CN105492727A - 燃气涡轮机和用于燃气涡轮机的隔热罩 - Google Patents

Abstract

本发明涉及包括同轴地安装在热气通道(15)中的若干个环状转子叶片排(16)以及安装在转子叶片排(16)之间的若干个环状定子叶片排(18)，其中至少一个隔热罩(30)位于两个紧邻的定子叶片排(18)之间，其周向地围绕位于两个相邻的转子叶片排(18)之间的转子叶片排(16)，并且其具有多个环形段(26)，其中环形段(26)的至少一个具有耐磨涂层(36)以及环形段(26)的至少一个不具有耐磨涂层(36)。

Description

燃气涡轮机和用于燃气涡轮机的隔热罩

技术领域

本发明涉及包括被同轴设置在热气管道中的若干个环形转子叶片排的燃气涡轮机和设置在转子叶片排之间的若干个环形导向叶片排，并且涉及用于相应的燃气涡轮机的隔热罩。

背景技术

燃气涡轮机用在驱动工作机的许多领域中，诸如例如发电机。燃气涡轮机是内燃机，其中存储在燃料中的一部分能量用于产生涡轮机杆的旋转运动。针对这个目的，燃料与在空气压缩机中压缩的空气混合，并且在燃烧室中燃烧。热气是作为燃料-空气混合物的燃烧结果在燃烧室中产生的，并且接着在高压下导入连接到涡轮机单元的燃烧室的下游的中空的圆柱形或者中空的圆锥形热气管道，热气最终在热气管道中膨胀，执行工作。

这里，针对涡轮机杆的旋转运动的产生，通常组合在一起以形成环形或者环状的转子叶片排的若干个转子叶片被设置在所述涡轮机杆上，转子叶片通过传输来自热气的动力驱动涡轮机杆。对于热气的有利的流动导向，其通常是进一步组合在一起形成环形或者环状导向叶片排并连接到涡轮机壳体的导向叶片被设置在相邻的导向叶片排之间的情况。所述导向叶片片通常被固定到中空的圆柱形或者中空的圆锥形导向叶片片支撑。

在设计这种燃气涡轮机时，通常不仅仅考虑可获得的功率还考虑最高的可能效率。在这种情况下，效率的提高可以例如通过增大出口温度获得，热气以出口温度流出燃烧室并流入涡轮机单元。这里，目前，对于相应的燃气涡轮机，寻求并且获得的温度大约是1200°℃到1500°℃。

然而，在这种热气的高温中，暴露于所述热气中的组件和部件均经受了高热负载。因此，热气管道通常与所谓的环形段成一直线，环形段保护热气管道的内壁抵抗热过载并因此作用为隔热罩的。所述环形段通常利用吊钩元件固定，其中，在圆周方向，环形段，类似于导向叶片支撑，形成中空的圆柱形或者中空的圆锥形结构。

这里，燃气涡轮机的部件可能因为在不同工作状态中的不同热膨胀而变形，其对转子叶片和热气管道的内壁之间的径向缝隙的大小有直接的影响。这里，在燃气涡轮机的启动和失修期间，径向缝隙的大小改变，并且在这些工作状态中假定了与正常工作不同的数值。在燃气涡轮机的建造中，需要对所有组件标出尺寸，使得不论工作状态如何，径向缝隙是足够大的，使得在燃气涡轮机的工作期间不会造成损坏。但是，过大的径向缝隙结构导致了燃气涡轮机效率的极大损失。

发明内容

以此作为出发点，本发明的目的是详细说明有利地配置的燃气涡轮机以及用于相应的燃气涡轮机的隔热罩。

根据本发明，通过具有权利要求1所述的特征的燃气涡轮机实现了所述目的。反向引用的权利要求包含了本发明的部分优势以及部分独立的创造性细节。

这里，燃气涡轮机包括同轴地设置在热气管道中的若干个环形转子叶片排以及设置在转子叶片排之间的若干个环形导向叶片排，其中，在两个紧邻的导向叶片排之间至少存在一个周向围绕位于所述两个相邻导向叶片排之间的转子叶片排的隔热罩，并且其具有多个环形段，至少一个环形段具有耐磨涂层。这里，环形段方便地用于使位于所述两个相邻的叶片列之间的热气管道的一部分成一直线，并且针对该目的，环形段安装在所述部分的墙面上，例如通过吊钩元件。因此，环形段一起形成了环形组件，其中组件通常根据热气管道的几何形状是中空的圆锥形或者中空的圆柱形。

这里，然而，隔热罩不仅仅用于保护位于隔热罩后面的组件和部件以防止热过载，还用于解决背景技术中提及的径向间隙尺寸的配置中的矛盾。这里，在构建过程期间，径向间隙被配置为趋向太小，结果，在某些工作状态中，转子叶片尖端和热气管道的内壁之间会发生接触。然而，具体是在热气管道的内壁的区域中，由环形段组成的隔热罩位于这个区域，并且所述环形段的至少一个设置有耐磨涂层。所述耐磨涂层被设计为相对柔软的，使得如果发生与转子叶片的尖端接触，排除了对转子叶片的损害，并且只有逐渐移除耐磨涂层是可预期的。因此，耐磨涂层用作一种损失层，其在燃气涡轮机的工作中是逐渐磨损的。这样，首先，径向间隙被设计为非常小是可能的，其对燃气涡轮机的效率是有利的，并且其次，在燃气涡轮机的工作期间，因为转子叶片与热气管道的内壁的接触而造成的损害的风险可以保持为低。

这样，环形段优选地被进一步设计为磨损部件，并且在维修工作过程期间，相应地在某些时间区间更换。因此，具有耐磨涂层的环形段也在某些时间区间更换，使得期望的耐磨涂层的逐渐磨损可以以这种方式补偿。

在该原理中，燃气涡轮机被设计为使得由环形段构成的隔热罩位于每个转子叶片排的区域中，并且使得环形段的每一个进一步涂覆有耐磨涂层是可能的。但是，已经确认，根据燃气涡轮机的设计，其足以使相应的隔热罩位于最靠近燃气涡轮机的燃烧室的转子叶片排的区域中，因为在此处存在最高热负载并且径向间隙数值中的最大波动将是预期的。因此，燃气涡轮机的设计变形是优选的，其中没有隔热罩或者至少没有具有耐磨涂层的环形段的隔热罩，是位于转子叶片排的区域中或者在距离燃烧室最远的那些转子叶片排的区域中的。

进一步确认，如果使用了隔热罩的一个实施例，其中所有的环形段具有耐磨涂层，在燃气涡轮机的工作期间，耐磨涂层的磨损将不会在所有环形段中均匀地发生。相反，实际上，在一些环形段中不发生磨损，而在个别环形段中，发生严重的磨损。针对这个原因，燃气涡轮机的一个实施例是优选的，其中所述环形段的至少一个具有耐磨涂层并且相同隔热罩的环形段的至少一个没有耐磨涂层。因此，仅仅在实际需要的地方使用耐磨涂层，并且对于其它环形段，省略了相应的耐磨涂层。因为具有相应的耐磨涂层的环形段的制造成本比没有相应的耐磨涂层的环形段的制造成本高，以这种方式实现可观的成本节省是可能的，其中这不仅仅影响采购成本，还影响持续的经营成本，因为如前面所述的，环形段通常形成磨损部件，并且因此在某些时间区间是重复地更换的。

在决定隔热罩的哪些环形段需要涂覆耐磨涂层以及隔热罩的哪些环形段可以免除耐磨涂层时，不仅仅优选地使用计算值还进一步使用获得的经验值。特别地，如果致力于制造一种新模型系列或者新模型生成，为了可靠地避免对燃气涡轮机的损害，假设在第一工作阶段，最初隔热罩的所有环形段涂覆耐磨涂层。在维修工作过程期间，在第一次更换环形段之后，有可能通过检查环形段确认隔热罩的哪些环形段应当实际涂覆耐磨涂层，以及关于这点的计算是否是精确的。

这里，燃气涡轮机的一个实施例被证明是可取的，其中隔热罩的多于10％且少于50％的环形段具有耐磨涂层。

这里，对于耐磨涂层，优选地使用耐热陶瓷材料，其大体具有黑板粉笔的强度和一致性。这样，在磨损过程中，由于磨损而产生一种细粉末，其容易运走并与热气一起列放到外面。因此避免了在热气管道中的磨损的材料的累积以及因此在转子叶片或者导向叶片中的污垢的累积。

并且将燃气涡轮机的一个实施例应用到主体是有利的，其中所有的环形段具有热涂层。于是从更简单的，更低的耐热材料制造主体，仅仅使用热涂层，其与从可以经受特别高的热负载的高等级材料中产生的热气直接接触。这样，同样地，可以减小环形段的生产成本，并且原理上，对于再利用环形段主体以及仅仅更新热涂层是进一步可能的。从环境方面看，该变形也是有利的。如果为环形段设置了相应的热涂层，如果提供耐磨涂层是方便应用于热涂层的。

什么对燃气涡轮机的有效性是重要的，首先是转子叶片尖端和热气管道的内壁之间的径向间隙是非常小的数值，以及其次是热气管道中的最佳流动特性。针对这个原因，就此处所提出的燃气涡轮机而言，最好是隔热罩的所有环形段具有相同的厚度，也就是说，在与燃气涡轮机的涡轮机单元的圆柱形对称有关的径向方向中具有相同的长度。因此，在具体说明环形段和环形段的组件尺寸时，必须考虑到哪些环形段设置有耐磨涂层，以及哪些环形段没有耐磨涂层。对于采用热涂层形成的环形段而言，所有环形段的均匀的厚度优选是通过在没有耐磨涂层的环形段的情况下比具有耐磨涂层的环形段的情况具有更大的厚度或者层厚度的热涂层实现。这样，所有的环形段的主体可以用相同的尺寸形成，并且所有的环形段的均匀厚度的先决条件是通过热涂层的不同层厚度满足的。这里，可以指出，普通的热涂层通常需要比合适的耐磨涂层更低的制造成本。

附图说明

基于示意图将更具体地描述本发明的示例性实施例，其中：

图1以由纵切面和侧视图构成的两部分示意图显示了具有隔热罩的燃气涡轮机，以及

图2以横截面示意图显示了隔热罩。

具体实施方式

在所有的附图中，相互对应的部件由相同的标号指示。

在下面以示例的方式描述的燃气涡轮机2在图1中示出，并且按照本身已知的方式，具有压缩机4、燃烧室6和涡轮机单元8。

以环形燃烧室形式形成的燃烧室6在这种情况下装配有用于液体或者气体燃料燃烧的若干个燃烧器14，并开口到涡轮机单元8的热气管道15内。

涡轮机单元8和压缩机4被进一步设置在普通的涡轮机杆10上，也称为涡轮机转子，工作机(未示出)也以非确定性地锁定方式连接到涡轮机杆10，并且安装涡轮机杆10使其围绕涡轮机轴12是可旋转的。进一步地，涡轮机单元8具有多个转子叶片16，多个转子叶片16设置在热气管道15中并连接到涡轮机杆10，并且是通过涡轮机轴的方式可旋转地安装的。这里，转子叶片16被设置为环形或者环状形成在涡轮机杆10上，其中转子叶片16的每个环形成转子叶片排。进一步地，涡轮机单元8包括多个静态导向叶片片18，相反地，其形成环形或者环状的导向叶片排，并且每个固定到涡轮机组8的导向叶片支撑20。

这里，转子叶片16用于通过传输来自热气的动力方式驱动涡轮机杆10，该热气作为燃料或者是燃料-空气的混合物在燃烧室燃烧的结果产生，并且通过涡轮机单元8的热气管道15传导。与此相反，导向叶片18用于引导热气管道15中的热气流入在每个情况下在热气的流动方向21中可见的连续定位的两个导向叶片排之间的中间区域。由位置连续的导向叶片排和转子叶片排组成的一对在这种情况下也称为涡轮机级。

每个导向叶片18进一步具有用于固定相应的导向叶片18到涡轮机单元8的导向叶片支撑20的导向叶片片根部22，并且其进一步用作热气管道15的壁或壁部元件。因此，与导向叶片18相同，导向叶片根部22是相对较高的热负载组件，其为流过涡轮机单元8的热气形成了热气管道15的外部界限。类似地，每个转子叶片16是通过转子叶片根部24固定到涡轮机杆10。

在两个相邻的导向叶片排的导向叶片根部22之间，如在热气的流动方向21所示的，导向叶片根部22是相互间隔排列的，现在布置有环形段，在每种情况下，环形段26是可拆卸地安装到涡轮机单元8的导向叶片支撑20。在这种情况下，面向热气管道15的每个环形段26的表面同样是暴露到热气的，并且因此经受相对高的热负载。

这里，分配到涡轮机级并因此分配到转子叶片排的环形段26形成了环形隔热罩30，通过这个方式，热气管道15的内壁在转子叶片排的区域内并因此在两个导向叶片排之间的中间区域内形成一直线。所述隔热罩30保护位于其后面的组件和部件以防止热过载，并且形式为磨损部件，其在维修工作过程期间在某些时间区间更换。

在此处通过示例的方式描述的燃气涡轮机2的情况中，隔热罩30是为每个涡轮机级设置的并因此安装在相关的导向叶片支撑20上。这里，然而，隔热罩30不是相同形式的，而是被设计为露出不同的耐热层，尤其是因为在隔热罩30所在的相应区域所期望的不同强度的热负载。进一步地，因为热气管道15的圆锥形几何形状，隔热罩30是由不同数量和/或不同大小的环形段26构建的。

但是，在原理上，相应的环形段26具有与面向热气管道15的表面的区域中的热涂层34成一直线的主体32。为了实现适用的耐热性，现在的情况是用于各种涡轮机级的各种隔热罩30的环形段26具有不同层厚度的热涂层34。也就是说，紧靠燃烧室14的隔热罩30的环形段26具有最大的层厚度，而距离燃烧室6最远的隔热罩30的环形段26具有最小的层厚度。

在转子叶片排的转子叶片16和周向地环绕转子叶片排的隔热罩30的环形段26之间设置了允许转子叶片16自由旋转的径向间隙。为了将通过径向间隙的热气流减小为最小，所述径向间隙的数值，即径向方向28的长度，在这种情况下，是非常小的。进一步地，径向间隙的数值根据燃气涡轮机2的工作状态因为热膨胀而改变，其进一步在各种组件中以不同程度发生。因此，在燃气涡轮机2的一些工作状态中，第一涡轮机级的转子叶片16的尖端，即紧靠燃烧室6的转子叶片排，与被分配到所述涡轮机级并安装在相应的导向叶片片支撑20上的隔热罩30接触。

但是，转子叶片16的尖端和隔热罩30之间的相应接触点不会出现在所述隔热罩30的所有环形段26中，而是仅仅出现在被设置在与隔热罩30的圆周相关的四个区域中的环形段26中。图2是在横截面示意图中所讨论的隔热罩30的图解说明，其中尺寸的比例并不是代表性的。转子叶片16和隔热罩30之间的接触点出现的区域，在本图中，位于顶部(12点钟)，底部(6点钟)，左部(9点钟)和右部(3点钟)。在这些区域中，环形段26不仅仅具有应用于主体32的热涂层34，还具有应用到热涂层34上的耐磨涂层36。所述耐磨涂层36具有相对柔软的一致性，使得与所述耐磨涂层36的接触不会导致损坏相应的转子叶片16，而仅仅损坏耐磨涂层36。因此，在燃气涡轮机2的工作期间，所述隔热罩30的环形段26的耐磨涂层36是逐渐移除的，但是这不会是一个问题，因为在任何情况下维修工作的过程期间，隔热罩30的环形段26在某些时间区间真的是必须更换的。

为了额外地涂覆个别的环形段26，也就是说耐磨涂层36不会对流动特性有不利的影响，并且允许径向间隙的不同数值，隔热罩30的所有环形段26具有相同的厚度，也就是说在径向方向28具有相同的长度。为了实现均匀的厚度，这些环形段26的热涂层34不具有被设计为更厚的耐磨涂层36，准确地说，具体是对应于耐磨涂层36的层厚度的层厚度大小。

在示例性实施例中，准确地说，第一个涡轮机级的隔热罩30的八个环形段26具有耐磨涂层36，并且隔热罩30的所有其它环形段26，和其它隔热罩30的所有其它环形段26不具有耐磨涂层36。在这种情况下，具有耐磨涂层36的环形段26的数量是取决于燃气涡轮机2的相应的设计的，并且可以相应地改变。

本发明并不限于上面所述的示例性实施例。相反，由本领域技术人员推导出且不脱离本发明主题的本发明的其它变形也是可能的。特别地，结合示例性实施例描述的所有单独的特征也可以按照不脱离本发明主题的其它方式相互组合。

Claims (8)

1.一种燃气涡轮机(2)，包括同轴地设置在热气管道(15)中的多个环形转子叶片排(16)以及设置在所述转子叶片排(16)之间的多个环形导向叶片排(18)，其特征在于，

至少在两个紧邻的导向叶片排(18)之间，存在周向地围绕所述转子叶片排(16)并位于所述两个紧邻的导向叶片排(18)之间的隔热罩(30)，其具有多个环形段(26)，其中所述环形段(26)中的至少一个具有耐磨涂层(36)和所述环形段(26)中的至少一个不具有耐磨涂层(36)。

2.根据权利要求1所述的燃气涡轮机(2)，

其特征在于

多于10％并少于50％的所述环形段(26)具有耐磨涂层(36)。

3.根据权利要求1或2所述的燃气涡轮机(2)，

其特征在于

所述耐磨涂层(36)由陶瓷材料构成。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的燃气涡轮机(2)，

其特征在于

所有的所述环形段(26)具有热涂层(34)。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的燃气涡轮机(2)，

其特征在于，

在所述环形段(26)具有耐磨涂层(36)的情况中，所述耐磨涂层(36)应用于热涂层(34)上。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的燃气涡轮机(2)，

其特征在于

所有的所述环形段(26)具有相同的厚度。

7.根据权利要求4和6所述的燃气涡轮机(2)，

其特征在于，

为了对所有环形段(26)实现相等的厚度，所述热涂层(34)在所述环形段(26)没有耐磨涂层(36)的情况中比所述环形段(26)有耐磨涂层(36)的情况中具有更大的厚度。

8.一种用于燃气涡轮机(2)的热气管道(15)的隔热罩(30)，特别是根据前面的权利要求中的任一项所述的燃气涡轮机(2)，包括多个环形段(26)，为了使所述热气管道(15)的部分成直线，所述环形段(26)能安装在所述热气管道(15)的壁上，并且在完全安装的状态，所述环形段(26)共同形成环形组件，

其特征在于所述环形段(26)中的至少一个具有耐磨涂层(36)以及所述环形段(26)中的至少一个不具有耐磨涂层(36)。