包括具有用于調(diào)和壓氣機(jī)殼體的入口開口的壓氣機(jī)殼體的燃?xì)鉁u輪和燃?xì)鉁u輪的使用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及具有壓氣機(jī)殼體的燃?xì)鉁u輪和燃?xì)鉁u輪的使用。
【背景技術(shù)】
[0002]燃?xì)鉁u輪包括轉(zhuǎn)子組件(至少一個(gè)可動(dòng)部件)和壓氣機(jī)殼體(至少一個(gè)固定部件)。轉(zhuǎn)子組件被通過燃?xì)鉁u輪的工作流體驅(qū)動(dòng)，并且定位在壓氣機(jī)殼體中。
[0003]在工業(yè)燃?xì)鉁u輪中常常會(huì)觀察到壓氣機(jī)殼體的內(nèi)腔室(內(nèi)腔體)的熱分層。經(jīng)常在燃?xì)鉁u輪停機(jī)之后短時(shí)間觀察到該現(xiàn)象。在殼體中，可以觀察到溫度差。溫度差導(dǎo)致壓氣機(jī)殼體相對(duì)于渦輪的轉(zhuǎn)子組件橫向變形。由此，可能發(fā)生轉(zhuǎn)子組件在殼體內(nèi)表面上的摩擦。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種渦輪，與現(xiàn)有技術(shù)相比，減小了轉(zhuǎn)子組件在壓氣機(jī)殼體的內(nèi)表面上的溫度誘發(fā)摩擦發(fā)生的可能性。
[0005]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供渦輪的使用。
[0006]這些目的通過本發(fā)明中限定的方案來實(shí)現(xiàn)。由此，提供一種渦輪，包括至少一個(gè)轉(zhuǎn)子組件；以及至少一個(gè)壓氣機(jī)殼體；其中，壓氣機(jī)殼體包括用于布置轉(zhuǎn)子組件的至少一個(gè)內(nèi)壓氣機(jī)殼體腔室和用于調(diào)和壓氣機(jī)殼體的至少一個(gè)外壓氣機(jī)殼體腔室；內(nèi)壓氣機(jī)殼體腔室和外壓氣機(jī)殼體腔室通過分隔殼體壁彼此分離；外壓氣機(jī)殼體腔室包括至少一個(gè)邊界殼體壁；邊界殼體壁和分隔殼體壁彼此相對(duì)地分離，使得形成外壓氣機(jī)殼體腔室；并且邊界殼體壁包括至少一個(gè)入口開口，用于將具有調(diào)和氣體的入口調(diào)和氣體流引入到外壓氣機(jī)殼體腔室中，使得與未調(diào)和的壓氣機(jī)殼體相比減小壓氣機(jī)殼體的切向材料溫度變化。調(diào)和氣體流是調(diào)和氣體噴射。存在沿著壓氣機(jī)殼體的表面的調(diào)和氣體的氣體噴射，例如沿著邊界殼體壁的表面或者沿著內(nèi)壓氣機(jī)腔室壁的表面。沿著邊界殼體壁的表面或者沿著內(nèi)壓氣機(jī)腔室壁的表面，來平衡溫度差。由此，減少了壓氣機(jī)殼體的“熱點(diǎn)”發(fā)生的可能性。由此，減小了燃?xì)鉁u輪機(jī)中的上述熱分層的問題。不發(fā)生摩擦。
[0007]優(yōu)選地，多個(gè)入口開口沿著邊界殼體壁的內(nèi)表面分布，以便更有效地減少熱分層問題。
[0008]轉(zhuǎn)子組件可以通過工作流體驅(qū)動(dòng)。工作流體包括氣體。優(yōu)選地，氣體是燃燒過程的排出氣體。排出氣體是燃燒氣體。
[0009]壓氣機(jī)殼體腔室空間地由內(nèi)分隔壁和外邊界殼體壁限定。借助入口開口，可以將入口調(diào)和氣體流引入壓氣機(jī)殼體腔室中。調(diào)和氣體(特別地為空氣)可以被注射到壓氣機(jī)殼體腔室中。借助入口調(diào)和氣體流，進(jìn)行壓氣機(jī)殼體的調(diào)和。調(diào)和優(yōu)選地是壓氣機(jī)殼體的冷卻。借助循環(huán)的調(diào)和氣體流，減小了發(fā)生分層的可能性。此外，將形成入口調(diào)和氣體流的氣體分子的熱吸收和該吸收的熱能沿著壓氣機(jī)殼體分布。壓氣機(jī)殼體內(nèi)的溫度差(特別地在燃?xì)鉁u輪的停機(jī)操作狀態(tài)下可能會(huì)出現(xiàn))被平衡，導(dǎo)致減小壓氣機(jī)殼體發(fā)生溫度誘導(dǎo)變形的可能性。轉(zhuǎn)子組件可以形式配合地定位在內(nèi)壓氣機(jī)殼體腔室中，使得轉(zhuǎn)子組件可以在工作流體的驅(qū)動(dòng)下在內(nèi)壓氣機(jī)殼體腔室中旋轉(zhuǎn)。將不會(huì)發(fā)生歸因于壓氣機(jī)殼體的溫度誘導(dǎo)變形的摩擦。
[0010]由此，確保調(diào)和氣體和工作流體的完全分離。調(diào)和流體(例如調(diào)和氣體)和渦輪的工作氣體不混合。完全分離通過分隔殼體壁確保。
[0011]調(diào)和氣體流可以包括不同的氣體或氣體混合物。在優(yōu)選實(shí)施例中，調(diào)和氣體包括空氣。空氣是很高效的并且不受限制的可用的調(diào)和氣體。可選地，可以使用其它氣體和氣體混合物。例如，調(diào)和氣體可以是氮?dú)狻?br>[0012]邊界殼體壁可以包括至少一個(gè)出口開口，用于將具有調(diào)和氣體的出口調(diào)和氣體流引出外壓氣機(jī)殼體腔室。但是，這不是必須的。調(diào)和氣體流可以通過排出提取縫且不通過外壓氣機(jī)殼體腔室流入壓氣機(jī)的氣體路徑。
[0013]有利地是，調(diào)和不是不受控制地進(jìn)行。因此，優(yōu)選地，設(shè)置用于調(diào)節(jié)調(diào)和入口氣體流的至少一個(gè)調(diào)和氣體流調(diào)節(jié)單元。如果設(shè)置出口開口，有利地也調(diào)節(jié)出口調(diào)和氣體流。因此，存在用于調(diào)和出口氣體流的調(diào)和氣體流調(diào)節(jié)單元。
[0014]優(yōu)選地，調(diào)和氣體流調(diào)節(jié)單元包括至少一個(gè)閥和/或至少一個(gè)噴嘴。例如，調(diào)和氣體流調(diào)節(jié)單元是結(jié)合在邊界殼體壁中的噴嘴。優(yōu)選地，該噴嘴以與其縱向切向?qū)R的方式被結(jié)合。噴嘴被切向地定向。由此，噴嘴的通道的定向和腔室的徑向形成從45°到85°的范圍內(nèi)選擇的角度。例如，該角度為近似50°。由此，調(diào)和氣體以切向的方式被注射進(jìn)外腔室中。也可以實(shí)施像風(fēng)扇和/或吹風(fēng)機(jī)等附加的裝置。
[0015]在優(yōu)選實(shí)施例中，調(diào)和氣體能以如下方式被注射進(jìn)外壓氣機(jī)殼體腔室中，使得形成調(diào)和氣體的氣體分子的周向運(yùn)動(dòng)，和/或形成調(diào)和氣體的氣體分子的沿著邊界殼體壁的內(nèi)腔室表面和/或沿著內(nèi)分隔壁的內(nèi)表面的切向運(yùn)動(dòng)。通過這種措施，非常高效地實(shí)現(xiàn)溫度平衡。不會(huì)檢測到熱峰值。例如，將外部空氣以如下方式注射通過殼體壁，使得獲得空氣在腔體(外壓氣機(jī)殼體腔室)內(nèi)的周向運(yùn)動(dòng)。由此，使用的噴嘴的切向位置(見上面阿諾舒，噴嘴具有切向布置)和注射的空氣噴射的角度被選擇成，使得空氣噴射將在壓氣機(jī)殼體腔室的材料溫度最高處(即在上側(cè)豎直位置處)的區(qū)域的中心處撞擊殼體壁并且由此對(duì)其冷卻。由此，有效地減小壓氣機(jī)殼體腔室內(nèi)的熱分層。
[0016]入口開口在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中被使用。由此，在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的至少一個(gè)操作狀態(tài)期間，調(diào)和氣體分子經(jīng)由入口噴嘴被注射到壓氣機(jī)殼體腔室中。操作狀態(tài)是從如下群中選取，群由燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的停機(jī)構(gòu)成。優(yōu)選地，空氣被用作調(diào)和氣體
【附圖說明】
[0017]將參照附圖，從示例性實(shí)施例的說明得到本發(fā)明的進(jìn)一步特征和優(yōu)點(diǎn)。圖1示意性示出燃?xì)鉁u輪的示意性截面。
【具體實(shí)施方式】
[0018]主題是渦輪1，其包括至少一個(gè)轉(zhuǎn)子組件10和至少一個(gè)壓氣機(jī)殼體11。渦輪1是燃?xì)鉁u輪。燃燒排氣是燃?xì)鉁u輪1的用于驅(qū)動(dòng)渦輪1的轉(zhuǎn)子組件10的工作流體。
[0019]壓氣機(jī)殼體包括用于布置轉(zhuǎn)子組件的至少一個(gè)內(nèi)壓氣機(jī)殼體腔室1112和用于壓氣機(jī)排出空氣提取的至少一個(gè)外壓氣機(jī)殼體腔室1113。轉(zhuǎn)子組件位于內(nèi)壓氣機(jī)殼體腔室中，使得轉(zhuǎn)子組件和壓氣機(jī)殼體彼此同軸地布置。這些元件包括共同的旋轉(zhuǎn)軸線12。
[0020]內(nèi)壓氣機(jī)殼體腔室1112和外壓氣機(jī)殼體腔室1113通過分隔殼體壁1101彼此分離。外壓氣機(jī)殼體腔室1113包括至少一個(gè)邊界殼體壁110。邊界殼體壁110和分隔殼體壁1101彼此相對(duì)地分開，使得形成外壓氣機(jī)殼體腔室1113。
[0021]邊界殼體壁110包括至少一個(gè)入口開口 1100，用于將具有調(diào)和氣體的入口調(diào)和氣體流1115引入外壓氣機(jī)殼體腔室1113，用于調(diào)和壓氣機(jī)殼體。用于調(diào)節(jié)調(diào)和入口氣體流的至少一個(gè)調(diào)節(jié)單元被設(shè)置。調(diào)和氣體流調(diào)節(jié)單元是噴嘴11001。
[0022]噴嘴11001被切向地定向。由此，噴嘴11001的通道11002的定向11003和腔室11的徑向112形成大約45°的角度113。
[0023]分別經(jīng)由入口開口和噴嘴，具有氣體分子的調(diào)和氣體噴射被注射到壓氣機(jī)的外壓氣機(jī)殼體腔室中。調(diào)和氣體噴射包括具有氮?dú)夂脱鯕獾目諝庾鳛檎{(diào)和氣體分子。
[0024]調(diào)和氣體噴射可以被注射成使得形成調(diào)和氣體噴射的氣體分子的周向運(yùn)動(dòng)1114。此外，調(diào)和氣體噴射被注入到外殼體腔室1113中，使得形成調(diào)和氣體噴射的氣體分子沿著定子邊界壁的內(nèi)表面1111的切向運(yùn)動(dòng)。
[0025]燃?xì)鉁u輪被用在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中。由此，在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的至少一個(gè)操作狀態(tài)期間，調(diào)和氣體分子經(jīng)由入口開口 1100被注射進(jìn)外殼體腔室1113中。操作狀態(tài)是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)。通過將調(diào)和氣體注射到外壓氣機(jī)殼體腔室中，來平衡切向溫度差。這使得壓氣機(jī)殼體與不適用調(diào)和氣體噴射的燃?xì)鉁u輪相比形成較小的熱扭曲。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種燃?xì)鉁u輪(1)，包括: 至少一個(gè)轉(zhuǎn)子組件(10);以及 至少一個(gè)壓氣機(jī)殼體(11) 其中，所述壓氣機(jī)殼體(11)包括用于布置所述轉(zhuǎn)子組件(10)的至少一個(gè)內(nèi)壓氣機(jī)殼體腔室(1112)和用于調(diào)和所述壓氣機(jī)殼體(11)的至少一個(gè)外壓氣機(jī)殼體腔室(1113); 所述內(nèi)壓氣機(jī)殼體腔室(1112)和所述外壓氣機(jī)殼體腔室(1113)通過分隔殼體壁(1101)彼此分離； 所述外壓氣機(jī)殼體腔室(1113)包括至少一個(gè)邊界殼體壁(110); 所述邊界殼體壁(110)和所述分隔殼體壁(1101)彼此相對(duì)地分離，使得形成壓氣機(jī)的所述外壓氣機(jī)殼體腔室(1113);并且 所述邊界殼體壁(110)包括至少一個(gè)入口開口(1100)，用于將具有調(diào)和氣體的入口調(diào)和氣體流(1115)引入到所述外壓氣機(jī)殼體腔室(1113)中，用于調(diào)和所述壓氣機(jī)殼體(11)，使得與未調(diào)和的壓氣機(jī)殼體(11)相比減小所述壓氣機(jī)殼體的切向材料溫度變化。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)鉁u輪，其中設(shè)置用于調(diào)節(jié)所述入口調(diào)和氣體流的至少一個(gè)調(diào)和氣體流調(diào)節(jié)單元。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃?xì)鉁u輪，其中所述調(diào)和氣體流調(diào)節(jié)單元包括至少一個(gè)閥和/或至少一個(gè)噴嘴(11001)。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中的任一項(xiàng)所述的燃?xì)鉁u輪，其中所述外壓氣機(jī)殼體腔室至少部分地包圍內(nèi)殼體。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的任一項(xiàng)所述的燃?xì)鉁u輪，其中所述調(diào)和氣體包括空氣。6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中的任一項(xiàng)所述的燃?xì)鉁u輪(1)，其中所述調(diào)和氣體能被注射進(jìn)所述外殼體腔室中，使得形成所述調(diào)和氣體的氣體分子的周向運(yùn)動(dòng)(1114)，和/或形成所述調(diào)和氣體的氣體分子的沿著所述邊界殼體壁(110)的內(nèi)腔室表面(1111)和/或沿著內(nèi)分隔壁的內(nèi)表面的切向運(yùn)動(dòng)。7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中的任一項(xiàng)所述的燃?xì)鉁u輪在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的使用，其中在所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的至少一個(gè)操作狀態(tài)期間，調(diào)和氣體分子經(jīng)由所述入口開口(1100)被注射到所述外殼體腔室(1113)中。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的使用，其中所述操作狀態(tài)是從如下群中選取，所述群由所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的停機(jī)構(gòu)成。9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的使用，其中空氣被用作調(diào)和氣體。
【專利摘要】提供一種燃?xì)鉁u輪，包括：至少一個(gè)轉(zhuǎn)子組件(10)和至少一個(gè)壓氣機(jī)殼體(11)，其中壓氣機(jī)殼體包括用于布置轉(zhuǎn)子組件的至少一個(gè)內(nèi)壓氣機(jī)殼體腔室(1112)和用于調(diào)和壓氣機(jī)殼體的至少一個(gè)外壓氣機(jī)殼體腔室(1113)；內(nèi)壓氣機(jī)殼體腔室(1112)和外壓氣機(jī)殼體腔室(1113)通過分隔殼體壁(1101)彼此分離；外壓氣機(jī)殼體腔室(1113)包括至少一個(gè)邊界殼體壁(110)；邊界殼體壁(110)和分隔殼體壁(1101)彼此相對(duì)地分離，使得形成壓氣機(jī)的外壓氣機(jī)殼體腔室(1113)；并且邊界殼體壁(110)包括至少一個(gè)入口開口(1100)，用于將具有調(diào)和氣體的入口調(diào)和氣體流(1115)引入到外壓氣機(jī)殼體腔室(1113)中，使得與未調(diào)和的壓氣機(jī)殼體相比減小壓氣機(jī)殼體(11)的切向材料溫度變化。優(yōu)選地，多個(gè)入口開口(1100)沿著邊界殼體壁(110)的內(nèi)表面分布。
【IPC分類】F01D11/24, F01D25/26
【公開號(hào)】CN105308270
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201480032815
【發(fā)明人】T·安德森, A·珀森
【申請(qǐng)人】西門子股份公司
【公開日】2016年2月3日
【申請(qǐng)日】2014年6月3日
【公告號(hào)】CA2916806A1, EP2818646A1, EP2978939A1, US20160131159, WO2014206689A1