具有围绕转子叶片的罩环的涡轮以及限制涡轮中的工作流体泄漏的方法技术

本发明专利技术公开了一种气体(或蒸汽)涡轮(200)，该气体(或蒸汽)涡轮包括：转子，该转子具有至少一个转子叶片阵列(213

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有围绕转子叶片的罩环的涡轮以及限制涡轮中的工作流体泄漏的方法


[0001]本文所公开的主题整体涉及涡轮，更具体地涉及具有围绕其转子叶片的新型罩环实施方案的气体涡轮和蒸汽涡轮，并且涉及限制涡轮中的工作流体泄漏的新方法，具体地讲是限制涡轮内的转子叶片尖端周围的工作流体泄漏的新方法。

技术介绍

[0002]气体涡轮是被设计成处理在机器操作期间在流动通道内部流动的工作流体(诸如空气)的机器；具体地讲，气体涡轮将动能从流动的工作流体传递到机器的转子，从而使其转子转动。
[0003]涡轮效率可被定义为输出机械转子功率与输入机械工作流体功率的比率。涡轮效率受到涡轮工作操作期间在转子叶片尖端处发生的工作流体泄漏的负面影响。
[0004]图1示出了已知的(热气体)涡轮100的非常示意性的剖视图。涡轮100包括转子110和定子160。转子110包括轴111和例如固定到轴111的三个轮112；第一轮112
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1具有第一叶片阵列113
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1(对应于第一膨胀阶段)；第二轮112
‑
2具有第二叶片阵列113
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2(对应于第二膨胀阶段)；第三轮112
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3具有第三叶片阵列113
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3(对应于第三或最后的膨胀阶段)。定子160包括具有外壳161的壳体和将工作流体从入口IL引导至出口OL的内部环形流动通道。环形流动通道由定子外壁165和定子内壁169限定，并且在其内部设置有转子叶片阵列(在图1中，存在例如三个转子叶片阵列113
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1、113
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2和113
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3)和定子叶轮阵列(在图1中，存在例如四个定子叶轮阵列167
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1、167
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2、167
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3和167
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4)。定子外壁165(其可由直接和/或间接地接合在一起的若干个环制成)通过例如环形构件固定到外壳161；在图1中，存在例如两个环形元件163
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1和163
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2。定子内壁169(其由若干个环制成)通过例如叶轮阵列固定到外壁165；在图1中，存在例如通过例如四个叶轮阵列167
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1、167
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2、167
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3和167
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4分别固定到外壁165的四个内壁环。转子160旋转地联接到定子110；为此，在图1中，存在各自定位在内壁环与轴之间的两个轴承190
‑
1和190
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2。
[0005]然而，在图1的热气体涡轮中，可能在转子叶片113
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1、113
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2、113
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3的尖端与定子外壁165之间的间隙中发生工作流体的泄漏；然而，该间隙避免在涡轮操作期间使(稳定的)外壁和(旋转的)叶片两者接触并因此避免对两者造成损坏。通过适当地选择间隙的尺寸，可在任何操作条件下避免接触(并因此避免损坏)。
[0006]美国专利4,784,569提供了一种用于限制(热气体)涡轮中的泄漏的解决方案。根据该解决方案，围绕转子叶片尖端的适当成形的罩环提供令人满意的气体密封，使得大部分工作流体经过叶片之间以实现有效的能量提取，并且通过回避叶片的周边而只有非常少的损失。然而，在处于工作温度下的(热气体)涡轮中，任何罩环都会变形(例如，其径向向内或向外弯曲)，并且此类变形可导致罩环与叶片之间的破坏性接触。
′
569专利中的罩环被成形为使得其热变形但保持与叶片的运行间隙。因此，这种类型的罩环仍可发生工作流体的泄漏。
[0007]因此，希望得到一种新型涡轮，该涡轮在涡轮的工作操作期间在转子叶片的周边具有低泄漏或甚至无泄漏(因此在转子叶片的尖端与罩环的表面之间具有比可能的或由现有技术和设计设想的间隙小的间隙(包括零间隙))，并且具有非常小的接触损坏风险或无接触损坏风险；具体地讲，希望在以下情况下避免由于与定子接触而导致的转子叶片的损坏：不仅A)在工作操作条件下，此时叶片全速旋转并且转子和定子都是热的；而且B)在启动和停机时，此时叶片缓慢旋转并且转子和定子都是冷的；以及C)在升温期间，此时叶片增大其速度，转子是热的并且定子是冷的；以及D)在降温期间，此时叶片减小其速度，转子是冷的并且定子是热的。

技术实现思路

[0008]根据一个方面，本文所公开的主题涉及一种包括转子、定子和罩环的涡轮；转子包括至少一个转子叶片阵列，罩环围绕转子叶片阵列延伸，定子包括围绕罩环延伸的壳体；罩环与壳体可移动地联接，以便允许壳体热膨胀和热收缩，从而在涡轮操作期间改变壳体与罩环之间的径向距离。
[0009]虽然设想将本专利技术应用于气体涡轮(具体地讲是其多个第一膨胀阶段，更具体地讲是其第一膨胀阶段)，但本专利技术也可很好地应用于蒸汽涡轮。
[0010]根据另一方面，本文所公开的主题涉及一种在涡轮的工作操作期间限制涡轮中的转子与定子之间的工作流体泄漏的方法；该涡轮包括具有转子叶片阵列的至少一个转子轮和围绕转子叶片阵列延伸的定子壳体；该定子壳体具有取决于其温度的径向尺寸；该转子轮具有取决于其温度的径向尺寸；该方法包括以下步骤：布置径向尺寸基本上与其温度无关的罩环，同心地围绕转子轮将罩环定位在转子叶片阵列与定子壳体之间，以及将罩环与壳体机械地联接，使得联接的保持与罩环的温度和壳体的温度无关；在涡轮的工作温度下，所述阵列的转子叶片的尖端区域紧邻或接触罩环的内部区域。
[0011]如将在下文更好地解释，定子壳体由在受热时膨胀并且在冷却时收缩的一种或多种材料制成，通常为金属材料；因此，此类定子壳体在受热时增大其尺寸(包括其径向尺寸)，并且在冷却时减小其尺寸(包括其径向尺寸)。相反，新型罩环由在受热时膨胀非常小并且在冷却时收缩非常小的一种材料(或多种材料)制成，这源于例如低于10μm/m/℃的热膨胀系数；因此，此类罩环在受热时其尺寸(包括其径向尺寸)增大非常少，并且在冷却时其尺寸(包括其径向尺寸)减小非常少。
[0012]应当注意，如将在下文更好地解释，当所述阵列的转子叶片的尖端区域与罩环的内部区域接触时，仅发生轻微的磨损而无任何接触损坏。
附图说明
[0013]当结合附图考虑时，通过参考以下详细描述，将容易地获得对本专利技术所公开的实施方案及其许多伴随的优点的更全面的理解，这同样变得更好理解，其中：
[0014]图1示出了现有技术涡轮的示意性纵向剖视图；
[0015]图2示出了涡轮的第一实施方案的局部示意性纵向剖视图；
[0016]图3示出了图2的涡轮的定子的局部示意性纵向剖视图；
[0017]图4示出了图2的涡轮的转子的局部示意性纵向剖视图；
[0018]图5示出了图2的涡轮的罩环的局部示意性纵向剖视图；
[0019]图6示出了图1的涡轮的定子外壳、罩环和一些键的A
‑
A剖视图；
[0020]图7示出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种涡轮(200)，所述涡轮包括转子(210)、定子(260)和罩环(250)；其中所述转子(210)包括至少一个转子叶片阵列(213
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1)，其中所述罩环(250)围绕所述转子叶片阵列(213
‑
1)延伸，其中所述定子(260)包括围绕所述罩环(250)延伸的壳体(261)，并且其中所述罩环(250)与所述壳体(261)可移动地联接，以便允许所述壳体(261)热膨胀和热收缩，从而在所述涡轮(200)的操作期间改变所述壳体(261)与所述罩环(250)之间的径向距离。2.根据权利要求1所述的涡轮(200)，其中所述壳体(261)被构造成(270)在所述涡轮(200)的操作期间基本上固定所述罩环(250)与所述壳体(261)之间的相对角位置。3.根据权利要求1或2所述的涡轮(200)，其中所述壳体(261)被构造成(270)在所述涡轮(200)的操作期间基本上固定所述罩环(250)与所述壳体(261)之间的相对轴向位置。4.根据权利要求1或2或3所述的涡轮(200)，其中所述罩环(250)的部分(250
‑
1，250
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2，250
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3，250
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4)与所述壳体(261)的部分(261
‑
1，261
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2，261
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3，261
‑
4)可滑动地联接，从而允许相对径向位置的变化。5.根据权利要求4所述的涡轮(200)，所述涡轮还包括至少一个径向取向的装置(280)，具体地讲是键，其中所述装置(280)被布置成在所述罩环(250)的凹陷部(255)中以及/或者在所述壳体(261)的凹陷部(262)中径向滑动。6.根据权利要求5所述的涡轮(200)，所述涡轮包括多个径向取向的装置(280
‑
1，280
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2，280
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3，280
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4)，具体地讲是键，其中所述多个装置中的每个装置被布置成在所述罩环(250)的对应凹陷部中以及/或者在所述壳体(261)的对应凹陷部中径向滑动。7.根据权利要求5或6所述的涡轮(200)，其中所述装置或每个装置(280)固定(282)到所述壳体(261)，并且其中所述装置或每个装置(280)被布置成在所述罩环(250)的对应凹陷部(255)中径向滑动。8.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮(200)，其中所述罩环(250)在内部区域(252)处包括可研磨材料的层(253)。9.根据权利要求8所述的涡轮(200)，其中所述阵列的所述转子叶片(213)中的一个或多个转子叶片在尖端区域(214)处包括研磨材料的层(215)或装置。10.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮(200)，其中所述罩环(250)由热膨胀系数低于10μm/m/℃、优选地低于8μm/m/℃、更优选地低于6μm/m/℃的材料制成或包含所述材料。11.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：诺沃皮尼奥内技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：