[实用新型]燃气涡轮壳体热控制装置

说明书

技术领域

本文公开的主题涉及对燃气涡轮壳体进行热控制，并且更特别地，涉及用于优先加热或冷却燃气涡轮壳体的流控制装置和系统。

背景技术

在燃气涡轮中，在涡轮的旋转叶片(有时被称为“轮叶”)的末端和壳体的朝内表面之间保持期望径向间隙对于涡轮的性能和部件的耐久性是重要的。例如，在旋转速度变化时的过渡运行(诸如启动或停止)期间，径向间隙可改变。而且，不仅在单独的构件经历温度变化时的过渡运行期间，而且还在从燃烧器区段流出的热气从内部将大量的热传递到涡轮区段壳体时的稳态运行期间，温差可对间隙有影响。壳体通常由布置成沿周向围绕涡轮区段且在例如带凸缘的边缘处附连在一起的稍微不均匀的多个弓形部分构造而成。因此，在周向上不均匀的构造会导致在壳体周围有不均匀的热响应，而且随着壳体温变化，可出现不圆度和局部应力集中。

已经使用多种策略来控制末端/壳体间隙。例如，在一些燃气涡轮中，在涡轮壳体的外侧上使用空气冲击冷却来从壳体中移除热，从而保持较均匀的温度分布。在这样的系统中，外部吹送器将环境空气供应给分布在壳体周围的歧管。使用这样的系统会带来资金和运行成本，而且还会影响涡轮净效率。

使用这种外部空气冲击来在大且不均匀的非标准壳体表面上实现较均匀且适当地高的热传递系数可能是个挑战。因此，已经提出可调安装件，其用于对壳体外表面和相对的歧管板之间的距离进行微调。美国专利No. 8,123,406公开了这样的可调歧管系统。

为了实现高的热传递速率，一些燃气涡轮使用面向壳体的歧管板，其具有许多小的空气出口孔和短的喷嘴-表面距离。使用这样的较小的冲击冷却孔相应地在孔上规定了较高的压差，从而需要在较高的压力下供应冷却空气。因此，可能需要较高压力的吹送器，从而增加另外的资金和运行成本，以及进一步不利地影响燃气涡轮净效率。而且，以上类型的外部吹送器仅可在室温下或接近室温下将空气提供给壳体，而在一些运行状况期间，可能期望加热(而非冷却)壳体。例如，在壳体块冷且轮叶开始在热的燃烧器流中旋转时的启动期间，末端间隙可能比期望的更小，或者末端可能甚至会不合需要地接触内壳体或内壳体上的护罩元件。

在一些系统中，从压缩机区段中抽取气体，以冷却涡轮区段的一部分。美国专利No. 7,690,885公开一种具有这种压缩机气体抽取的燃气涡轮。抽取的冷却气体传送通过稳压室和附连到护罩支承件(其布置在包围旋转叶片或涡轮的护罩的径向外侧)上的挡板，以冷却护罩的外表面。然后气体遵从不同的路径通过护罩，以沿着护罩的内表面形成膜冷却层。但是，仍然可对涡轮壳体的热管理进行进一步的改进。

实用新型内容

将在以下描述中部分地阐述本实用新型的各方面和优点，或者根据该描述，本实用新型的各方面和优点可为显而易见的，或者可通过实践本实用新型来学习本实用新型的各方面和优点。

根据本公开的某些方面，一种用于将气体冲击引导到燃气涡轮的内壳体上的装置可包括构造成将外表面附连到内壳体上的板。板具有在板附连到内壳体的区域上时与内壳体相对的第一表面，以及与第一表面相反的第二表面。板限定通过板从第一表面到达第二表面的多个孔。孔以对应于期望的优先(preferential)冲击型式的预定不均匀分布布置在板中，以在燃气涡轮运行期间使热不均匀地传递出所述区域，以便控制内壳体在该区域上的温度。多种选择和修改是可行的。

根据本公开的某些其它方面，一种燃气涡轮壳体组件可包括：围绕中心轴线而布置的内壳体，内壳体限定通过其中的开口，开口与燃气涡轮的内部连通；围绕内壳体而布置的外壳体；以及附连到内壳体的外表面上的至少一个板。板具有与内壳体相对的第一表面，并且具有与第一表面相反的第二表面。板限定通过板从第一表面到达第二表面的多个孔。孔以对应于期望的优先冲击型式的预定不均匀分布布置在板中，以在燃气涡轮运行期间使热不均匀地传递出所述区域，以便控制内壳体在该区域上的温度。板和内壳体限定从板的径向外侧通过板中的孔然后通过内壳体而进入到燃气涡轮的内部中的热控制气体流径。如上面那样，多种选择和修改是可行的。