燃氣渦輪機和用于燃氣渦輪機的隔熱罩的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及包括被同軸設(shè)置在熱氣管道中的若干個環(huán)形轉(zhuǎn)子葉片排的燃氣渦輪機和設(shè)置在轉(zhuǎn)子葉片排之間的若干個環(huán)形導(dǎo)向葉片排，并且涉及用于相應(yīng)的燃氣渦輪機的隔熱罩。
【背景技術(shù)】
[0002]燃氣渦輪機用在驅(qū)動工作機的許多領(lǐng)域中，諸如例如發(fā)電機。燃氣渦輪機是內(nèi)燃機，其中存儲在燃料中的一部分能量用于產(chǎn)生渦輪機桿的旋轉(zhuǎn)運動。針對這個目的，燃料與在空氣壓縮機中壓縮的空氣混合，并且在燃燒室中燃燒。熱氣是作為燃料-空氣混合物的燃燒結(jié)果在燃燒室中產(chǎn)生的，并且接著在高壓下導(dǎo)入連接到渦輪機單元的燃燒室的下游的中空的圓柱形或者中空的圓錐形熱氣管道，熱氣最終在熱氣管道中膨脹，執(zhí)行工作。
[0003]這里，針對渦輪機桿的旋轉(zhuǎn)運動的產(chǎn)生，通常組合在一起以形成環(huán)形或者環(huán)狀的轉(zhuǎn)子葉片排的若干個轉(zhuǎn)子葉片被設(shè)置在所述渦輪機桿上，轉(zhuǎn)子葉片通過傳輸來自熱氣的動力驅(qū)動渦輪機桿。對于熱氣的有利的流動導(dǎo)向，其通常是進一步組合在一起形成環(huán)形或者環(huán)狀導(dǎo)向葉片排并連接到渦輪機殼體的導(dǎo)向葉片被設(shè)置在相鄰的導(dǎo)向葉片排之間的情況。所述導(dǎo)向葉片片通常被固定到中空的圓柱形或者中空的圓錐形導(dǎo)向葉片片支撐。
[0004]在設(shè)計這種燃氣渦輪機時，通常不僅僅考慮可獲得的功率還考慮最高的可能效率。在這種情況下，效率的提高可以例如通過增大出口溫度獲得，熱氣以出口溫度流出燃燒室并流入渦輪機單元。這里，目前，對于相應(yīng)的燃氣渦輪機，尋求并且獲得的溫度大約是1200°°(3到1500°°(3。
[0005]然而，在這種熱氣的高溫中，暴露于所述熱氣中的組件和部件均經(jīng)受了高熱負載。因此，熱氣管道通常與所謂的環(huán)形段成一直線，環(huán)形段保護熱氣管道的內(nèi)壁抵抗熱過載并因此作用為隔熱罩的。所述環(huán)形段通常利用吊鉤元件固定，其中，在圓周方向，環(huán)形段，類似于導(dǎo)向葉片支撐，形成中空的圓柱形或者中空的圓錐形結(jié)構(gòu)。
[0006]這里，燃氣渦輪機的部件可能因為在不同工作狀態(tài)中的不同熱膨脹而變形，其對轉(zhuǎn)子葉片和熱氣管道的內(nèi)壁之間的徑向縫隙的大小有直接的影響。這里，在燃氣渦輪機的啟動和失修期間，徑向縫隙的大小改變，并且在這些工作狀態(tài)中假定了與正常工作不同的數(shù)值。在燃氣渦輪機的建造中，需要對所有組件標出尺寸，使得不論工作狀態(tài)如何，徑向縫隙是足夠大的，使得在燃氣渦輪機的工作期間不會造成損壞。但是，過大的徑向縫隙結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了燃氣渦輪機效率的極大損失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]以此作為出發(fā)點，本發(fā)明的目的是詳細說明有利地配置的燃氣渦輪機以及用于相應(yīng)的燃氣渦輪機的隔熱罩。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，通過具有權(quán)利要求1所述的特征的燃氣渦輪機實現(xiàn)了所述目的。反向引用的權(quán)利要求包含了本發(fā)明的部分優(yōu)勢以及部分獨立的創(chuàng)造性細節(jié)。
[0009]這里，燃氣渦輪機包括同軸地設(shè)置在熱氣管道中的若干個環(huán)形轉(zhuǎn)子葉片排以及設(shè)置在轉(zhuǎn)子葉片排之間的若干個環(huán)形導(dǎo)向葉片排，其中，在兩個緊鄰的導(dǎo)向葉片排之間至少存在一個周向圍繞位于所述兩個相鄰導(dǎo)向葉片排之間的轉(zhuǎn)子葉片排的隔熱罩，并且其具有多個環(huán)形段，至少一個環(huán)形段具有耐磨涂層。這里，環(huán)形段方便地用于使位于所述兩個相鄰的葉片列之間的熱氣管道的一部分成一直線，并且針對該目的，環(huán)形段安裝在所述部分的墻面上，例如通過吊鉤元件。因此，環(huán)形段一起形成了環(huán)形組件，其中組件通常根據(jù)熱氣管道的幾何形狀是中空的圓錐形或者中空的圓柱形。
[0010]這里，然而，隔熱罩不僅僅用于保護位于隔熱罩后面的組件和部件以防止熱過載，還用于解決【背景技術(shù)】中提及的徑向間隙尺寸的配置中的矛盾。這里，在構(gòu)建過程期間，徑向間隙被配置為趨向太小，結(jié)果，在某些工作狀態(tài)中，轉(zhuǎn)子葉片尖端和熱氣管道的內(nèi)壁之間會發(fā)生接觸。然而，具體是在熱氣管道的內(nèi)壁的區(qū)域中，由環(huán)形段組成的隔熱罩位于這個區(qū)域，并且所述環(huán)形段的至少一個設(shè)置有耐磨涂層。所述耐磨涂層被設(shè)計為相對柔軟的，使得如果發(fā)生與轉(zhuǎn)子葉片的尖端接觸，排除了對轉(zhuǎn)子葉片的損害，并且只有逐漸移除耐磨涂層是可預(yù)期的。因此，耐磨涂層用作一種損失層，其在燃氣渦輪機的工作中是逐漸磨損的。這樣，首先，徑向間隙被設(shè)計為非常小是可能的，其對燃氣渦輪機的效率是有利的，并且其次，在燃氣渦輪機的工作期間，因為轉(zhuǎn)子葉片與熱氣管道的內(nèi)壁的接觸而造成的損害的風(fēng)險可以保持為低。
[0011 ]這樣，環(huán)形段優(yōu)選地被進一步設(shè)計為磨損部件，并且在維修工作過程期間，相應(yīng)地在某些時間區(qū)間更換。因此，具有耐磨涂層的環(huán)形段也在某些時間區(qū)間更換，使得期望的耐磨涂層的逐漸磨損可以以這種方式補償。
[0012]在該原理中，燃氣渦輪機被設(shè)計為使得由環(huán)形段構(gòu)成的隔熱罩位于每個轉(zhuǎn)子葉片排的區(qū)域中，并且使得環(huán)形段的每一個進一步涂覆有耐磨涂層是可能的。但是，已經(jīng)確認，根據(jù)燃氣渦輪機的設(shè)計，其足以使相應(yīng)的隔熱罩位于最靠近燃氣渦輪機的燃燒室的轉(zhuǎn)子葉片排的區(qū)域中，因為在此處存在最高熱負載并且徑向間隙數(shù)值中的最大波動將是預(yù)期的。因此，燃氣渦輪機的設(shè)計變形是優(yōu)選的，其中沒有隔熱罩或者至少沒有具有耐磨涂層的環(huán)形段的隔熱罩，是位于轉(zhuǎn)子葉片排的區(qū)域中或者在距離燃燒室最遠的那些轉(zhuǎn)子葉片排的區(qū)域中的。
[0013]進一步確認，如果使用了隔熱罩的一個實施例，其中所有的環(huán)形段具有耐磨涂層，在燃氣渦輪機的工作期間，耐磨涂層的磨損將不會在所有環(huán)形段中均勻地發(fā)生。相反，實際上，在一些環(huán)形段中不發(fā)生磨損，而在個別環(huán)形段中，發(fā)生嚴重的磨損。針對這個原因，燃氣渦輪機的一個實施例是優(yōu)選的，其中所述環(huán)形段的至少一個具有耐磨涂層并且相同隔熱罩的環(huán)形段的至少一個沒有耐磨涂層。因此，僅僅在實際需要的地方使用耐磨涂層，并且對于其它環(huán)形段，省略了相應(yīng)的耐磨涂層。因為具有相應(yīng)的耐磨涂層的環(huán)形段的制造成本比沒有相應(yīng)的耐磨涂層的環(huán)形段的制造成本高，以這種方式實現(xiàn)可觀的成本節(jié)省是可能的，其中這不僅僅影響采購成本，還影響持續(xù)的經(jīng)營成本，因為如前面所述的，環(huán)形段通常形成磨損部件，并且因此在某些時間區(qū)間是重復(fù)地更換的。
[0014]在決定隔熱罩的哪些環(huán)形段需要涂覆耐磨涂層以及隔熱罩的哪些環(huán)形段可以免除耐磨涂層時，不僅僅優(yōu)選地使用計算值還進一步使用獲得的經(jīng)驗值。特別地，如果致力于制造一種新模型系列或者新模型生成，為了可靠地避免對燃氣渦輪機的損害，假設(shè)在第一工作階段，最初隔熱罩的所有環(huán)形段涂覆耐磨涂層。在維修工作過程期間，在第一次更換環(huán)形段之后，有可能通過檢查環(huán)形段確認隔熱罩的哪些環(huán)形段應(yīng)當(dāng)實際涂覆耐磨涂層，以及關(guān)于這點的計算是否是精確的。
[0015]這里，燃氣渦輪機的一個實施例被證明是可取的，其中隔熱罩的多于10%且少于50%的環(huán)形段具有耐磨涂層。
[0016]這里，對于耐磨涂層，優(yōu)選地使用耐熱陶瓷材料，其大體具有黑板粉筆的強度和一致性。這樣，在磨損過程中，由于磨損而產(chǎn)生一種細粉末，其容易運走并與熱氣一起列放到外面。因此避免了在熱氣管道中的磨損的材料的累積以及因此在轉(zhuǎn)子葉片或者導(dǎo)向葉片中的污垢的累積。
[0017]并且將燃氣渦輪機的一個實施例應(yīng)用到主體是有利的，其中所有的環(huán)形段具有熱涂層。于是從更簡單的，更低的耐熱材料制造主體，僅僅使用熱涂層，其與從可以經(jīng)受特別高的熱負載的高等級材料中產(chǎn)生的熱氣直接接觸。這樣，同樣地，可以減小環(huán)形段的生產(chǎn)成本，并且原理上，對于再利用環(huán)形段主體以及僅僅更新熱涂層是進一步可能的。從環(huán)境方面看，該變形也是有利的。如果為環(huán)形段設(shè)置了相應(yīng)的熱涂層，如果提供耐磨涂層是方便應(yīng)用于熱涂層的。
[0018]什么對燃氣渦輪機的有效性是重要的，首先是轉(zhuǎn)子葉片尖端和熱氣管道的內(nèi)壁之間的徑向間隙是非常小的數(shù)值，以及其次是熱氣管道中的最佳流動特性。針對這個原因，就此處所提出的燃氣渦輪機而言，最好是隔熱罩的所有環(huán)形段具有相同的厚度，也就是說，在與燃氣渦輪機的渦輪機單元的圓柱形對稱有關(guān)的徑向方向中具有相同的長度。因此，在具體說明環(huán)形段和環(huán)形段的組件尺寸時，必須考慮到哪些環(huán)形段設(shè)置有耐磨涂層，以及哪些環(huán)形段沒有耐磨涂層。對于采用熱涂層形成的環(huán)形段而言，所有環(huán)形段的均勻的厚度優(yōu)選是通過在沒有耐磨涂層的環(huán)形段的情況下比具有耐磨涂層的環(huán)形段的情況具有更大的厚度或者層厚度的熱涂層實現(xiàn)。這樣，所有的環(huán)形段的主體可以用相同的尺寸形成，并且所有的環(huán)形段的均勻厚度的先決條件是通過熱涂層的不同層厚度滿足的。這里，可以指出，普通的熱涂層通常需要比合適的耐磨涂層更低的制造成本。
【附圖說明】
[0019]基于示意圖將更具體地描述本發(fā)明的示例性實施例，其中:
[0020]圖1以由縱切面和側(cè)視圖構(gòu)成的兩部分示意圖顯示了具有隔熱罩的燃氣渦輪機，以及
[0021]圖2以橫截面示意圖顯示了隔熱罩。
【具體實施方式】
[0022]在所有的附圖中，相互對應(yīng)的部件由相同的標號指示。
[0023]在下面以示例的方式描述的燃氣渦輪機2在圖1中示出，并且按照本身已知的方式，具有壓縮機4、燃燒室6和渦輪機單元8。
[0024]以環(huán)形燃燒室形式形成的燃燒室6在這種情