燃气涡轮和负载配置以及减小燃气涡轮中的负载联接件上的热应力和机械应力的方法技术

本公开涉及用于燃气涡轮负载联接件的冷却系统。描述了一种燃气涡轮(33)，其至少包括：压缩机(43)；动力涡轮(47)；负载联接件(35)，其使所述燃气涡轮(33)连接于负载(37)；负载联接保护装置(65)，其至少部分地围绕负载联接件(35)；冷却空气通道(51,61,63)，其设计并且配置成使冷却空气流在负载联接保护装置中循环，从而足以从负载联接件(35)移除热。

【技术实现步骤摘要】
燃气涡轮和负载配置以及减小燃气涡轮中的负载联接件上的热应力和机械应力的方法
本公开大体涉及燃气涡轮，诸如特别地但不唯一地涉及航改燃气涡轮。更特别地，本公开涉及用于发电、天然气液化或类似工业应用的航改燃气涡轮的工业应用。
技术介绍
航改燃气涡轮广泛地用作用于机械驱动应用的动力源，并且广泛地使用在用于工厂的发电、管路、离岸平台、LNG应用等中。图1示出了系统的示意表示，该系统包括燃气涡轮和由所述燃气涡轮机械地驱动的负载。更特别地，在图1的概略表示中，标记1表示燃气涡轮，其驱动以3示意性地示出的负载(例如，用于天然气液化线路的压缩机或压缩机系)。燃气涡轮1依靠负载联接件5连接于负载3。负载联接件5包括轴7和接合部9。在图1的实例中，由燃气涡轮1旋转地驱动的轴7连接于齿轮箱11。所述齿轮箱11的输出轴13使齿轮箱11连接于负载3。负载3可包括例如压缩机的单独旋转机械、或发电机、或相同轴上的成组旋转机械。又一个齿轮箱可配置在由涡轮1驱动的两个相邻旋转机械之间。燃气涡轮1包括气体发生器15和动力涡轮17。气体发生器15依次包括压缩机19、燃烧室21和高压涡轮23。进入压缩机19的空气以高压压缩，并且在燃烧室21中添加液体或气体燃料。压缩和高温的燃烧气体首先在高压涡轮23中膨胀，高压涡轮23通过内轴25连接于压缩机19。燃烧气体在高压涡轮23中的膨胀产生驱动压缩机19的旋转的机械动力。离开高压涡轮23的部分地膨胀的燃烧气体进入动力涡轮17，并且进一步膨胀以产生通过负载联接件5驱动负载3的机械动力。排放的燃烧气体由收集器-扩散器收集，并且通过排出线路27排出。在图1中示出的实例中，燃气涡轮是单轴燃气涡轮，即，在其中单独内轴25使高压涡轮23连接于气体发生器15的压缩机19的燃气涡轮。动力涡轮(有时也叫做低压涡轮)由与内轴25分开的轴支撑，使得气体发生器15可独立于动力涡轮17并以与动力涡轮17不同的速度旋转。其他燃气涡轮实施例规定不同数量的内轴，并且气体发生器可包括不同数量的压缩机和驱动压缩机的涡轮。这些涡轮典型地为航改涡轮。在图1的示范实施例中，负载3通过负载联接件5连接于燃气涡轮1的所谓热端部，即，与压缩机19侧对应的冷端部不同的、配置有动力涡轮17的燃气涡轮侧。负载联接件5遭受由于在燃气涡轮1的热端部处的高温而产生的温度变形。轴7的热变形必须减小(sag)，即，必须采取措施以防止轴7的热膨胀损坏动力涡轮17的或配置在负载侧的机器的负载支承件，即，齿轮箱11(如果存在)和/或由燃气涡轮1驱动的旋转机械3的支承件。通常采取的措施包括配置可补偿轴的热膨胀的接合部。然而，轴的热膨胀产生在接合部的两侧的支承件上(即，在涡轮支承件上和在齿轮箱或旋转机械支承件上)的轴向力。JP-2000-291446公开了具有负载联接冷却系统的燃气涡轮，该负载联接冷却系统包括安装在负载联接件上的风扇叶片。风扇叶片由负载联接件驱动成旋转，并且通过围绕负载联接件的保护装置从环境产生冷却空气流。利用由负载联接件驱动的风扇叶片消除对用于冷却负载联接件的附加压缩机或风扇的需要。然而，叶片修改了负载联接件的旋转动态特性，并且可消极地影响其正确操作，从而导致旋转构件和相关支撑件的动态应力、振动和潜在失效。因此，存在对更有效的负载联接冷却系统的需要。
技术实现思路
如将在下面在此处描述地，参考本专利技术的一些实施例，特别有效的配置设置用于通过将冷却空气流在至少部分地围绕连接燃气涡轮和负载的负载联接件的至少部分的体积中输送，热通过由于负载联接件而产生的被迫空气对流而主动地移除，因此减小负载连接的热变形，并且因此减小在涡轮和负载支承件上的轴向负载。根据本文中公开的主题的一些实施例，提供一种燃气涡轮，所述燃气涡轮至少包括：压缩机；动力涡轮；负载联接件，其使燃气涡轮连接于负载；负载联接保护装置，其至少部分地围绕负载联接件；冷却空气通道，其设计并且配置成使冷却空气流在所述负载联接保护装置中循环，从而足以从所述负载联接件移除热。设置在负载联接保护装置中的被迫空气对流从负载联接件移除热，并且使负载联接件保持在低温处，因此减小负载联接件的总热变形。以该方式，还在燃气涡轮经由在燃气涡轮的热端部上(即，在动力涡轮侧而不是在压缩机侧)的所述负载联接件连接于负载时，减小由负载支承件的热膨胀而产生的轴向负载。更特别地，本公开提供一种燃气涡轮，其包括：压缩机；动力涡轮和负载联接件，该负载联接件使燃气涡轮连接于负载(37)。进一步设置燃气涡轮组，其包括容纳燃气涡轮的涡轮机隔室(compartment)。负载联接保护装置围绕负载联接件配置成至少部分地围绕所述负载联接件。冷却空气循环系统配置和构造成用于使冷却空气在涡轮机隔室中循环。冷却空气循环系统将新鲜周围空气输送在涡轮机隔室中以冷却涡轮机外壳，即，配置在其中的压缩机的外壳和(多个)涡轮的外壳。此外，冷却空气通道还设置用于冷却负载联接件。冷却空气通道设计和配置成使从冷却空气循环系统获得的冷却空气流在负载联接保护装置中循环。在负载联接保护装置中循环的空气流足以从所述负载联接件移除热并且减小其热应力和机械应力。在一些实施例中，冷却空气通道设计和构造成使由在涡轮机隔室上游的冷却空气循环系统输送的周围空气的部分转向(即，在新鲜周围空气进入涡轮机隔室之前)。由冷却空气通道朝向负载联接保护装置输送的空气因此近乎处于周围温度，因此实现负载联接件的改进的冷却。单个空气强迫装置可配置和设计用于强迫冷却空气在涡轮机隔室中并且穿过在所述负载联接保护装置中的冷却空气通道。因此，需要具有有限数量的辅助设施的简单构造以执行涡轮机外壳和负载联接件二者的冷却。提高了系统的效率，其总可靠性增强。还实现更紧凑的配置。因为围绕负载联接件的冷却空气流由设置用于涡轮机冷却的同一空气强迫装置产生，所以用于将冷却空气输送至负载联接件的分开空气强迫装置可被省去。附加地，不需要安装在负载联接件上的风扇叶片(如在以上提到的现有技术配置中)。在一些实施例中，进气线路或管道可设置和配置成与冷却空气循环系统和与所述冷却空气通道流体连通。进气线路可在其进口处设置有过滤器配置。过滤器配置过滤用于冷却涡轮机外壳所需的周围空气以及用于冷却负载联接件所需的周围空气二者。不需要分开的过滤器配置。在一些实施例中，进气线路与进气压室流体连通，燃气空气从该进气压室进入燃气涡轮的气体发生器的压缩机。由于单个过滤器配置过滤整个冷却空气流以及燃烧空气流，所以这进一步提高了系统的效率，从而减小其成本。在下面在本文中描述根据本文中公开的主题的燃气涡轮的又一些实施例和有利特征。在一些优选实施例中，燃气涡轮是航改燃气涡轮。燃气涡轮可为单轴燃气涡轮，即，其中压缩机由高压燃气涡轮机械地驱动的燃气涡轮，其中，压缩机和高压燃气涡轮支撑在共同轴上。压缩机和高压燃气涡轮形成气体发生器。离开高压涡轮的排放燃烧气体在动力涡轮中进一步膨胀。动力涡轮支撑在独立轴上，并且驱动负载的旋转。在一些实施例中，齿轮箱配置在动力涡轮和负载之间。在其他实施例中，燃气涡轮可为包括两个或三个压缩机以及两个或三个涡轮的双轴或三轴燃气涡轮，其中，同轴的轴使涡轮和轴彼此连接。不管压缩机和涡轮的数量，并且从同轴的轴的数量来看，负载联接件设置在动力涡轮(即，提供动力以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃气涡轮(33)，其包括：压缩机(43)；动力涡轮(47)；负载联接件(35)，其使所述燃气涡轮(33)连接于负载(37)；燃气涡轮组(31)，其包括容纳所述燃气涡轮(33)的涡轮机隔室(55)；负载联接保护装置(65)，其至少部分地围绕所述负载联接件(35)；冷却空气循环系统，其用于使冷却空气在所述涡轮机隔室(55)中循环；冷却空气通道(59，61，63)，其设计和配置成使来自所述冷却空气循环系统的冷却空气流在所述负载联接保护装置中循环成足以从所述负载联接件(35)移除热。

【技术特征摘要】
2011.12.02 IT FI2011A0002571.一种燃气涡轮(33)，其包括：压缩机(43)；动力涡轮(47)；负载联接件(35)，其使所述燃气涡轮(33)连接于负载(37)；燃气涡轮组(31)，其包括容纳所述燃气涡轮(33)的涡轮机隔室(55)；负载联接保护装置(65)，其至少部分地围绕所述负载联接件(35)；冷却空气循环系统，其用于使冷却空气在所述涡轮机隔室(55)中循环；冷却空气通道(59，61，63)，其设计和配置成使来自所述冷却空气循环系统的冷却空气流在所述负载联接保护装置中循环成足以从所述负载联接件(35)移除热；以及负载隔室(53)，所述负载联接件(35)延伸穿过所述负载隔室(53)，其特征在于，所述冷却空气通道包括空气端口(61)，来自所述冷却空气循环系统的冷却空气被迫地循环穿过所述空气端口(61)，其中，至少第一通风管道(63)使所述空气端口(61)流体地连接于所述负载联接保护装置(65)，并且第二通风管道(64)将冷却空气供给在所述负载隔室(53)中。2.根据权利要求1所述的燃气涡轮，其特征在于，包括空气强迫装置(46)，其配置和设计用于强迫冷却空气在所述涡轮机隔室中并且穿过在所述负载联接保护装置中的所述冷却空气通道。3.根据权利要求1所述的燃气涡轮，其特征在于，包括进气线路(41)，其与所述冷却空气循环系统并且与所述冷却空气通道流体连通。4.根据权利要求3所述的燃气涡轮，其特征在于，所述进气线路(41)与进气压室(39)流体连通，燃烧空气从所述进气压室(39)进入所述压缩机(43)。5.根据权利要求3所述的燃气涡轮，其特征在于，进一步包括过滤器配置(42)，其配置和构造成用于过滤进入所述进气线路(41)的周围空气。6.根据权利要求1至5中的任一项所述的燃气涡轮，其特征在于，所述燃气涡轮是航改燃气涡轮。7.根据权利要求1至5中的任一项所述的燃气涡轮，其特征在于，所述负载联接件(35)连接于所述燃气涡轮的热端部。8.根据权利要求7所述的燃气涡轮，其特征在于，所述负载联接件(35)和所述负载联接保护装置(65)延伸穿过排放收集器-扩散器组件(49)，其至少部分地围绕所述负载联接件和所述负载联接保护装置(65)。9.根据权利要求1所述的燃气涡轮，其特征在于，所述涡轮组(31)包括进气压室(39)，所述涡轮机隔室(55)配置在所述进气压室(39)和所述负载隔室(53)之间。10.根据权利要求1所述的燃气涡轮，其特征在于，包括将冷却空气供给在所述负载隔室(53)中的第三通风管道(66)。11.根据权利要求10所述的燃气涡轮，其特征在于，所述第二通风管道(64)和所述第三通风管道(66)大致对称地配置在所述第一通风管道(63)的相对侧。12.根据权利要求1至5中的任一项所述的燃气涡轮，其特征在于，所述负载联接保护装置(65)具有面向所述动力涡轮(47)的第一端部(65A)和面向连接于所述负载联接件(35)的所述负载(37)的第二端部(65B)，并且其中，至少所述第一端部(65A)是开放的，由此从所述负载联接保护装置(65)逸出的冷却空气朝向所述动力涡轮(47)引导。13.根据权利要求12所述的燃气涡轮，其特征在于，所述第二端部(65B)是开放的，由此从所述负载联接保护装置(65)逸...

【专利技术属性】
技术研发人员：F维蒂，D马库西，R梅洛，M拉泽里，
申请(专利权)人：诺沃皮尼奥内有限公司，
类型：发明
国别省市：