具有用于隔离涡轮机的工作流体与冷却剂流体的密封件的涡轮机和涡轮机的使用的制作方法

本发明涉及具有用于隔离涡轮机的工作流体与冷却剂流体的密封件的涡轮机和涡轮机的使用。

背景技术：

涡轮机(比如燃气轮机或蒸汽轮机)用于发电。这种涡轮机包括具有至少一个定子组件的定子和具有至少一个转子组件的转子。

转子的转子组件是具有多个转子叶片的轴向轴。转子叶片环状布置在轴向轴周围。

定子组件为(主)定子环、用于引导涡轮机的工作流体(在燃气轮机的情况下为热气体，并且在蒸汽轮机的情况下为过热蒸汽)的多个导叶以及用于承载导叶的叶片承载环。定子环和转子轴彼此同轴布置。导叶环状布置在叶片承载环周围。

导叶帮助引导工作流体，以便工作流体冲击转子的转子叶片。

工作流体借助涡轮机的工作流体通道来引导。工作流体通道由定子组件中的至少一个和转子组件中的至少一个界定。由于工作流体的温度非常高，所以界定的定子组件和/或界定的转子组件高度受力。

为了降低导叶的表面温度并提高导叶的工作寿命跨度，分配冷却剂流体(冷却流体)以便冷却导叶。冷却剂流体在导叶表面上的流动引起从导叶到冷却剂流体的热传递，从而降低导叶的温度。

为此，冷却剂流体被分配到优选地位于叶片与定子环之间的冷却剂流体通道(冷却流体通道)中。必须密封冷却剂流体通道，以便冷却剂流体在冷却剂流体通道内部的高效循环且防止冷却剂流体从冷却剂流体通道泄漏到涡轮机的其他部分(特别是工作流体通道)中。

然而，定子叶片承载环周围的导叶的布置和导叶与定子的导叶承载环之间的冷却剂流体通道的布置可能导致一个或更多个间隙。此外，由于导叶、导叶承载环以及主定子环在涡轮机工作期间的相对位移，无法避免现有间隙的扩张。这导致增大冷却剂流体到涡轮机的其他部分中的泄露。于是，实现不了导叶的期望冷却。冷却机构的效率被降低。

根据US2,738,949A，喷嘴导叶具有内部冷却通道。旋转部分与非旋转部分由迷宫式密封件隔离。

为了减少所述问题，必须避免上述间隙，以便防止冷却剂流体从冷却剂流体通道泄露。另外，提供了用于密封间隙的、具有活塞环的密封结构。然而，这种密封结构包括硬密封组件。在工作期间，硬密封组件中的裂缝出现。这些裂缝导致增大泄露。由此，密封组件的密封效率受到限制。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种涡轮机，该涡轮机具有用于隔离涡轮机的冷却剂流体与涡轮机的工作流体的有效密封。

本发明的另外目的是使用涡轮机。

这些目的由权利要求中所规定的本发明来实现。

本发明致力于一种涡轮机，该涡轮机包括：定子，该定子具有至少一个定子组件；转子，该转子具有至少一个转子组件；至少一个腔，该至少一个腔在转子与定子之间；至少一个工作流体通道，该至少一个工作流体通道用于引导用于驱动转子的工作流体，其中，工作流体通道由定子组件和转子组件界定。定子组件包括用于在冷却剂流体的帮助下冷却定子组件的至少一个冷却剂流体通道，并且至少一个隔离屏障布置在腔与冷却剂流体通道之间，以便将工作流体通道与冷却剂流体通道彼此隔离。隔离屏障包括至少两个活塞环，两个活塞环被彼此轴向布置，这限定活塞环之间的活塞环空间。活塞环空间为冷却剂流体通道的一部分，并且活塞环与定子组件中的第一个滑动接触。

活塞环具体用于两个定子组件之间，而不是在旋转与非旋转组件之间。

该涡轮机用于通过借助工作流体通道向转子的转子叶片引导工作流体来发电。为此，转子耦合到至少一个发电机。可替代地，该涡轮机可以用于机械地驱动另一个组件(像泵或压缩机)。

工作流体为燃气轮机的热气体或蒸汽轮机的过热蒸汽。燃气轮机的热气体包括燃烧过程(燃料的氧化)的排放气体。热气体的温度达到高于1000℃的温度。冷却剂流体优选地为空气。

存在第一活塞环(前活塞环)和第二活塞环(后活塞环)。活塞环被布置为使得活塞环的活塞环转轴(该转轴平行于由活塞环形成的活塞环平面的法线)与转子的径向大致平行地定向(由此，活塞环处于大致垂直于转子的轴向的状态)。大致平行或垂直包括距离平行或垂直定向多达10°的定向偏差。优选地，该偏差在5°以下。

借助于活塞环，定子组件的高效冷却是可能的。另外，借助于活塞环，工作流体无法到达冷却剂流体通道和/或冷却剂流体无法到达工作流体通道。禁止冷却剂流体与工作流体的接触。流体不彼此接触。

关于优选实施例，定子组件为叶片承载环。作为定子组件的叶片承载环包括冷却剂流体通道。也是定子组件的导叶附接到叶片承载环，使得导叶可以经由可以借助冷却剂流体通道引导的冷却剂流体来冷却。

优选地，定子包括作为主定子环的至少一个另外的定子组件。叶片承载环和主定子环经由活塞环连接到彼此，使得活塞环空间另外由叶片承载环和主定子环界定。活塞环空间由活塞环、叶片承载环以及主定子环形成。

关于另外的优选实施例，叶片承载环和/或主定子环包括用于容纳活塞环中的至少一个的至少一个活塞环间隙。活塞环可以至少部分位于活塞环间隙中。这种活塞环间隙可以形成在叶片承载环和/或主定子环中。在这种配置中，活塞环可以插入一个表面处的活塞环间隙中。另一个表面应没有这种间隙，使得活塞环的另一径向端可以在相对面上滑动。

优选地，活塞环和相对面被发展为使得能够补偿叶片承载环和/或主定子环的热诱导移位和/或热诱导移动。由于在涡轮机工作时出现的热应力，涡轮机的组件相对于彼此移动。因为这个，相对大轴向移动和/或相对小径向移动发生，并且可以由本发明的概念来补偿。在本发明的帮助下，这些移动不影响组件的高效冷却。密封机构非常可靠。

优选地，各个活塞环在活塞环的一个径向端处置于活塞环间隙(即，圆柱形凹陷或狭槽)中。在活塞环的另一个径向端处，活塞环不插入到相对面的间隙中，而只是与圆柱形的相对面滑动接触。这允许活塞环可以在该圆柱形表面上滑动，并因此允许适应温度影响。

附图说明

参照附图根据示例性实施例的描述来产生本发明的另外特征和优点。附图是示意性的。

图1显示了涡轮机的剖面。

图2示出图1的细节。

具体实施方式

给出涡轮机1。涡轮机为燃气轮机。涡轮机1包括具有定子组件111的定子11。定子组件为环状主定子环1111、环状叶片承载环1112以及导叶1113。

涡轮机另外包括具有至少一个转子组件121的转子12。转子组件包括轴向转子轴，在该轴向转子轴上，布置若干转子叶片，以便驱动转子轴。转子轴、叶片承载环1112以及主定子环1111彼此轴向布置。

用于向转子叶片引导工作流体(131，燃烧过程的热排放气体)的至少一个工作流体通道13布置在定子组件111与转子轴121之间。借助工作流体通道13，可以向转子叶片引导工作流体131，以便驱动转子12。工作流体通道13由定子组件(主定子环、叶片承载环)以及转子组件(转子轴)界定。

在定子部分与转子部分之间具有腔20，来自工作流体通道13的实质热流体可以进入腔20，通常与冷却密封流体混合。

定子组件包括冷却剂流体通道14，用于在冷却剂流体141的帮助下冷却定子组件。冷却剂流体为空气。

在腔20与冷却剂流体通道14之间，布置隔离屏障15，例如以便将冷却剂流体通道14与工作流体通道13或腔20彼此隔离。

隔离屏障15包括两个活塞环(前活塞环151和后活塞环152)。两个活塞环151和152被彼此轴向布置，这限定活塞环151与152之间的活塞环空间153。活塞环空间153为冷却剂流体通道14的一部分。

叶片承载环1112和主定子环1111包括用于容纳活塞环151、152的活塞环间隙154。活塞环151和152可以位于活塞环间隙154中。活塞环间隙154大致为圆柱形狭槽，活塞环可以部分插入该圆柱形狭槽中。

根据附图，仅活塞环(151或152)的一个径向端被插在这种活塞环间隙154中。该活塞环(151或152)的另一端不插在这种狭槽中，而是可以在相对面上滑动。

活塞环间隙154的宽度应适合于活塞环151或152的宽度，使得活塞环非常精确地配合到狭槽中。

在活塞环151和152的帮助下，能够补偿由于相对大轴向移动155和/或相对小径向移动155而产生的、叶片承载环1112和主定子环1111的热诱导移位和热诱导移动。

该涡轮机用于通过借助工作流体通道向转子的转子叶片引导工作流体来发电。为了发电，转子耦合到发电机。