专利名称：用于结构构件的隔热结构和涡形管结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及用在回转机械中的诸如蒸汽轮机或燃气轮机之类的涡轮机中的结构 构件的隔热结构和涡形管结构。
背景技术：
通常，用在涡轮机中的涡形管结构为设置在采用高温蒸汽或高温气体作为工作流 体的涡轮机的初级定子叶片的前面(工作流体的流入侧)或末级转子叶片的后面(工作流 体的流出侧)的结构构件，并且工作流体流过涡形管结构。涡形管结构通过金属片焊接或 铸造形成。在涡形管结构中，在加热的工作流体通过其流入或流出的涡形管结构中，为了满 足涡形管结构所要求的材料强度，涡形管结构的外围表面用冷却流体喷洒，以降低涡形管 结构的温度。有必要构造一种隔热结构，用于防止涡形管结构的温度升高，或用于防止流过涡 形管结构的工作流体的热量辐射或被吸收，但同样熟知的是在结构构件内部连接隔热材 料，以阻隔热量(例如参见日本未审查专利申请公开号No. H9-14576)。然而，根据在公开号为的NO.H9-14576的日本未审查专利申请中描述的隔热结 构，没有假定隔热结构形成与涡形管结构相同的三维形状，存在的问题是难以构造这种隔 热结构。在上述隔热结构中，构成结构构件的外壳体和将隔热装置推靠在外壳体上的内壁 相互固定。因此，当外壳体的热伸长量和内壁的热伸长量彼此不同时，热伸长量之间的差异 未被吸收，存在损坏隔热结构的不利的可能性。由于隔热材料设置在通过焊接固定至外壳体的架子之间，则存在的问题是要求架 子被设置为构造隔热结构。上述隔热结构的厚度由架子的高度确定，因此存在的问题是难以调整隔热结构的厚度。当喷洒冷却流体以降低涡形管结构的温度时，单独地需要供应冷却流体的系统。 在多数情况中，引出的工作流体用作冷却流体，存在的问题是具有该涡形管结构的涡轮机 和具有该涡轮机的工厂的效率恶化，虽然这种效率根据温度条件或结构调节的不同而不 同。当隔热结构设置在涡形管结构的内表面上时，一部分隔热结构剥离并脱落，且由 于工作流体的流动而流入设置在下游的涡轮机部的一排叶片中，这损坏了转子叶片或定子 叶片，并且在某些情况中由于侵蚀导致导管的厚度降低。
发明内容
本发明已经实现解决上述问题，本发明的目标是提供用于结构构件和涡形管结构 的隔热结构，即使在一体构造的结构构件中也容易使用它，并且它能够确保可靠性和隔热
3特性。为了实现上述目标，本发明提供了下述方案。根据本发明，一种用于结构构件的隔热结构，包括固定部，从结构构件的外壁向 外延伸；连接至固定部的压板，在压板和外壁之间具有间隙；和隔热构件，设置在外壁和压 板之间。根据本发明，隔热构件设置在结构构件的外面，并且结构构件的外部和压板夹着 隔热构件。因此，与其中隔热结构设置在结构构件的内部的情况相比，连接隔热结构变得容 易。而且，流过涡形管和隔热结构的工作流体相互不接触。因此，能够防止由工作流体的流 动引起的隔热结构的脱落。通过调整相对于固定部安装的压板的位置，调整涡形管的压板和外壁之间的间 距。因此，调整隔热结构的厚度变得容易。结构构件为例子为诸如用在回转机械中的蒸汽轮机或燃气轮机之类的涡轮机的 涡形管结构。在根据本发明的上述隔热结构中，优选的是设置有位于外壁和压板之间的调整 部，用于通过从其外壁部支撑压板来限定外部和压板之间的间隙。根据该结构，由于能够容易地确定外部和压板之间的间距，则调整隔热结构的厚 度变得比较容易。也就是说，通过在为外壁上配置调整部，在调整部配置压板，并使压板抵 靠在调整部上，能够容易地确定外部和压板之间的间距。通过设置多个相同的调整部，在设置调整部的位置处的压板和外壁之间的间距能 够被均衡地设定。在根据本发明的上述隔热结构中，优选的是还包括多个压板，每个压板具有与压 板的结构相同的结构，并且多个压板设置为它们的端部相互隔离，并且能够沿压板延伸所 沿的方向彼此相对移动。根据该结构，即使在多个压板之间的热伸长量存在差异的情况中，热伸长量之间 的差异也可以由压板的端部相互隔离的位置吸收。而且，即使在结构构件的热伸长量和压板的热伸长量之间存在差异的情况中，热 伸长量之间的差异也可以由压板的交叠部分吸收。在根据本发明的上述隔热结构中，优选的是还包括从结构构件的外壁上向外面延 伸的分隔板。根据该结构，由于设置隔热构件的间隙由分隔板限定，则抑制了隔热结构的由它 自身的重量引起的移动或偏移。根据本发明，一种涡形管结构，包括具有通道的涡形管，工作流体通过通道流入 到涡形管的内部；和根据本发明的隔热结构。通过使用本发明的隔热结构的，防止了隔热结构的脱落。因此，确保了涡形管结构 的可靠性和隔热特性。而且，由于容易调整隔热结构的厚度，则确保了涡形管结构的隔热特 性。根据本发明的用于结构构件的隔热结构和涡形管结构，隔热构件设置在结构构件 外部，并且涡形管结构的外壁和压板之间夹着隔热构件。因此，具有即使在整体构造的结构 构件中也容易使用该隔热结构和涡形管结构的效果，并且能够确保可靠性和隔热特性。
图1为用于描述根据本发明实施方式的燃气轮机的整体结构的示意图。图2为当从涡轮机部观看时用于描述图1中示出的进口涡形管部中的涡形管的结 构的透视图。图3为用于描述图2中示出的涡形管和隔热结构的设置的截面图。图4为用于描述图3中示出的隔热结构的基本设置的示意图。图5为用于描述图3中示出的隔热结构的设置的示意图。
具体实施例方式将参照图1至5描述根据本发明实施方式的隔热结构和具有涡形管结构的燃气轮 机。图1为用于描述根据本实施方式的燃气轮机的整体结构的示意图。如图1所示，燃气轮机1包括构成燃气轮机1的外形的壳体2A、2B和2C、从供应的 工作流体获得旋转驱动力的涡轮机部(旋转部)3、由涡轮机部3围绕旋转轴线L旋转和驱 动的旋转轴4、向涡轮机部3供应工作流体的进口涡形管部(结构构件)5、以及从涡轮机部 3流出的工作流体流入到其中的排放涡形管部(结构构件)6。如图1所示，壳体2A和2C与壳体2B —起构成燃气轮机1的外形。涡轮机部3、旋 转轴4、进口涡形管部5和排放涡形管部6容纳在壳体2A和2C中。每个壳体2A和2C大体 为圆筒形构件，其一端封闭，换句话说，壳体2A和2C为有底的圆筒形构件，即所谓的罐状构 件。壳体2A和2C构成为其开口端相互抵接，壳体2B夹在其间，并且壳体2A和2C紧固在一起。通孔7形成在壳体2A和2C的封闭端上，旋转轴4插入穿过通孔7。开口 8形成的 壳体2A和2C的圆筒形表面上，工作流体流入或流出的导管插入穿过开口 8。如图1所示，壳体2B与壳体2A和2C —起构成燃气轮机1的外形，并支撑涡轮机 部3。壳体2B大体上为以旋转轴线L为中心沿径向方向延伸的盘状构件。壳体2B夹在 壳体2A和2C之间。如图1所示，涡轮机部3从由进口涡形管部5供给的工作流体获得旋转驱动力，并 旋转和驱动旋转轴4。熟知的结构可以用于涡轮机部3，且特别地不限制其结构。如图1所示，旋转轴4由涡轮机部3围绕旋转轴线L旋转和驱动。如图1所示，工作流体通过进口涡形管部5和排放涡形管部6。工作流体通过进 口涡形管部5供应至涡轮机部3，并且从涡轮机部3排放的工作流体流入到排放涡形管部6 中。由于进口涡形管部5和排放涡形管部6的基本结构大体上相同，因此以下将仅描述进 口涡形管部5，省略对排放涡形管部6结构的描述。图2为从涡轮机部观看时用于描述图1中示出的进口涡形管部中涡形管的结构的 透视图。图3为用于描述图2中示出的涡形管和隔热结构的设置的截面图。如图2和3所示，进口涡形管部5包括构成进口涡形管部5的外形的涡形管21和隔热结构51。如图1和2所示，涡形管主体21整体上形成环状形状，在中间部分处设置有旋转 轴4插入通过的开口。如图1所示，涡形管主体21在其中设置有围绕旋转轴线L环形延伸 的环形通道31 (通道)和从环形通道31向旋转轴线L延伸到达涡轮机部3的圆筒形通道 (通道)32。如图2所示，用于确保涡形管21的强度的肋部21A设置在涡形管21的外壁上。肋 部21A在涡形管21的构成环形通道31的部分处沿径向方向延伸。肋部21A确保涡形管21的强度，并且还防止隔热结构51中的隔热构件56被移动。图4为用于描述图3中示出的隔热结构的基本设置的示意图。图5为用于描述图 3中示出的隔热结构的设置的示意图。如图3至5所示，隔热结构51位于涡形管21的外壁上，并防止流过涡形管21的 工作流体和在涡形管21外面流动的流体之间的热交换，换句话说，隔热结构51隔热。如图4所示，隔热结构51包括从涡形管21的外壁向外延伸的夹持器(固定部)52、 连接至夹持器52的双头螺栓(固定部)53、覆盖双头螺栓53的外围并向外延伸的调整管 (调整部)54、由调整管54支撑并沿着涡形管21延伸的压板55、位于涡形管21和压板55 之间的隔热构件56、以及从涡形管21上向外延伸的分隔板57。夹持器52与双头螺栓53和调整管54 —起支撑压板55。夹持器52向外突出，在 夹持器52和涡形管21的外壁之间设置有间距。夹持器52设置有双头螺栓53插入其中的螺丝孔。双头螺栓53与夹持器52和调整管54 —起支撑压板55。熟知的螺栓可以用作双 头螺栓53，并且不特别限定。调整管54与夹持器52和双头螺栓53 —起支撑压板55，并且调整管54调整涡形 管21和压板55之间的间距。调整管54形成为大体上为圆筒形形状，双头螺栓53插入通 过调整管54。调整管54的一端抵靠在夹持器52上，并且另一端抵靠在压板55上。压板55夹在连接至双头螺栓53顶端的螺母和调整管54的端部之间。由此压板 55被支撑。如图2至4所示，压板55用作用于在压板55和其中容纳隔热构件56的涡形管21 之间形成空隙的盖子。压板55还将隔热构件56压在涡形管21止。压板55大体上为沿着涡形管21延伸的平板状构件。设置多个压板55，相互之间 具有相对于涡形管21的曲面以预定间距设置的隔离部58。隔离部58不仅设置在压板55 之间，也设置在压板55和肋部21A之间，以及压板55和分隔板57之间。当涡形管21的热伸长量和压板55的热伸长量彼此不同时，隔离部58可以具有 预定的间距，热伸长量之间的差异可以通过该预定间距吸收，或者可以为预定间距，压板55 本身的热伸长可以通过该预定间距被吸收。在这种结构中，即使在压板55之间的热伸长量不同的情况下，热伸长量之间的差 异也可以由压板55的隔离部58吸收。而且，即使在涡形管21的热伸长量和压板55的热 伸长量彼此不同的情况下，热伸长量之间的差异也可以由隔离部58吸收。压板55设置有接合板59，其设置为覆盖隔离部58。例如如图5所示，每个接合板 59固定为使得它的一端59A通过焊接固定至相邻的一个压板55，并且该接合板59的另一端59B可以沿该板延伸所沿的方向相对于其它压板55移动。如图3至5所示，隔热构件56设置在涡形管21和压板55之间，并且隔热构件56 防止流过涡形管21的工作流体和涡形管21外面的流体之间的热交换。如图5所示，片状隔热构件56A和块状(如絮状)隔热构件56B用作隔热构件56。隔热构件56A用在其中涡形管21的形状相对平滑的区域中，多个隔热构件56A层
叠使用。隔热构件56B属于絮状形状的，其用在其中涡形管21的形状为曲面形状，或其中 存在端部且难以使用片状隔热构件56A的区域中。隔热构件56A可以设置在图5中示出的区域中，隔热构件56A的两端可以延伸至 在附图中由点线示出的位置，并且不特别限定配置区域。如图3至5所示，分隔板57为从涡形管21上向外延伸的板状构件，并且分隔板57 分隔设置隔热构件56的空间。在一些情况中分隔板57与肋部21A—起使用，并且在一些情况中没有必要相互区 分分隔板57和肋部21A。接下来将描述具有上述结构的燃气轮机1中的操作。如图1所示，在高温煤气炉中被加热至高温的工作流体流入到燃气轮机1的进口 涡形管部5中。已经流入进口涡形管部5的工作流体随后流入到环形通道31中，并以沿圆 周方向基本均勻的流速流入到圆筒形通道32中。流入到圆筒形通道32中的工作流体被引 入涡轮机部3中，并流入到涡轮机部3中。如图1所示，在涡轮机部3中，转子叶片11由流入涡轮机部3的工作流体旋转和 驱动，并且由转子叶片11获得的旋转驱动力传递至旋转轴4。已经由涡轮机部3获得其旋 转驱动力并且其温度已经降低的工作流体从涡轮机部3排放。如图1所示，从涡轮机部3排放的工作流体流入到排放涡形管部6的圆筒形通道 32中，并流向环形通道31。已经流入到环形通道31中的工作流体从排放涡形管部6排放， 即，从燃气轮机1排放，并通过每个装置再次引入高温煤气炉中。根据上述结构，隔热构件56A和56B设置在涡形管21外部，并且隔热构件56A和 56B夹在涡形管21的压板55和外壁之间。因此，与其中隔热结构51设置在涡形管21内部 的情况相比，连接隔热结构51变得容易。而且，流过涡形管21和隔热结构51的工作流体 相互不接触。因此，能够防止由工作流体的流动引起的隔热结构51的脱落。因此，即使在 整体构造的涡形管21中也容易使用隔热结构，并且能够确保可靠性和隔热特性。通过调整相对于双头螺栓53安装的压板55的位置，调整涡形管21的压板55和 外壁之间的间距。因此，调整隔热结构51的厚度变得容易。而且，涡形管21的压板55和外壁之间的间距容易采用调整管54确定。因此，调 整隔热结构51的厚度变得容易。通过设置多个相同的调整管54，在设置调整管54的位置处的涡形管21的压板55 和外壁之间的间距能够被均衡地设定。由于设置隔热构件56A和56B的间隙由分隔板57限定，则能够抑制隔热构件56A 和56B的由它们自身的重量引起的移动和偏移。本发明的技术范围不限于上述实施方式，在不偏离本发明的主题的范围内可以对
7本发明进行各种修改。例如，虽然本发明在上述实施方式中应用于轴向流涡轮机，当本发明不限于这种 轴向流涡轮机，而是还可以应用于其它类型的涡轮机，如离心型涡轮机和混合流涡轮机。本发明还可以应用于其它类型的燃气轮机，如其中空气用作工作流体且矿物燃料 等的燃烧能用作热源的燃气轮机。本发明不仅可以用于诸如蒸汽轮机之类的流体机械，也 可以用于其中构造隔热结构的任何类型的结构构件，并且不特别限定结构构件。
权利要求
一种用于结构构件的隔热结构，包括固定部，从所述结构构件的外壁向外延伸；连接至所述固定部的压板，在所述压板和外壁之间具有间隙；和隔热构件，设置在所述外壁和所述压板之间。
2.根据权利要求1所述的用于结构构件的隔热结构，其中，设置有位于所述外壁和所 述压板之间的调整部，用于通过从其外壁部支撑所述压板来限定所述外壁和所述压板之间 的所述间隙。
3.根据权利要求1或2所述的用于结构构件的隔热结构，还包括多个压板，每个压板具 有与所述压板的结构相同的结构，其中，所述多个压板设置为它们的端部相互隔离，并且能够沿所述压板延伸的方向彼此相对 移动。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于结构构件的隔热结构，还包括从所述结 构构件的所述外壁向外面延伸的分隔板。
5.一种涡形管结构，包括具有通道的涡形管，工作流体通过所述通道流入到所述涡形管的内部；和 根据权利要求1至4中任一项所述的隔热结构。
全文摘要
本发明为了提供一种用于结构构件的隔热结构和涡形管结构，即使在整体构造的结构构件中也容易使用它，并且它能够确保可靠性和隔热特性。设置了固定部(52和53)，从结构构件的外壁向外延伸；连接至固定部(52和53)的压板(55)，在压板和外壁之间具有间隙；和隔热构件(56)，设置在外壁和压板(55)之间。
文档编号F01D9/02GK101952574SQ200980101430
公开日2011年1月19日 申请日期2009年3月27日 优先权日2008年3月31日
发明者井上肇博, 山下匠生 申请人:三菱重工业株式会社;卵石床模块反应器有限公司