[发明专利]具有分段的导向叶片外圈的涡轮机导向叶片系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种涡轮导向叶片外圈，尤其是用于固定式燃气轮机的涡轮导向叶片外圈。

背景技术

燃气轮机应用于多个领域，以用于驱动发电机或作功机械。在此，利用燃料的内能来产生涡轮轴的旋转运动。为此，燃料在燃烧室内燃烧，其中压缩空气由空气压缩机提供。在此，在燃烧室内通过燃料的燃烧产生的处于高压和高温下的工质经由连接在燃烧室下游的涡轮单元引导，在所述涡轮处工质膨胀作功。

在此，为了产生涡轮轴的旋转运动，在该涡轮轴上设置有多个通常组装成叶片组或叶片列的导向叶片，所述导向叶片通过来自工质的脉冲传输来驱动涡轮轴。此外，为了引流工质，通常在相邻的导向叶片排之间设置有与涡轮壳体连接的组装成导向叶片排的导向叶片。这些导向叶片通过叶片根部固定在通常为空心圆柱形或空心圆锥形的导向叶片外圈上，并且在它们的面向涡轮轴线的一侧上通过叶片顶部固定在相应的导向叶片排的共同的内环上。在固定式燃气轮机中，该内环通常由通过法兰相互连接的上半部和下半部组成。

在这种燃气轮机的设计中，除了可达到的功率外，特别高的效率通常也是设计目的。在此，效率的提高能够基于热力学原因原则上通过出口温度的提高来实现，借助所述出口温度的提高，工质从燃烧室流出并且流入涡轮单元。在此，对于这种燃气轮机力求并且达到大致1200℃至1500℃的温度。

但是，工质的这样的高温远高于例如在燃烧室的流出区域内使用的部件材料的熔点温度，使得用于确保燃气轮机的所需的功能的重要部件必须被强烈冷却并且借助复杂的涂层系统保护。在此，个别情况下可能的是，尽管使用这些用于叶片的冷却和涂层的高度改进的且多次试验过的工艺，但是仍需要导向叶片的过早的更换，因为叶片功能例如由于涂层的部分损失或冷却空气孔的堵塞而受到不允许的影响。在大型的固定式燃气轮机中，这样更换措施在最好的情况下能够持续几天，但是平均大约两周，以至于因此造成燃气轮机或者燃气和蒸汽轮机发电站的运行的不希望的且昂贵的中断，在所述燃气和蒸汽轮机发电站中使用燃气轮机。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种涡轮导向叶片外圈，尤其是用于燃气轮机的涡轮导向叶片外圈，所述涡轮导向叶片外圈在保持特别高的效率的情况下实现各个导向叶片的特别简单的更换，并且因此设计用于特别短的维修持续时间。

根据本发明，该目的通过根据权利要求1的特征设计的涡轮导向叶片外圈得以实现。

在此，本发明基于的考虑是，当能够简化导向叶片的装配和拆卸时，通过导向叶片的特别简单的更换可以缩短维修持续时间。目前，因为由于在新型的固定式环形燃烧室机器中的结构情况，必须掀开涡轮，以便能够接近其导向叶片。在此，导向叶片位于导向叶片外圈的内部，所述导向叶片外圈在固定式燃气轮机中由上部的和下部的实心铸件组成，并且因此也必须被拆卸以用于更换导向叶片。因此，为了避免掀开和取下导向叶片外圈的上部的铸件，导向叶片外圈应该至少在一个部分内多次分段。通过在该部分内使用两个以上的部段，这些部段小于其余的部段。因此可能的是，仅通过取下各个部段触及围绕这些部段的区域。为了在此也确保导向叶片的可触及性，部段在此应该在导向叶片外圈的整个径向延长上延伸，并且相应的部段与其余的导向叶片外圈的连接是可拆卸的。因此，为了维修或更换第一涡轮级的单个导向叶片，不再必须取下导向叶片外圈的上部的铸件，而是仅松开相应的部段与导向叶片外圈的其余的部分和与在圆周方向上相邻的部段的连接，从而因为相关的部段在导向叶片外圈的整个径向延长上延伸，所以在取出相应的部段后可以直接触及径向地更向内设置的导向叶片，并且因此可以更换这些导向叶片。

在燃气轮机中的最高的温度存在于燃烧室的出口处。因此，第一涡轮级的导向叶片，即最靠近燃烧室的导向叶片，暴露在这些最高的温度下，并且受到最大的磨损。相应地，尤其是在该涡轮导向叶片中，预料到由于通过冷却空气孔的阻塞(例如由于向内氧化的冷却空气孔)造成的损坏而导致的过早的更换。因此，为了特别是也简化这些导向叶片中各个的更换，有利的是，导向叶片外圈在最靠近燃汽轮机的燃烧室的导向叶片排的部分内多次分段。换言之，涡轮导向叶片外圈的流入侧的部分应该比涡轮导向叶片外圈的其余部分具有更多的部段。

为了实现导向叶片排的所有导向叶片的可触及性，应该设有许多部段，使得每个部段可由一个，在最差情况下可由两个装配工人操作。因此，通过仅取出有关的导向叶片的径向外部的相应的部段，能够在每个圆周方向部分中进行导向叶片的更换。在此有意义的是，分段的精确的几何构造应该适应于机器的操作。