本發(fā)明涉及一種具有攝熱屏障的渦輪機及渦輪機的用途。

背景技術(shù)：

諸如燃氣渦輪機或蒸汽渦輪機之類的渦輪機用于發(fā)電。這種渦輪機包括具有至少一個定子部件的定子和具有至少一個轉(zhuǎn)子部件的轉(zhuǎn)子。

轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子部件是軸向軸和多個轉(zhuǎn)子葉片。轉(zhuǎn)子葉片繞軸向軸環(huán)狀地布置。

定子部件是定子環(huán)和多個引導(dǎo)導(dǎo)葉，引導(dǎo)導(dǎo)葉用于引導(dǎo)渦輪機的工作流體(在燃氣渦輪機的情況下為熱氣體，在蒸汽渦輪機的情況下為過熱蒸汽)。定子環(huán)和轉(zhuǎn)子軸彼此同軸地布置。引導(dǎo)導(dǎo)葉繞定子環(huán)環(huán)狀地布置。

引導(dǎo)導(dǎo)葉有助于引導(dǎo)工作流體，以使工作流體撞擊在轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子葉片上。

工作流體被引導(dǎo)通過渦輪機的工作流體通道。工作流體通道由至少一個定子部件且由至少一個轉(zhuǎn)子部件限界。由于工作流體的非常高的溫度，限界的定子部件和/或限界的轉(zhuǎn)子部件受到很高的應(yīng)力。

EP 2 634 373 A1示出了這樣一種實施方式，其中：提供了一個熱屏障以保護導(dǎo)葉的平臺的上游端。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種具有用于將工作流體引導(dǎo)至轉(zhuǎn)子的葉片的工作流體通道的渦輪機。渦輪機應(yīng)當是穩(wěn)健的，使得在引導(dǎo)熱工作流體通過工作流體通道、特別是在轉(zhuǎn)子部件與定子部件之間的腔中流動時，不發(fā)生定子部件的劣化。

本發(fā)明的另一個目的是渦輪機的用途。

這些目的通過在權(quán)利要求中限定的本發(fā)明而實現(xiàn)。

提供了一種渦輪機，其包括具有至少一個定子部件的定子、具有至少一個轉(zhuǎn)子部件的轉(zhuǎn)子、以及用于引導(dǎo)工作流體以驅(qū)動轉(zhuǎn)子的至少一個工作流體通道，其中工作流體通道由定子部件和轉(zhuǎn)子部件限界。該渦輪機的特征在于，在工作流體通道中設(shè)置有至少一個熱屏障以用于保護定子部件不受工作流體的腐蝕傷害。

更具體地，該渦輪機包括：具有至少一個定子部件的定子；具有至少一個轉(zhuǎn)子部件的轉(zhuǎn)子；用于引導(dǎo)工作流體以驅(qū)動轉(zhuǎn)子的至少一個工作流體通道，其中工作流體通道由定子部件和轉(zhuǎn)子部件限界；以及相對于工作流體通道中的工作流體的流動位于定子部件的下游且位于轉(zhuǎn)子部件的上游的腔。另外，該渦輪機包括位于所述腔中的至少一個熱屏障，所述熱屏障將所述腔分成第一腔和第二腔，用于減少工作流體侵入到第二腔中，以保護定子部件和/或轉(zhuǎn)子部件不受工作流體的腐蝕傷害。

如前所述，渦輪機包括位于定子部件的下游且位于轉(zhuǎn)子部件的上游的腔。上游方向和下游方向是關(guān)于工作流體通道中的工作流體的流動限定的。

該渦輪機用于通過將工作流體通過工作流體通道引導(dǎo)至轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子葉片而產(chǎn)生電力。為此，將轉(zhuǎn)子聯(lián)接至至少一個發(fā)電機。

工作流體通道是使工作流體撞擊在轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子葉片上的通道。熱屏障是減小或阻擋向轉(zhuǎn)子與定子之間的中空空間的攝熱的攝熱屏障。

所述腔和熱屏障用作定子與轉(zhuǎn)子之間的密封件，以阻擋熱工作流體流入到定子與轉(zhuǎn)子之間的中空空間內(nèi)。

如果熱屏障形成為包括圓錐部，則熱屏障支持密封效果。圓錐部的定向支持將熱工作流體反射到第一腔中并且支持熱工作流體不經(jīng)過熱屏障和進入第二腔。

熱屏障和轉(zhuǎn)子將不接觸。因此，密封將是非接觸式的。這允許在工作期間所有部件都適應(yīng)于溫度。

熱屏障可以通過片狀金屬來制造。

優(yōu)選地，片狀金屬形成為使得熱屏障包括圓環(huán)部、圓柱部和圓錐部。

圓環(huán)部可以夾在兩個定子部分之間。圓柱部可以部分地與定子部分接觸。圓錐部可以不與定子部件或轉(zhuǎn)子部件直接物理接觸。圓錐部可以僅僅通過腔內(nèi)的分隔板來形成，其中該分隔板將腔內(nèi)劃分成第一腔和第二腔。

熱屏障是單獨的部件，并且不與其他定子部分成一體。這允許了熱屏障在維護期間的容易的更換。

熱屏障保護定子下游的腔，使得熱工作流體不能侵入所述腔中。

工作流體是燃氣渦輪機的熱氣體或蒸汽渦輪機的過熱蒸汽。燃氣渦輪機的熱氣體包括燃燒過程(燃料的氧化)的排氣。熱氣體的溫度達到高于1000℃的溫度。

關(guān)于優(yōu)選的實施方式，熱屏障包括至少一個消耗品。該消耗品是低廉的并且是容易獲得的。優(yōu)選地，熱屏障是消耗品，即完全由可消耗材料制成。

優(yōu)選地，消耗品包括金屬合金。優(yōu)選地，金屬合金是低品位合金，例如不銹鋼。不銹鋼是容易獲得的，并且價格相對較便宜。

對于“消耗品”，其意指材料的等級低于定子和/或轉(zhuǎn)子。即，熱屏障能夠比定子和/或轉(zhuǎn)子更低廉地制造。

根據(jù)一個優(yōu)選實施方式，熱屏障包括從0.5mm至5.0mm之間的范圍、優(yōu)選地從1.0mm至3.0mm之間的范圍、更優(yōu)選地從1.5mm至2.5mm之間的范圍內(nèi)選擇的厚度。例如，厚度大約為2.0mm。這種厚度足以滿足較長時期作為熱屏障的功能。熱屏障能夠在常規(guī)維護工作期間進行更換。

對工作流體通道進行限界的定子部件可以是定子的任何部分。優(yōu)選地，定子部件是定子的定子環(huán)。定子環(huán)對工作流體通道進行限界，并且被熱屏障保護，使得工作流體不能夠容易地攻擊定子環(huán)。

熱屏障優(yōu)選地被直接組裝至定子部件。定子部件和熱屏障直接彼此連接。例如，熱屏障焊接至定子環(huán)。

關(guān)于一個優(yōu)選實施方式，熱屏障通過機械方式固定在定子環(huán)與渦輪機的引導(dǎo)導(dǎo)葉之間。熱屏障位于引導(dǎo)導(dǎo)葉與定子環(huán)之間，并且通過夾持機構(gòu)僅僅被幾何尺寸地固定。熱屏障夾持在定子環(huán)與引導(dǎo)導(dǎo)葉之間。通過這種方式，實現(xiàn)了對不同部件的不同熱膨脹的適應(yīng)。

優(yōu)選地，相對于工作流體通道中的工作流體的流動方向，熱屏障位于定子的下游端。

關(guān)于一個優(yōu)選實施方式，熱屏障包括熱屏障環(huán)。熱屏障是環(huán)狀熱屏障。該熱屏障可以是不再細分的單件?？商娲兀h(huán)狀熱屏障被細分。在一個優(yōu)選實施方式中，熱屏障環(huán)是分段式的環(huán)或開口環(huán)。通過環(huán)的分段或環(huán)的開口，實現(xiàn)了額外的自由度。這對于減小完成的組件的熱應(yīng)力是有利的。

附圖說明

參照附圖，本發(fā)明的另外的特征和優(yōu)點將從對示例性實施方式的描述而得到。附圖是示意性的。

圖1示出了渦輪機的截面。

圖2示出了圖1的細節(jié)。

具體實施方式

給出了渦輪機1。渦輪機是燃氣渦輪機。渦輪機1包括具有至少一個定子部件111的定子11。定子部件是環(huán)狀定子環(huán)1111。

渦輪機另外包括具有至少一個轉(zhuǎn)子部件121的轉(zhuǎn)子12。轉(zhuǎn)子部件121包括軸向轉(zhuǎn)子軸，轉(zhuǎn)子葉片布置在該軸向轉(zhuǎn)子軸上，用于驅(qū)動轉(zhuǎn)子軸。轉(zhuǎn)子軸和定子環(huán)彼此同軸地布置。

在定子環(huán)1111與轉(zhuǎn)子軸之間布置有至少一個工作流體通道13，工作流體通道13用于將工作流體131(燃燒過程的熱排氣)引導(dǎo)至轉(zhuǎn)子葉片。通過工作流體通道13，工作流體131能夠被引導(dǎo)至轉(zhuǎn)子葉片，以用于驅(qū)動轉(zhuǎn)子12。工作流體通道13由定子部件111(定子環(huán)1111)和轉(zhuǎn)子部件121(轉(zhuǎn)子軸)限界。

工作流體通道13是使工作流體131撞擊在轉(zhuǎn)子12的轉(zhuǎn)子葉片上的通道。

另外，在上游定子部件111與下游轉(zhuǎn)子部件121之間存在腔20。

至少一個熱屏障14(攝熱屏障)位于腔20中，用于保護定子環(huán)1111不被工作流體131腐蝕傷害。熱屏障是熱屏障環(huán)141，其具有類似于定子環(huán)1111的外周的外周。熱工作流體131不能夠直接攻擊定子環(huán)1111。熱屏障環(huán)141具有攝熱屏障的功能。

熱屏障優(yōu)選地由片狀金屬制成。

熱屏障14是消耗品。由低品位的合金制成。在該具體實施方式中，低品位的合金是X22CrMoV12-1。

熱屏障14的厚度是大約2.0mm。

熱屏障14組裝在渦輪機的定子環(huán)1111與引導(dǎo)導(dǎo)葉1112(由多晶IN792制成)之間。熱屏障14機械地固定在定子環(huán)1111與引導(dǎo)導(dǎo)葉1112之間。熱屏障14被定子環(huán)1111和引導(dǎo)導(dǎo)葉1112夾持。通過這種方式，熱屏障被軸向地鎖定。

在第一實施方式中，熱屏障環(huán)141是非分段式的熱屏障環(huán)。熱屏障環(huán)141形成為單件?？商娲兀瑹崞琳檄h(huán)141是分段式的環(huán)或開口環(huán)(split ring)。

該渦輪機用于通過將工作流體131通過工作流體通道13引導(dǎo)至轉(zhuǎn)子12的轉(zhuǎn)子葉片中而發(fā)電。

為了發(fā)電，轉(zhuǎn)子12被聯(lián)接至發(fā)電機。