具有用于隔離渦輪機的工作流體與冷卻劑流體的密封件的渦輪機和渦輪機的使用制造技術

本發明專利技術的主題是渦輪機以及渦輪機的使用。渦輪機，比如燃氣輪機或蒸汽輪機，包括：定子，具有至少一個定子組件；轉子，具有至少一個轉子組件；至少一個腔，該至少一個腔在轉子與定子之間；以及至少一個工作流體通道，用于引導用于驅動轉子的工作流體，其中，工作流體通道由定子組件和轉子組件界定。定子組件包括用于在冷卻劑流體的幫助下冷卻定子組件的至少一個冷卻劑流體通道，并且至少一個隔離屏障布置在腔與冷卻劑流體通道之間，以便將工作流體通道與冷卻劑流體通道彼此隔離。隔離屏障包括至少兩個活塞環，兩個活塞環被彼此軸向布置，以限定兩個活塞環之間的活塞環空間?；钊h空間為冷卻劑流體通道的一部分，并且活塞環與定子組件中的第一個滑動接觸。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及具有用于隔離渦輪機的工作流體與冷卻劑流體的密封件的渦輪機和渦輪機的使用。
技術介紹
渦輪機(比如燃氣輪機或蒸汽輪機)用于發電。這種渦輪機包括具有至少一個定子組件的定子和具有至少一個轉子組件的轉子。轉子的轉子組件是具有多個轉子葉片的軸向軸。轉子葉片環狀布置在軸向軸周圍。定子組件為(主)定子環、用于引導渦輪機的工作流體(在燃氣輪機的情況下為熱氣體，并且在蒸汽輪機的情況下為過熱蒸汽)的多個導葉以及用于承載導葉的葉片承載環。定子環和轉子軸彼此同軸布置。導葉環狀布置在葉片承載環周圍。導葉幫助引導工作流體，以便工作流體沖擊轉子的轉子葉片。工作流體借助渦輪機的工作流體通道來引導。工作流體通道由定子組件中的至少一個和轉子組件中的至少一個界定。由于工作流體的溫度非常高，所以界定的定子組件和/或界定的轉子組件高度受力。為了降低導葉的表面溫度并提高導葉的工作壽命跨度，分配冷卻劑流體(冷卻流體)以便冷卻導葉。冷卻劑流體在導葉表面上的流動引起從導葉到冷卻劑流體的熱傳遞，從而降低導葉的溫度。為此，冷卻劑流體被分配到優選地位于葉片與定子環之間的冷卻劑流體通道(冷卻流體通道)中。必須密封冷卻劑流體通道，以便冷卻劑流體在冷卻劑流體通道內部的高效循環且防止冷卻劑流體從冷卻劑流體通道泄漏到渦輪機的其他部分(特別是工作流體通道)中。然而，定子葉片承載環周圍的導葉的布置和導葉與定子的導葉承載環之間的冷卻劑流體通道的布置可能導致一個或更多個間隙。此外，由于導葉、導葉承載環以及主定子環在渦輪機工作期間的相對位移，無法避免現有間隙的擴張。這導致增大冷卻劑流體到渦輪機的其他部分中的泄露。于是，實現不了導葉的期望冷卻。冷卻機構的效率被降低。根據US2,738,949A，噴嘴導葉具有內部冷卻通道。旋轉部分與非旋轉部分由迷宮式密封件隔離。為了減少所述問題，必須避免上述間隙，以便防止冷卻劑流體從冷卻劑流體通道泄露。另外，提供了用于密封間隙的、具有活塞環的密封結構。然而，這種密封結構包括硬密封組件。在工作期間，硬密封組件中的裂縫出現。這些裂縫導致增大泄露。由此，密封組件的密封效率受到限制。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種渦輪機，該渦輪機具有用于隔離渦輪機的冷卻劑流體與渦輪機的工作流體的有效密封。本專利技術的另外目的是使用渦輪機。這些目的由權利要求中所規定的本專利技術來實現。本專利技術致力于一種渦輪機，該渦輪機包括：定子，該定子具有至少一個定子組件；轉子，該轉子具有至少一個轉子組件；至少一個腔，該至少一個腔在轉子與定子之間；至少一個工作流體通道，該至少一個工作流體通道用于引導用于驅動轉子的工作流體，其中，工作流體通道由定子組件和轉子組件界定。定子組件包括用于在冷卻劑流體的幫助下冷卻定子組件的至少一個冷卻劑流體通道，并且至少一個隔離屏障布置在腔與冷卻劑流體通道之間，以便將工作流體通道與冷卻劑流體通道彼此隔離。隔離屏障包括至少兩個活塞環，兩個活塞環被彼此軸向布置，這限定活塞環之間的活塞環空間?；钊h空間為冷卻劑流體通道的一部分，并且活塞環與定子組件中的第一個滑動接觸?；钊h具體用于兩個定子組件之間，而不是在旋轉與非旋轉組件之間。該渦輪機用于通過借助工作流體通道向轉子的轉子葉片引導工作流體來發電。為此，轉子耦合到至少一個發電機?？商娲?，該渦輪機可以用于機械地驅動另一個組件(像泵或壓縮機)。工作流體為燃氣輪機的熱氣體或蒸汽輪機的過熱蒸汽。燃氣輪機的熱氣體包括燃燒過程(燃料的氧化)的排放氣體。熱氣體的溫度達到高于1000℃的溫度。冷卻劑流體優選地為空氣。存在第一活塞環(前活塞環)和第二活塞環(后活塞環)。活塞環被布置為使得活塞環的活塞環轉軸(該轉軸平行于由活塞環形成的活塞環平面的法線)與轉子的徑向大致平行地定向(由此，活塞環處于大致垂直于轉子的軸向的狀態)。大致平行或垂直包括距離平行或垂直定向多達10°的定向偏差。優選地，該偏差在5°以下。借助于活塞環，定子組件的高效冷卻是可能的。另外，借助于活塞環，工作流體無法到達冷卻劑流體通道和/或冷卻劑流體無法到達工作流體通道。禁止冷卻劑流體與工作流體的接觸。流體不彼此接觸。關于優選實施例，定子組件為葉片承載環。作為定子組件的葉片承載環包括冷卻劑流體通道。也是定子組件的導葉附接到葉片承載環，使得導葉可以經由可以借助冷卻劑流體通道引導的冷卻劑流體來冷卻。優選地，定子包括作為主定子環的至少一個另外的定子組件。葉片承載環和主定子環經由活塞環連接到彼此，使得活塞環空間另外由葉片承載環和主定子環界定。活塞環空間由活塞環、葉片承載環以及主定子環形成。關于另外的優選實施例，葉片承載環和/或主定子環包括用于容納活塞環中的至少一個的至少一個活塞環間隙。活塞環可以至少部分位于活塞環間隙中。這種活塞環間隙可以形成在葉片承載環和/或主定子環中。在這種配置中，活塞環可以插入一個表面處的活塞環間隙中。另一個表面應沒有這種間隙，使得活塞環的另一徑向端可以在相對面上滑動。優選地，活塞環和相對面被發展為使得能夠補償葉片承載環和/或主定子環的熱誘導移位和/或熱誘導移動。由于在渦輪機工作時出現的熱應力，渦輪機的組件相對于彼此移動。因為這個，相對大軸向移動和/或相對小徑向移動發生，并且可以由本專利技術的概念來補償。在本專利技術的幫助下，這些移動不影響組件的高效冷卻。密封機構非?？煽?。優選地，各個活塞環在活塞環的一個徑向端處置于活塞環間隙(即，圓柱形凹陷或狹槽)中。在活塞環的另一個徑向端處，活塞環不插入到相對面的間隙中，而只是與圓柱形的相對面滑動接觸。這允許活塞環可以在該圓柱形表面上滑動，并因此允許適應溫度影響。附圖說明參照附圖根據示例性實施例的描述來產生本專利技術的另外特征和優點。附圖是示意性的。圖1顯示了渦輪機的剖面。圖2示出圖1的細節。具體實施方式給出渦輪機1。渦輪機為燃氣輪機。渦輪機1包括具有定子組件111的定子11。定子組件為環狀主定子環1111、環狀葉片承載環1112以及導葉1113。渦輪機另外包括具有至少一個轉子組件121的轉子12。轉子組件包括軸向轉子軸，在該軸向轉子軸上，布置若干轉子葉片，以便驅動轉子軸。轉子軸、葉片承載環1112以及主定子環1111彼此軸向布置。用于向轉子葉片引導工作流體(131，燃燒過程的熱排放氣體)的至少一個工作流體通道13布置在定子組件111與轉子軸121之間。借助工作流體通道13，可以向轉子葉片引導工作流體131，以便驅動轉子12。工作流體通道13由定子組件(主定子環、葉片承載環)以及轉子組件(轉子軸)界定。在定子部分與轉子部分之間具有腔20，來自工作流體通道13的實質熱流體可以進入腔20，通常與冷卻密封流體混合。定子組件包括冷卻劑流體通道14，用于在冷卻劑流體141的幫助下冷卻定子組件。冷卻劑流體為空氣。在腔20與冷卻劑流體通道14之間，布置隔離屏障15，例如以便將冷卻劑流體通道14與工作流體通道13或腔20彼此隔離。隔離屏障15包括兩個活塞環(前活塞環151和后活塞環152)。兩個活塞環151和152被彼此軸向布置，這限定活塞環151與152之間的活塞環空間153?；钊h空間153為冷卻劑流體通道14的一部分。葉片承載環1112和主定子環1111包括用于容納活塞環151、152的活塞環間隙154。活塞環15本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種渦輪機(1)，包括：定子(11)，具有至少一個定子組件(111、1111、1112)；轉子(12)，具有至少一個轉子組件(121)；至少一個腔(20)，所述至少一個腔(20)在所述轉子(12)與所述定子(11)之間；至少一個工作流體通道(13)，用于引導用于驅動所述轉子的工作流體(131)，其中，所述工作流體通道由所述定子組件和所述轉子組件界定；所述定子組件(111、1111、1112)包括至少一個冷卻劑流體通道(14)，用于在冷卻劑流體(141)的幫助下冷卻所述定子組件(111、1111、1112)；并且至少一個隔離屏障(15)布置在所述腔(20)與所述冷卻劑流體通道(14)之間，以便將所述工作流體通道(13)與所述冷卻劑流體通道(14)彼此隔離；其特征在于：所述隔離屏障(15)包括至少兩個活塞環(151、152)；所述兩個活塞環(151、152)被彼此軸向布置，以限定所述兩個活塞環(151、152)之間的活塞環空間(153)；所述活塞環空間(152)為所述冷卻劑流體通道(14)的一部分；并且所述活塞環(151、152)與所述定子組件(111、1111、1112)中的第一個定子組件滑動接觸。...

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2014.05.27 EP 14170015.31.一種渦輪機(1)，包括：定子(11)，具有至少一個定子組件(111、1111、1112)；轉子(12)，具有至少一個轉子組件(121)；至少一個腔(20)，所述至少一個腔(20)在所述轉子(12)與所述定子(11)之間；至少一個工作流體通道(13)，用于引導用于驅動所述轉子的工作流體(131)，其中，所述工作流體通道由所述定子組件和所述轉子組件界定；所述定子組件(111、1111、1112)包括至少一個冷卻劑流體通道(14)，用于在冷卻劑流體(141)的幫助下冷卻所述定子組件(111、1111、1112)；并且至少一個隔離屏障(15)布置在所述腔(20)與所述冷卻劑流體通道(14)之間，以便將所述工作流體通道(13)與所述冷卻劑流體通道(14)彼此隔離；其特征在于：所述隔離屏障(15)包括至少兩個活塞環(151、152)；所述兩個活塞環(151、152)被彼此軸向布置，以限定所述兩個活塞環(151、152)之間的活塞環空間(153)；所述活塞環空間(152)為所述冷卻劑流體通道(14)的一部分；并且所述活塞環(151、152)與所述定子組件(111、1111、1112)中的第一個定子組件滑動接觸。2.根據權利要求1所述的渦輪機，其中，所述工作流體(141)為燃氣輪機的熱氣體或蒸汽輪機的過熱蒸汽。3.根據權利要求1或2所述的渦輪機，其中，所述定子組件(111)為葉片承載...

【專利技術屬性】
技術研發人員：P·格蘭貝格，J·西賈托，
申請(專利權)人：西門子股份公司，
類型：發明
國別省市：德國;DE