徑由機組前部向后部具體為收斂型錐度 設(shè)計，其與旋轉(zhuǎn)軸線的夾角為2 6°。[0014]所述利用退役渦扇發(fā)動機通過低壓切頂改制的燃氣輪機中，在低壓壓氣機轉(zhuǎn)子的 I、II、III、IV級的低壓壓氣機工作葉片101為切頂設(shè)計的基礎(chǔ)上，在連通外涵道3腔室的 中介機匣導(dǎo)流環(huán)401處設(shè)置外涵道隔板402，以便將外涵道3分隔成兩部分，兩部分的橫截 面積之比為15 85 25 75;氣體通過其中橫截面面積較小的那一部分進入外涵道3， 亦即外涵道3進口有效截面積變?yōu)樵瓉淼?5 25% ；將外涵道3的空氣通過導(dǎo)管引入到渦輪后部內(nèi)涵腔5中進行摻混以便降低渦輪后 部排出到動力渦輪中的燃氣溫度，同時增加了參與對動力渦輪作功的氣體流量，增大環(huán)境 壓力，使得動力渦輪的功率發(fā)揮更大。上述的傳遞燃氣的導(dǎo)管具體為金屬波紋管。所述利用退役渦扇發(fā)動機通過低壓切頂改制的燃氣輪機中，低壓渦輪導(dǎo)向器9改 為放大出口面積設(shè)計，以便降低氣流速度，使得低壓渦輪轉(zhuǎn)速降低；帶同低壓渦輪、低壓壓 氣機1組成的軸系整體轉(zhuǎn)速符合機組的匹配要求。也就使得與低壓渦輪同軸的低壓壓氣機轉(zhuǎn)速相應(yīng)減低。因為低壓壓氣機轉(zhuǎn)子葉片 改為徑向尺寸相對較小的切頂設(shè)計，所以這種改動可能使得低壓壓氣機轉(zhuǎn)子葉片在超音速 氣流條件下轉(zhuǎn)速升高，為安全起見；采用此輔助設(shè)計以便控制轉(zhuǎn)速防止超速造成不良后果。所述燃氣輪機將原有的煤油噴嘴改為燃料氣噴嘴15 ；燃氣總管設(shè)置在機組外部， 機組中具體設(shè)置有28個支管進入燃燒室16，每個支管在燃燒室的進口端都設(shè)置有一個燃 料氣噴嘴15。所述利用退役渦扇發(fā)動機通過低壓切頂改制的燃氣輪機中，在渦輪支撐隔板之間 還設(shè)置有固定在外涵機匣且穿過渦輪支承外環(huán)上的渦輪后溫度傳感器17，其具體為測溫熱 電偶，用于檢測低壓渦輪后部內(nèi)涵腔5的溫度場是否均勻，以便在溫度場不均勻時及時進 行故障處理。所述利用退役渦扇發(fā)動機通過低壓切頂改制的燃氣輪機中，機組的主支承具體為 設(shè)置在中介機匣4上的中介機匣安裝節(jié)403，其為沿圓周布置處于同一水平面上的對應(yīng)兩 處，具體采用銷孔連接定位；機組的輔助支承設(shè)置在渦輪后部的外涵機匣11后安裝邊的下部，具體為輔助支 承安裝板10，其具體結(jié)構(gòu)為能夠允許機組后部軸向變形或徑向變形的板型件。所述利用退役渦扇發(fā)動機通過低壓切頂改制的燃氣輪機中，在渦輪后部的內(nèi)涵機 匣12和外涵機匣11之間還設(shè)置有沿圓周布置的8個球頭鉸連接結(jié)構(gòu)的內(nèi)外涵機匣支桿 13，以便在內(nèi)涵機匣12受熱膨脹，內(nèi)涵機匣12和外涵機匣11之間距離變小時也能保證內(nèi) 二者的同心關(guān)系，以保證工作效果。所述利用退役渦扇發(fā)動機通過低壓切頂改制的燃氣輪機中，頭部的進口導(dǎo)流葉片 2為出口角度固定不變的固定結(jié)構(gòu)設(shè)計；外涵道后部的內(nèi)涵機匣12和外涵機匣11之間設(shè)置有用于封堵外涵道后部的外涵 道堵蓋19，其具體為不銹鋼材質(zhì)且壁厚為2 4mm的薄壁件，可以承受一定程度的彈性變 形(允許作軸向變形或者徑向變形的同時保證內(nèi)涵機匣和外涵后機匣二者之間的同軸關(guān) 系)；同時，在外涵道后部外側(cè)設(shè)置有專門的外涵控制排氣出口 79，排氣口外連接有專門的 放氣活門(相當于閥體)以控制排氣的開度大??；上述設(shè)計的目的是使得發(fā)動機的卸荷腔保留一定量的卸荷腔排氣的環(huán)境壓力，不能過低；以便保持內(nèi)外壓差不至于過大，排氣速度不致于過大；以便于防止啟動低壓壓氣 機1和高壓壓氣機14時發(fā)生喘振；所述利用退役渦扇發(fā)動機通過低壓切頂改制的燃氣輪機中，低壓渦輪導(dǎo)向器9出 口具體為放大尺寸設(shè)計，出口截面積現(xiàn)為850 950mm2。本實用新型創(chuàng)造性地利用退役的渦扇發(fā)動機作為結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)進行改制燃氣輪機，其 技術(shù)效果明顯好于以往。改制方案可操作性強、成本低、技術(shù)效果好。
以下結(jié)合附圖及實施方式對本實用新型作進一步詳細的說明


圖1為改制前的渦扇發(fā)動機局部結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為改制后的燃氣輪機局部結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為改制后的燃氣輪機整體外部結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為改制后的燃氣輪機結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為外部水冷裝置41相關(guān)結(jié)構(gòu)原理示意圖。
具體實施方式
各附圖標記含義如下低壓壓氣機1、低壓壓氣機工作葉片101、低壓壓氣機機匣102、進口導(dǎo)流葉片2、外 涵道3、中介機匣4、中介機匣導(dǎo)流環(huán)401、外涵道隔板402、中介機匣安裝節(jié)403、渦輪后部內(nèi) 涵腔5、渦輪冷卻集氣腔6、集氣腔隔板601、渦輪冷卻氣進出口 7、低壓渦輪導(dǎo)向器9、輔助支 承安裝板10、外涵機匣11、內(nèi)涵機匣12、內(nèi)外涵機匣支桿13、高壓壓氣機14、高壓壓氣機外 涵機匣1401、燃料氣噴嘴15、燃料氣供氣總管1501、燃料氣供氣支管1503、主燃燒室16、渦 輪后溫度傳感器17、內(nèi)外涵涵道氣體摻混口 18、外涵道堵蓋19、燃氣輸出波紋管20、渦輪支 撐支板21、外涵控制排氣出口 79、進氣機匣31、整流葉片71。實施例1一種利用退役渦扇發(fā)動機通過低壓切頂改制的帶有外部水冷裝置的燃氣輪機，所 述燃氣輪機中，在主燃燒室16后部外側(cè)的外涵機匣11外部設(shè)置有外部水冷裝置41。所述帶有外部水冷裝置的燃氣輪機中，設(shè)置有渦輪冷卻集氣腔6，渦輪冷卻集氣腔 6內(nèi)設(shè)置有將其分為前后兩部分的集氣腔隔板601 ；所述外部水冷裝置41分別連接著渦輪 冷卻集氣腔6的前、后腔(圖4中，數(shù)字標記為6的左側(cè)腔室為前腔，右側(cè)腔室為后腔)。本實施例所述燃氣輪機中，外部水冷裝置41具體結(jié)構(gòu)是外部水冷裝置41為封閉 的箱體結(jié)構(gòu)，其內(nèi)設(shè)置有換熱管42;所述換熱管42具體為熱傳導(dǎo)性能良好的材質(zhì)制造，用 于在管內(nèi)燃氣和管外冷卻水之間進行熱交換以便冷卻燃氣；所述換熱管42和渦輪冷卻集氣腔6的前、后腔之間分別通過燃氣導(dǎo)管43連接。燃 氣導(dǎo)管43具體為金屬波紋管。所述外部水冷裝置41中，換熱管42具體為剛性的長度較長且流阻較小的圓滑彎管。所述利用退役渦扇發(fā)動機通過低壓切頂改制的燃氣輪機中，所述燃氣輪機的渦輪 冷卻系統(tǒng)由原來單純的空冷改為增加外部水冷裝置41進行冷卻。預(yù)冷的高壓氣體從渦輪冷卻集氣腔6的前腔流出，通過軟管連接到渦輪后部的外涵機匣11上的渦輪冷卻氣進出口 7引至機組外部，經(jīng)過外部水冷裝置41進行水冷處理之后，回到渦輪冷卻集氣腔6。經(jīng)冷卻 后的氣體用于對渦輪進行氣冷。本實施例還設(shè)置下述的其他結(jié)構(gòu)所述燃氣輪機的低壓壓氣機1的轉(zhuǎn)子中，I、II、III、IV級的低壓壓氣機工作葉片 101具體為切頂設(shè)計，以便減少發(fā)動機外涵道3排氣量；切頂后的I、II、III、IV級的低壓壓氣機工作葉片101與進口導(dǎo)流葉片2的進口 直徑都為730 780mm，同時低壓壓氣機機匣102外徑由機組前部向后部具體為收斂型錐度 設(shè)計，其與旋轉(zhuǎn)軸線的夾角為2 6°。所述利用退役渦扇發(fā)動機通過低壓切頂改制的燃氣輪機中，在低壓壓氣機轉(zhuǎn)子的 I、II、III、IV級的低壓壓氣機工作葉片101為切頂設(shè)計的基礎(chǔ)上，在連通外涵道3腔室的 中介機匣導(dǎo)流環(huán)401處設(shè)置外涵道隔板402，以便將外涵道3分隔成兩部分，兩部分的橫截 面積之比為15 85 25 75 ；氣體通過其中橫截面面積較小的那一部分進入外涵道3， 亦即外涵道3進口有效截面積變?yōu)樵瓉淼?5 25% ；將外涵道3的空氣通過導(dǎo)管引入到渦輪后部內(nèi)涵腔5中進行摻混以便降低渦輪后 部排出到動力渦輪中的燃氣溫度，同時增加了參與對動力渦輪作功的氣體流量，增大環(huán)境 壓力，使得動力渦輪的功率發(fā)揮更大。上述的傳遞燃氣的導(dǎo)管具體為金屬波紋管。所述利用退役渦扇發(fā)動機通過低壓切頂改制的燃氣輪機中，低壓渦輪導(dǎo)向器9改 為放大出口面積設(shè)計，以便降低氣流速度，使得低壓渦輪轉(zhuǎn)速降低；帶同低壓渦輪、低壓壓 氣機1組成的軸系整體轉(zhuǎn)速符合機組的匹配要求。也就使得與低壓渦輪同軸的低壓壓氣機轉(zhuǎn)速相應(yīng)減低。因為低壓壓氣機轉(zhuǎn)子葉片 改為徑向尺寸相對較小的切頂設(shè)計，所以這種改動可能使得低壓壓氣機轉(zhuǎn)子葉片在超音速 氣流條件下轉(zhuǎn)速升高，為安全起見；采用此輔助設(shè)計以便控制轉(zhuǎn)速防止超速造成不良后果。所述燃氣輪機將原有的煤油噴嘴改為燃料氣噴嘴15 ；燃氣總管設(shè)置在機組外部， 機組中具體設(shè)置有28個支管進入燃燒室16，每個支管在燃燒室的進口端都設(shè)置有一個燃 料氣噴嘴15。所述利用退役渦扇發(fā)動機通過低壓切頂改制的燃氣輪機中，在渦輪支撐隔板之間 還設(shè)置有固定在外涵機匣且穿過渦輪支承外環(huán)上的渦輪后溫度傳感器17，其具體為測溫熱 電偶，用于檢測低壓渦輪后部內(nèi)涵腔5的溫度場是否均勻，以便在溫度場不均勻時及時進 行故障處理。所述利用退役渦扇發(fā)動機通過低壓切頂改制的燃氣輪機中，機組的主支承具體為 設(shè)置在中介機匣4上的中介機匣安裝節(jié)403，其為沿圓周布置處于同一水平面上的對應(yīng)兩 處，具體采用銷孔連接定位；機組的輔助支承設(shè)置在渦輪后部的外涵機匣11后安裝邊的下部，具體為輔助支 承安裝板10，其具體結(jié)構(gòu)為能夠允許機組后部軸向變形或徑向變形的板型件。所述利用退役渦扇發(fā)動機通過低壓切頂改制的燃氣輪機中，在渦輪后部的內(nèi)涵機 匣12和外涵機匣11之間還設(shè)置有沿圓周布置的8個球頭鉸連接結(jié)構(gòu)的內(nèi)外涵機匣支桿 13，以便在內(nèi)涵機匣12受熱膨脹，內(nèi)涵機匣12和外涵機匣11之間距離變小時也能保證內(nèi)二者的同心關(guān)系，以保證工作效果。所述利用退役渦扇發(fā)動機通過低壓切頂改制的燃氣輪機中，頭部的進口導(dǎo)流葉片 2為出口角度固定不變的固定結(jié)構(gòu)設(shè)計；外涵道后部的內(nèi)涵機匣12和外涵機匣11之間設(shè)置有用于封堵外涵道后部的外涵 道堵蓋19，其具體為不銹鋼材質(zhì)且壁厚為2 4mm的薄壁件，可以承受一定程度的彈性變 形(允許作軸向變形或者徑向變形的同時保證內(nèi)涵機匣和外涵后機匣二者之間的同軸關(guān) 系)；同時，在外涵道后部外側(cè)設(shè)置有專門的外涵控制排氣出口 79，排氣口外連接有專門的 放氣活門(相當于閥體)以控制排氣的開度大小；上述設(shè)計的目的是使得發(fā)動機的卸荷腔保留一定量的卸荷腔排氣的環(huán)境壓力，不 能過低；以便保持內(nèi)外壓差不至于過大，排氣速度不致于過大；以便于防止啟動低壓壓氣 機1和高壓壓氣機14時發(fā)生喘振；所述利用退役渦扇發(fā)動機通過低壓切頂改制的燃氣輪機中，低壓渦輪導(dǎo)向器9出 口具體為放大尺寸設(shè)計，出口截面積現(xiàn)為850 950mm2。本實施例創(chuàng)造性地利用退役的渦扇發(fā)動機作為結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)進行改制燃氣輪機，其技 術(shù)效果明顯好于以往。改制方案可操作性強、成本低、技術(shù)效果好。實施例2本實施例與實施例1內(nèi)容基本相同，其不同之處主要在于所述燃氣輪機中，所述 燃氣導(dǎo)管43具體為有彎曲接頭的多段金屬直管。
權(quán)利要求一種帶有外部水冷裝置的燃氣輪機，其特征在于所述燃氣輪機中，在主燃燒室(16)后部外側(cè)的外涵機匣(11)外部設(shè)置有外部水冷裝置(41)。
2.按照權(quán)利要求1所述帶有外部水冷裝置的燃氣輪機，其特征在于所述帶有外部水 冷裝置的燃氣輪機中，設(shè)置有渦輪冷卻集氣腔(6)，渦輪冷卻集氣腔(6)內(nèi)設(shè)置有將其分為 前后兩部分的集氣腔隔板(601)；所述外部水冷裝置(41)分別連接著渦輪冷卻集氣腔(6) 的前、后腔。
3.按照權(quán)利要求2所述帶有外部水冷裝置的燃氣輪機，其特征在于所述燃氣輪機中的外部水冷裝置(41)具體結(jié)構(gòu)是外部水冷裝置(41)為封閉的箱體 結(jié)構(gòu)，其內(nèi)設(shè)置有換熱管(42)；所述換熱管(42)和渦輪冷卻集氣腔(6)的前、后腔之間分別通過燃氣導(dǎo)管(43)連接。
4.按照權(quán)利要求3所述帶有外部水冷裝置的燃氣輪機，其特征在于所述外部水冷裝置(41)中，換熱管(42)具體為剛性的長度較長且流阻較小的圓滑彎管。
專利摘要一種帶有外部水冷裝置的燃氣輪機，所述燃氣輪機中，在主燃燒室(16)后部外側(cè)的外涵機匣(11)外部設(shè)置有外部水冷裝置(41)。本實用新型創(chuàng)造性地利用退役的渦扇發(fā)動機作為結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)進行改制燃氣輪機，其技術(shù)效果明顯好于以往。改制方案可操作性強、成本低、技術(shù)效果好。
文檔編號F02C7/141GK201723314SQ20102017910
公開日2011年1月26日 申請日期2010年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月5日
發(fā)明者何永順, 周素荃, 孫遠偉, 宋文超, 崔榮繁, 楊勝群, 梁阮 申請人:沈陽黎明航空發(fā)動機(集團)有限責任公司