[发明专利]涡轮机

说明书

技术领域

本发明涉及涡轮机的领域，例如燃气涡轮、蒸汽涡轮、飞行器动力总成(Flugzeugtriebwerk)、静态的压缩机或涡轮增压器。本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的涡轮机。

背景技术

在运行期间使在涡轮机的静态的与旋转的部件之间的间隙、尤其径向间隙最小化对于流动损失最小化和因此对于这样的机器的效率最大化是决定性的。为了说明，图1显示了以压缩机组件的形式的涡轮机10的示例，其带有就坐在(围绕轴线13)旋转的轴12上的动叶(Laufschaufel)14和固定在罩壳11处的导叶15。通过使在动叶14的顶端与相对的罩壳11之间的或在导叶15的顶端与相对的轴12之间的径向间隙C_b和C_v最小化可减小流动损失。

由于例如在动叶14的叶片顶端与罩壳11之间的相对运动，不可能将径向间隙置于零。在运行期间在两个部件之间的接触可导致部件的损坏或甚至导致完全的破坏。

原则上适用的是，在运行期间径向的间隙(所谓的“热间隙”)通过一系列因素来确定，当装配间隙(所谓的“冷间隙”，在冷的机器的停止时)被确定时这些因素对于这样的机器的设计必须被考虑：

· 各个构件的制造公差；

· 装配公差；

· 在运行期间由于热效应和离心力一起的叶片的膨胀；

· 在静态运行中轴和罩壳的变形(例如以所谓的“椭圆化(Ovalisierung)”的形式)以及

· 在瞬态运行(机器的运行上的过渡阶段)期间，例如机器的起动或关断，所有构件的与时间相关的变形和相对运动。

尤其地，在瞬态运行期间主要组件的与时间相关的变形和相对运动对于确定冷间隙和由此产生的热间隙是重要的。目标是以这样的方式确定冷间隙，即在静态运行期间所产生的热间隙是最小的。由于在机器的加热或冷却期间在叶片、罩壳部件和轴的机械的和热的变形中不同的时间常数，最小的热间隙不必然会在热的静态的运行中出现，在那里最小的间隙是值得期望的。尤其地，当主要的组件从之前的运行时期还是热的时，如果考虑到机器还经受快速的负载变化或者可被起动，在瞬态运行阶段期间通常出现最小的可能的间隙(所谓的“夹点(pinch point)”)。在这样的情况中必要的是，如此程度地扩大冷间隙，使得在瞬态运行期间避免在静态的与旋转的部件之间硬的接触，那么结果这在静态的条件下导致比所期望的更大的热间隙。

用于使由保留的热间隙所引起的流动损失最小化的已知的措施例如是在动叶片和导叶片的顶端处引入围带(Deckband)。为了使穿过在围带与罩壳或转子之间的环形间隙的流动最小化，常常在周向上在旋转的部件上设置有一个或多个肋部，而静态的部件的表面可以是平的或成阶梯状的，以便总体上形成迷宫式的密封。此外，在静态的部件的表面处可布置有所谓的蜂巢(蜂巢式材料)，以便在瞬态运行状态期间对于肋部使切入(Einschneiden)成为可能，以便由此避免硬的接触。在此由旋转的部件和切入的蜂巢得出的构造与成阶梯状的迷宫密封相似并且相对于不带蜂巢的构造帮助减小流动损失。用于使热间隙最小化的另外的已知的措施在于将所谓的片式密封(Blattdichtung)或刷式密封施加在静态的部件处，其可在运行上的过渡阶段期间在一定的程度上平衡在间隙中的变化。

最终，在相对的侧上可使用由例如磨损的元件和可磨损的覆层构成的组合，以便减弱在周缘上出现的间隙变化的负面效应，其例如可通过结构的部件的椭圆化或轴在罩壳内的一定的偏心性被引起。

虽然所有至今所提及的解决方案仅仅是纯被动的本质，其在运行期间在没有任何主动的几何形状匹配的情况下使热间隙的最小化成为可能，还存在一定数量的已知的用于间隙减小的主动的措施。

因此，例如已知一种系统，在那里当机器达到其静态的运行状态时，整个转子在轴向上被移动。在与锥形的流动通道的共同作用中成为这使能够主动地使在热的涡轮中的径向间隙最小化，其中，原则上与上面所描述的被动的措施相组合是可能的。然而由于必须使整个转子运动，在压缩机侧上产生径向间隙的扩大。因此，只有在涡轮中的损失减小超过在压缩机侧的附加的损失时，该措施才是有利的。

代替轴的移动，其它解决方案提出在每个涡轮级中控制叶片的径向的热膨胀，或者应用弹性系统，其使热保护罩在预定的极限温度之上的附加的径向运动成为可能。

已知应用用于线性地调整间隙的调整器件或还应用弹性地柔软的支承器件。后者例如在文件EP 1 467 066 A2中被描述。但是利用该技术上的解决方案不可能在机器的运行上的过渡阶段中补偿在间隙中的极限值。