本发明涉及一种燃气轮机(20)，包括压缩机(12)经过进气口(11)引入并且压缩空气，燃料(14)在所述燃烧室(13)内利用所述压缩的空气燃烧并且产生热气体，所述涡轮机(15)配置有涡轮机叶片(32)，所述热气体在所述涡轮机(15)内膨胀、做功，其中，提供第一装置以便用压缩的冷却空气冷却涡轮机叶片。通过所述第一装置实现改进效率，所述第一装置包括至少一个独立的压缩机级(22)，所述压缩机级(22)独立于所述压缩机(12)产生压缩的冷却空气。(12)、燃烧室(13)以及涡轮机(15)，所述压缩机
1.一种燃气轮机（20,30），包括压缩机（12）、燃烧室（13）以及涡轮机（15），所述压缩机（12）经过进气口（11）引入并且压缩空气，燃料（14）在所述燃烧室（13）内利用所述压缩的空气燃烧并且产生热气体，所述涡轮机（15）配置有转子或者轴（16,24），其带有涡轮机叶片，所述热气体在所述涡轮机（15）内膨胀、做功，其中，提供第一装置以便用压缩的冷却空气冷却涡轮机叶片（32），其特征在于，所述第一装置包括至少一个独立的压缩机级（22,25），所述压缩机级（22,25）独立于所述压缩机（12）产生压缩的冷却空气，并且其中，所述至少一个压缩机级（22,25）集成到所述转子或者所述轴（16,24）中。
所述至少一个压缩机级（22,25）在流动方向上布置在所述涡轮机（15）的尾部。
3.根据权利要求1或2所述的燃气轮机，其特征在于，
所述至少一个压缩机级（22,25）设计成径向式压缩机（25）。
4.根据权利要求1或2所述的燃气轮机，其特征在于，
所述至少一个压缩机级（22,25）在流动方向上直接布置在最后的涡轮机转子叶片（32）的尾部，其中，所述至少一个压缩机级（22,25）从转子轴承通风系统（27）引入冷却空气质量流（28），并且其中，为了冷却目的，所述至少一个压缩机级（22,25）将压缩的冷却空气的主要质量流（31）输送到所述最后的涡轮机转子叶片（32）。
所述至少一个压缩机级（22,25）输送所述压缩的冷却空气的部分质量流（33）用于所述转子或者轴（16，24）和所述燃气轮机（20,30）的毗邻的静止部件（37）之间的密封间隙（35）的吹洗。
所述至少一个压缩机级（22,25）具有外部罩（26），并且其中，所述部分质量流（33）通过所述罩（26）的出口点输送。
所述主要质量流（31）在所述至少一个压缩机级（22,25）的出口点处偏离径向方向进入轴向方向中，并且其中，所述出口点距离燃气轮机中心轴线的距离为出口半径（29）。
燃气轮机
技术领域
[0001] 本发明涉及燃气轮机技术领域。
背景技术
[0002] 因为燃气轮机中出现的高热应力和机械应力，必须向所述涡轮机的大部分转子叶片和定子叶片供给冷却空气。为了保证正确地冷却所述叶片，在所述热气体通道中的冷却空气和热气体之间必须存在充分高的压力比。作为冷却空气，绝大部分空气在为此设置的所述燃气轮机轴向压缩机的泄放点被泄放。利用各种管道系统，冷却空气被进给到单个涡轮机叶片。在这种情况下，燃气轮机设计中的一个重点是正确选择所述泄放点的压力等级以匹配在需要冷却的点处所述涡轮机所需要的压力等级。
[0003] 图1中再现了用这种方式冷却的燃气轮机的大大地简化了的示意图。图1的燃气轮机10包括压缩机12、燃烧室13和涡轮机15，其中，压缩机12经由进气口11引入并且压缩空气，在燃烧室13内燃料14使用压缩空气燃烧并且产生热气体，所述涡轮机15配置有涡轮机叶片，所述热气体在涡轮机15中膨胀，做功，然后经由排气出口17排放，其中，为了冷却涡轮机15，排放来自压缩机12的压缩的冷却空气，并且经过冷却空气管线18进给到涡轮机15。在这种情况下，在压缩机12或者涡轮机15的不同点能够进行泄放和供给。为了降低所述冷却空气的温度，在冷却空气管线18上能够额外地布置冷却器19。
[0004] 在流动方向上的后部涡轮机级，出现相当低的压力等级。此外，热负荷几乎全部都如此低以致这些级的有效冷却几乎没有必要。但是如果需要最后级的冷却起作用，由于成本原因，在大多数情况下使用在下一个较高压力等级运行的有效冷却叶片上的泄放点。但是，由于这个压力等级位于实际需要的压力等级以上并且所述压力被抑制以便最小化冷却空气的体积，在这方面，在流体的压缩过程中有必要执行更多的工作。这些额外的工作，作为压力抑制的结果，引起在平衡中产生损失。
[0005] 由于成本原因，在大多数情况下单独的泄放点的供给或者外部的冷却空气源（压缩机、风扇等等）的利用的确没有任何意义。
[0006] 印刷出版物US 2,578,481 公开了一种燃气涡轮机，其中，中间外壳位于压缩机和涡轮机之间，并且其中，径向行动的辅助压缩机布置在转子上，而且冷却空气在压力下被输送到用作冷却转子轴的轴承、涡轮机的转子盘以及还有转子叶片的外部夹持环的中间外壳内。没有提供利用辅助压缩机对涡轮机的定子叶片和/或转子叶片的冷却。
[0007] 从印刷出版物US 4,005,572已知在燃气轮机的涡轮转子的后侧布置辅助的叶片以便引入额外的冷却空气并且将冷却空气连同热气体一起引进涡轮机中。还有，在这种情况下没有提供利用辅助叶片冷却涡轮机叶片。
发明内容
[0008] 因此，本发明的目的是构建一种燃气轮机，所述燃气轮机避免已知的燃气轮机与冷却相关的缺点并且显著提高效率。
[0009] 本发明基于的燃气轮机包括压缩机、燃烧室以及涡轮机，所述压缩机通过进气口引入空气并且压缩空气，在所述燃烧室内，使用所述压缩的空气燃烧燃料并且产生热气体，所述涡轮机配备有涡轮机叶片，在所述涡轮机内所述热气体膨胀，做功，其中，提供第一装置以便用压缩的冷却空气冷却涡轮机叶片。本发明显著之处在于，所述第一装置包括至少一个单独的压缩机级，所述压缩机级独立于所述压缩机产生压缩的冷却空气。
[0010] 根据本发明的所述燃气轮机的一个实施例，其特征在于，所述至少一个压缩机级在流动方向上布置在涡轮机的尾部。
[0011] 另一个实施例的特征在于，所述涡轮机具有转子或者轴，并且其中，所述至少一个压缩机级被集成进所述转子或者所述轴内。
[0012] 根据本发明的进一步实施例，所述至少一个压缩机级设计成径向压缩机。
[0013] 另一个实施例的显著之处是，所述至少一个压缩机级在流动方向上直接布置在最后的涡轮转子叶片的尾部，其中，所述至少一个压缩机级从转子轴承通风系统引入冷却空气质量流，并且其中，为了冷却目的，所述至少一个压缩机级将压缩的冷却空气的主要质量流输送到所述最后的涡轮转子叶片。
[0014] 还是根据另一个实施例，所述至少一个压缩机级输送压缩的冷却空气的部分质量流用于在所述燃气轮机的转子或者轴和与其毗邻的静止部件之间的密封间隙吹洗。
[0015] 又一个实施例的显著事实是，所述至少一个压缩机级具有外部罩，并且其中，输送部分质量流穿过外部罩中的出口点。
[0016] 如果主要质量流在所述至少一个压缩机级的出口处偏离径向方向进入到轴向方向中，并且，如果所述转子或者所述轴在这个点上设置有出口半径，这是特别有利的。
附图说明
[0017] 接着将参考附图，基于示例性实施例详细说明本发明。在附图中：
[0018] 图1 显示了现有技术的燃气轮机的极大简化的示意图，其中，压缩机排放的冷却空气用于冷却所述涡轮机；
[0019] 图2与图1类似，显示了根据本发明的示例性实施例的燃气轮机的示意图；
[0020] 图3 详细显示了贯穿根据本发明示例性实施例的具有集成到所述转子中的独立压缩机级的燃气轮机的纵向截面图。
具体实施方式
[0021] 本发明的一部分的构思是在燃气轮机轴上集成独立的压缩机级，具有只在需要的压力等级产生冷却空气的明确的主要目标。因此，能够以优化的方式设计独立的级以便满足冷却的需求并且在燃烧空气的主要质量流压缩过程中不需要考虑具体的冷却。通过所有可用类型的压缩机（轴向、径向或者对角的）能够实现产生必需的压力等级。还可以设想利用通过转子上/中的简单通道的浪涌效应。
[0022] 图2与图1类似，显示了根据本发明的燃气轮机的（一般的）示例性实施例的示意图。图2所示的燃气轮机20具有和图1所示的燃气轮机10相同的核心元件11至17。但是，所述燃气轮机的冷却设计是不同的。为了产生所述压缩的冷却空气，独立的压缩机级22布置在涡轮机15尾部的转子16上。压缩机级22从冷却空气源21获得冷却空气并且将所述压缩的冷却空气经过冷却空气管线23输送到涡轮机15。
[0023] 在图3中再现这种独立的压缩机级的具体实施例。在图3中产生的示例参考用于燃气轮机30的轴向涡轮机的最后级的冷却空气进给。径向压缩机25连同罩26一起集成到所述转子或者轴24的涡轮机侧的端部。这种径向式压缩机从转子轴承通风系统27引入较低压力等级的冷却空气质量流28，作为径向式压缩机25的主要操作的结果，所述冷却空气质量流被压缩到必需的较高的压力等级。
[0024] 为了冷却目的，主要质量流31在具有出口半径的偏离点29离开所述压缩机并且从那里被供给到涡轮转子叶片32。在所述描述的实例中，所述压缩的冷却空气的部分质量流33在罩26的出口点34排出以便使燃气轮机30的静止部件37和转子24之间毗邻的密封间隙
35吹洗，并且接着进入燃气轮机30的排气导管36。
[0025] 此外，利用集成到所述机器内部的独立压缩机引入的所述质量流也能够用来冷却任何静态和/或旋转的部件（轴承区域、罩和它们的支持结构）。
[0026] 附图标记列表
[0027] 10,20,30 燃气轮机
[0028] 11 进气口
[0029] 12 压缩机
[0030] 13 燃烧室
[0031] 14 燃料
[0032] 15 涡轮机
[0033] 16 转子
[0034] 17 排气出口
[0035] 18,23 冷却空气管线
[0036] 19 冷却器
[0037] 21 冷却空气源
[0038] 22 压缩机级
[0039] 24 转子/轴
[0040] 25 径向式压缩机
[0041] 26 罩
[0042] 27 转子轴承通风系统
[0043] 28 冷却空气质量流
[0044] 29 出口半径
[0045] 31 主要质量流
[0046] 32 涡轮转子叶片
[0047] 33 部分质量流
[0048] 34 出口点（部分质量流）
[0049] 35 密封间隙
[0050] 36 排气导管
[0051] 37 静止部件（定子）
