CN101023245A - 涡轮机定子保护装置 - Google Patents

Abstract

一种涡轮机定子保护装置(10)，包括用连接装置彼此连在一起的多个环状区段(12)，所述多个区段(12)的每个区段包括一个适于与所述定子接触的第一表面(13)和一个朝向涡轮机转子的第二表面(17)，第一表面上有至少一个空腔(14)用于冷却相应的区段。在涡轮机没有运转的静止情形中，每个区段(12)的第二表面(17)有一个轴向剖面，该剖面相对于涡轮机的旋转轴线的轨迹有一个偏心率(40)，而在涡轮机稳定运转的运转情形中，每个区段(12)的第二表面(17)有一个轴向剖面，该剖面与涡轮机的旋转轴线的轨迹同心。

Description

涡轮机定子保护装置

技术领域

本发明涉及一种涡轮机定子保护装置。

背景技术

燃气轮机是一种旋转式热机，其利用燃烧产生的气体将气体的热函转变成有用功，并且在旋转轴上提供机械功。

这样，涡轮机一般包括一个压缩机或涡轮压缩机，来自外部的空气在压力作用下进入压缩机的内部。

各种喷嘴输送燃料，燃料与空气混合形成空气-燃料可燃混合气。

通常所说的的涡轮机或涡轮膨胀机带有轴流式压缩机，其对在燃烧室中燃烧的气体的热函进行转变为用户提供机械能。

在产生机械能的应用中，膨胀突变分成两个局部突变，每个突变都在涡轮机内部进行。高压涡轮机，在燃烧室的下游，产生压缩。低压涡轮机，收集高压涡轮机产生的气体，连在用户上。

涡轮膨胀机、涡轮压缩机、燃烧室(或加热器)、输出轴、调节系统和点火系统是燃气轮机设备的基本部件。

就燃气轮机的功能而言，流体经一系列进气道进入压缩机是已知的。

在这些管道中，气体有着低压和低温的特性，然而，当它经过压缩机时，气体被压缩并且它的温度升高。

这样，它进入燃烧(或加热)室中，在这里，它的温度有了进一步的更大的升高。

气体升温所需的热量是由通过喷嘴喷入加热室中的气体燃料的燃烧提供的。

在机器起动时，利用火花塞达到燃烧的起动。

在燃烧室的出口处，高压、高温气体经过特定管道到达涡轮机，在这里，它放出积累在压缩机和加热室(燃烧室)中的一部分能量并且经过排气道流到外部。

在涡轮机的内部有一个定子，该定子上装有多个定子叶片，涡轮机中安有一个转子，该转子上也装有多个叶片(转子叶片)，所述定子由燃气驱动旋转。

保护装置，也称为“围带”，和定子叶片的平台一起限定主气流。

围带的功能是防止外壳被氧化和变劣，该外壳通常采用较差材质的材料制造并且因此其耐腐蚀性较差。

围带一般由一个整体环构成，或者被适当地分割成若干区段(sector)，每个区段都用来自压缩机的空气流冷却。

冷却受到各种技术的影响，这些技术主要取决于燃烧温度和所要获得的温降。

本发明所涉及类型的保护装置包括组装形成一个环的许多区段，每个区段都有一个位于每个区段外表面的空腔。

在燃烧温度高的机械情况中，最广泛使用的冷却技术是所谓的“冲击式”。

根据这种技术，一块薄板被固定，优选是通过钎焊在每个区段的每个空腔上，薄板上设有多个贯穿孔，来自压缩机的新鲜空气流过这些孔，从而冷却围带自身，尤其是通过所述空气冲击所述空腔底面以及随后从位于每个区段上的若干出口排出，这些在附图中没有示出。

无论上述技术有多少优点，即使能实现有效冷却，但是围带和它的每个区段都会由于热梯度和燃气轮机工作温度的影响而发生形变，这会形成与室温下的不同的变形结构，也就是相对于燃气轮机没有运转时的结构。

热梯度所导致的后果就是使围带发生不均匀变形。

这种变形的第一个缺点是降低了零件的使用寿命，因为所述变形可能会使转子叶片和围带之间有发生摩擦的危险。

另一个缺点是增大了空隙，这有空气流过定子，这又导致燃气轮机损失效率或者性能下降。

发明内容

本发明的一个目的就是提供一种涡轮机定子保护装置，它能够减小转子和涡轮机定子之间的空隙。

另一个目的是提供一种涡轮机定子保护装置，它能提高涡轮机自身的输出和功率，也可以避免转子叶片和保护装置自身之间发生摩擦的危险。

另一个目的是提供一种涡轮机定子保护装置，它在工作时具有更好的尺寸稳定性。

还有一个目的是提供一种简单而经济的涡轮机定子保护装置。

本发明的这些目的通过提供一种如权利要求1所述的涡轮机定子保护装置来实现。

本发明的其他特性在从属权利要求中阐述。

附图说明

通过下面的说明性并非约束性的描述，本发明的燃气轮机定子保护装置的特征和优点将更加明显，参照所附的示意图，其中：

图1是本发明的保护装置的一个区段的优选实施例的静止情形的正面剖视图；

图2是图1的区段在静止情形中的正面横截视图。

具体实施方式

参照附图，其示出了一个涡轮机定子保护装置10，其包括了若干个区段12，每个区段都有紧固装置用于与所述多个区段12中的其他区段组装起来。

根据本发明，每个区段12都是环形区段，其包括一个第一表面13和与第一表面13相对的第二表面17，第一表面上至少有一个用肋片16隔开的空腔14，第二表面朝向安装在涡轮机内部的转子。

所述第二表面17与其他区段12的第二表面17一起限定一个内旋转面。

每个区段12从静止情形状态，也就是涡轮机没有运转，进入运转情形，运转情形中区段会因为涡轮机自身内部产生的热梯度而发生变形。

在静止情形中，每个区段12和保护装置10因为处于室温下，优选接近25摄氏度，而不会发生变形。

另一方面，在运转情形中，每个区段12和保护装置10会因为热梯度而发生形变，也就是说在优选为400-1100℃的温度范围内它处于变形结构。

在静止情形中，每个区段12的所述第二表面17有一个横截面相对于涡轮机轴线的有一个偏心率40，也就是说在所述横截面的中心和涡轮机轴线轨迹之间有一个位移。

换句话说，每个区段12和所述保护装置的多个区段12都有一个内旋转面17，当该旋转面处于非形变结构(静止)时它相对于涡轮机轴线是偏心的，当处于形变结构时(涡轮机在高温下运转)它和涡轮机轴线同轴。

换句话说，形变或运转情形中，所述涡轮机转子保护装置10有一个朝向相对涡轮机转子的内表面，该内表面和涡轮机旋转轴线自身的偏心距接近零。

通过这种方式，可能使空隙最小，从而使由空气流过保护装置10所造成的损失最小化。

所以，通过设置这样一种在涡轮机的运转温度范围内处于与涡轮机轴线同轴的形变结构的保护装置10或围带，能得到涡轮机的更大的输出和功率，也避免了定子保护装置10和转子叶片之间会发生摩擦的危险。

在涡轮机没有运转的静止情形中，也就是说在室温25℃时，保护装置10优选地具有一个偏心率40，也就是说在涡轮机旋转中心和围带横截面的中心之间有一个位移在0.253-0.086mm之间变化，偏心率相对于涡轮机转子半径是一个无量纲绝对值。

所述相对于转子半径的无量纲偏心率40，也就是除以涡轮机转子半径，在0.14-0.20之间变化。

所述偏心率40优选为0.17。

采用上述手段的理由是，在涡轮机的运转温度范围内，由于涡轮机自身内部存在不均匀的热梯度，所以保护装置10会发生轴向和径向的变形。

根据本发明的一个优选实施例，提供一种涡轮机定子保护装置，在运转情形也就是在涡轮机工作温度范围内，该保护装置有一个与涡轮机轴线同轴的形变结构，并且优选地有一个圆柱形内旋转面17。

通过这种方式，在运转温度范围内，每个区段12与涡轮机旋转轴线轴向对齐，同时有一个与涡轮机轴线同轴的第二内表面17。

通过避免或尽量减少围带与转子上装的叶片之间发生摩擦的可能性，便利地提高了装置自身的使用寿命，也就降低了相关涡轮机的保养时间和花费。

显而易见，根据本发明，保护装置在静止情形中具有一个相对于涡轮机旋转轴线偏心的内旋转面，利用这种保护装置，就可以在运转情形中，在涡轮机运转时，有一个保护装置优选为与涡轮机自身的轴线同轴和同心，单独实现或者同时实现本发明的目的。

这样构思的本发明的涡轮机定子保护装置可以经过无数改造和变形，都包含在相同的发明原理中。

而且，在实践中，所用的材料、以及尺寸和部件，都可以根据工艺需要作出改变。

Claims (6)

1.一种涡轮机型定子保护装置(10)，包括用连接装置彼此连在一起的多个环状区段(12)，所述多个区段(12)的每个区段包括一个适于与所述定子接触的第一表面(13)和一个朝向涡轮机转子的第二表面(17)，第一表面上有至少一个空腔(14)用于冷却相应的区段，其特征在于，在涡轮机没有运转的静止情形中，每个区段(12)的所述第二表面(17)有一个轴向剖面，该剖面相对于所述涡轮机的旋转轴线的轨迹有一个偏心率(40)，而在所述涡轮机稳定运转的运转青形中，每个区段(12)的所述第二表面(17)有一个轴向剖面，该剖面与所述涡轮机的旋转轴线的轨迹同心。

2.如权利要求1所述的保护装置(10)，其特征在于，所述无量纲偏心率(40)相对于转子半径在0.253-0.086之间变化。

3.如权利要求2所述的保护装置(10)，其特征在于，所述偏心率(40)与转子半径的比值在0.14-0.20之间。

4.如权利要求2所述的保护装置(10)，特征在于，所述偏心率(40)与转子半径的比值是0.17。

5.如权利要求1-3中任一项所述的保护装置(10)，其特征在于，所述形变结构中的每个区段或者所述多个区段(12)的所述第二表面(17)，是一个与所述涡轮机的所述旋转轴线同轴的圆柱面。

6.如权利要求1-4中任一项所述的保护装置(10)，其特征在于，所述多个区段(12)包括一个位于至少一个空腔(14)内的加强肋(16)。

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