本發(fā)明涉及具有用于隔離渦輪機的工作流體與冷卻劑流體的密封件的渦輪機和渦輪機的使用。

背景技術(shù)：

渦輪機(比如燃?xì)廨啓C或蒸汽輪機)用于發(fā)電。這種渦輪機包括具有至少一個定子組件的定子和具有至少一個轉(zhuǎn)子組件的轉(zhuǎn)子。

轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子組件是具有多個轉(zhuǎn)子葉片的軸向軸。轉(zhuǎn)子葉片環(huán)狀布置在軸向軸周圍。

定子組件為(主)定子環(huán)、用于引導(dǎo)渦輪機的工作流體(在燃?xì)廨啓C的情況下為熱氣體，并且在蒸汽輪機的情況下為過熱蒸汽)的多個導(dǎo)葉以及用于承載導(dǎo)葉的葉片承載環(huán)。定子環(huán)和轉(zhuǎn)子軸彼此同軸布置。導(dǎo)葉環(huán)狀布置在葉片承載環(huán)周圍。

導(dǎo)葉幫助引導(dǎo)工作流體，以便工作流體沖擊轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子葉片。

工作流體借助渦輪機的工作流體通道來引導(dǎo)。工作流體通道由定子組件中的至少一個和轉(zhuǎn)子組件中的至少一個界定。由于工作流體的溫度非常高，所以界定的定子組件和/或界定的轉(zhuǎn)子組件高度受力。

為了降低導(dǎo)葉的表面溫度并提高導(dǎo)葉的工作壽命跨度，分配冷卻劑流體(冷卻流體)以便冷卻導(dǎo)葉。冷卻劑流體在導(dǎo)葉表面上的流動引起從導(dǎo)葉到冷卻劑流體的熱傳遞，從而降低導(dǎo)葉的溫度。

為此，冷卻劑流體被分配到優(yōu)選地位于葉片與定子環(huán)之間的冷卻劑流體通道(冷卻流體通道)中。必須密封冷卻劑流體通道，以便冷卻劑流體在冷卻劑流體通道內(nèi)部的高效循環(huán)且防止冷卻劑流體從冷卻劑流體通道泄漏到渦輪機的其他部分(特別是工作流體通道)中。

然而，定子葉片承載環(huán)周圍的導(dǎo)葉的布置和導(dǎo)葉與定子的導(dǎo)葉承載環(huán)之間的冷卻劑流體通道的布置可能導(dǎo)致一個或更多個間隙。此外，由于導(dǎo)葉、導(dǎo)葉承載環(huán)以及主定子環(huán)在渦輪機工作期間的相對位移，無法避免現(xiàn)有間隙的擴張。這導(dǎo)致增大冷卻劑流體到渦輪機的其他部分中的泄露。于是，實現(xiàn)不了導(dǎo)葉的期望冷卻。冷卻機構(gòu)的效率被降低。

根據(jù)US2,738,949A，噴嘴導(dǎo)葉具有內(nèi)部冷卻通道。旋轉(zhuǎn)部分與非旋轉(zhuǎn)部分由迷宮式密封件隔離。

為了減少所述問題，必須避免上述間隙，以便防止冷卻劑流體從冷卻劑流體通道泄露。另外，提供了用于密封間隙的、具有活塞環(huán)的密封結(jié)構(gòu)。然而，這種密封結(jié)構(gòu)包括硬密封組件。在工作期間，硬密封組件中的裂縫出現(xiàn)。這些裂縫導(dǎo)致增大泄露。由此，密封組件的密封效率受到限制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種渦輪機，該渦輪機具有用于隔離渦輪機的冷卻劑流體與渦輪機的工作流體的有效密封。

本發(fā)明的另外目的是使用渦輪機。

這些目的由權(quán)利要求中所規(guī)定的本發(fā)明來實現(xiàn)。

本發(fā)明致力于一種渦輪機，該渦輪機包括：定子，該定子具有至少一個定子組件；轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子具有至少一個轉(zhuǎn)子組件；至少一個腔，該至少一個腔在轉(zhuǎn)子與定子之間；至少一個工作流體通道，該至少一個工作流體通道用于引導(dǎo)用于驅(qū)動轉(zhuǎn)子的工作流體，其中，工作流體通道由定子組件和轉(zhuǎn)子組件界定。定子組件包括用于在冷卻劑流體的幫助下冷卻定子組件的至少一個冷卻劑流體通道，并且至少一個隔離屏障布置在腔與冷卻劑流體通道之間，以便將工作流體通道與冷卻劑流體通道彼此隔離。隔離屏障包括至少兩個活塞環(huán)，兩個活塞環(huán)被彼此軸向布置，這限定活塞環(huán)之間的活塞環(huán)空間?；钊h(huán)空間為冷卻劑流體通道的一部分，并且活塞環(huán)與定子組件中的第一個滑動接觸。

活塞環(huán)具體用于兩個定子組件之間，而不是在旋轉(zhuǎn)與非旋轉(zhuǎn)組件之間。

該渦輪機用于通過借助工作流體通道向轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子葉片引導(dǎo)工作流體來發(fā)電。為此，轉(zhuǎn)子耦合到至少一個發(fā)電機。可替代地，該渦輪機可以用于機械地驅(qū)動另一個組件(像泵或壓縮機)。

工作流體為燃?xì)廨啓C的熱氣體或蒸汽輪機的過熱蒸汽。燃?xì)廨啓C的熱氣體包括燃燒過程(燃料的氧化)的排放氣體。熱氣體的溫度達(dá)到高于1000℃的溫度。冷卻劑流體優(yōu)選地為空氣。

存在第一活塞環(huán)(前活塞環(huán))和第二活塞環(huán)(后活塞環(huán))?；钊h(huán)被布置為使得活塞環(huán)的活塞環(huán)轉(zhuǎn)軸(該轉(zhuǎn)軸平行于由活塞環(huán)形成的活塞環(huán)平面的法線)與轉(zhuǎn)子的徑向大致平行地定向(由此，活塞環(huán)處于大致垂直于轉(zhuǎn)子的軸向的狀態(tài))。大致平行或垂直包括距離平行或垂直定向多達(dá)10°的定向偏差。優(yōu)選地，該偏差在5°以下。

借助于活塞環(huán)，定子組件的高效冷卻是可能的。另外，借助于活塞環(huán)，工作流體無法到達(dá)冷卻劑流體通道和/或冷卻劑流體無法到達(dá)工作流體通道。禁止冷卻劑流體與工作流體的接觸。流體不彼此接觸。

關(guān)于優(yōu)選實施例，定子組件為葉片承載環(huán)。作為定子組件的葉片承載環(huán)包括冷卻劑流體通道。也是定子組件的導(dǎo)葉附接到葉片承載環(huán)，使得導(dǎo)葉可以經(jīng)由可以借助冷卻劑流體通道引導(dǎo)的冷卻劑流體來冷卻。

優(yōu)選地，定子包括作為主定子環(huán)的至少一個另外的定子組件。葉片承載環(huán)和主定子環(huán)經(jīng)由活塞環(huán)連接到彼此，使得活塞環(huán)空間另外由葉片承載環(huán)和主定子環(huán)界定。活塞環(huán)空間由活塞環(huán)、葉片承載環(huán)以及主定子環(huán)形成。

關(guān)于另外的優(yōu)選實施例，葉片承載環(huán)和/或主定子環(huán)包括用于容納活塞環(huán)中的至少一個的至少一個活塞環(huán)間隙。活塞環(huán)可以至少部分位于活塞環(huán)間隙中。這種活塞環(huán)間隙可以形成在葉片承載環(huán)和/或主定子環(huán)中。在這種配置中，活塞環(huán)可以插入一個表面處的活塞環(huán)間隙中。另一個表面應(yīng)沒有這種間隙，使得活塞環(huán)的另一徑向端可以在相對面上滑動。

優(yōu)選地，活塞環(huán)和相對面被發(fā)展為使得能夠補償葉片承載環(huán)和/或主定子環(huán)的熱誘導(dǎo)移位和/或熱誘導(dǎo)移動。由于在渦輪機工作時出現(xiàn)的熱應(yīng)力，渦輪機的組件相對于彼此移動。因為這個，相對大軸向移動和/或相對小徑向移動發(fā)生，并且可以由本發(fā)明的概念來補償。在本發(fā)明的幫助下，這些移動不影響組件的高效冷卻。密封機構(gòu)非?？煽?。

優(yōu)選地，各個活塞環(huán)在活塞環(huán)的一個徑向端處置于活塞環(huán)間隙(即，圓柱形凹陷或狹槽)中。在活塞環(huán)的另一個徑向端處，活塞環(huán)不插入到相對面的間隙中，而只是與圓柱形的相對面滑動接觸。這允許活塞環(huán)可以在該圓柱形表面上滑動，并因此允許適應(yīng)溫度影響。

附圖說明

參照附圖根據(jù)示例性實施例的描述來產(chǎn)生本發(fā)明的另外特征和優(yōu)點。附圖是示意性的。

圖1顯示了渦輪機的剖面。

圖2示出圖1的細(xì)節(jié)。

具體實施方式

給出渦輪機1。渦輪機為燃?xì)廨啓C。渦輪機1包括具有定子組件111的定子11。定子組件為環(huán)狀主定子環(huán)1111、環(huán)狀葉片承載環(huán)1112以及導(dǎo)葉1113。

渦輪機另外包括具有至少一個轉(zhuǎn)子組件121的轉(zhuǎn)子12。轉(zhuǎn)子組件包括軸向轉(zhuǎn)子軸，在該軸向轉(zhuǎn)子軸上，布置若干轉(zhuǎn)子葉片，以便驅(qū)動轉(zhuǎn)子軸。轉(zhuǎn)子軸、葉片承載環(huán)1112以及主定子環(huán)1111彼此軸向布置。

用于向轉(zhuǎn)子葉片引導(dǎo)工作流體(131，燃燒過程的熱排放氣體)的至少一個工作流體通道13布置在定子組件111與轉(zhuǎn)子軸121之間。借助工作流體通道13，可以向轉(zhuǎn)子葉片引導(dǎo)工作流體131，以便驅(qū)動轉(zhuǎn)子12。工作流體通道13由定子組件(主定子環(huán)、葉片承載環(huán))以及轉(zhuǎn)子組件(轉(zhuǎn)子軸)界定。

在定子部分與轉(zhuǎn)子部分之間具有腔20，來自工作流體通道13的實質(zhì)熱流體可以進入腔20，通常與冷卻密封流體混合。

定子組件包括冷卻劑流體通道14，用于在冷卻劑流體141的幫助下冷卻定子組件。冷卻劑流體為空氣。

在腔20與冷卻劑流體通道14之間，布置隔離屏障15，例如以便將冷卻劑流體通道14與工作流體通道13或腔20彼此隔離。

隔離屏障15包括兩個活塞環(huán)(前活塞環(huán)151和后活塞環(huán)152)。兩個活塞環(huán)151和152被彼此軸向布置，這限定活塞環(huán)151與152之間的活塞環(huán)空間153?；钊h(huán)空間153為冷卻劑流體通道14的一部分。

葉片承載環(huán)1112和主定子環(huán)1111包括用于容納活塞環(huán)151、152的活塞環(huán)間隙154?；钊h(huán)151和152可以位于活塞環(huán)間隙154中?；钊h(huán)間隙154大致為圓柱形狹槽，活塞環(huán)可以部分插入該圓柱形狹槽中。

根據(jù)附圖，僅活塞環(huán)(151或152)的一個徑向端被插在這種活塞環(huán)間隙154中。該活塞環(huán)(151或152)的另一端不插在這種狹槽中，而是可以在相對面上滑動。

活塞環(huán)間隙154的寬度應(yīng)適合于活塞環(huán)151或152的寬度，使得活塞環(huán)非常精確地配合到狹槽中。

在活塞環(huán)151和152的幫助下，能夠補償由于相對大軸向移動155和/或相對小徑向移動155而產(chǎn)生的、葉片承載環(huán)1112和主定子環(huán)1111的熱誘導(dǎo)移位和熱誘導(dǎo)移動。

該渦輪機用于通過借助工作流體通道向轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子葉片引導(dǎo)工作流體來發(fā)電。為了發(fā)電，轉(zhuǎn)子耦合到發(fā)電機。