[发明专利]具有最后一个涡轮级的冷却的燃气轮机

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃气轮机，该燃气轮机具有包括排气部的定子，该排气部的内护罩与燃气轮机转子的热气侧上的最后一个涡轮级的叶轮的转子叶片的平台分离轴向间隙，该间隙将排气部连接到叶轮的轮侧空间，所述空间在燃气轮机的一个操作状态下具有比燃气轮机外部环境的空气压力更低的压力，并且所述空间具有空气入口，该空气入口经由空气管道连接到燃气轮机的外部环境。

背景技术

燃气轮机是压力下的气体在其中膨胀的连续流机器。燃气轮机由涡轮或膨胀机、上游压气机以及插入的燃烧室构成。操作原理基于循环过程(焦耳过程)：压气机借助于一个或若干压气机级的叶片压缩空气，然后在燃烧室中混合该空气与气体或液体燃料，点燃并燃烧它。

热气体(燃烧气体与空气的混合物)由此形成，该热气体在随后的涡轮部中膨胀，其中热能被转换成机械能并初始驱动压气机。剩余部分在涡轴发动机中用于驱动发电机、推进器或其他旋转消耗器。膨胀的热气体被引导至排气部中，该排气部为此目的而被耐热护罩包围，该耐热护罩形成用于排气部的热气管道的边界。同时，排气部的内护罩分离耐热护罩与被布置在轴线周围的定子的内部零件。

由于构造限制，燃气涡轮排气部无法从周围环境充分密封。由于转子热气侧上的最后一个涡轮级处的操作期间的热膨胀，轴向间隙存在于转子叶片的平台与排气部的内护罩之间，该间隙将排气部连接到轮侧空间(即，连接到邻近叶轮的空间)。因为排气部在不利操作状态下或硬件配置的情况下可以具有关于周围环境的正压力，所以无法排除热排气到周围环境中或到燃气涡轮机围壳中的泄露。这引起燃气轮机的组件上增大的温度负荷和有害排放气体的排放。后者存在安全风险。

前面提及的不利操作状态是由于越来越大的灵活化而引起的小热气质量流(即，燃气轮机的低功率)变得更重要。此外，作为最后一个涡轮级处的空气动力学变化或锅炉中增大的排气压力损耗的结果而可能发生相对高的排气压力。

在一些燃气涡轮机类型中，为了经由轮侧空间中的空气入口和连接到该空气入口的空气管道从周围环境吸入空气、并将该空气用于冷却目的，使用出现在排气部区域中的负压。具体地，在这里，紧接在燃气轮机的涡轮部、在热气体流动方向上的最后一个转子叶片排之后，在燃气轮机周围环境中的空气的环境压力以下的压力出现在正常操作期间。由此，这里可以制作经由冷却管道从周围环境吸入空气的对应开口，使得该空气可以用于冷却该区域(具体地还用于冷却与后涡轮轴承的轴承空间联通的、位于附近的轮侧空间)。例如在GB1270959或WO2012/141858A1中描述了该原理。

然而，如上所述，出现以下问题：因为机器功率降低，所以排气压力上升，因此负压降低。如果排气压力超过环境压力，则倒流发生在空气管道中，因此大量的排气泄露经由该开口发生。因为由于所提供的空气管道而可能发生非常大的排气泄露量，所以要不惜任何代价避免这一点。当前不存在将防止这里的排气泄露的措施。因为必须可靠避免过多的排气泄漏，所以这大大限制燃气轮机的灵活性(具体在小负荷的范围方面)。

因此，本发明的目的是提供一种最初提及的类型的燃气轮机，该燃气轮机借助于在所有操作状态下可靠避免排气泄露来保证燃气轮机特别灵活的操作。

发明内容

该目的凭借空气入口经由室连接到空气管道的事实，如在本发明中要求保护的那样实现，空气管道具有开口，预定气体质量流通过该开口作用在室上。