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CN110359964A - 一种燃气轮机的动力透平 - Google Patents

一种燃气轮机的动力透平 Download PDF

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CN110359964A
CN110359964A CN201910689526.8A CN201910689526A CN110359964A CN 110359964 A CN110359964 A CN 110359964A CN 201910689526 A CN201910689526 A CN 201910689526A CN 110359964 A CN110359964 A CN 110359964A
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王二丹
冯永志
刘佳琦
赵俊明
姜东坡
张春梅
李翔宇
杜珮瑶
苑馨予
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HARBIN ELECTRIC Co Ltd
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HARBIN ELECTRIC Co Ltd
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    • F01D1/00—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines
    • F01D1/02—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines with stationary working-fluid guiding means and bladed or like rotor, e.g. multi-bladed impulse steam turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
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    • F01D9/041—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector using blades

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

一种燃气轮机的动力透平，属于燃气轮机技术领域，本发明包括设置在机匣形成空间内的动力透平转子和叶片组，叶片组包括依次排列设置的第一级静叶、第一级动叶、第二级静叶和第二级动叶，第一级静叶、第二级静叶依次固定安装在机匣上；动力透平转子的拉杆依次穿过第一级轮盘、中间盘和第二级轮盘，并通过压紧机构将其沿轴向压紧，第一级轮盘、中间盘和第二级轮盘均套装在动力透平轴上，第一级动叶安装在第一级轮盘上，第二级动叶安装在第二级轮盘上，动力透平的两侧分别设置有动力透平入口和动力透平出口。本发明的结构简单且气动性能良好，采用两级透平，合理分配各级焓降，改善气动性能，提高了0.8％‑1.2％的效率。

Description

一种燃气轮机的动力透平
技术领域
本发明涉及一种燃气轮机的动力透平，属于燃气轮机技术领域。
背景技术
中等功率燃气轮机通常由燃气发生器和动力透平等组成，燃气发生器由压气机、燃烧室及高压透平组成。在机器运行时，空气进入压气机实现增压后，与燃烧室的燃料混合产生高温燃气，高温燃气流经高压透平，燃气中的能量被抽取出来用来带动压气机转动，而离开高压透平的燃气进入动力透平，燃气带动动力透平旋转，向外输出功。该类型燃气轮机有着非常广泛的用途，可应用于船舶动力、发电、石油开采等多种目的。
现代燃气轮机的发展对动力透平的性能提出了进一步的要求，目前的动力透平在高转速状况时气动性能差，而且工作效率低，造成了对燃气的极大浪费。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，进而提供一种燃气轮机的动力透平。
本发明的技术方案：
一种燃气轮机的动力透平，包括机匣、动力透平转子和叶片组，动力透平转子和叶片组均设置在机匣形成的空间内；
叶片组包括依次排列设置的第一级静叶、第一级动叶、第二级静叶和第二级动叶，第一级静叶、第二级静叶依次固定安装在机匣上；
动力透平转子包括第一级轮盘、中间盘、第二级轮盘、拉杆和动力透平轴，第一级轮盘、中间盘和第二级轮盘均套装在动力透平轴上，拉杆依次穿过第一级轮盘、中间盘和第二级轮盘通过压紧机构将其沿轴向压紧；
第一级动叶安装在第一级轮盘上，第二级动叶安装在第二级轮盘上；
动力透平的两侧分别设置有动力透平入口和动力透平出口。
进一步，第一级静叶和第二级静叶均包括多支静叶片，每一级的多支静叶片沿圆周方向依次均匀固定安装在机匣上，同一级每两支静叶片之间形成一个收敛的燃气流道；
第一级动叶和第二级动叶均包括多支动叶片，每一级的多支动叶片沿圆周方向依次均匀安装在轮盘组上，同一级每两支动叶片之间形成一个收敛的燃气流道。
进一步，叶片组的每一级叶片之间的间隙均设置有密封气体。
进一步，第一级静叶燃气通道中径为643mm，叶片径向高度为104mm；第一级动叶燃气通道中径为630mm，叶片径向高度为128mm；第二级静叶燃气通道中径为635mm，叶片径向高度为178mm；第二级动叶燃气通道中径为627mm，叶片径向高度为216mm。
本发明具有以下有益效果：本发明安装有两级静叶片和两级动叶片，燃气从动力透平入口流入，流经静叶片的气流会产生圆周方向的流速，从而吹动动叶片发生旋转，随之带动动力透平转子和动力透平轴一起发生转动；本发明设置有两级静叶和两级动叶，同一级每两支叶片之间形成一个收敛的燃气流道，静叶流道内，气流膨胀加速，完成热能向动能的转换；动叶流道内，气流继续膨胀，并将动能转化为机械功。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明通流示意图；
图3是转子结构示意图；
图4是叶片安装结构示意图；
图中1-第一级静叶；2-第一级动叶；3-第二级静叶；4-第二级动叶；5-机匣；6-动力透平入口；7-动力透平出口；8-第一级轮盘；9-中间盘；10-第二级轮盘；11-拉杆；12-动力透平轴；13-动力透平转子；14-叶片组；R-燃气通道中径；H-叶片径向高度。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明进行详细说明。
具体实施方式一：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式的一种燃气轮机的动力透平，包括机匣5、动力透平转子13和叶片组14，动力透平转子13、叶片组14均设置在机匣5形成的空间内；叶片组14包括依次排列设置的第一级静叶1、第一级动叶2、第二级静叶3和第二级动叶4，动力透平的气流通道上端壁半径沿轴向逐渐增大，气流通道下端壁半径沿轴向逐渐降低，第一级静叶1和第二级静叶3依次固定安装在机匣5上；通过固定安装在机匣上实现了对两级静叶的限位。
优选地，动力透平转子13包括第一级轮盘8、中间盘9、第二级轮盘10、拉杆11和动力透平轴12，第一级轮盘8、中间盘9和第二级轮盘10均套装在动力透平轴12上；第一级轮盘8、中间盘9和第二级轮盘10分别加工有传动定位孔，拉杆11依次穿过第一级轮盘8、中间盘9和第二级轮盘10，通过拉杆11与孔的紧密配合使其连接成为一个整体，并通过压紧机构将其动叶及轮盘沿轴向压紧，优选的拉杆11设置有多个且沿圆周方向均匀分布，通过拉杆与轮盘结合固定的方式，为整个结构增加了安全性，使燃气轮机在运行时能够稳定高效地输出功率；动力透平的两侧分别设置有动力透平入口6和动力透平出口7；动力透平入口6位于动力透平的一侧，高压透平流出的燃气通过动力透平入口6进入动力透平流道内，位于动力透平的另一侧设置有动力透平出口7，作为燃气的出口。
进一步优化，第一级动叶2安装在第一级轮盘8上，第二级动叶4安装在第二级轮盘10上，如此设置，两级动叶分别安装在两级轮盘上，通过动叶的旋转带动轮盘的转动，从而实现动力透平转子的一起旋转动作。
优选地，第一级静叶1和第二级静叶3均包括多支静叶片，每一级的多支静叶片沿圆周方向依次均匀固定安装在机匣5上，同一级每两支静叶片之间形成一个压缩的燃气流道；第一级动叶2和第二级动叶4均包括多支动叶片，每一级的多支动叶片沿圆周方向依次均匀安装在轮盘组上，同一级每两支动叶片之间形成一个收敛的燃气流道，静叶和动叶在动力透平转子轴线方向上依次交替反向排列，并在内部形成燃气通道；如此设置，叶片组设置有多级，同一级每两支叶片之间形成一个收敛的燃气流道，静叶流道内，气流膨胀加速，完成热能向动能的转换；动叶流道内，气流继续膨胀，并将动能转化为机械功。
进一步优化，叶片组14的每一级叶片之间的间隙均设置有密封气体；在各间隙处通过填充密封气体来实现密封状态，一方面能够防止燃气泄漏的问题，另一方面密封气体是来自于压气机抽气得来的，避免了资源的浪费。
优选地，第一级静叶1燃气通道中径为643mm，叶片径向高度为104mm；第一级动叶2燃气通道中径为630mm，叶片径向高度为128mm；第二级静叶3燃气通道中径为635mm，叶片径向高度为178mm；第二级动叶燃气通道中径为627mm，叶片径向高度为216mm；如此设置，通过对动力透平通流结构的全新设计，采用两级透平，合理分配各级焓降，叶片型线设计时控制各级叶片冲角在-10°～5°内，改善了动力透平的气动性能，突破了高转速的限制，提高了0.8％-1.2％的效率，在燃气轮机运行时可以更高效地输出功率。
动力透平工作时，燃气从动力透平入口6沿轴向流入，依次经过第一级静叶1、第一级动叶2、第二级静叶3和第二级动叶4之间的燃气流道后，从动力透平出口7流出，流经静叶片的气流会产生圆周方向的流速，吹动动叶片发生旋转，随后带动动力透平转子13和动力透平轴12一起发生转动。
本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。

Claims (4)

1.一种燃气轮机的动力透平，其特征在于，包括机匣(5)、动力透平转子(13)和叶片组(14)，动力透平转子(13)和叶轮组(14)均设置在机匣(5)形成的空间内；
所述叶片组(14)包括依次排列设置的第一级静叶(1)、第一级动叶(2)、第二级静叶(3)和第二级动叶(4)，所述第一级静叶(1)和所述第二级静叶(3)依次固定安装在所述机匣(5)上；
所述动力透平转子(13)包括第一级轮盘(8)、中间盘(9)、第二级轮盘(10)、拉杆(11)和动力透平轴(12)，第一级轮盘(8)、中间盘(9)和第二级轮盘(10)均套装在动力透平轴(12)上，所述拉杆(11)依次穿过第一级轮盘(8)、中间盘(9)和第二级轮盘(10)并将其沿轴向压紧；
所述第一级动叶(2)安装在所述第一级轮盘(8)上，所述第二级动叶(4)安装在所述第二级轮盘(10)上；
动力透平的两侧分别设置有动力透平入口(6)和动力透平出口(7)。
2.根据权利要求1所述的燃气轮机的动力透平，其特征在于，第一级静叶(1)和第二级静叶(3)均包括多支静叶片，每一级的多支静叶片沿圆周方向依次均匀固定安装在机匣(5)上，同一级每两支静叶片之间形成一个收敛的燃气流道；
第一级动叶(2)和第二级动叶(4)均包括多支动叶片，每一级的多支动叶片沿圆周方向依次均匀安装在轮盘组上，同一级每两支动叶片之间形成一个收敛的燃气流道。
3.根据权利要求2所述的燃气轮机的动力透平，其特征在于，所述叶片组(14)的每一级叶片之间的间隙均设置有密封气体。
4.根据权利要求3所述的燃气轮机的动力透平，其特征在于，所述第一级静叶(1)燃气通道中径为643mm，叶片径向高度为104mm；所述第一级动叶(2)燃气通道中径为630mm，叶片径向高度为128mm；所述第二级静叶(3)燃气通道中径为635mm，叶片径向高度为178mm；所述第二级动叶(4)燃气通道中径为627mm，叶片径向高度为216mm。
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