[发明专利]用于调节轴流式涡轮机和压缩机的径向间隙的方法

说明书

本申请是西门子公司于2006年4月18日申请的名称为“用于调节轴流式涡轮机和压缩机的径向间隙的方法”、申请号为200610075284.6的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于调节在轴流式涡轮机的叶片型面的扫掠边缘和与之相对置的导向面之间的径向间隙的方法，其中，在构成所述导向面的导环中输入一种冷却介质。此外，本发明还涉及一种用于改变在轴流式压缩机的叶片的扫掠边缘和与之相对置的导向面之间的径向间隙的装置。

背景技术

德国专利申请公开说明书DE 199 38 274A1中公开了一种用于有针对性地调节在燃气轮机的定子部分和转子部分之间的径向间隙的方法和装置。受设计结构限制，在涡轮机的转子的旋转动叶片和与之相对地固定在定子上的导向面之间形成有径向间隙。所述导向面用于导引工作介质并由沿环周方向划分的多个环段组成，这些环段与导环同心地围绕转子的旋转轴线并沿轴向延伸。在燃气轮机运行时，转子的动叶片与导向面间隔一定间距地运动，而静止的导向叶片则相对于设置在转子上的旋转的锥形或圆柱形导向面分别形成一定的径向间隙。为了进一步优化所述燃气轮机的效率，需将该径向间隙设计得尽可能地小。从上述专利申请文献中已知，可通过相对于径向倾斜设置的一对夹件将导环固定在定子上，并在燃气轮机运行期间，基于导环材料受热发生膨胀，而使定子向动叶片端部方向移动，以减小径向间隙。

在EP 1 163 430B1中公开了类似的内容。一个处于透平机叶片的叶尖对面的导向元件在燃气轮机的运行期间因受热膨胀向动叶片的叶尖方向发生弯曲而减小径向间隙。同时，所述导向元件的背侧可被冷却空气冷却，以便它能承受在流动通道中的高温。

此外，在GB 2 397 102A中公开了可使透平机的导环相对于所述支撑结构绝热。

此外已知可针对燃气轮机的热启动来对确定所述间隙尺寸的结构参数进行设计，以获得尽可能小的运行间隙亦即径向间隙。在燃气轮机停机之后，燃气轮机的壳体相对于转子比较快地被冷却。所述壳体或导环由于受冷却回缩到其原来的结构参数，此时，还比较热的转子基于在其内部储存的热能首先保持处于膨胀状态而后有所延迟地冷却和收缩。由此产生所谓的束紧效应(Einschnüreffekt)。这会导致径向间隙变小，转子上的叶片接触到或甚至扫掠壳体或导环。由此会永久地增大径向间隙或者甚至损伤叶片。变大的径向间隙会导致燃料消耗增大，受损的叶片可能需要提前维修并相应地需要更多的费用。

在启动期间亦即在燃气轮机加速时，作用在动叶片上的离心力会使该动叶片进一步膨胀，由此可能将在燃气轮机启动前还存在的径向间隙闭合，并可能造成叶片被不期望地扫掠擦伤。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于调节在轴流式涡轮机的叶片型面的扫掠边缘和与之相对置的导向面之间的径向间隙的方法，它可改善涡轮机的热启动性能以提高其可用性，同时提高其效率。此外，本发明要解决的另一技术问题是提供一种用于调节在轴流式涡轮机的叶片型面的扫掠边缘和与之相对置的导向面之间的径向间隙的装置。

上述第一个技术问题通过一种用于改变在轴流式涡轮机的叶片的扫掠边缘和与之相对置的导向面之间的径向间隙的方法来解决，其中，向构成所述导向面的导环中输入一种冷却介质，按照本发明，在涡轮机启动前向所述导环中输入冷却介质。

上述另一技术问题通过一种用于改变在该轴流式压缩机的叶片的扫掠边缘和与之相对置的导向面之间的径向间隙的装置得以解决，其中，构成所述导向面的导环固定在一支撑结构上，按照本发明，可向所述导环中输入一种冷却介质。

本发明是基于如下考虑，即，在一个还是热的或被逐渐加热的但尚未处于运行状态的涡轮机中，通过用上述方法使其径向间隙的尺寸相对于现有技术中处于相同状态下的燃气轮机的径向间隙尺寸变大，可以改善涡轮机的热启动条件。横截面为锤头型的导环通过沿环周相邻布设的多个环段来构成。由于与所述动叶片或导向叶片相对置的导环在沿径向更靠外或更靠内的位置予以固定，用冷却剂冷却会导致其导向面离开与之相对置的叶片扫掠边缘地移动。如此有针对性地增大径向间隙会减小所述束紧效应和发生扫掠的危险，从而可显著改善涡轮机的热启动性能，也就是说所述涡轮机可相对于其之前的停机时刻提前启动。

此外，所述径向间隙不再需要按照作为不利的运行启动的热启动来设计。

对于热的导环的冷却增大了所述未运行的涡轮机的径向间隙。对于该状态所获得的径向间隙还可取替用于改善热启动地部分被用于，将一个处于无运行状态和冷状态亦即处于环境温度下的涡轮机的径向间隙设计得比一个现有技术中的涡轮机的径向间隙更小。