專利名稱：渦輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及渦輪機(jī)的領(lǐng)域，例如燃?xì)鉁u輪、蒸汽渦輪、飛行器動(dòng)力總成(Flugzeugtriebwerk)、靜態(tài)的壓縮機(jī)或潤(rùn)輪增壓器。本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求I的前序部分的渦輪機(jī)。
背景技術(shù)：
在運(yùn)行期間使在渦輪機(jī)的靜態(tài)的與旋轉(zhuǎn)的部件之間的間隙、尤其徑向間隙最小化對(duì)于流動(dòng)損失最小化和因此對(duì)于這樣的機(jī)器的效率最大化是決定性的。為了說(shuō)明，圖I顯示了以壓縮機(jī)組件的形式的渦輪機(jī)10的示例，其帶有就坐在(圍繞軸線13)旋轉(zhuǎn)的軸12上的動(dòng)葉(Laufschaufel) 14和固定在罩殼11處的導(dǎo)葉15。通過(guò)使在動(dòng)葉14的頂端與相·對(duì)的罩殼11之間的或在導(dǎo)葉15的頂端與相對(duì)的軸12之間的徑向間隙Cb和Cv最小化可減小流動(dòng)損失。由于例如在動(dòng)葉14的葉片頂端與罩殼11之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，不可能將徑向間隙置于零。在運(yùn)行期間在兩個(gè)部件之間的接觸可導(dǎo)致部件的損壞或甚至導(dǎo)致完全的破壞。原則上適用的是，在運(yùn)行期間徑向的間隙(所謂的“熱間隙”)通過(guò)一系列因素來(lái)確定，當(dāng)裝配間隙(所謂的“冷間隙”，在冷的機(jī)器的停止時(shí))被確定時(shí)這些因素對(duì)于這樣的機(jī)器的設(shè)計(jì)必須被考慮
各個(gè)構(gòu)件的制造公差；
裝配公差；
在運(yùn)行期間由于熱效應(yīng)和離心力一起的葉片的膨脹；
在靜態(tài)運(yùn)行中軸和罩殼的變形(例如以所謂的“橢圓化(OvalisierungVI^BS)
以及
在瞬態(tài)運(yùn)行(機(jī)器的運(yùn)行上的過(guò)渡階段)期間，例如機(jī)器的起動(dòng)或關(guān)斷，所有構(gòu)件的與時(shí)間相關(guān)的變形和相對(duì)運(yùn)動(dòng)。尤其地，在瞬態(tài)運(yùn)行期間主要組件的與時(shí)間相關(guān)的變形和相對(duì)運(yùn)動(dòng)對(duì)于確定冷間隙和由此產(chǎn)生的熱間隙是重要的。目標(biāo)是以這樣的方式確定冷間隙，即在靜態(tài)運(yùn)行期間所產(chǎn)生的熱間隙是最小的。由于在機(jī)器的加熱或冷卻期間在葉片、罩殼部件和軸的機(jī)械的和熱的變形中不同的時(shí)間常數(shù)，最小的熱間隙不必然會(huì)在熱的靜態(tài)的運(yùn)行中出現(xiàn)，在那里最小的間隙是值得期望的。尤其地，當(dāng)主要的組件從之前的運(yùn)行時(shí)期還是熱的時(shí)，如果考慮到機(jī)器還經(jīng)受快速的負(fù)載變化或者可被起動(dòng)，在瞬態(tài)運(yùn)行階段期間通常出現(xiàn)最小的可能的間隙(所謂的“夾點(diǎn)(Pinch point)”)。在這樣的情況中必要的是，如此程度地?cái)U(kuò)大冷間隙，使得在瞬態(tài)運(yùn)行期間避免在靜態(tài)的與旋轉(zhuǎn)的部件之間硬的接觸，那么結(jié)果這在靜態(tài)的條件下導(dǎo)致比所期望的更大的熱間隙。用于使由保留的熱間隙所引起的流動(dòng)損失最小化的已知的措施例如是在動(dòng)葉片和導(dǎo)葉片的頂端處引入圍帶(Deckband)。為了使穿過(guò)在圍帶與罩殼或轉(zhuǎn)子之間的環(huán)形間隙的流動(dòng)最小化，常常在周向上在旋轉(zhuǎn)的部件上設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)肋部，而靜態(tài)的部件的表面可以是平的或成階梯狀的，以便總體上形成迷宮式的密封。此外，在靜態(tài)的部件的表面處可布置有所謂的蜂巢(蜂巢式材料)，以便在瞬態(tài)運(yùn)行狀態(tài)期間對(duì)于肋部使切入(Einschneiden)成為可能，以便由此避免硬的接觸。在此由旋轉(zhuǎn)的部件和切入的蜂巢得出的構(gòu)造與成階梯狀的迷宮密封相似并且相對(duì)于不帶蜂巢的構(gòu)造幫助減小流動(dòng)損失。用于使熱間隙最小化的另外的已知的措施在于將所謂的片式密封(Blattdichtung)或刷式密封施加在靜態(tài)的部件處，其可在運(yùn)行上的過(guò)渡階段期間在一定的程度上平衡在間隙中的變化。最終，在相對(duì)的側(cè)上可使用由例如磨損的元件和可磨損的覆層構(gòu)成的組合，以便減弱在周緣上出現(xiàn)的間隙變化的負(fù)面效應(yīng)，其例如可通過(guò)結(jié)構(gòu)的部件的橢圓化或軸在罩殼內(nèi)的一定的偏心性被引起。雖然所有至今所提及的解決方案僅僅是純被動(dòng)的本質(zhì)，其在運(yùn)行期間在沒(méi)有任何主動(dòng)的幾何形狀匹配的情況下使熱間隙的最小化成為可能，還存在一定數(shù)量的已知的用于間隙減小的主動(dòng)的措施。 因此，例如已知一種系統(tǒng)，在那里當(dāng)機(jī)器達(dá)到其靜態(tài)的運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，整個(gè)轉(zhuǎn)子在軸向上被移動(dòng)。在與錐形的流動(dòng)通道的共同作用中成為這使能夠主動(dòng)地使在熱的渦輪中的徑向間隙最小化，其中，原則上與上面所描述的被動(dòng)的措施相組合是可能的。然而由于必須使整個(gè)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)，在壓縮機(jī)側(cè)上產(chǎn)生徑向間隙的擴(kuò)大。因此，只有在渦輪中的損失減小超過(guò)在壓縮機(jī)側(cè)的附加的損失時(shí)，該措施才是有利的。代替軸的移動(dòng)，其它解決方案提出在每個(gè)渦輪級(jí)中控制葉片的徑向的熱膨脹，或者應(yīng)用彈性系統(tǒng)，其使熱保護(hù)罩在預(yù)定的極限溫度之上的附加的徑向運(yùn)動(dòng)成為可能。已知應(yīng)用用于線性地調(diào)整間隙的調(diào)整器件或還應(yīng)用彈性地柔軟的支承器件。后者例如在文件EP I 467 066 A2中被描述。但是利用該技術(shù)上的解決方案不可能在機(jī)器的運(yùn)行上的過(guò)渡階段中補(bǔ)償在間隙中的極限值。文件US 2009/0226327 Al描述了一種由所謂的記憶合金制成的膜片(Blende)，其安裝到轉(zhuǎn)子盤(pán)(Rotorscheibe)中。該膜片取決于局部的溫度來(lái)控制冷卻劑流到渦輪葉片中的量。通過(guò)減少冷卻劑流，葉片熱膨脹并且因此減小在葉片頂端與相對(duì)的靜態(tài)的構(gòu)件之間的徑向間隙。通過(guò)提高冷卻劑流，葉片長(zhǎng)度減小并且由此增大徑向間隙。在GB 2 354 290中的文件描述了一種由記憶合金制成的閥，其安裝在燃?xì)鉁u輪葉片的冷卻通道中。該閥取決于構(gòu)件的溫度來(lái)調(diào)節(jié)冷卻劑的消耗。在該文件中未描述對(duì)于動(dòng)葉和導(dǎo)葉的徑向間隙控制。文件US 7，686，569描述了一種用于葉片環(huán)(Schaufelring)的軸向運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)，其通過(guò)貼在葉片環(huán)處的壓力差、連接部的熱膨脹或收縮或者通過(guò)活塞來(lái)引起。記憶合金同樣可引起必要的運(yùn)動(dòng)。原則上可考慮不同的被動(dòng)的、半主動(dòng)的或主動(dòng)的系統(tǒng)、以及其組合用于控制在旋轉(zhuǎn)的與靜態(tài)的構(gòu)件之間的間隙。在瞬態(tài)運(yùn)行狀態(tài)期間由于組件的不同的且與時(shí)間相關(guān)的熱的和機(jī)械的變形，描述旋轉(zhuǎn)的與靜態(tài)的組件之間的相對(duì)間距(圖I)的間隙Cb或Cv變化。實(shí)際的時(shí)間上的進(jìn)程取決于多個(gè)因素，如組件的體積、與熱的或冷的介質(zhì)的接觸和所使用的合金的熱特性。由于該在時(shí)間上不同的變形，根據(jù)圖2(a)，“熱的”間隙Cb(對(duì)于動(dòng)葉)或Cv(對(duì)于導(dǎo)葉)除了安全間隙Cs之外必須還包含瞬態(tài)的分量gt，min。在冷裝配的狀態(tài)(Chmin和 _)中定義間隙時(shí)必須一起考慮該瞬態(tài)的分量。圖2在子圖2(a)中顯示對(duì)于靜態(tài)的運(yùn)行階段(st)和瞬態(tài)的運(yùn)行階段(tr)在旋轉(zhuǎn)的與靜態(tài)的熱的部件之間的間隙在時(shí)間t上的變化的示例，其中，(如已經(jīng)提及的那樣)Cs表示安全間隙，ga是由于構(gòu)件的制造和裝配公差的公差帶，gt，min和gt，max表示在靜態(tài)的狀態(tài)中的間隙與最小的間隙之間的最小的和最大的差，ce，min和ce，max表示對(duì)于名義的(“熱的”)運(yùn)行條件的最小和最大間隙，而C0^min和表示在停止?fàn)顟B(tài)(“冷的”運(yùn)行條件)中相應(yīng)的最小和最大間隙(在此，符號(hào)β代表“b”即動(dòng)葉，或者“V”即導(dǎo)葉，見(jiàn)圖I)。圖2 (b)和(C)顯示了軸12的轉(zhuǎn)速Ω、工質(zhì)(熱氣)的溫度T和金屬溫度Tm在時(shí)間t上的可能的變化，其中，0 和Tn相應(yīng)地表示在機(jī)器中的名義轉(zhuǎn)速和名義熱氣溫度。金 屬溫度Tnm表示在機(jī)器的靜態(tài)運(yùn)行中軸和/或其它的機(jī)械組件的名義溫度。在此， Ωη和tTn是這樣的時(shí)刻，在該時(shí)刻達(dá)到靜態(tài)的值0 和τη。圖3顯示了穿過(guò)旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件(在該示例中動(dòng)葉14)的橫截面，在機(jī)器的停止?fàn)顟B(tài)中(圖3(a))和在名義的靜態(tài)的運(yùn)行條件下(圖3(b))，其以根部16固定在轉(zhuǎn)子(軸12)中的相應(yīng)的容納部中。在此，所顯示的根部16代表每個(gè)任意的根部幾何形狀，例如杉樹(shù)根部、燕尾根部或錘頭根部。其例如在轉(zhuǎn)子中利用指部18接合到在容納部中的相應(yīng)的側(cè)向的槽17中。離心力將根部16的指部18中的一個(gè)或多個(gè)帶到與轉(zhuǎn)子12相接觸(圖3(b))。在轉(zhuǎn)速較低時(shí)，彈性元件19阻止在轉(zhuǎn)速慢時(shí)根部16在容納部中嘎嘎作響。在名義轉(zhuǎn)速時(shí)且在達(dá)到機(jī)器的所有組件的熱平衡之后，達(dá)到根據(jù)圖I的間隙Cb或Cv。在此，符號(hào)ga又代表制造公差和裝配公差的公差帶并且在此在機(jī)器的停止?fàn)顟B(tài)中在指部18與轉(zhuǎn)子容納部之間示例形地示出。在機(jī)器開(kāi)動(dòng)時(shí)，葉片組(Beschaufelung)的熱膨脹典型地比罩殼部件或轉(zhuǎn)子軸的熱膨脹快速得相當(dāng)多，其由于其更大的質(zhì)量具有比葉片更高的熱慣性。這意味著，甚至在工質(zhì)已經(jīng)達(dá)到名義運(yùn)行溫度Tn(在圖2(c)中時(shí)刻tTn)之后，軸或其它結(jié)構(gòu)部件的加熱和由此熱膨脹持續(xù)。該情況導(dǎo)致出現(xiàn)所謂的“夾點(diǎn)”，也就是說(shuō)在加熱階段期間的一時(shí)刻，在該時(shí)刻徑向間隙達(dá)到其最小值(見(jiàn)圖2(a))。出于這一原因，對(duì)于名義的靜態(tài)的運(yùn)行條件，所得出的最小的間隙Cb，min(或Cv，min)必須包含安全間隙Cs以及對(duì)間隙的最小的瞬態(tài)份額gt，min。在設(shè)計(jì)機(jī)器時(shí)，其必須以分析的方式來(lái)確定并且取決于旋轉(zhuǎn)的和靜態(tài)的構(gòu)件的熱邊界條件、尺寸和材料特性。對(duì)間隙的瞬態(tài)份額gt，min和gt，max阻止葉片頂端在靜態(tài)的罩殼或靜態(tài)的熱保護(hù)罩處或在轉(zhuǎn)子或轉(zhuǎn)子熱保護(hù)罩處摩擦。在名義的靜態(tài)的運(yùn)行條件下，當(dāng)所有旋轉(zhuǎn)的和靜態(tài)的部件達(dá)到其最大的熱的和機(jī)械的變形時(shí)，對(duì)“夾點(diǎn)”間隙(gt)的瞬態(tài)份額是在“熱的”靜態(tài)的狀態(tài)cb，min (或Cv，min)中的間隙的主要部分。

發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)在本發(fā)明的目的是提供一種開(kāi)頭所提及的類型的渦輪機(jī)，在其中，對(duì)于不同的運(yùn)行狀態(tài)以簡(jiǎn)單的方式優(yōu)化在旋轉(zhuǎn)的與靜態(tài)的部件之間的間隙。該目的通過(guò)權(quán)利要求I的特征的整體來(lái)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明從以提高的運(yùn)行溫度工作的渦輪機(jī)出發(fā)，其帶有靜態(tài)的和旋轉(zhuǎn)的組件，在它們之間為了避免摩擦的接觸而設(shè)置有間隙，其在機(jī)器的停止?fàn)顟B(tài)中具有第一值而在機(jī)器的靜態(tài)的運(yùn)行中具有第二值，并且其在停止?fàn)顟B(tài)與靜態(tài)的運(yùn)行之間的瞬態(tài)運(yùn)行階段中由于不同組件的轉(zhuǎn)速和熱膨脹的不同的時(shí)間上的進(jìn)程而經(jīng)歷具有極限值的曲線。其特征在于，設(shè)置有帶有非線性的補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的補(bǔ)償器件用于消除或平衡在瞬態(tài)的運(yùn)行階段中的極限值。基于本申請(qǐng)的在機(jī)器的運(yùn)行上的過(guò)渡階段中在間隙中出現(xiàn)極限值的問(wèn)題通過(guò)由此來(lái)解決，即所設(shè)置的補(bǔ)償?shù)钠骷辉谶^(guò)渡的開(kāi)始或結(jié)束時(shí)具有其最大的偏移(Auslenkung)，而是在過(guò)渡區(qū)域本身中，即在間隙的極限值出現(xiàn)的那里。對(duì)此，在補(bǔ)償?shù)钠骷袘?yīng)用非線性的補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，其例如由兩個(gè)相反的運(yùn)動(dòng)疊加。根據(jù)本發(fā)明的渦輪機(jī)的設(shè)計(jì)方案特征在于，補(bǔ)償?shù)钠骷ㄗ哉{(diào)節(jié)裝置，其取決于外部的參數(shù)增大或減小間隙。尤其地，自調(diào)節(jié)裝置為了增大或減小間隙改變其形狀。 另一設(shè)計(jì)方案特征在于，自調(diào)節(jié)裝置具有預(yù)定的高度，并且自調(diào)節(jié)裝置為了增大或減小間隙改變其高度。本發(fā)明的另一設(shè)計(jì)方案特征在于，自調(diào)節(jié)裝置取決于其溫度增大或減小間隙。尤其地，自調(diào)節(jié)裝置在其溫度特性中具有滯后。根據(jù)另一設(shè)計(jì)方案，自調(diào)節(jié)裝置包含雙金屬。同樣可考慮的是，自調(diào)節(jié)裝置包含形狀記憶合金。本發(fā)明的又一設(shè)計(jì)方案特征在于，旋轉(zhuǎn)的組件是動(dòng)葉，并且待影響的間隙存在于動(dòng)葉的頂端與相對(duì)的靜態(tài)的罩殼之間。另一設(shè)計(jì)方案特征在于，靜態(tài)的組件是導(dǎo)葉，并且待影響的間隙存在于導(dǎo)葉的頂 端與相對(duì)的轉(zhuǎn)子之間。另一設(shè)計(jì)方案特征在于，動(dòng)葉相應(yīng)以葉根就座在轉(zhuǎn)子中的容納部中并且利用支撐件以抵抗作用的離心力的方式支撐在轉(zhuǎn)子處，并且自調(diào)節(jié)裝置布置在支撐件與轉(zhuǎn)子之間。另一設(shè)計(jì)方案特征在于，自調(diào)節(jié)裝置在徑向上溫度控制地在第一值與第二值之間改變其高度，并且這兩個(gè)值的差對(duì)應(yīng)于間隙的曲線的極限值。


接下來(lái)應(yīng)根據(jù)實(shí)施例結(jié)合附圖詳細(xì)闡述本發(fā)明。其中
圖I以非常簡(jiǎn)化的剖示圖顯示了在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的常見(jiàn)類型的渦輪機(jī)中在旋轉(zhuǎn)的與靜態(tài)的部件之間的機(jī)械間隙；
圖2以多個(gè)子圖顯示了在渦輪機(jī)經(jīng)過(guò)瞬態(tài)的起動(dòng)過(guò)程直至達(dá)到靜態(tài)的運(yùn)行狀態(tài)的情況下的間隙的時(shí)間相關(guān)性(圖2(a))以及轉(zhuǎn)速(圖2(b))的和熱氣溫度及金屬溫度(圖2(c))的所屬的時(shí)間相關(guān)性；
圖3以非常簡(jiǎn)化的剖示圖顯示了在停止?fàn)顟B(tài)(圖3(a))中和在名義的靜態(tài)的運(yùn)行條件(圖3(b))下旋轉(zhuǎn)的部件(動(dòng)葉)在轉(zhuǎn)子中的固定；
圖4以非常簡(jiǎn)化的剖示圖顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于在根據(jù)圖3的固定中控制間隙的自調(diào)節(jié)的系統(tǒng)；
圖5顯示了對(duì)根據(jù)本發(fā)明的自調(diào)節(jié)的系統(tǒng)的熱-機(jī)械的滯后的示例；圖6以非常簡(jiǎn)化的剖示圖顯示了在名義轉(zhuǎn)速時(shí)根據(jù)圖4的自調(diào)節(jié)的系統(tǒng)以及圖7顯示了在帶有根據(jù)圖4和6的自調(diào)節(jié)的系統(tǒng)的渦輪機(jī)中間隙的時(shí)間相關(guān)性。
附圖標(biāo)記清單
10渦輪機(jī)
11罩殼
12軸(轉(zhuǎn)子)
13軸線
14動(dòng)葉
15導(dǎo)葉
16根部(葉根)
17槽
18指部
19彈性元件
20自調(diào)節(jié)裝置 C間隙
Cb動(dòng)葉間隙
Cs安全間隙
Cv導(dǎo)葉間隙
C0,ο,max最大間隙(冷)
C0,_最小間隙(冷)
c0,max最大間隙(熱)
c0,max最小間隙(熱)
C0 (t)min用于最小間隙進(jìn)程的曲線
C0 (t)max用于最大間隙進(jìn)程的曲線
C0 (t)fflinred用于帶有自調(diào)節(jié)裝置的最小間隙進(jìn)程的曲線
ga公差帶
gt瞬態(tài)的間隙份額
gt,max最大差(瞬態(tài)的間隙份額)
gt,min最小差(瞬態(tài)的間隙份額)
Ω轉(zhuǎn)速
Ωη轉(zhuǎn)速(名義)
st靜態(tài)的運(yùn)行階段
tr瞬態(tài)的運(yùn)行階段
Tn熱氣溫度(名義)
Tmn金屬溫度(名義)
t時(shí)間
T溫度
ε膨脹
σ應(yīng)力E彈性模量。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及一種自調(diào)節(jié)裝置的應(yīng)用，其包括雙金屬元件和/或形狀記憶合金元件和/或由其它材料構(gòu)成的元件，該元件以彈性的、超彈性的或偽彈性的方式在其形狀的溫度、壓力或機(jī)械負(fù)載的極限值之上變化，其主動(dòng)地或被動(dòng)地被激活，并且其布置在渦輪機(jī)中，以便在運(yùn)行期間和在不同的運(yùn)行狀態(tài)下使間隙最小化。在此，自調(diào)節(jié)裝置可安置在渦輪的結(jié)構(gòu)單元(壓縮機(jī)葉片、定子或轉(zhuǎn)子熱保護(hù)罩、導(dǎo)葉支架或其它的旋轉(zhuǎn)的或靜態(tài)的構(gòu)件)中，其附建在轉(zhuǎn)子處或罩殼處。作為用于本發(fā)明的應(yīng)用的示例，接下來(lái)示例性地說(shuō)明動(dòng)葉在渦輪的轉(zhuǎn)子處的固定。圖4顯示了自調(diào)節(jié)裝置20，其布置在葉根16的指部18與轉(zhuǎn)子12中的所屬的槽17之間。自調(diào)節(jié)裝置20的變形特征可以為
a.通過(guò)外部的2路效應(yīng)引起，其通過(guò)作用的外部的力(例如離心力)來(lái)發(fā)動(dòng)并且/或
者
b.通過(guò)內(nèi)部的2路效應(yīng)引起，如對(duì)于形狀記憶合金，在其中不需要外部的力來(lái)激活系統(tǒng)的期望的變形。自調(diào)節(jié)裝置20的形狀在很大程度上可以是任意的并且通常取決于可供使用的空間。在形狀中決定性的是高度，如這在圖4中所示。在那里示出的示例中，在機(jī)器的停止?fàn)顟B(tài)的條件下，自調(diào)節(jié)裝置20的高度對(duì)應(yīng)于最小差gt，min(瞬態(tài)的間隙份額)，其將在未應(yīng)用自調(diào)節(jié)裝置20的情況下存在。在機(jī)器加速期間，作用到葉片上的離心力經(jīng)由指部18通過(guò)自調(diào)節(jié)裝置20被傳遞到在轉(zhuǎn)子12中的槽17上。該力隨著轉(zhuǎn)速增加而增大。自調(diào)節(jié)裝置20的彈性的特性在高度gt阻止裝置被壓平。其結(jié)果為，對(duì)于相同的葉片長(zhǎng)度，在葉片頂端處的間隙保持比不帶自調(diào)節(jié)裝置20的情況更大。然而可接受自調(diào)節(jié)裝置20由于機(jī)械負(fù)載的一定的展平。隨著從空轉(zhuǎn)至全負(fù)荷功率增加，機(jī)器中的溫度升高。關(guān)于轉(zhuǎn)速，該加熱過(guò)程需要明顯更多的時(shí)間(圖2(b)、(C))，并且機(jī)器的不同的部件在不同的時(shí)刻達(dá)到靜態(tài)的溫度Tn。在加熱時(shí)“最慢的”構(gòu)件典型地是轉(zhuǎn)子。隨著葉根16和轉(zhuǎn)子12的溫度升高，由于在接觸面處的熱傳導(dǎo)和通過(guò)圍繞葉根16的任何熱氣流動(dòng)的對(duì)流的熱傳遞，自調(diào)節(jié)裝置20的溫度也增加。自調(diào)節(jié)裝置20的材料這樣來(lái)調(diào)節(jié)(訓(xùn)練)，使得其機(jī)械性能作為其溫度T的函數(shù)與滯后特性一致地變化，如在圖5中所示。在停止?fàn)顟B(tài)和環(huán)境溫度下，自調(diào)節(jié)裝置20從其平的狀態(tài)中通過(guò)膨脹et(其中，et=ot/E)最大地變形，膨脹^對(duì)應(yīng)于瞬態(tài)的間隙份額gt (圖4)。隨著溫度T增加，自調(diào)節(jié)裝置2使其剛性與所訓(xùn)練的滯后一致地變化并且當(dāng)達(dá)到預(yù)定的溫度Tn時(shí)，根據(jù)圖6完全變平。在切斷機(jī)器期間，自調(diào)節(jié)裝置20的熱-機(jī)械的特性跟隨預(yù)編的滯后的上部的曲線(見(jiàn)圖5中的箭頭)。當(dāng)對(duì)于自調(diào)節(jié)裝置20給出修正的高度(gt)并且其被帶到需要的彈性的或超彈性的或偽彈性的特性和熱的滯后時(shí)(該特性與離心的負(fù)載和鄰近的構(gòu)件的加熱和冷卻相匹配)，可能使瞬態(tài)的“夾點(diǎn)”間隙的出現(xiàn)最小化或甚至完全避免。其結(jié)果是，在靜態(tài)的熱的狀態(tài)中在考慮最小的必需的安全間隙的情況下該間隙具有其盡可能小的最小值。在理想情況中，對(duì)于不帶自調(diào)節(jié)裝置20的情況可將葉片的長(zhǎng)度提高值gt，從而最小的得到的間隙Cf^min等于Cs (見(jiàn)圖2(a)和圖7)。圖7(與圖2(a)相比)顯示了在帶有裝入的自調(diào)整裝置20的動(dòng)葉的頂端處的間隙的時(shí)間上的變化(曲線a)。曲線示了該可能性，通過(guò)消除間隙gt，min其在冷裝配的狀態(tài)中和在熱的狀態(tài)中減小間隙。如果考慮到相同的原理也可應(yīng)用于定子熱保護(hù)罩相對(duì)于動(dòng)葉頂端的徑向的運(yùn)動(dòng)，機(jī)器的設(shè)計(jì)者具有大的自由度以便調(diào)整和控制在瞬態(tài)的和靜態(tài)的運(yùn)行狀態(tài)期間的間隙。此外如果考慮到也存在影響通過(guò)轉(zhuǎn)子的和圍繞轉(zhuǎn)子和定子部件的冷卻空氣流和漏氣流的可能性，也可能主動(dòng)地控制自調(diào)節(jié)裝置20的特性。在本公開(kāi)的范圍中考慮帶有可比的特性的不同的形狀記憶合金、雙金屬和/或其它材料。未詳細(xì)地討論其制造和其裝入構(gòu)件中，因?yàn)槠鋵?duì)于在形狀記憶合金和雙金屬領(lǐng)域 中的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是已知的。因此，在熱的葉根的區(qū)域中例如可考慮NiTi基的形狀記憶合金，當(dāng)在燃?xì)鉁u輪中帶有二級(jí)空氣的冷卻可供使用時(shí)，其允許的工作溫度達(dá)到200°C。三元的高溫NiTiX合金和其它的(其包含鉿Hf、鈀Pd和/或鉬Pt作為元素X)將工作溫度范圍擴(kuò)大至800°C并且更高。當(dāng)然，在本發(fā)明的范圍中也可應(yīng)用其它材料/合金，只要其具有期望的和需要的特性。
權(quán)利要求
1.一種渦輪機(jī)(10)，其以提高的運(yùn)行溫度工作，所述渦輪機(jī)(10)帶有靜態(tài)的和旋轉(zhuǎn)的組件(11，15或12，14)，在它們之間為了避免摩擦的接觸而設(shè)置有間隙(C)，其在所述機(jī)器的停止?fàn)顟B(tài)中具有第一值C0,o,fflax)而在所述機(jī)器的靜態(tài)運(yùn)行(st)中具有第二值(Ce，min; Ce，_)，并且所述間隙(C)在停止?fàn)顟B(tài)與靜態(tài)運(yùn)行(st)之間的瞬態(tài)運(yùn)行階段(tr)中由于不同組件的轉(zhuǎn)速和熱膨脹的不同的時(shí)間上的進(jìn)程而經(jīng)歷具有極限值(“夾點(diǎn)”；gt)的曲線，其特征在于，設(shè)置有帶有非線性的補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的補(bǔ)償?shù)钠骷?20)用于消除或平衡在所述瞬態(tài)運(yùn)行階段(tr)中的所述極限值。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的渦輪機(jī)，其特征在于，所述補(bǔ)償?shù)钠骷ㄗ哉{(diào)節(jié)裝置(20)，其取決于外部的參數(shù)增大或減小所述間隙(C)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦輪機(jī)，其特征在于，所述自調(diào)節(jié)裝置(20)為了增大或減小所述間隙(C)而改變其形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的渦輪機(jī)，其特征在于，所述自調(diào)節(jié)裝置(20)具有預(yù)定的高度，并且所述自調(diào)節(jié)裝置(20)為了增大或減小所述間隙(C)而改變其高度。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)，其特征在于，所述自調(diào)節(jié)裝置(20)取決于其溫度增大或減小所述間隙(C)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的渦輪機(jī)，其特征在于，所述自調(diào)節(jié)裝置(20)在其溫度特性上具有滯后。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的渦輪機(jī)，其特征在于，所述自調(diào)節(jié)裝置(20)包含雙金屬。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的渦輪機(jī)，其特征在于，所述自調(diào)節(jié)裝置(20)包含形狀記憶合金。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至8中任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)的組件是動(dòng)葉(14)，并且待影響的所述間隙(Cb)存在于所述動(dòng)葉(14)的頂端與相對(duì)的靜態(tài)的罩殼(11)之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求I至8中任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)，其特征在于，所述靜態(tài)的組件是導(dǎo)葉(15)，并且待影響的所述間隙(Cv)存在于所述導(dǎo)葉(15)的頂端與相對(duì)的轉(zhuǎn)子(12)之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的渦輪機(jī)，其特征在于，所述動(dòng)葉(14)相應(yīng)以葉根(16)就座于所述轉(zhuǎn)子(12)中的容納部中并且利用支撐件(18)以抵抗作用的離心力的方式支撐在所述轉(zhuǎn)子(17)處，并且所述自調(diào)節(jié)裝置(20)布置在所述支撐件(18)與所述轉(zhuǎn)子(12，17)之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的渦輪機(jī)，其特征在于，所述自調(diào)節(jié)裝置(20)在徑向上溫度控制地在第一值與第二值之間改變其高度，并且這兩個(gè)值的差對(duì)應(yīng)于所述間隙(C)的曲線的極限值(gt)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種渦輪機(jī)，其以提高的運(yùn)行溫度工作，其帶有靜態(tài)的和旋轉(zhuǎn)的組件(12,16)，在它們之間為了避免摩擦的接觸而設(shè)置有間隙，其在機(jī)器的停止?fàn)顟B(tài)中具有第一值而在機(jī)器的靜態(tài)運(yùn)行中具有第二值，并且其在停止?fàn)顟B(tài)與靜態(tài)運(yùn)行之間的瞬態(tài)運(yùn)行階段中由于不同組件的轉(zhuǎn)速和熱膨脹的不同的時(shí)間上的進(jìn)程而經(jīng)歷具有極限值的曲線。提高的效率由此來(lái)實(shí)現(xiàn)，即設(shè)置有帶有非線性的補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的補(bǔ)償?shù)钠骷?20)用于消除或平衡在瞬態(tài)運(yùn)行階段中的極限值。
文檔編號(hào)F01D11/18GK102797513SQ201210163558
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月24日
發(fā)明者J.L.施韋多維奇, A.莫扎羅夫, S.伊爾米施 申請(qǐng)人:阿爾斯通技術(shù)有限公司