具有外部密封的涡轮机和涡轮机的使用的制作方法

本发明涉及具有用于涡轮机的高压区域与低压区域的分开的密封和涡轮机的使用。

背景技术：

涡轮机(例如燃气轮机或蒸汽轮机)用于发电。这样的涡轮机包括具有至少一个定子部件的定子和具有至少一个转子部件的转子。

转子的转子部件是具有多个转子叶片的轴向轴。转子叶片围绕轴向轴环形布置。

定子部件是：(主)定子环；多个引导翼片(通常包括翼型和平台)，用于引导涡轮机的工作流体或工作介质(在燃气轮机的情况中是来自燃烧器的热气体并且在蒸汽轮机的情况中是过热蒸汽)；和翼片承载环，用于承载引导翼片。定子环和转子轴彼此同轴布置。引导翼片围绕翼片承载环环形地布置。

引导翼片协助引导工作流体，用于工作流体在转子的转子叶片上的冲击。

转子包括可转动的转子部件。

在转子部件与定子部件之间可能存在需要密封的环形开口。在相邻的定子部件之间也可能需要密封。

已知各种各样的不同密封解决方案，如例如在US 4,314,793、EP 0 731 254 Al、EP 1 323 896 A2或US 6,164,656中所公开的。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种涡轮机，其中可转动的转子部件可以几乎无阻碍地转动并且提供了良好密封效果。

本发明的进一步的目的是涡轮机的使用。

这些目的通过权利要求中规定的本发明来实现。

提供了一种涡轮机，包括具有至少一个定子部件的定子和具有至少一个可转动的转定子部件的转子。定子部件限定具有涡轮机的高压区域的冷却腔的至少一个壁并且定子和转子限定工作介质流体路径，工作介质流体路径是涡轮机的低压区域，其中低压区域的压力低于高压区域的压力并且低压区域和高压区域通过密封环分开，密封环是环形环，环形环在其内端具有膜片。

例如，转子的可转动的转子部件是具有多个转子叶片的转子轴向轴。

转子叶片围绕轴向轴环形布置。定子部件是定子环和/或用于引导涡轮机的工作流体的多个引导翼片。

该涡轮机用于通过将工作流体导向至转子的转子叶片而产生电力。为此，转子被联接至至少一个发电机。

各个部件可以完全位于它们各自的区域中。但是也可以是这些部件接壤各自的区域。所以，它们只是部分位于各自的区域中。不同的压力区域的压力可以是大约20巴。不同的压力区域之间的压力差可以是相当低，例如对于多级涡轮机的第一级只是1巴。另外，可以有造成二级压力差的二级冷却系统。

根据本发明的膜片(diaphragm)优选柔性膜。

优选地，定子部件是定子环。定子环包围可转动的转子部件。密封环位于定子环与可转动的转子部件之间或者以密封两个定子部件之间的间隙。由此，产生涡轮机的至少两个不同的压力区域。这些不同的压力区域通过密封环分开。涡轮机的高压区域包围涡轮机的低压区域。

例如，低压区域包括涡轮机的工作流体可以被引导经过的至少一个工作流体通道。在燃气轮机的情况中，工作流体是燃气轮机的热气体或者，在蒸汽轮机的情况中，是蒸汽轮机的过热蒸汽。燃气轮机的热气体包括燃烧过程(燃料的氧化)的废气。热气体的温度达到超过1000℃的温度。

在下文中，主要对于燃气涡轮发动机来说明本发明，但是发明也可以相应地应用于蒸汽轮机。

涡轮机的高压区域优选地包括具有冷却剂流体的至少一个冷却通道。冷却剂流体优选空气。借助于冷却剂流体来冷却定子部件。

在优选实施例中定子包括限定高压区域的另一壁的至少一个另一定子部件，另一定子部件是引导翼片，并且引导翼片与定子环仅经由密封环物理接触。不存在引导翼片与定子环的直接连接。引导翼片与定子环之间的环形间隙通过密封环密封。通过该解决方案，定子环、引导翼片和密封环形成一体。

优选地，密封环借助于紧固元件被固定至定子环。特别地，紧固元件可以是密封环的唯一固定点。

紧固元件可以通过焊接形成。在优选实施例中，紧固元件是螺钉。借助于螺钉，定子环和密封环形成螺纹连接的结构。定子环和密封环被螺纹连接到一起使得定子环和引导翼片至少部分接壤高压区域。优选地，使用许多螺钉用于沿着定子的圆周将密封环与定子环固定。螺钉被分别沿着密封环和定子环的圆周布置。

在优选实施例中，密封环与引导翼片之间的环形间隙借助于摩擦接合被密封，摩擦接合优选所提到的膜片。

优选地，密封条被布置在密封环与引导翼片之间用于增强摩擦接合。

密封环被开发成使得密封环可以抵着引导翼片滑动。所以，两个部件仅仅物理接触但是没有物理上固定到一起。

优选地，密封环可以被开发成使得密封环可以抵着引导翼片的环形凸缘滑动。

优选地，密封环可以用作可转动的转子部件的在轴向方向上的盘簧或定子的邻接部分、特别是燃烧室离开部分的在轴向方向上的盘簧(弹簧功能)。密封环被形成且位于高压区域与低压区域之间使得在轴向方向上的弹簧功能由高压区域与低压区域之间的压力差引起或者归因于不同部件的不同热膨胀。这样的系统相当简单。

另外，可转动的转子部件的转动不受密封环的阻碍。

除此以外，膜的尺寸可以做成容纳归因于定子部件与另一定子部件的不同热膨胀而导致的定子部件与另一定子部件的轴向热位移。

附图说明

本发明的进一步特征和优点从参照附图进行的示例性实施例的描述来产生。附图是示意性的。

图1示出涡轮机的第一截面。

图2示出图1的细节。

图3示出涡轮机的第二截面。

图4示出图3的细节。

图5示出沿着连接线A-A(图4)的截面。

具体实施方式

示例性地给出了涡轮机1。涡轮机1在给出的图中是燃气轮机。涡轮机1包括具有定子部件111的定子11。除了别的以外，定子部件111是环形主定子环1111、环形翼片承载环1112和引导翼片1121。

涡轮机1(可转动的转子部件121)的轴向方向通过附图标记17示出。附图标记17还指示出操作期间定子部件的轴向热膨胀。涡轮机1的径向方向通过附图标记18示出。附图标记18还指示出操作期间定子部件的径向热膨胀。

在图1中，主工作介质从左(示出附图标记131)至右(示出附图标记11)的流动方向基本上被定向在附图标记17的方向上。

涡轮机1另外包括具有至少一个可转动的转子部件121的转子12。可转动的转子部件121是轴向转子轴，转子叶片被布置在轴向转子轴上用于驱动转子轴。转子轴、翼片承载环1112和主定子环1111彼此同轴布置。

涡轮机1包括多个级。在涡轮机1的第一级内，可转动的转子部件121至少部分位于涡轮机1的低压区域131中，而定子部件还提供了从低压区域131到高压区域130的分开。低压区域131包括涡轮机1的工作流体。工作流体是燃烧过程的热气体。涡轮机1的高压区域130包括用于冷却涡轮机的部件的冷却剂流体。冷却剂流体是空气，典型地由上游的压气机提供。

低压区域131的压力低于高压区域130的压力。高压区域130可以包围、至少在一些位置包围低压区域131。

对于燃气轮机的实施例，大约19巴的低压区域131包括燃烧过程的热排放气体并且大约20巴的高压区域130包括冷却剂流体(空气)。压力差在该示例中是1巴。高压区域130和低压区域131经由密封环13分开。

在定子11中包括至少一个另外的定子部件112。另外的定子部件112是引导翼片1121。

引导翼片1121和定子环1111在彼此之间提供了环形间隙或开口并且经由密封环13密封。因此，密封环13将现有的间隙或开口封闭。

密封环13包括海氏合金(Hastalloy)X。在可选实施例中，密封环13包括金属合金IN717。后一材料具有弹性高的优点。所得的密封环13作用更像弹簧。

密封环13借助于紧固(固定)元件14被固定至定子环1111。紧固元件14(根据图1)是沿着密封环13的圆周环形地布置的螺钉。借助于螺钉14，定子环1111和密封环13被螺纹连接到一起。由此定子环1111和引导翼片1121至少部分形成涡轮机1的高压区域130的共用壁。

密封环13和引导翼片1121借助于摩擦接合15被连接到一起。密封条16(见图4和图5)被布置在密封环13与各自的引导翼片1121之间用于摩擦接合15的提高。密封环13被开发成使得密封环13可以抵着引导翼片1121滑动。所以，密封环13和引导翼片1121两者被可滑动地固定到一起。密封条16可以是引导翼片1121的凸缘的涂层，使得当密封环13沿着凸缘的表面滑动时摩擦增加。

本发明特别有利，因为膜片(在图2中通过附图标记15指向的部分)可以补偿热位移、特别是定子环1111与引导翼片1121的环形凸缘(其可以在图2中详细地看出)的热位移。

该涡轮机1用于通过将工作流体经过工作流体通道导向至转子的转子叶片而产生电力。为了电力的产生，转子被联接至发电机。