一种透平冷却系统的制作方法

本发明涉及燃气轮机领域，具体地，涉及一种透平冷却系统。

背景技术：

1、燃气轮机主要由压气机、燃烧室和透平三大部件组成。由于透平工作时受到高温高压气流的冲击，透平各级动静叶需要采取冷却措施，以保证透平的正常运转。一般透平叶片内部都设置有空腔，冷却空气通入透平叶片空腔，并通过叶片表面的冷却孔流入主流，从而达到冷却透平叶片的目的。压气机排气扩压器位于压气机与燃烧室之间。一般来说高压空气从压气机出口流出后流速较高，不能满足燃烧室对高压空气的参数要求，需要经过压气机排气扩压器扩压才能满足要求。从气动角度来说压气机排气扩压器主要包括内流道和外流道，内外流道延气流方向径向尺寸的变化，实现了对空气的扩压。从结构角度来说，现有压气机排气扩压器主要由内环、支板、内环等零件组成。

2、在现有的透平冷却系统方案中，透平冷却气通常由压气机出口抽出，经过透平冷却空气（tca）冷却系统冷却后，再注回燃压缸。这种冷却气的回注管路设置在燃压缸内部，具体位置在燃烧筒与压气机排气扩压器外环之间。回注管路的一端连接燃压缸，另一端延伸至压气机排气扩压器内环，正对压气机排气扩压器出口。然而，这种设计存在一些问题：一方面，回注管路对压气机排气扩压器出口的流场会产生一定的负面影响；另一方面，由于受到燃烧筒及压气机排气扩压器的空间限制，在未拆卸燃烧筒的条件下，拆装回注管路的操作较为困难。

3、针对上述技术问题，如cn109812340b提出一种包括外部冷却系统的燃气轮机及其冷却方法，该技术方案中，不在燃气轮机的中心轴内部形成冷却空气供给流路，而是形成从燃气轮机的压缩机抽出空气并向外部迂回的冷却空气供给流路，并且使涡轮机的静叶和动叶被一个冷却空气流路冷却，由此能够降低冷却空气的使用量以及自由调节空气量。

4、但现有的技术方案不能彻底地解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决上述的技术问题。

2、为达到上述目的，本发明第一方面提出了一种透平冷却系统，所述透平冷却系统包括外部冷却管路和内部冷却管路，所述外部冷却管路位于所述透平的外部，所述外部冷却管路与所述内部冷却管路流体地连通，所述内部冷却管路包括透平静叶的内部腔室和第一冷却通道，所述第一冷却通道位于转子与压气机排气扩压器内环之间，所述透平静叶的内部腔室与所述第一冷却通道流体地连通，所述外部冷却管路中的空气流经所述透平静叶的内部腔室后至少部分流入所述第一冷却通道内部。

3、进一步地，所述第一冷却通道由所述转子与所述压气机排气扩压器内环围成。

4、进一步地，所述第一冷却通道由所述转子的外表面与所述压气机排气扩压器内环的内表面围成。

5、进一步地，所述外部冷却管路流体地连通压气机和所述内部冷却管路。

6、进一步地，所述外部冷却管路流体地连通压气机的排气口和所述内部冷却管路。

7、进一步地，所述透平静叶为透平一级静叶，所述透平静叶包括冷却孔，所述透平静叶的内部腔室通过所述冷却孔与所述透平的燃气通道流体地连通。

8、进一步地，所述内部冷却管路还包括透平一级动叶的内部腔室，所述透平一级动叶的内部腔室既与所述第一冷却通道流体地连通又与所述透平静叶的内部腔室流体地连通。

9、进一步地，所述内部冷却管路还包括轮盘冷却孔，所述轮盘冷却孔流体地连通所述第一冷却通道和所述透平一级动叶的内部腔室，所述透平一级动叶的内部腔室与所述透平内的燃气通道流体地连通。

10、进一步地，所述内部冷却管路还包括第一冷却室，所述第一冷却室位于透平持环与燃压缸延伸段之间，所述燃压缸延伸段位于所述透平持环的径向外侧，所述第一冷却室至少由所述燃压缸延伸段的内圆周面和所述透平持环的外圆周面围成，所述第一冷却室分别与所述透平静叶的内部腔室和所述外部冷却管路流体地连通。

11、进一步地，所述第一冷却室包括两个隔环，所述透平持环和所述燃压缸延伸段均具有凹槽结构，所述隔环通过所述凹槽结构分别与所述透平持环和所述燃压缸延伸段封闭的连接。

12、进一步地，所述内部冷却管路还包括管路安装接口，所述管路安装接口位于所述燃压缸延伸段，所述管路安装接口流体地连通所述外部冷却管路和所述第一冷却室。

13、进一步地，所述内部冷却管路还包括第三冷却室，所述透平静叶还包括顶部环形结构，所述顶部环形结构连接同一级全部静叶的叶顶，所述第三冷却室至少由所述顶部环形结构的内圆周面与压气机排气扩压器内环的外表面围成，所述第三冷却室与所述透平静叶的内部腔室流体地连通，所述第三冷却室比所述透平静叶的叶顶更靠近所述转子的中心线。

14、进一步地，所述第三冷却室包括两个静叶支撑环，两个所述静叶支撑环的内环通过螺栓与所述压气机排气扩压器内环外表面封闭的连接，所述静叶顶部环形结构具有沟槽结构，所述静叶支撑环的外环通过所述沟槽结构与所述静叶封闭的连接。

15、进一步地，所述内部冷却管路还包括扩压器内环冷却孔，所述扩压器内环冷却孔贯穿所述压气机排气扩压器内环，所述扩压器内环冷却孔流体地连通所述第一冷却通道和所述第三冷却室。

16、进一步地，所述内部冷却管路还包括第二冷却室，所述第二冷却室位于所述透平静叶与所述持环之间，所述透平静叶还包括根部环形结构，所述根部环形结构连接同一级全部静叶的叶根，所述第二冷却室至少由所述根部环形结构的外圆周面与所述持环的内圆周面围成，所述第二冷却室通过所述透平静叶的内部腔室与所述第三冷却室流体地连通，所述第二冷却室与所述第一冷却室流体地连通。

17、进一步地，所述内部冷却管路还包括持环冷却孔，所述环冷却孔贯穿所述持环，所述第一冷却室和所述第二冷却室通过所述持环冷却孔流体地连通。

18、应用本发明的上述技术方案，至少实现了如下技术效果：

19、1.本发明中，透平静叶的内部腔室和第一冷却通道流体地连通，并且通过设置在缸体外部的外部冷却管路冷却，所述透平冷却系统能够同时冷却透平静叶和转子并且消除冷却回注管路对压气机排气扩压器出口流场的影响，降低冷却回注管路的拆装难度。

20、2.本发明中，透平静叶的冷却空气来自于回注冷却气，回注冷却气经过外部过滤后更加清洁，避免了透平静叶冷却孔发生堵塞的风险。同时高温区域缸体氧化层脱落不会进入透平叶片，可采用抗氧化性低等级材料，从而降低整机的制造成本。

21、3.本发明中，内部冷却管路包括透平一级动叶的内部腔室，透平一级动叶的内部腔室既与第一冷却通道流体地连通又与所述透平静叶的内部腔室流体地连通，应用本发明能够同时冷却透平静叶、透平一级动叶和转子，提高了冷却系统的冷却效率。

22、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

1.一种透平冷却系统，其特征在于，所述透平冷却系统包括外部冷却管路和内部冷却管路，所述外部冷却管路位于所述透平的外部，所述外部冷却管路与所述内部冷却管路流体地连通，

2.根据权利要求1所述的透平冷却系统，其特征在于，所述第一冷却通道（34）由所述转子（17）与所述压气机排气扩压器内环（11）围成。

3.根据权利要求2所述的透平冷却系统，其特征在于，所述第一冷却通道（34）由所述转子（17）的外表面与所述压气机排气扩压器内环（11）的内表面围成。

4.根据权利要求3所述的透平冷却系统，其特征在于，所述外部冷却管路流体地连通压气机和所述内部冷却管路。

5.根据权利要求4所述的透平冷却系统，其特征在于，所述外部冷却管路流体地连通压气机的排气口（38）和所述内部冷却管路。

6.根据权利要求5所述的透平冷却系统，其特征在于，所述透平静叶（19）为透平一级静叶，所述透平静叶（19）包括冷却孔，所述透平静叶（19）的内部腔室通过所述冷却孔与所述透平的燃气通道流体地连通。

7.根据权利要求6所述的透平冷却系统，其特征在于，所述内部冷却管路还包括透平一级动叶（20）的内部腔室，所述透平一级动叶（20）的内部腔室既与所述第一冷却通道（34）流体地连通又与所述透平静叶（19）的内部腔室流体地连通。

8.根据权利要求7所述的透平冷却系统，其特征在于，所述内部冷却管路还包括轮盘冷却孔（27），所述轮盘冷却孔（27）流体地连通所述第一冷却通道（34）和所述透平一级动叶（20）的内部腔室，所述透平一级动叶（20）的内部腔室与所述透平内的燃气通道流体地连通。

9.根据权利要求8所述的透平冷却系统，其特征在于，所述内部冷却管路还包括第一冷却室（31），所述第一冷却室（31）位于透平持环（22）与燃压缸延伸段（13）之间，所述燃压缸延伸段（13）位于所述透平持环（22）的径向外侧，

10.根据权利要求9所述的透平冷却系统，其特征在于，所述第一冷却室（31）包括两个隔环（28），所述透平持环（22）和所述燃压缸延伸段（13）均具有凹槽结构，所述隔环（28）通过所述凹槽结构分别与所述透平持环（22）和所述燃压缸延伸段（13）封闭的连接。

11.根据权利要求10所述的透平冷却系统，其特征在于，所述内部冷却管路还包括管路安装接口（21），所述管路安装接口（21）位于所述燃压缸延伸段（13），所述管路安装接口（21）流体地连通所述外部冷却管路和所述第一冷却室（31）。

12.根据权利要求11所述的透平冷却系统，其特征在于，所述内部冷却管路还包括第三冷却室（33），所述透平静叶（19）还包括顶部环形结构，所述顶部环形结构连接同一级全部静叶的叶顶，

13.根据权利要求12所述的透平冷却系统，其特征在于，所述第三冷却室（33）包括两个静叶支撑环（23），两个所述静叶支撑环（23）的内环通过螺栓与所述压气机排气扩压器内环（11）外表面封闭的连接，所述静叶（19）顶部环形结构具有沟槽结构，所述静叶支撑环（23）的外环通过所述沟槽结构与所述静叶（19）封闭的连接。

14.根据权利要求13所述的透平冷却系统，其特征在于，所述内部冷却管路还包括扩压器内环冷却孔（26），所述扩压器内环冷却孔（26）贯穿所述压气机排气扩压器内环（11），所述扩压器内环冷却孔（26）流体地连通所述第一冷却通道（34）和所述第三冷却室（33）。

15.根据权利要求14所述的透平冷却系统，其特征在于，所述内部冷却管路还包括第二冷却室（32），所述第二冷却室（32）位于所述透平静叶（19）与所述持环（22）之间，

16.根据权利要求15所述的透平冷却系统，其特征在于，所述内部冷却管路还包括持环冷却孔（25），所述持环冷却孔（25）贯穿所述持环（22），所述第一冷却室（31）和所述第二冷却室（32）通过所述持环冷却孔（25）流体地连通。