用于燃气涡轮机系统的冷却组件技术方案

本发明专利技术公开一种用于燃气涡轮机系统的冷却组件。所述冷却组件包括具有至少一条通道的涡轮喷嘴，所述至少一条通道包括通道入口，所述通道入口经配置以从冷却源接收冷却流，其中所述至少一条通道以第一压力在径向方向上引导所述冷却流穿过所述涡轮喷嘴到达通道出口。还包括出口腔室，所述出口腔室用于使所述通道出口与涡轮部件区域流体连通，其中所述涡轮部件的所述区域处于第二压力，其中所述第一压力大于所述第二压力。

【技术实现步骤摘要】
用于燃气涡轮机系统的冷却组件
本专利技术涉及燃气涡轮机系统，且更确切地说，涉及用于此种燃气涡轮机系统内的各部件的冷却组件。
技术介绍
在燃气涡轮机系统中，燃烧器将燃料或空气燃料混合物的化学能转化为热能。热能由流体（通常为压缩空气）从压缩机传送到涡轮，在涡轮中，热能转化为机械能。作为转化过程中的一部分，热气在涡轮的若干部分上方流动，并且流过作为热气路径的所述涡轮的若干部分。沿着所述热气路径的高温可以加热涡轮部件，从而导致部件的功能退化。涡轮部分的径向外部件（例如，涡轮防护罩组件）以及涡轮部分的径向内部件为易受热气路径影响的部件的实例。尽管已尝试采用各种冷却方案来切实有效地对此类涡轮部件进行冷却，但是供应到此类涡轮部件的冷却空气通常会被浪费，并且会降低涡轮发动机的总体效率。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，用于燃气涡轮机系统的冷却组件包括具有至少一条通道的涡轮喷嘴，所述至少一条通道包括通道入口，所述通道入口经配置以从冷却源接收冷却流，其中所述至少一条通道以第一压力在径向方向上引导冷却流穿过涡轮喷嘴到达通道出口。还包括出口腔室，所述出口腔室用于使所述通道出口与涡轮部件区域流体连通，其中所述涡轮部件的所述区域处于第二压力，其中所述第一压力大于所述第二压力。优选的，其中所述冷却源为设置在所述涡轮喷嘴上游的压缩机，并且所述冷却流冲击在所述至少一条通道上。优选的，其中所述涡轮喷嘴设置在径向内区段与径向外区段之间，并且有效地连接到所述径向内区段和所述径向外区段。优选的，其中所述通道入口设置在所述径向内区段邻近处，其中所述冷却流被径向向外引导至所述通道出口。优选的，其中所述涡轮部件包括涡轮防护罩组件，所述涡轮防护罩组件设置在所述涡轮喷嘴的所述通道出口的下游，其中所述出口腔室由护罩区段包围，并且将所述冷却流引导至位于所述涡轮防护罩组件的前表面邻近处的内部区域。优选的，其中所述涡轮喷嘴为第一级涡轮喷嘴，并且所述涡轮防护罩组件为设置在第一涡轮转子级的径向外部的第一级涡轮防护罩组件。优选的，其中所述涡轮喷嘴包括多条路径，所述多条路径包括蛇形冷却回路，其中所述通道入口设置在所述多条路径中的至少一条路径的邻近处，其中所述冷却流被径向向外引导至所述通道出口，其中所述涡轮部件包括涡轮防护罩组件，所述涡轮防护罩组件设置在所述涡轮喷嘴的所述通道出口的下游，其中所述出口腔室由护罩区段包围，并将所述冷却流引导至位于所述涡轮防护罩组件的前表面邻近处的内部区域。优选的，其中所述涡轮喷嘴以悬臂方式安装到径向外区段，其中所述通道入口设置在冲击后区域的邻近处，并且所述冷却流被径向向内引导至所述通道出口。优选的，其中所述出口腔室包括喷嘴隔板，所述喷嘴隔板设置在所述涡轮喷嘴的所述通道出口的邻近处，且邻近于径向内区段。优选的，其中所述涡轮喷嘴包括多条路径，所述多条路径包括蛇形冷却回路，其中所述通道入口设置在所述多条路径中的至少一条路径的邻近处，其中所述冷却流被径向向内引导至所述通道出口，其中所述出口腔室包括喷嘴隔板，所述喷嘴隔板设置在所述涡轮喷嘴的所述通道出口的邻近处，且邻近于径向内区段。根据本专利技术的另一方面，用于燃气涡轮机系统的冷却组件包括设置在径向内区段（innersegment）与径向外区段（outersegment）之间的涡轮喷嘴，所述涡轮喷嘴具有多条通道，每条通道包括通道入口，所述通道入口经配置以从冷却源接收冷却流，其中所述多条通道在径向方向上引导冷却流穿过涡轮喷嘴到达通道出口。还包括多个转子叶片，所述多个转子叶片以可旋转的方式设置在转子轴与由涡轮外壳支撑的固定式涡轮防护罩组件之间，其中所述固定式涡轮防护罩组件位于涡轮喷嘴的下游。进一步包括由护罩区段完全包围的出口腔室，所述出口腔室用于使通道出口与固定式涡轮防护罩组件流体连通，其中所述冷却流被传输到固定式涡轮防护罩组件。优选的，其中所述冷却源包括设置在所述涡轮喷嘴上游的压缩机，并且所述冷却流以第一压力冲击在所述多条通道上。优选的，其中所述涡轮喷嘴有效地连接到所述径向内区段和所述径向外区段。优选的，其中所述通道入口设置在所述径向内区段邻近处，其中所述冷却流被径向向外引导至所述通道出口。优选的，其中所述出口腔室将所述冷却流引导至位于所述固定式涡轮防护罩组件的前表面邻近处的内部区域，其中所述内部区域包括小于所述第一压力的第二压力。优选的，其中所述涡轮喷嘴为第一级涡轮喷嘴，并且所述固定式涡轮防护罩组件为第一级涡轮防护罩组件。根据本专利技术的又一方面，燃气涡轮机系统包括用于在高压下分配冷却流的压缩机。还包括有效地支撑和容纳第一级涡轮喷嘴的涡轮外壳，所述第一级涡轮喷嘴具有多条通道，所述多条通道用于接收冷却流以冷却所述第一级涡轮喷嘴，并用于径向地引导冷却流穿过所述第一级涡轮喷嘴。进一步包括第一涡轮转子级，所述第一涡轮转子级以可旋转的方式设置在第一级涡轮防护罩组件的径向内部，其中所述第一级涡轮防护罩组件设置在第一级涡轮喷嘴的下游。又包括被包围的出口腔室，所述出口腔室使所述多条通道中的至少一条通道与第一级涡轮防护罩组件流体连通，从而将冷却流输送到所述第一级涡轮防护罩组件。优选的，其中所述多条通道中的每条通道都包括设置在径向内区段邻近处的通道入口和设置在所述涡轮外壳邻近处的通道出口，其中所述冷却流被径向向外引导至所述通道出口。优选的，其中所述出口腔室将所述冷却流引导至位于所述第一级涡轮防护罩组件的前表面邻近处的内部区域。优选的，其中所述冷却流包括所述多条通道内的第一压力，其中所述出口腔室包括小于所述第一压力的第二压力。通过以下结合附图进行的说明可以更加清楚地了解这些和其他优点以及特征。附图说明作为本说明书的结论，权利要求书详细指出并明确主张了本专利技术。通过以下结合附图进行的详细说明可以清楚地了解本专利技术的上述和其他特征以及优点，在附图中：图1是燃气涡轮机系统的示意图；图2是用于燃气涡轮机系统的第一实施例的冷却组件的侧视图；以及图3是用于燃气涡轮机系统的第二实施例的冷却组件的侧视图。具体实施方式参考附图并通过实例来介绍本专利技术的实施例以及优点和特征。具体实施方式参考图1，燃气涡轮机系统用附图标记10示意地示出。燃气涡轮机系统10包括压缩机12、燃烧器14、涡轮16、轴18以及燃料喷嘴20。应理解，燃气涡轮机系统10的一个实施例可以包括多个压缩机12、燃烧器14、涡轮16、轴18以及燃料喷嘴20。压缩机12和涡轮16由轴18来连接。轴18可以是单一的轴或者是多个轴区段连接在一起而形成该轴18。燃烧器14使用天然气或富含氢的合成气等易燃液体和/或气体燃料来运行燃气涡轮机系统10。例如，燃料喷嘴20与空气供应源和燃料供应源22流体连通。燃料喷嘴20产生空气-燃料混合物，并且将所述空气-燃料混合物排入燃烧器14中，从而引起燃烧，产生热压缩排气。燃烧器14将热压缩气体通过过渡连接件引导至涡轮喷嘴（或“一级喷嘴”）、以及其他级桨叶和喷嘴中，从而使涡轮叶片在涡轮外壳24内发生旋转。涡轮叶片的旋转使轴18旋转，从而在空气流入压缩机12中时对空气进行压缩。在一个实施例中，热气路径部件位于涡轮16中，其中穿过部件的热气流使涡轮部件蠕变、氧化、磨损以及产生热疲劳。热气部件的实例包括桨叶组件（也称为叶片或叶片组件）、喷嘴组件（也称为轮叶或轮叶组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于燃气涡轮机系统的冷却组件，包括：具有至少一条通道的涡轮喷嘴，所述至少一条通道包括通道入口，所述通道入口经配置以从冷却源接收冷却流，其中所述至少一条通道以第一压力在径向方向上引导所述冷却流穿过所述涡轮喷嘴到达通道出口；以及出口腔室，所述出口腔室用于使所述通道出口与涡轮部件区域流体连通，其中所述涡轮部件的所述区域处于第二压力，其中所述第一压力大于所述第二压力。

【技术特征摘要】
2012.04.19 US 13/451,0531.一种用于燃气涡轮机系统的冷却组件，包括：具有至少一条通道的涡轮喷嘴，所述至少一条通道包括通道入口，所述通道入口经配置以从冷却源接收冷却流，其中所述至少一条通道以第一压力在径向方向上引导所述冷却流穿过所述涡轮喷嘴到达通道出口；以及出口腔室，所述出口腔室用于使所述通道出口与涡轮部件区域流体连通，其中所述涡轮部件的所述区域处于第二压力，其中所述第一压力大于所述第二压力；其中所述涡轮部件包括涡轮防护罩组件，所述出口腔室由护罩区段包围，以将所述冷却流向下游传送到所述涡轮防护罩组件。2.根据权利要求1所述的冷却组件，其中所述冷却源为设置在所述涡轮喷嘴上游的压缩机，并且所述冷却流冲击在所述至少一条通道上。3.根据权利要求2所述的冷却组件，其中所述涡轮喷嘴设置在径向内区段与径向外区段之间，并且有效地连接到所述径向内区段和所述径向外区段。4.根据权利要求3所述的冷却组件，其中所述通道入口设置在所述径向内区段邻近处，其中所述冷却流被径向向外引导至所述通道出口。5.根据权利要求1所述的冷却组件，其中所述涡轮防护罩组件设置在所述涡轮喷嘴的所述通道出口的下游，并且将所述冷却流引导至位于所述涡轮防护罩组件的前表面邻近处的内部区域。6.根据权利要求5所述的冷却组件，其中所述涡轮喷嘴为第一级涡轮喷嘴，并且所述涡轮防护罩组件为设置在第一涡轮转子级的径向外部的第一级涡轮防护罩组件。7.根据权利要求1所述的冷却组件，其中所述涡轮喷嘴包括多条路径，所述多条路径包括蛇形冷却回路，其中所述通道入口设置在所述多条路径中的至少一条路径的邻近处，其中所述冷却流被径向向外引导至所述通道出口，其中所述涡轮部件包括涡轮防护罩组件，所述涡轮防护罩组件设置在所述涡轮喷嘴的所述通道出口的下游，并将所述冷却流引导至位于所述涡轮防护罩组件的前表面邻近处的内部区域。8.根据权利要求1所述的冷却组件，其中所述涡轮喷嘴以悬臂方式安装到径向外区段，其中所述通道入口设置在冲击后区域的邻近处，并且所述冷却流被径向向内引导至所述通道出口。9.根据权利要求8所述的冷却组件，其中所述出口腔室包括喷嘴隔板，所述喷嘴隔板设置在所述涡轮喷嘴的所述通道出口的邻近处，且邻近于径向内区段。10.根据权利要求9所述的冷却组件，其中所述涡轮喷嘴包括多条路径，所述多条路径包括蛇形冷却回路，其中所述通道入口设置在所述多条路径中的至少一条路径的邻近处，其中所述冷却流被径向向内引导至所述通道出口，其中所述出口腔室包括喷嘴隔板，所述喷嘴隔板设置在所述涡轮喷嘴的所述通道出口的邻近处，且邻近于径向内区段。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：DR约翰斯，KR柯特利，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：