背景技術(shù)：

本文中所公開的主題涉及渦輪機領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種具有間隙控制系統(tǒng)的渦輪機或渦輪機殼體。

燃氣渦輪機一般包括壓縮機部分、渦輪機部分和燃燒器組件。所述燃燒器組件將來自所述壓縮機部分的流體與燃料混合，以形成可燃混合物。所述可燃混合物燃燒形成熱氣，所述熱氣穿過所述渦輪機部分的熱氣通路。所述渦輪機部分包括多個級，所述多個級具有安裝到轉(zhuǎn)子的翼型件，所述翼型件將所述熱氣的熱能轉(zhuǎn)換為機械旋轉(zhuǎn)能。來自所述壓縮機的額外流體穿過所述燃氣渦輪機的外殼，以用于冷卻目的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)一個示例性實施例的一個方面，燃氣渦輪機包括壓縮機部分、可操作地連接到壓縮機部分的渦輪機部分以及與壓縮機部分和渦輪機部分中的每一者流體連通的燃燒器組件。渦輪機殼體至少部分圍繞渦輪機部分。渦輪機殼體包括具有外表面和內(nèi)表面的主體。間隙控制系統(tǒng)包括在渦輪機殼體的外表面與內(nèi)表面之間延伸的多個流體連通的流體通道。多個流體連通的流體通道包括配置成沿第一軸向引導流體流的第一流體通道、配置成沿圍繞渦輪機殼體的周向引導流體流的周向流體通道以及配置成沿與第一軸向大體相反的第二軸向引導流體流的第二流體通道。第一流體通道包括穿過內(nèi)表面的第一出口，并且第二流體通道包括穿過內(nèi)表面的第二出口。

基于上述一個方面，本申請還涉及以下技術(shù)方案：

技術(shù)方案1：根據(jù)一個方面所述的燃氣渦輪機，所述燃氣渦輪機進一步包括：孔板，所述孔板布置在所述第一出口處，所述孔板至少部分限定所述周向流體通道并且包括多個開口。

技術(shù)方案2：根據(jù)技術(shù)方案1所述的燃氣渦輪機，所述多個流體連通的流體通道包括配置成沿所述第一軸向引導所述流體流的第三流體通道，所述第三流體通道包括穿過所述內(nèi)表面的第三出口。

技術(shù)方案3：根據(jù)技術(shù)方案2所述的燃氣渦輪機，所述孔板跨所述第一出口和所述第三出口延伸。

技術(shù)方案4：根據(jù)一個方面所述的燃氣渦輪機，所述燃氣渦輪機進一步包括：至少一個湍流器，所述湍流器布置在所述第一流體通道中，所述至少一個所述湍流器配置并且設置成增強傳熱流體與所述渦輪機殼體之間的對流傳熱。

技術(shù)方案5：根據(jù)技術(shù)方案4所述的燃氣渦輪機，所述燃氣渦輪機進一步包括：另一個湍流器，所述另一個湍流器布置在所述第二流體通道中，所述另一個湍流器配置并且設置成增強傳熱流體與所述渦輪機殼體之間的對流傳熱。

技術(shù)方案6：根據(jù)技術(shù)方案5所述的燃氣渦輪機，所述至少一個湍流器和所述另一個湍流器中的每一者限定所述第一流體通道和所述第二流體通道中的相應流體通道中的流動限制。

技術(shù)方案7：根據(jù)一個方面所述的燃氣渦輪機，所述間隙控制系統(tǒng)包括被動間隙控制系統(tǒng)，所述被動間隙控制系統(tǒng)配置并且設置成自動調(diào)整所述渦輪機部分中的運行間隙。

技術(shù)方案8：根據(jù)一個方面所述的燃氣渦輪機，所述第一流體通道包括與所述壓縮機部分流體連通的進口。

技術(shù)方案9：根據(jù)一個方面所述的燃氣渦輪機，所述多個流體連通的流體通道中的每一個包括非圓形截面。

根據(jù)一個示例性實施例的另一個方面，燃氣渦輪機包括壓縮機部分、可操作地連接到壓縮機部分的渦輪機部分以及與壓縮機部分和渦輪機部分中的每一者流體連通的燃燒器組件。渦輪機殼體至少部分圍繞渦輪機部分延伸。渦輪機殼體包括具有外表面和內(nèi)表面的主體。間隙控制系統(tǒng)包括在渦輪機殼體的外表面與內(nèi)表面之間延伸的多個流體連通的流體通道。多個流體連通的流體通道中的至少一個包括湍流器構(gòu)件(turbulatormember)，該湍流器構(gòu)件配置并且設置成增強渦輪機殼體的對流冷卻。

基于上述另一個方面，本申請還涉及以下技術(shù)方案：

技術(shù)方案10：根據(jù)另一個方面所述的燃氣渦輪機，所述湍流器包括沿所述多個流體連通的流體通道中的至少一個延伸的多個湍流器。

技術(shù)方案11：根據(jù)另一個方面所述的燃氣渦輪機，所述湍流器包括外表面和限定通道的內(nèi)表面。

技術(shù)方案12：根據(jù)技術(shù)方案11所述的燃氣渦輪機，所述外表面包括截面輪廓，所述截面輪廓與所述多個流體連通的流體通道中的一個流體通道的內(nèi)表面一起限定另一個通道。

技術(shù)方案13：根據(jù)技術(shù)方案12所述的燃氣渦輪機，所述截面輪廓包括多面幾何形狀。

技術(shù)方案14：根據(jù)另一個方面所述的燃氣渦輪機，所述湍流器包括多個凸角。

技術(shù)方案15：根據(jù)技術(shù)方案14所述的燃氣渦輪機，所述湍流器安裝在延伸穿過所述多個流體連通的流體通道中的至少一個的桿上，所述多個凸角從所述桿向外徑向突出。

技術(shù)方案16：根據(jù)另一個方面所述的燃氣渦輪機，所述多個流體連通的流體通道中的每一者與所述壓縮機部分流體連通。

技術(shù)方案17：根據(jù)另一個方面所述的燃氣渦輪機，所述間隙控制系統(tǒng)包括被動間隙控制系統(tǒng)，所述被動間隙控制系統(tǒng)配置并且設置成自動調(diào)整所述渦輪機部分中的運行間隙。

根據(jù)一個示例性實施例的又一個方面，提供一種用于燃氣渦輪機的渦輪機殼體。燃氣渦輪機可包括壓縮機部分、可操作地連接到壓縮機部分的渦輪機部分以及與壓縮機部分和渦輪機部分中的每一者流體連通的燃燒器組件。渦輪機殼體可包括主體，主體至少部分圍繞渦輪機部分延伸，主體包括外表面和內(nèi)表面。間隙控制系統(tǒng)可包括在外表面與內(nèi)表面之間延伸的多個流體連通的流體通道。多個流體連通的流體通道中的至少一個可包括湍流器，該湍流器配置并且設置成增強傳熱流體與渦輪機殼體之間的對流傳熱。

從結(jié)合附圖進行的以下說明中，將更加清楚了解這些和其他優(yōu)點及特征。

附圖說明

本發(fā)明的主題在本說明書結(jié)尾處的權(quán)利要求書中特別指出并且進行明確主張。從結(jié)合附圖描述的以下具體實施方式中可清楚地了解本發(fā)明的上述和其他特征及優(yōu)點，在附圖中：

圖1是根據(jù)一個示例性實施例的渦輪機系統(tǒng)的示意圖，所述渦輪機系統(tǒng)包括具有間隙控制系統(tǒng)的渦輪機；

圖2是圖1所示渦輪機的渦輪機殼體的部分透視圖；

圖3是圖2所示渦輪機殼體的部分截面?zhèn)纫晥D；

圖4是圖3所示渦輪機殼體中的間隙控制系統(tǒng)的示意圖；

圖5描繪了圖4所示間隙控制系統(tǒng)的一部分；

圖6描繪了圖5所示間隙控制系統(tǒng)的孔板；

圖7是根據(jù)一個示例性實施例的一個方面的渦輪機殼體的截面?zhèn)纫晥D，所述渦輪機殼體具有間隙控制系統(tǒng)；

圖8是根據(jù)一個示例性實施例的另一個方面的渦輪機殼體的部分截面圖，所述渦輪機殼體具有間隙控制系統(tǒng)；

圖9描繪了圖8所示間隙控制系統(tǒng)的湍流器的透視圖；

圖10描繪了根據(jù)一個示例性實施例的一個方面的替代湍流器幾何構(gòu)型；

圖11描繪了根據(jù)一個示例性實施例的另一個方面的湍流器；以及

圖12描繪了圖11所示湍流器的端視圖。

具體實施方式將參考附圖，以示例的方式說明本發(fā)明的實施例以及優(yōu)勢及特征。

具體實施方式

根據(jù)一個示例性實施例，渦輪機系統(tǒng)在圖1中用2一般性地指示。渦輪機系統(tǒng)2可包括渦輪機4，渦輪機具有通過共同的壓縮機/渦輪機軸10可操作地連接的壓縮機部分6和渦輪機部分8。燃燒器組件12可流體連通地連接在壓縮機部分6與渦輪機部分8之間。燃燒器組件12可包括至少一個燃燒器14，至少一個燃燒器經(jīng)由過渡件(未示出)將燃燒產(chǎn)物導向到渦輪機部分8。進氣系統(tǒng)16可與壓縮機部分6的入口(未單獨標記)流體連通。另外，負載18機械連接到(linkedto)渦輪機4，并且排氣系統(tǒng)20可操作地連接到渦輪機部分8的出口(也未單獨標出)。

在操作期間，空氣經(jīng)由進氣系統(tǒng)16進入壓縮機部分6中。例如，進氣系統(tǒng)16可通過降低濕度、改變溫度和類似方法調(diào)節(jié)空氣。空氣通過壓縮機部分6的多個級壓縮并且輸送到渦輪機部分8和燃燒器組件12。空氣在燃燒器14中與燃料、稀釋劑和類似物質(zhì)混合，以形成可燃混合物?？扇蓟旌衔镒鳛闊釟饨?jīng)由過渡件從燃燒器14輸送到渦輪機部分8中。熱氣沿渦輪機部分8的熱氣通路22流動。熱氣穿過多個級(未單獨標出)，多個級與如附圖標記24所示的一個或多個靜態(tài)翼型件相互作用并且旋轉(zhuǎn)如附圖標記25所示的翼型件，以產(chǎn)生功。隨后，熱氣作為廢氣進入排氣系統(tǒng)20中。廢氣可經(jīng)處理并排出到周圍環(huán)境中或用作另一個設備(未示出)中的熱源。

根據(jù)一個示例性實施例，渦輪機4包括環(huán)繞渦輪機部分8的殼體30或外殼30。根據(jù)圖2-4所示的示例性實施例的一個方面，殼體30可包括具有外表面43和內(nèi)表面45的主體40。內(nèi)表面45可包括多個鉤型構(gòu)件47(圖3)。例如，鉤型構(gòu)件47可采用護罩支架的形式，例如第一級護罩支架49和第二級護罩支架50。第一級護罩支架49和第二級護罩支架50將定子或護罩固定到殼體30，定子或護罩中的一者在圖1中以附圖標記52指示。

根據(jù)一個示例性實施例的一個方面，渦輪機4包括間隙控制系統(tǒng)51(圖4)，間隙控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)翼型件25(圖1)的尖端部分(未單獨標記)與由鉤型構(gòu)件47支撐的護罩52(圖1)之間的間隙。根據(jù)一個示例性實施例的一個方面，間隙控制系統(tǒng)51采用被動間隙控制系統(tǒng)的形式。應該了解，“被動”是指間隙在不受外部程序化控制系統(tǒng)和/或人員的任何介入的情況下，完全基于渦輪機操作參數(shù)而自動調(diào)節(jié)(autonomouslyadjusted)。

間隙控制系統(tǒng)51包括延伸穿過殼體30的多個流體連通的流體通道54。流體通道54可包括非圓形截面，并且可與鉤型構(gòu)件47以熱交換關(guān)系延伸。流體通道54包括引導冷卻劑傳熱流體的第二級流體通道56、第一第三級流體通道58和第二第三級流體通道60，冷卻劑傳熱流體可采用第一軸向上的壓縮機排氣的形式。第一第三級流體通道58和第二第三層流體通道60沿與第一軸向相反的第二軸向引導傳熱流體。第一第三級流體通道58包括第一端62和第二端64。第一端62限定可與壓縮機部分6流體連通的入口66。第二端64與周向流體通道67流體連通。周向流體通道67可圍繞殼體30的周界的一部分延伸。周向流體通道67可圍繞殼體30周向引導傳熱流體。周向流體通道67限定出口通道68。第二第三級流體通道60可包括類似的結(jié)構(gòu)。

進一步根據(jù)一個示例性實施例的一個方面，第二級流體通道56包括第一端部70和第二端部72。第一端部70限定與出口通道68流體連通的入口74。第二端部72包括與靜態(tài)翼型件24流體連通的出口75。在該布置下，傳熱流體將傳送到第一第三級流體通道58和第二第三級流體通道60中。傳熱流體流向出口通道68。傳熱流體的一部分重新轉(zhuǎn)向到第二級流體通道56中。第二級流體通道56中的傳熱流體穿過出口75進入靜態(tài)翼型件24中。如圖5和6所示，傳熱流體的另一個部分流過設在出口通道68處的孔板80?？装?0可將傳熱流體導入第三級靜態(tài)翼型件(未單獨標記)中?？装?0包括多個支架，其中一個以附圖標記82指示，多個支架提供與出口通道68的內(nèi)壁和多個開口84(未單獨標記)的所需間隔。開口84的大小設置成提供所需的背壓，以將傳熱流體導入第二級流體通道56中，同時促進所需量的傳熱流體的通過。

進一步根據(jù)一個示例性實施例，間隙控制系統(tǒng)51可包括布置在第一第三級流體通道58內(nèi)的第一湍流器88和第二湍流器90。另一個湍流器92可布置在第二級流體通道56內(nèi)。第二第三級流體通道60也可包括湍流器(未單獨標記)。湍流器88、90和92產(chǎn)生在流過流體通道56、58和60的傳熱流體中形成擾動的限制。擾動增強傳熱流體的傳熱特性。如下面將詳細說明，傳熱流體可流過湍流器88、90和92和/或在其上方流動。

根據(jù)一個示例性實施例的又一個方面，如圖7所示，第二級流體通道98包括與傳熱流體的外部來源(未示出)流體連通的入口100。第二級流體通道98還包括設有孔板103的出口102，孔板將傳熱流體輸送至靜態(tài)翼型件24(圖1)。第三級流體通道104通過周向流體通道106與第二級流體通道98流體連通。周向流體通道106可以以類似于上述方式的方式圍繞殼體30的周界的至少一部分延伸，并且可與若干第二級和第三級流體通道(未示出)流體連通。第三級流體通道104包括可將傳熱流體輸送至第三級靜態(tài)翼型件(未單獨標記)的出口108。

現(xiàn)將參考圖8，根據(jù)一個示例性實施例的另一個方面，描述具有間隙控制系統(tǒng)121的殼體120。殼體120包括外表面122和內(nèi)表面124。間隙控制系統(tǒng)121包括穿過殼體120在外表面122與內(nèi)表面124之間延伸的流體通道128。流體通道128包括可與壓縮機部分6流體連通的第一端132、第二端134以及在二者之間延伸的中間部分137。第二端134可與渦輪機部分8的熱氣通路22流體連通。進一步地，第二端134可通過一個或多個靜態(tài)翼型件24(圖1)與熱氣通路22流體連通。流體通道128以與多個鉤型構(gòu)件139進行熱交換的關(guān)系布置，多個鉤型構(gòu)件從內(nèi)表面124延伸。

根據(jù)一個示例性實施例的一個方面，多個湍流器沿流體通道128的中間部分137布置，其中一個湍流器以附圖標記142指示。如圖9所示，湍流器142可包括具有外表面152和內(nèi)表面154的主體149，內(nèi)表面限定中心通道156。中心通道156形成流動限制，流動限制在流過流體通道128的傳熱流體中產(chǎn)生湍流。湍流提高傳熱流體的熱交換質(zhì)量。

圖10示出了具有截面輪廓160的湍流器159。更具體地，截面輪廓160可采用以下形式：多面幾何性質(zhì)162a、星狀形狀162b、六邊形162c、回旋曲線162d或使傳熱流體沿外表面(未單獨標記)流過和/或流過湍流器159的內(nèi)部通道(也未單獨標記)的任何其他輪廓。圖11-12描繪了根據(jù)一個示例性實施例的另一個方面的湍流器168。湍流器168由桿170支撐，桿可延伸穿過流體通道128。湍流器168包括從桿170向外徑向延伸的多個凸角(lobes)172。凸角172在穿過流體通道128的傳熱流體中產(chǎn)生湍流。

在此點上，應該了解，示例性實施例描述了一種用于在渦輪機中控制運行間隙的系統(tǒng)。更具體地，系統(tǒng)使用流體通道，流體通道可包括引導傳熱流體通過渦輪機殼體的湍流器。傳熱流體以與渦輪機殼體進行熱交換的關(guān)系流過。通過存在和/或不存在傳熱流體產(chǎn)生的傳熱使渦輪機殼體膨脹和/或收縮。渦輪機殼體的膨脹和/或收縮使渦輪機護罩移動，從而改變或調(diào)節(jié)渦輪機運行間隙。還應該了解，多個流體通道也可形成為包括大致圓形截面。進一步地，應該了解，多個流體通道可呈錐形，使流過渦輪機殼體的傳熱流體分散或聚集，或其可包括梯級特征，梯級特征產(chǎn)生增強傳熱流體與渦輪機殼體之間傳熱的局部流動限制。

術(shù)語“約”旨在包括基于提交本發(fā)明申請時可用的設備測量特定數(shù)量的相關(guān)誤差程度。例如，“約”可包括給定值的±8％或5％或2％的范圍。

本說明書中所用的術(shù)語僅是為了描述特定實施例，并不意圖限制本發(fā)明。除非上下文另外明確指出，否則本說明書中所用的單數(shù)形式“一種(a)”、“一個(an)”和“該(the)”旨在同樣包括復數(shù)形式。應進一步了解，本說明書中所用的術(shù)語“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”指定存在所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或部件，但并不排除存在或附加一個或多個其他特征、整體、步驟、操作、元件、部件和/或其組合。

盡管本發(fā)明僅結(jié)合有限數(shù)量的實施例進行詳細描述，但應易于了解，本發(fā)明并不限于這些公開的實施例。相反，本發(fā)明可經(jīng)修改以包括上文并未描述但與本發(fā)明的精神和范圍相符的任何數(shù)量的變化、更改、替換或者等效布置。另外，盡管已經(jīng)描述了本發(fā)明的多個實施例，但應該了解，示例性實施例可僅包括所述示例性方面的一部分。因此，本發(fā)明并不視作受上述說明限制，而是僅受隨附權(quán)利要求書的范圍限制。