【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及燃气轮机轮辋式转子涡轮机械，其中叶片离心力由外部旋转护罩保持。特别地，本公开涉及在非设计运转条件下二次流的密封和二次流的被动管理或主动管理。
技术介绍
1、移动应用需要紧凑、重量轻、体积小的动力源。此外，由于包括全球变暖问题、化石燃料可用性和环境影响、原油价格等在内的多种因素，动力源的效率正成为任何运输行业关注的焦点。对于运输行业，尤其是可靠性至关重要的航空运输，涡轮被认为能提供最佳解决方案之一。在涡轮中，一个常见的原理是涡轮入口温度越高，涡轮的效率就越高。认为回收型布雷顿循环比简单布雷顿循环提供更高的效率。
2、增加回收型布雷顿循环的温度的挑战在于涡轮本身，其中，常见的合金需要大量冷却以能承受高气体温度。这对于难以实现膜冷却的小型涡轮(＜1mw)来说更具挑战性并且显著降低循环效率。已经尝试将陶瓷(例如氮化硅和碳化硅)用于燃气涡轮，这是因为这些材料可以经受高温，但是由于它们的脆性，使它们表现出可靠性的问题。已经做出尝试生产包含在轮辋式转子中的陶瓷涡轮，诸如美国专利第4,017,209号，但是这种尝试没有提出用于一些材料(诸如复合材料)的可行的冷却解决方案，该复合材料轮辋式转子受到碳聚合物复合材料的玻璃化转变或碳碳复合材料的氧化的限制。在这种特殊情况下，冷却空气经过在超过1200℃下运转的细长叶片，这意味着空气不可避免地被预热，因此，除非使用大质量流量，否则空气不能对最高运行温度在250℃至350℃范围内的复合材料轮辋式转子进行任何有意义的冷却，从而使得这种方法不适合高效应用。这些尝试也受到纯轴流式涡轮设计的
3、此外，当考虑轮辋式转子机械时，将轮辋式转子的移位与刚性轮毂的移位相匹配是重大挑战。轮辋式转子还需要与热燃烧气体隔热，其中陶瓷由于其低传导性和耐高温性而成为候选选择。一些现有技术的涡轮由高温工作流体(例如，蒸汽、气体等)的流动驱动来发电，高温工作流体被引导越过和/或通过涡轮内的一系列级和部件(例如，交替的固定和旋转翼型/机斗/叶片)。这些部件和级可以相对于彼此非常接近(例如，小间隙)，以便减少通过系统的工作流体泄漏并提高涡轮效率。
4、在一些系统中，工作流体可以容纳在流路内，并且可以通过使加压冷却流体(例如，压缩机空气)围绕流路经过来减少泄漏，流路由一组密封件包含。加压冷却流体直接泄漏到流路中和/或工作流体直接泄漏到涡轮的冷却流体中可能会降低涡轮效率以及部件和涡轮的寿命。由于工作流体在运行过程中的高温，部件(例如，定子、叶片、壳体等)可能经历温度的显著升高，通常在数百摄氏度的温度范围内升高，并引起热膨胀，这可能需要部件之间存在间隙，而这些间隙可能导致泄漏。因此，一些系统在分段的静态涡轮部件(例如，定子壳、护罩、喷嘴、气路部件等)之间具有密封件。在大多数系统中，这些密封件远离工作流体的流路，以减少/限制密封件暴露于工作流体的热极限。然而，这些位置可能需要额外的吹扫空气来冷却段间斜槽区域。一些其他系统包括更靠近气体路径的密封件。因此，这些密封件需要主动表面冷却，以在热方面承受密封表面附近的热工作流体流的影响。这些密封件可能会限制涡轮的设计和运行，因为需要大量的冷却剂流入涡轮系统并随后泄漏到流路中，从而降低涡轮的效率。
5、因此，需要一种紧凑的涡轮，其可以在高空气温度下运行，同时减少热工作流体与较冷冷却流体之间的泄漏。为了在动力应用中获得最大的效率和排放效益，这种涡轮需要与轮辋式转子陶瓷涡轮机械一起使用，以允许高燃烧温度，从而获得高循环效率。
技术实现思路
1、在第一方面，提供了一种组件，包括：轮辋式转子涡轮，该轮辋式转子涡轮具有适于安装或连接到旋转轴的轮毂、具有限定至少一个冷却通道的冷却环的轮辋式转子以及多个叶片，多个叶片中的每个叶片都与轮辋式转子相接触；定子轮叶组件，位于轮辋式转子涡轮的上游，该定子轮叶组件至少具有外护罩和位于主流路中的轮叶，该外护罩限定与轮辋式转子涡轮的多个叶片对准并配置成将热气体朝向轮辋式转子涡轮的多个叶片引导的主流路；以及冷却导叶组件，其至少具有内护罩和位于冷却流路中的轮叶，该内护罩限定与轮辋式转子涡轮的冷却环对准并配置成将冷却气体朝向轮辋式转子涡轮的冷却环引导的冷却流路；其中，定子轮叶组件的外护罩在径向上位于冷却导叶组件的内护罩的内侧，并且其中，在定子轮叶组件的外护罩与冷却导叶组件的内护罩之间限定有周向间隙。
2、进一步，根据第一方面，例如，冷却导叶组件包括外护罩，冷却流路限定在冷却导叶组件的内护罩与外护罩之间。
3、更进一步，根据第一方面，例如，冷却流路的上游部分相对于轮辋式转子的旋转轴线在径向上定向。
4、更进一步，根据第一方面，例如，冷却流路的下游部分相对于轮辋式转子的旋转轴线以截锥形定向。
5、更进一步，根据第一方面，例如，冷却流路的下游部分相对于轮辋式转子的旋转轴线成范围介于10度与40度之间的角度并且包括端点值。
6、更进一步，根据第一方面，例如，冷却流路中的第一组轮叶被定向成使得冷却空气能够轴向或部分轴向地流动。
7、更进一步，根据第一方面，例如，在第一组轮叶之间限定有节流喉部。
8、更进一步，根据第一方面，例如，第一组轮叶的出口角度相对于轴向方向介于70度与85度之间并且包括端点值。
9、更进一步，根据第一方面，例如，冷却流路中的第二组轮叶位于第一组轮叶的上游并且被定向成使得冷却空气能够径向和切向地流动。
10、更进一步，根据第一方面，例如，冷却导叶组件的外护罩的突出端限定邻近轮辋式转子表面的外护罩唇形密封件。
11、更进一步，根据第一方面，例如，冷却导叶组件的内护罩的突出端限定邻近轮辋式转子表面的内护罩唇形密封件。
12、更进一步，根据第一方面，例如，内护罩唇形密封件具有一表面，该表面的角度大致对应于叶片与轮毂之间的滑动接触部的角度。
13、更进一步，根据第一方面，例如，在间隙中存在绝缘材料。
14、更进一步，根据第一方面，例如，绝缘材料是冷却导叶组件的内护罩上的热障涂层和/或定子轮叶组件的外护罩上的热障涂层。
15、更进一步，根据第一方面，例如，在轮辋式转子与周围结构之间可以存在刷式密封件。
16、更进一步，根据第一方面，例如，刷式密封件安装到该周围结构。
17、更进一步，根据第一方面，例如，在轮辋式转子与周围结构之间可以存在迷宫式密封件。
18、更进一步，根据第一方面，例如，迷宫式密封件安装到该周围结构，迷宫式密封件与轮辋式转子的截锥形表面相对，截锥形表面的表面角度大致对应于叶片与轮毂之间的滑动接触部的角度。
19、更进一步，根据第一方面，例如，多个叶片中的每个叶片都通过与轮毂的滑本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种组件，包括：
2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述冷却导叶组件包括外护罩，所述冷却流路限定在所述冷却导叶组件的内护罩与外护罩之间。
3.根据权利要求2所述的组件，其中，所述冷却流路的上游部分相对于所述轮辋式转子的旋转轴线在径向上定向。
4.根据权利要求2和3中任一项所述的组件，其中，所述冷却流路的下游部分相对于所述轮辋式转子的旋转轴线以截锥形定向。
5.根据权利要求4所述的组件，其中，所述冷却流路的所述下游部分相对于所述轮辋式转子的旋转轴线成介于10度与40度之间的角度并且包括端点值。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的组件，其中，所述冷却流路中的第一组轮叶被定向成使得冷却空气能够轴向或部分轴向地流动。
7.根据权利要求6所述的组件，其中，在所述第一组轮叶之间限定有节流喉部。
8.根据权利要求6或权利要求7所述的组件，其中，所述第一组轮叶的出口角度相对于轴向方向介于70度与85度之间并且包括端点值。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的组件，其中，所述冷却流路中的第二组轮
10.根据权利要求2至9中任一项所述的组件，其中，所述冷却导叶组件的外护罩的突出端限定邻近所述轮辋式转子的表面的外护罩唇形密封件。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的组件，其中，所述冷却导叶组件的内护罩的突出端限定邻近所述轮辋式转子的表面的内护罩唇形密封件。
12.根据权利要求11所述的组件，其中，所述内护罩唇形密封件具有一表面，该表面的角度大致对应于所述叶片与所述轮毂之间的滑动接触部的角度。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的组件，其中，在所述间隙中存在绝缘材料。
14.根据权利要求13所述的组件，其中，所述绝缘材料是所述冷却导叶组件的内护罩上的热障涂层和/或所述定子轮叶组件的外护罩上的热障涂层。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的组件，还包括位于所述轮辋式转子与周围结构之间的刷式密封件。
16.根据权利要求15所述的组件，其中，所述刷式密封件安装到所述周围结构。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的组件，还包括位于所述轮辋式转子与周围结构之间的迷宫式密封件。
18.根据权利要求17所述的组件，其中，所述迷宫式密封件安装到所述周围结构，所述迷宫式密封件与所述轮辋式转子的截锥形表面相对，所述截锥形表面的表面角度大致对应于所述叶片与所述轮毂之间的滑动接触部的角度。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的组件，其中，所述多个叶片中的每个叶片都通过与所述轮毂的滑动接触部操作性地连接到所述轮毂，以使得所述叶片与所述轮毂之间至少能够发生径向移动，从而使所述叶片抵靠所述轮辋式转子以受压的方式加载。
20.根据权利要求1至19任一项所述的轮辋式转子涡轮组件，其中，所述滑动接触部由所述轮毂与所述叶片之间互补的滑动表面限定。
21.根据权利要求20所述的轮辋式转子涡轮组件，其中，所述互补的滑动表面处于范围介于15度至75度之间的角度并且包括端点值，该角度是由所述互补的滑动表面与所述旋转轴线在所述旋转轴线所在的径向-轴向平面中形成的。
22.根据权利要求1至28中任一项所述的轮辋式转子涡轮组件，其中，所述叶片是陶瓷叶片。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种组件，包括：
2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述冷却导叶组件包括外护罩，所述冷却流路限定在所述冷却导叶组件的内护罩与外护罩之间。
3.根据权利要求2所述的组件，其中，所述冷却流路的上游部分相对于所述轮辋式转子的旋转轴线在径向上定向。
4.根据权利要求2和3中任一项所述的组件，其中，所述冷却流路的下游部分相对于所述轮辋式转子的旋转轴线以截锥形定向。
5.根据权利要求4所述的组件，其中，所述冷却流路的所述下游部分相对于所述轮辋式转子的旋转轴线成介于10度与40度之间的角度并且包括端点值。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的组件，其中，所述冷却流路中的第一组轮叶被定向成使得冷却空气能够轴向或部分轴向地流动。
7.根据权利要求6所述的组件，其中，在所述第一组轮叶之间限定有节流喉部。
8.根据权利要求6或权利要求7所述的组件，其中，所述第一组轮叶的出口角度相对于轴向方向介于70度与85度之间并且包括端点值。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的组件，其中，所述冷却流路中的第二组轮叶位于所述第一组轮叶的上游并且被定向成使得冷却空气能够径向和切向地流动。
10.根据权利要求2至9中任一项所述的组件，其中，所述冷却导叶组件的外护罩的突出端限定邻近所述轮辋式转子的表面的外护罩唇形密封件。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的组件，其中，所述冷却导叶组件的内护罩的突出端限定邻近所述轮辋式转子的表面的内护罩唇形密封件。
12.根据权利要求11所述的组件，其中，所述内护罩唇形密封件具有一表面，该表面的角度大致对应于所述叶片与所述轮毂之间的滑...
【专利技术属性】
技术研发人员：贝诺伊特·皮卡尔，吉恩塞巴斯蒂安·普朗特，马蒂厄·皮卡尔，安托万·高文韦维尔，路易斯菲利普·吉恩，
申请(专利权)人：埃索欧耐迪克涡轮超动力，
类型：发明
国别省市：
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