渦輪機(jī)，其制造方法，和發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】根據(jù)實(shí)施例的渦輪機(jī)包括：目標(biāo)形成構(gòu)件；正對(duì)構(gòu)件；和密封部。目標(biāo)形成構(gòu)件是靜止部分和轉(zhuǎn)動(dòng)部分中的一個(gè)。正對(duì)構(gòu)件是靜止部分和轉(zhuǎn)動(dòng)部分中的另一個(gè)。所述目標(biāo)形成構(gòu)件上的密封部被結(jié)構(gòu)用于減少所述目標(biāo)形成構(gòu)件和所述正對(duì)構(gòu)件之間的燃燒氣體泄漏。所述密封部包括陶瓷層。所述陶瓷層具有比所述目標(biāo)形成構(gòu)件的導(dǎo)熱率低的導(dǎo)熱率，并且在其表面上具有凹凸形狀。所述陶瓷層不與所述正對(duì)構(gòu)件接觸，或具有比所述正對(duì)構(gòu)件的硬度高的硬度，使得在所述正對(duì)構(gòu)件和所述陶瓷層相互接觸時(shí)所述正對(duì)構(gòu)件優(yōu)先被磨損。
【專利說明】渦輪機(jī)，其制造方法，和發(fā)電系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]這里描述的實(shí)施例總體涉及渦輪機(jī)，其制造方法，以及發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在應(yīng)用于發(fā)電系統(tǒng)的渦輪機(jī)中，密封部被提供于靜止部分和轉(zhuǎn)動(dòng)部分之間的縫隙中，以減少工作流體從靜止部分和轉(zhuǎn)動(dòng)部分之間的縫隙泄漏，并且用于提高性能。傳統(tǒng)地，由金屬材料制成的金屬密封件被用作密封部。此外，由陶瓷材料制成的陶瓷密封件被用作高溫密封部。從使靜止部分和轉(zhuǎn)動(dòng)部分之間的間隙很小并且抑制靜止部分或轉(zhuǎn)動(dòng)部分的破壞的角度來說，陶瓷密封件，具有在靜止部分和轉(zhuǎn)動(dòng)部分之間有意進(jìn)行磨損的可磨蝕性功能的密封件已知了。多孔并且具有很高氣孔率的密封件被已認(rèn)為是具有可磨蝕性功能的陶瓷密封件。
[0003]此外，通過加工在轉(zhuǎn)子葉片的端部和與其面對(duì)的護(hù)罩部段之間的或在靜葉片隔板(內(nèi)環(huán))和與其面對(duì)的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子之間的正對(duì)部件的一側(cè)或兩側(cè)，形成為凹凸形狀的迷宮式密封部被提供，用于減少上述正對(duì)部件之間的工作流體的泄漏并且提供運(yùn)轉(zhuǎn)效率。
[0004]近年來，從發(fā)電效率的角度來看，提高了對(duì)制造高溫高壓渦輪機(jī)的需要。作為被制造為高溫高壓的渦輪機(jī)，對(duì)CO2渦輪機(jī)的使用進(jìn)行了研究。在CO2渦輪機(jī)中，其中燃料例如天然氣，氧氣，和CO2被混合并燃燒的燃燒氣體被供給，并且轉(zhuǎn)動(dòng)部分被轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)使用超臨界CO2作為介質(zhì)，用于發(fā)電。在CO2渦輪機(jī)中，可以收集燃燒產(chǎn)生的CO2，并且因此，從全球環(huán)境保護(hù)的角度已經(jīng)聚焦于此，因?yàn)榭梢杂行У乩肅O2，此外不排出N0X。
[0005]然而，與傳統(tǒng)的渦輪機(jī)相比，在CO2渦輪機(jī)中，部件很容易變成高溫，因?yàn)槿紵龤怏w變成高溫高壓，并且燃燒氣體的熱傳遞很大。因此，存在通過傳統(tǒng)的金屬密封件不能達(dá)到預(yù)期密封效果的可能性。也就是，存在燃燒氣體泄漏的可能性，并且保持轉(zhuǎn)動(dòng)部分的上游側(cè)和下游側(cè)之間的壓差變得不可能。
[0006]此外，陶瓷密封件，尤其是具有可磨蝕性功能的陶瓷密封件也已知。一般而言，其被應(yīng)用于不要求強(qiáng)度的部件，而正對(duì)部件通過加工金屬材料而形成具有鋒利尖端的葉片。因而，具有平坦表面、多孔并且具有高氣孔率的涂層膜被用于傳統(tǒng)的陶瓷密封件。另一方面，與常規(guī)渦輪機(jī)相比，在CO2渦輪機(jī)中，其中燃燒氣體變成高溫高壓并且燃燒氣體的熱傳遞很大，必須使陶瓷還正對(duì)著凹凸部，并且強(qiáng)度低的傳統(tǒng)陶瓷密封件不必然是適合的。
[0007]此外，當(dāng)提供迷宮式密封部時(shí)，迷宮式密封部的翅片的溫度也變高，這成為厚度減小式破壞的原因。當(dāng)厚度減小式破壞的程度變大時(shí)，因?yàn)楣ぷ髁黧w的泄漏增加所以渦輪機(jī)的性能降低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是示意出根據(jù)第一實(shí)施例的渦輪機(jī)的局部斷面圖。
[0009]圖2是示意出第一結(jié)構(gòu)示例的密封部的斷面圖。
[0010]圖3是示意出第一結(jié)構(gòu)示例的密封部的改型示例的斷面圖。[0011]圖4是示意出第一結(jié)構(gòu)示例的密封部的另一改型示例的斷面圖。
[0012]圖5是示意出第二結(jié)構(gòu)示例的密封部的斷面圖。
[0013]圖6是示意出第二結(jié)構(gòu)示例的密封部的改型示例的斷面圖。
[0014]圖7是示意出通過熱噴涂法形成密封部的形成方法的示例的視圖。
[0015]圖8是示意出通過電子束蒸發(fā)法形成密封部的形成方法的示例的視圖。
[0016]圖9是示意出根據(jù)實(shí)施例的發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖10是示意出根據(jù)第二實(shí)施例的渦輪機(jī)的局部示意斷面圖。
[0018]圖11是示意出第一結(jié)構(gòu)示例的迷宮式密封部的斷面圖。
[0019]圖12是示意出第二結(jié)構(gòu)示例的迷宮式密封部的斷面圖。
[0020]圖13是示意出第三結(jié)構(gòu)示例的迷宮式密封部的斷面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021 ] 下面將參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。
[0022]在一個(gè)實(shí)施例中，渦輪機(jī)包括:目標(biāo)形成構(gòu)件；正對(duì)構(gòu)件；和密封部。目標(biāo)形成構(gòu)件是靜止部分和轉(zhuǎn)動(dòng)部分中的一個(gè)。正對(duì)構(gòu)件是靜止部分和轉(zhuǎn)動(dòng)部分中的另一個(gè)。目標(biāo)形成構(gòu)件上的密封部被構(gòu)造成用于減少目標(biāo)形成構(gòu)件和正對(duì)構(gòu)件之間的燃燒氣體泄漏。密封部包括陶瓷層。陶瓷層具有比目標(biāo)形成構(gòu)件的導(dǎo)熱率低的導(dǎo)熱率并且在其表面上具有凹凸形狀。陶瓷層不與正對(duì)構(gòu)件接觸，或其硬度比正對(duì)構(gòu)件的硬度高，使得在正對(duì)構(gòu)件和陶瓷層相互接觸時(shí)正對(duì)構(gòu)件優(yōu)先磨損。
[0023]在另一實(shí)施例中，渦輪機(jī)包括:靜止部分；轉(zhuǎn)動(dòng)部分；和迷宮式密封部。迷宮式密封部被構(gòu)造成用于減少靜止部分和轉(zhuǎn)動(dòng)部分之間的燃燒氣體泄漏。迷宮式密封部包括由陶瓷材料制成的構(gòu)件。該構(gòu)件具有設(shè)置在靜止部分上的第一部分，和以翅片的形式朝向轉(zhuǎn)動(dòng)部分伸出的第二部分。
[0024](根據(jù)第一實(shí)施例的渦輪機(jī))
[0025]圖1是示意出具有密封部的渦輪機(jī)的實(shí)施例的局部子午橫斷面圖。
[0026]渦輪機(jī)10是CO2渦輪機(jī)，例如。CO2渦輪機(jī)通過利用燃燒其中混合有CO2的燃料產(chǎn)生的燃燒氣體而使轉(zhuǎn)動(dòng)部分旋轉(zhuǎn)。渦輪機(jī)10包括位于外殼11內(nèi)的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子14。渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子14在軸向方向上具有多個(gè)轉(zhuǎn)子盤12。請(qǐng)注意渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子14穿過多個(gè)轉(zhuǎn)子盤12。復(fù)數(shù)個(gè)動(dòng)葉片13被植入每個(gè)轉(zhuǎn)子盤12的外圍。靜葉片(噴嘴)15設(shè)置在動(dòng)葉片13的前面，并且一個(gè)渦輪機(jī)級(jí)由靜葉片15和動(dòng)葉片13構(gòu)成。此外，靜葉片15通過護(hù)罩部段16，保持環(huán)17，和支撐環(huán)18而被外殼11支撐。從燃燒氣體流動(dòng)方向的上游側(cè)朝向下游側(cè)(圖1中的箭頭方向)，這樣的渦輪機(jī)級(jí)被稱為第一級(jí)，第二級(jí)，和第三級(jí)。
[0027]請(qǐng)注意外殼11，靜葉片15，護(hù)罩部段16，保持環(huán)17，和支撐環(huán)18對(duì)應(yīng)于靜止部分。此外，轉(zhuǎn)子盤12，動(dòng)葉片13，和渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子14對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)動(dòng)部分。
[0028]在渦輪機(jī)10中，燃料例如天然氣，氧氣，和CO2被在未示出的燃燒器中以混合狀態(tài)燃燒而產(chǎn)生燃燒氣體。燃燒氣體被引入到包括多個(gè)渦輪機(jī)級(jí)的渦輪機(jī)部分內(nèi)，所述多個(gè)渦輪機(jī)級(jí)分別由靜葉片15和動(dòng)葉片13通過未示出的過渡件構(gòu)成。引入到渦輪機(jī)部分內(nèi)的燃燒氣體在渦輪機(jī)部分內(nèi)膨脹而在植入動(dòng)葉片13的地方轉(zhuǎn)動(dòng)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子14。發(fā)電機(jī)等利用渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子14的轉(zhuǎn)動(dòng)而被回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，以進(jìn)行發(fā)電。[0029]密封部21設(shè)置在渦輪機(jī)10中，用于減少燃燒氣體從靜止部分和轉(zhuǎn)動(dòng)部分之間的正對(duì)部分的間隙泄漏出。密封部21至少設(shè)置在選自靜止部分和轉(zhuǎn)動(dòng)部分中的一個(gè)構(gòu)件(目標(biāo)形成構(gòu)件)上，特別是設(shè)置在與另一構(gòu)件(正對(duì)構(gòu)件)的正對(duì)部分上。此外，密封部21具有用于面對(duì)著目標(biāo)形成構(gòu)件的另一構(gòu)件(正對(duì)構(gòu)件)的適當(dāng)間隙。密封部21不具有所謂的通過接觸構(gòu)件自身被磨損而將間隙調(diào)整到最小的可磨蝕性(abradabiIity)功能。請(qǐng)注意可磨蝕性功能可提供在正對(duì)構(gòu)件上，使得在接觸期間正對(duì)構(gòu)件優(yōu)先被磨損，從而抑制對(duì)密封部21的破壞。密封部21可以是迷宮式密封部。
[0030]例如，構(gòu)成如圖1所示的轉(zhuǎn)動(dòng)部分的動(dòng)葉片13可被列為設(shè)置有密封部21的目標(biāo)形成構(gòu)件。在這種情況下，密封部21設(shè)置在動(dòng)葉片13的徑向方向上的外端部。此外，密封部21被提供有相對(duì)于正對(duì)構(gòu)件，也就是，護(hù)罩部段16，的間隙。請(qǐng)注意密封部21可以至少設(shè)置在多個(gè)級(jí)的一部分上，并且它不必須設(shè)置在所有級(jí)上。
[0031]設(shè)置有密封部21的目標(biāo)形成構(gòu)件可以是構(gòu)成靜止部分的構(gòu)件。例如，其可以是面對(duì)著動(dòng)葉片13的徑向方向上的外端部的護(hù)罩部段16。在這種情況下，密封部21被形成在護(hù)罩部段16的內(nèi)表面,也就是,形成在與動(dòng)葉片13的徑向方向上的外端部正對(duì)的正對(duì)表面上。在這種情況下，密封部21具有相對(duì)于正對(duì)構(gòu)件，也就是，動(dòng)葉片13，的適當(dāng)間隙。
[0032]密封部21可以設(shè)置在動(dòng)葉片13或護(hù)罩部段16任一個(gè)上。在動(dòng)葉片13上設(shè)置密封部21是經(jīng)濟(jì)的，因?yàn)榭梢酝ㄟ^在動(dòng)葉片13上提供密封部21而減少零件數(shù)目，并且可以同時(shí)為動(dòng)葉片13提供絕熱涂層。此外，在設(shè)置在動(dòng)葉片13上的情況下，其很容易從渦輪機(jī)10或從渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子14脫開，從而維修和重新生成很容易。
[0033](密封部的第一結(jié)構(gòu)示例)
[0034]圖2是示意出密封部21的第一結(jié)構(gòu)示例的斷面圖。請(qǐng)注意在圖2中，設(shè)置有密封部21的目標(biāo)形成構(gòu)件20被共同示出了。這里，動(dòng)葉片13和護(hù)罩部段16可以如上所述地被列為目標(biāo)形成構(gòu)件20。
[0035]第一結(jié)構(gòu)示例的密封部21在目標(biāo)形成構(gòu)件20的基本上平坦的表面上至少被提供有陶瓷層211。陶瓷層211的導(dǎo)熱率低于目標(biāo)形成構(gòu)件20的導(dǎo)熱率，并且陶瓷層211在其表面上具有凹凸形狀。該目標(biāo)形成構(gòu)件20的表面基本上是平坦的，并且因此，通常陶瓷層211的后表面?zhèn)仁瞧教沟?，并且前表面?zhèn)鹊囊徊糠直蝗コ?，以形成密封?1上的凹凸形狀。
[0036]因此，密封部21具有導(dǎo)熱率低于目標(biāo)形成構(gòu)件20的導(dǎo)熱率并且在其表面上具有凹凸形狀的陶瓷層211。因此，可以保持可靠性，即使它被應(yīng)用于燃燒氣體是高溫高壓并且熱傳遞較大的情況下，例如CO2渦輪機(jī)。因此，可以通過抑制燃燒氣體的泄漏而保持上游側(cè)和下游側(cè)之間的壓差，并且可以提高CO2渦輪機(jī)的性能。
[0037]具體地，由于具有適當(dāng)間隙，所以陶瓷層211被提供成不與正對(duì)構(gòu)件接觸，或正對(duì)構(gòu)件的表面被設(shè)置有小于陶瓷層211硬度的硬度，使其具有可磨蝕性功能。因此，可以抑制對(duì)正對(duì)構(gòu)件的損壞，即使陶瓷層211自身沒有可磨蝕性功能，并且不必須使其像具有可磨蝕性功能的裝置一樣氣孔率很高。此外，凹凸形狀被預(yù)先提供，并且因此，可以有效地抑制燃燒氣體的泄漏，以及通過保持上游側(cè)和下游側(cè)之間的壓差來提高CO2渦輪機(jī)的性能。
[0038]在凹凸形狀中，例如，凹部設(shè)置成狹槽的情況。凹部形成在陶瓷層211厚度方向的一部分上，例如，如圖2所示。凹部可被形成為在陶瓷層211的厚度方向上穿透，雖然沒有示出這種情況。凹部和凸部的橫斷面形狀是四邊形形狀，例如方形形狀，例如，如圖所示。其橫斷面形狀可以是三角形形狀，梯形形狀等，雖然沒有示意這些情況。其橫斷面形狀不必須進(jìn)行限制。
[0039]陶瓷層211在室溫下的導(dǎo)熱率優(yōu)選是5W/U/K)或以下，因?yàn)闃?gòu)成目標(biāo)形成構(gòu)件20的一般鎳基超合金在室溫下的導(dǎo)熱率是low/ (m/k)或以下。氧化物陶瓷優(yōu)選作為陶瓷層211的構(gòu)成材料，并且例如，氧化鋯(ZrO2)，二氧化鉿(HfO2)，氧化鈰(CeO2)，氧化鏑(Dy2O3)，氧化禮(Gd2O3),氧化乾(Y2O3),燒綠石型錯(cuò)酸鹽(X2Zr2O7:其中X指La, Ce, Gd, Eu, Er, Pr, Nd,Dy，或Yb)，可以引用。請(qǐng)注意陶瓷層211的構(gòu)成材料不必須限制于上述構(gòu)成材料，并且它可以是氮化硅，硅鋁氧氮聚合材料，氮化鈦，氮化鋁等。
[0040]優(yōu)選陶瓷層211的氣孔率是10%或以下。此外，陶瓷層211的洛氏表面硬度(硬度計(jì)(scale) 15-Y)優(yōu)選超過80，并且更優(yōu)選超過100。通過如上所述地設(shè)置氣孔率和硬度，可以進(jìn)一步提聞密封部21的可罪性并且提聞CO2潤(rùn)輪機(jī)的性能。
[0041]可以根據(jù)渦輪機(jī)10的結(jié)構(gòu)，密封部21的位置，陶瓷層211的構(gòu)成材料等適當(dāng)?shù)馗淖兲沾蓪?11上凸部的寬度W，凸部的高度hj對(duì)應(yīng)于陶瓷層211的厚度)，和凸部的節(jié)距P。
[0042]凸部的寬度w優(yōu)選是0.5mm至5mm。當(dāng)凸部的寬度w小于0.5mm時(shí)，凸部的強(qiáng)度變得不足并且存在發(fā)生破壞的可能性。當(dāng)其超過5mm時(shí)，在該構(gòu)件上能夠形成的凸部的數(shù)目變得不足，從而會(huì)降低密封性能。
[0043]凸部的高度Ii1優(yōu)選是0.5mm至5mm。當(dāng)凸部的高度Ii1小于0.5mm時(shí),流體的壓降變得很小，從而發(fā)生密封性能低下。當(dāng)其超過5_時(shí)，凸部的強(qiáng)度變得不足并且發(fā)生破壞的可能性變高。
[0044]凸部的節(jié)距P優(yōu)選是2mm至10mm。當(dāng)凸部的節(jié)距p小于2mm時(shí),燃燒氣體的停滯部分(stagnant part)變小，從而發(fā)生密封性能低下。當(dāng)其超過IOmm時(shí)，凸部的數(shù)目變得不足，從而會(huì)降低密封性能。
[0045]凹部的深度h2優(yōu)選是Ii1至匕-。.5mm。當(dāng)凹部的深度h2大于Ii1時(shí)，存在在對(duì)凹部進(jìn)行加工處理時(shí)基體金屬暴露出來的可能性。在這種情況下，金屬被直接暴露于高溫燃燒氣體中，并且因此，在使用期間存在很高的發(fā)生性能低下的可能性。當(dāng)它小于Ii1-0.5mm時(shí)，膜厚變得太厚，在使用期間由于熱應(yīng)力發(fā)生破壞的可能性變高。
[0046]圖3是示意出第一結(jié)構(gòu)示例的密封部21的改型示例的斷面圖。密封部21可以是其中金屬層212和陶瓷層211以此順序堆疊在目標(biāo)形成構(gòu)件20上而形成的密封部。金屬層212被提供，因此例如，可以提高目標(biāo)形成構(gòu)件20在高溫下的抗腐蝕性和抗氧化性，而且陶瓷層211的形成變得容易。優(yōu)選使用由其中鉻或鋁的濃度高于目標(biāo)形成構(gòu)件20的金屬材料制成的金屬層212，以及使用由在高溫下抗腐蝕性和抗氧化性極好的M-Cr-Al-Y合金(M指選自Ni，Co，
[0047]和Fe中的至少一種元素)材料制成制成的金屬層。當(dāng)提供金屬層212時(shí)，優(yōu)選其為0.0lmm或以上，更優(yōu)選0.05mm或以上，并且一般,近似0.1mm是足夠的。
[0048]圖4是示意出第一結(jié)構(gòu)示例的密封部21的另一改型示例的斷面圖。陶瓷211可由例如多個(gè)層構(gòu)成，例如從目標(biāo)形成構(gòu)件20 —側(cè)開始按順序?yàn)榈谝惶沾蓪?11a和第二陶瓷層211b。在具有多個(gè)層的情況下，每一層的厚度優(yōu)選是至少0.05mm或以上，并且更優(yōu)選0.1mm或以上。
[0049]請(qǐng)注意在具有多個(gè)層的情況下，凹凸形狀可以只形成在最上層，并且凹凸形狀可被形成為到達(dá)其下層。此外，對(duì)于多個(gè)層來說，上述凸部的寬度W，凸部的高度hi，和凸部的節(jié)距P可以與單一層的情況類似設(shè)置。
[0050]在具有多個(gè)層的情況下，優(yōu)選每一層的氣孔率從目標(biāo)形成構(gòu)件20 —側(cè)的最下層朝向表面?zhèn)鹊淖钌蠈又饾u降低，并且最上層的氣孔率優(yōu)選是12%或以下。最上層的氣孔率被降低，并且因此，可以提高密封部21的可靠性并且提高CO2渦輪機(jī)10的性能。此外，最上層的氣孔率設(shè)置為8%或以下，可以進(jìn)一步提高密封部21的可靠性并且提高渦輪機(jī)10的性能。
[0051](密封部的第二結(jié)構(gòu)示例)
[0052]圖5是示意出密封部21的第二結(jié)構(gòu)示例的斷面圖。目標(biāo)形成構(gòu)件20可以在其表面上具有由目標(biāo)形成構(gòu)件20的構(gòu)成材料制成的凸部201。也就是，密封部21可以是通過利用在目標(biāo)形成構(gòu)件20的表面上的凸部201而具有凹凸形狀。
[0053]如圖中所示的三角形形狀可以認(rèn)為是凸部201的橫斷面形狀的代表形狀，但它也可以是四邊形形狀例如方形形狀，梯形形狀，或類似。當(dāng)提供凸部201時(shí)，實(shí)質(zhì)上可以提供與第一結(jié)構(gòu)示例的密封部21相同的陶瓷層211，并且如果必要可以提供金屬層212。
[0054]對(duì)于第二結(jié)構(gòu)示例的密封部21來說，可以根據(jù)渦輪機(jī)10的配置，密封部21的位置，密封部21的構(gòu)成材料等，適當(dāng)?shù)馗淖兺共康膶挾萕，凸部的高度h，和陶瓷層211的凸部的節(jié)距P，但例如，優(yōu)選具有如下所述的范圍。請(qǐng)注意當(dāng)陶瓷層211的凸部的橫斷面形狀是三角形時(shí)，凸部的寬度w是凸部根部的寬度，凸部的高度h是從陶瓷層211的后表面部分(平坦部分)到凸部的尖端的高度，并且凸部的節(jié)距P是相鄰?fù)共康母恐g的長(zhǎng)度。
[0055]凸部的寬度w優(yōu)選是0.5mm至5mm。當(dāng)凸部的寬度w小于0.5mm時(shí)，凸部的強(qiáng)度變得不足并且存在發(fā)生破壞的可能性。當(dāng)其超過5mm時(shí)，在該構(gòu)件上能夠形成的凸部的數(shù)目變得不足，從而會(huì)降低密封性能。
[0056]凸部的高度h優(yōu)選是0.5mm至5mm。當(dāng)凸部的高度h小于0.5mm時(shí),流體的壓降變得很小，從而發(fā)生密封性能低下。當(dāng)其超過5_時(shí)，凸部的強(qiáng)度變得不足并且發(fā)生破壞的可能性變高。
[0057]凸部的節(jié)距P優(yōu)選是2mm至10mm。當(dāng)凸部的節(jié)距p小于2mm時(shí)，因?yàn)槿紵龤怏w的停滯部分變小，從而發(fā)生密封性能低下。當(dāng)其超過IOmm時(shí)，凸部的數(shù)目變得不足，從而會(huì)降低密封性能
[0058]請(qǐng)注意陶瓷層211的厚度優(yōu)選是0.05mm至0.2mm。當(dāng)陶瓷層211的厚度小于0.05_時(shí)，存在表面層的強(qiáng)度變得不足的可能性。當(dāng)其超過0.2_時(shí)，擔(dān)心可能發(fā)生由于陶瓷層211產(chǎn)生的熱應(yīng)力而發(fā)生剝離的可能。
[0059]圖6是示意出第二結(jié)構(gòu)示例的密封部21的改型示例的斷面圖。
[0060]目標(biāo)形成構(gòu)件20的凸部201可由與目標(biāo)形成構(gòu)件20的構(gòu)成材料不同的材料構(gòu)成。在這種情況下，優(yōu)選凸部201由熔點(diǎn)高于目標(biāo)形成構(gòu)件20的熔點(diǎn)的高熔點(diǎn)材料制成。凸部201從目標(biāo)形成構(gòu)件20的表面突出，并且因此，與平坦部分相比，很容易受燃燒氣體的高溫影響。凸部201的構(gòu)成材料被設(shè)置為熔點(diǎn)高于目標(biāo)形成構(gòu)件20的熔點(diǎn)的高熔點(diǎn)材料，并且因此，可以抑制由于高溫造成的凸部201可靠性低下。
[0061]作為構(gòu)成凸部201的高熔點(diǎn)材料，例如，優(yōu)選使用W，Nb，Ta，Mo，或這些的合金。請(qǐng)注意，一般，高熔點(diǎn)材料的抗腐蝕性和抗氧化性不必須很好，并且因此，優(yōu)選提供由其中鉻或鋁的濃度高于目標(biāo)形成構(gòu)件20的金屬材料制成的金屬層212，例如，由M-Cr-Al-Y合金制成。當(dāng)提供金屬層212時(shí),優(yōu)選0.0lmm或以上,更優(yōu)選0.05mm,并且一般,近似0.1mm足夠。
[0062](密封部的形成方法)
[0063]下文中，描述密封部21的形成方法。
[0064]首先，描述第一結(jié)構(gòu)示例的密封部21的形成方法。請(qǐng)注意在下面，圖4中示出的密封部21被舉例描述。
[0065]金屬層212能夠，通過熱噴涂法、電子束蒸發(fā)法等，在目標(biāo)形成構(gòu)件20的表面上以均勻的涂層膜狀態(tài)沉積M-Cr-Al-Y合金等的金屬層構(gòu)成材料的粒子，簇，或分子而形成。
[0066]陶瓷層211可以如下所述地形成。首先，將要成為第一陶瓷層211a的陶瓷材料的粒子，簇，分子，或類似物被通過熱噴涂法，電子束蒸發(fā)法等以均勻的涂層膜狀態(tài)沉積在金屬層212上。然后，將要成為第二陶瓷層211b的陶瓷材料的粒子，簇，分子，或類似物被通過熱噴涂法，電子束蒸發(fā)法等以均勻的涂層膜狀態(tài)沉積。之后，第二陶瓷層211b的一部分被去除以形成凹凸?fàn)顟B(tài)。
[0067]可以應(yīng)用公眾已知的方法來進(jìn)行去除操作，例如，其可以通過溝槽磨削法，純水射流法，磨料水射流法，激光法等來進(jìn)行。通過磨石等進(jìn)行去除的方法可以稱為溝槽磨削法。在純水射流法中，用噴流進(jìn)行去除。磨料水射流法是用噴流加速磨料微粒以主要利用這些磨料微粒進(jìn)行去除的方法。
[0068]陶瓷層211，也就是第一陶瓷層211a和第二陶瓷層211b，的導(dǎo)熱率可以通過適當(dāng)?shù)剡x擇用于熱噴涂法，電子束蒸發(fā)法等的陶瓷材料的類型，并且通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)整氣孔率而進(jìn)行調(diào)節(jié)。氣孔率可以通過如下進(jìn)行調(diào)節(jié):例如，適當(dāng)?shù)剡x擇形成方法的類型，例如熱噴涂法，電子束蒸發(fā)法，以及例如，在熱噴涂方法中適當(dāng)?shù)剡x擇熱噴涂溫度，熱噴涂速度，用于熱噴涂的粉末顆粒大小等。此外，其厚度可以通過調(diào)整熱噴涂法，電子束蒸發(fā)法等的形成時(shí)間而設(shè)定。
[0069]下面，描述第二結(jié)構(gòu)示例的密封部21的形成方法。
[0070]如圖5所示的目標(biāo)形成構(gòu)件20，也就是，其中凸部201由目標(biāo)形成構(gòu)件20的構(gòu)成材料制成的目標(biāo)形成構(gòu)件20，可以被制造成使得除凸部201之外的部分通過應(yīng)用對(duì)于表面是平坦的目標(biāo)形成構(gòu)件20來說公眾已知的方法去除，例如，溝槽磨削法，純水射流法，磨料水射流法，激光法，以留下凸部201。另一方面，如圖6所示的目標(biāo)形成構(gòu)件20，也就是，其中凸部201由與目標(biāo)形成構(gòu)件20的構(gòu)成材料不同的材料制成的目標(biāo)形成構(gòu)件20，可以通過，對(duì)于表面是平坦的目標(biāo)形成構(gòu)件20來說，利用堆焊方法，激光熔覆方法，摩擦攪拌焊方法，冷噴涂方法，熱噴涂法，粉末等離子堆焊方法等形成凸部201來獲得。
[0071]此外，陶瓷層211，金屬層212可以通過利用熱噴涂法，電子束蒸發(fā)法等輸入和沉積每個(gè)層的構(gòu)成材料,例如用于形成有凸部201的目標(biāo)形成構(gòu)件20的陶瓷材料，M-Cr-Al-Y合金，的粒子，簇或分子而形成。請(qǐng)注意當(dāng)在目標(biāo)形成構(gòu)件20上形成凸部201時(shí)，在凸部201的表面上均勻地形成陶瓷層211和金屬層212很不容易，因?yàn)橥共?01的表面傾斜等原因。因此，優(yōu)選根據(jù)本形成方法進(jìn)行如下所述地形成操作。
[0072]在使用熱噴涂法時(shí)，例如，優(yōu)選進(jìn)行熱噴涂，對(duì)于形成有凸部201的目標(biāo)形成構(gòu)件20來說，使得熱噴涂槍41的熱噴涂火焰42的方向變成相對(duì)于目標(biāo)形成構(gòu)件20該表面的正交方向傾斜角度Θ的方向，如圖7所示。例如，角度Θ優(yōu)選使熱噴涂火焰42的方向垂直于凸部201的表面的尺寸，但不必須限制于此，只要在凸部201的表面上可以均勻地形成陶瓷層211和金屬層212即可。
[0073]在熱噴涂法中，除上述外，優(yōu)選在箭頭所指的左右移動(dòng)方向43上移動(dòng)目標(biāo)形成構(gòu)件20。此外，根據(jù)需要，更可取的是從相反方向類似地進(jìn)行熱噴涂。因此，不但在目標(biāo)形成構(gòu)件20的表面上而且在凸部201的表面上，可以使陶瓷層211和金屬層212均勻地形成為合適的厚度。
[0074]在使用電子束蒸發(fā)法時(shí)，例如，蒸發(fā)物塊51被設(shè)置成面對(duì)著形成凸部201的目標(biāo)形成構(gòu)件20，如圖8中所示，以通過向蒸發(fā)物塊51輻射電子束52而進(jìn)行蒸發(fā)。這時(shí)，較好地是使定心在樞軸53上的目標(biāo)形成構(gòu)件20在如箭頭所示的順時(shí)針和逆時(shí)針的旋轉(zhuǎn)方向54上交替轉(zhuǎn)動(dòng)某一角度。此外，較好地是在箭頭所指的左右移動(dòng)方向55上水平移動(dòng)目標(biāo)形成構(gòu)件20的同時(shí)進(jìn)行。
[0075]—般而言，在使用電子束蒸發(fā)法時(shí)，蒸發(fā)材料被發(fā)射而定心在蒸發(fā)物塊51的福射電子束52的那部分上，并且存在不可能使陶瓷層211和金屬層212在凸部201的表面上均勻地形成合適的厚度的可能性。定心在樞軸53上，目標(biāo)形成構(gòu)件20被轉(zhuǎn)動(dòng)，并且在水平左右移動(dòng)的同時(shí)進(jìn)行蒸發(fā)，因此，不但在目標(biāo)形成構(gòu)件20的表面上而且在凸部201的表面上可以使陶瓷層211和金屬層212均勻地形成合適的厚度。
[0076](發(fā)電系統(tǒng))
[0077]下面，描述應(yīng)用第一實(shí)施例的渦輪機(jī)10的發(fā)電系統(tǒng)。
[0078]圖9是示意出作為發(fā)電系統(tǒng)實(shí)施例的熱發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示例。
[0079]近年來，已經(jīng)研究使熱發(fā)電系統(tǒng)能夠具有高環(huán)境和諧性，其中，CO2被用作渦輪機(jī)的工作流體，并且發(fā)電和CO2的分離和/收集能夠同時(shí)進(jìn)行。例如，使用超臨界壓力CO2的氧氣燃燒的循環(huán)系統(tǒng)被構(gòu)建，CO2被有效地利用，并且因此，使得不排放NOx的零排放系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)。
[0080]在熱發(fā)電系統(tǒng)中，例如，天然氣例如甲烷作為燃料，和氧氣，被引入燃燒器并且燃燒。渦輪機(jī)被轉(zhuǎn)動(dòng)以進(jìn)行發(fā)電，同時(shí)使用燃燒產(chǎn)生的高溫CO2作為工作流體。從渦輪機(jī)排出的氣體(CO2和水蒸汽)通過熱交換器冷卻，并且濕氣被分離。之后，用高壓泵壓縮CO2以獲得高壓co2。高壓CO2的一大部分被熱交換器加熱以循環(huán)至燃燒器。剩余的高壓CO2被收集以用于其它用途。
[0081]在圖9中示出的熱發(fā)電系統(tǒng)60是具有高環(huán)境和諧性的熱發(fā)電系統(tǒng)，其中CO2被用作渦輪機(jī)10的工作流體，并且發(fā)電和CO2的分離/收集能夠同時(shí)進(jìn)行。在熱發(fā)電系統(tǒng)60中，使用超臨界壓力CO2的氧氣燃燒的循環(huán)系統(tǒng)被構(gòu)建，CO2被有效利用，并且因此，不排放NOx的零排放系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)。
[0082]在圖9中示出的熱發(fā)電系統(tǒng)60包括渦輪機(jī)10，燃燒器61，發(fā)電機(jī)62，熱交換器63，冷卻器64，濕氣分離器65，和高壓泵66，作為主要部件。請(qǐng)注意燃燒器61可以與渦輪機(jī)10是一體的。
[0083]在燃燒器61中，通過循環(huán)來自渦輪機(jī)10的排放氣體獲得的高壓CO2被引入，并且作為燃料的甲烷和氧氣也被引入而進(jìn)行燃燒，并且產(chǎn)生高溫(例如，約1150°C C)C02。氧氣通過，例如，連接到燃燒器61的未示出的氧氣發(fā)生器提供。氧氣發(fā)生器由空氣產(chǎn)生氧氣以供給到燃燒器61。
[0084]在渦輪機(jī)10中，從燃燒器61產(chǎn)生的高溫CO2作為工作流體被引入到渦輪機(jī)10內(nèi)膨脹做功，通過動(dòng)葉片13，渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子14被轉(zhuǎn)動(dòng)。另一方面，低溫(例如，約400°C)C02被從熱交換器63中流動(dòng)路徑的半途作為冷卻和密封流體引入到渦輪機(jī)10內(nèi)，以進(jìn)行動(dòng)葉片13及其外圍部件(內(nèi)殼體等)的冷卻。因此，密封過程防止工作流體朝向外部泄漏。完成膨脹做功和冷卻和密封過程中每一項(xiàng)的氣體(CO2和水蒸汽)被排出。
[0085]發(fā)電機(jī)62與渦輪機(jī)10共軸設(shè)置，并且根據(jù)渦輪機(jī)10的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生電能。熱交換器63從渦輪機(jī)10排放的氣體(CO2和水蒸汽)中除熱，并且通過熱交換將熱量供給重新引入到渦輪機(jī)10內(nèi)的C02。在這種情況下，例如，熱交換器63供應(yīng)約700°C的CO2至燃燒器61。從熱交換器63中流動(dòng)路徑的半途獲得的約400°C的CO2被供給至渦輪機(jī)10。
[0086]冷卻器64還冷卻熱量被熱交換器63去除了的氣體。濕氣分離器65從冷卻器64冷卻的氣體中分離濕氣，并且輸出濕氣被去除了的C02。高壓泵66壓縮濕氣被濕氣分離器65去除后的CO2，輸出高壓C02。高壓CO2的大部分被供給至熱交換器63用于重新引入渦輪機(jī)內(nèi)。另一方面，剩余的高壓CO2被供給至其它設(shè)備。
[0087]在如上所述的結(jié)構(gòu)中，通過循環(huán)從渦輪機(jī)10的排氣獲得的高壓CO2被引入到燃燒器61內(nèi)，作為燃料的甲燒和氧氣被引入并且燃燒,然后產(chǎn)生高溫C02。從燃燒器61產(chǎn)生的高溫CO2作為工作流體被從渦輪機(jī)10的上游側(cè)從上面引入。另一方面，從熱交換器63中流動(dòng)路徑的半途供應(yīng)的低溫CO2作為冷卻流體和密封流體被從渦輪機(jī)10的下游側(cè)從下面引入。高溫CO2在渦輪機(jī)10內(nèi)膨脹做功，通過動(dòng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)渦輪機(jī)。另一方面，低溫CO2執(zhí)行對(duì)動(dòng)葉片及其外圍部件(內(nèi)殼體等)的冷卻和密封過程。當(dāng)渦輪機(jī)10的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子14轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，發(fā)電機(jī)62產(chǎn)生電能。
[0088]完成膨脹做功和冷卻和密封過程的氣體(CO2和水蒸汽)被從渦輪機(jī)10排出。氣體的熱量被熱交換器63去除。之后，氣體通過冷卻器64進(jìn)一步冷卻，濕氣通過濕氣分離器65分離。之后，濕氣被去除了的CO2被取出。濕氣被濕氣分離器65去除后的CO2被高壓泵66壓縮，作為高壓CO2輸出。其大部分被供給至熱交換器63用于再次引入渦輪機(jī)內(nèi)。另一方面，剩余的高壓CO2被供給至其它設(shè)備。熱交換器63將熱量供應(yīng)至供給熱交換器63的高壓CO2,然后高壓CO2被供給至燃燒器61，并且溫度低于高壓CO2的低壓CO2被供給到渦輪機(jī)10。
[0089]如上所述地進(jìn)行結(jié)構(gòu)，可以收集到高純度和高壓的CO2，而不需要提供分離和收集CO2的附加設(shè)備(CCS)。此外，所收集的高壓CO2能夠被存儲(chǔ)，另外，它能夠被有效地使用，使得其能夠應(yīng)用于在石油鉆井現(xiàn)場(chǎng)使用的提高石油采收率技術(shù)(EOR:Enhanced OilRecovery).EOR是通過在老油井的鉆井現(xiàn)場(chǎng)注射高壓CO2來提高鉆探的石油量的方法。因此，從全球環(huán)境保護(hù)的角度看，熱發(fā)電系統(tǒng)60是有效的。
[0090](根據(jù)第二實(shí)施例的渦輪機(jī))
[0091]下面，參考附圖描述具有迷宮式密封部的渦輪機(jī)的實(shí)施例。
[0092]圖10是示意性示出渦輪機(jī)10中迷宮式密封部的應(yīng)用點(diǎn)的視圖。請(qǐng)注意，在圖10中，虛線表示的箭頭表示從轉(zhuǎn)動(dòng)部分和靜止部分之間泄漏的工作流體的流動(dòng)。
[0093]具有迷宮式密封部22的渦輪機(jī)10可以被應(yīng)用于已經(jīng)描述的熱發(fā)電系統(tǒng)60。此夕卜，除了設(shè)有迷宮式密封部22之外，可以具有與上述具有密封部的渦輪機(jī)10 (根據(jù)第一實(shí)施例的渦輪機(jī))實(shí)質(zhì)上類似的結(jié)構(gòu)。
[0094]也就是，具有迷宮式密封部22的渦輪機(jī)10是其工作流體是高溫CO2的單一排放型渦輪機(jī)。渦輪機(jī)10具有其軸通過軸承(軸頸，推力軸承等)支撐的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子(轉(zhuǎn)動(dòng)部分)14，包圍渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子14的外殼(靜止部分)11等，作為主要部件。
[0095]渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子14包括沿軸向方向的多級(jí)動(dòng)葉片13。外殼11包括多級(jí)靜葉片15，它們根據(jù)所述多級(jí)動(dòng)葉片13在渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子14側(cè)的位置設(shè)置。靜葉片隔板(內(nèi)環(huán))15a設(shè)置在每個(gè)靜葉片15上，以面對(duì)著渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子14。靜葉片隔板(內(nèi)環(huán))15a面對(duì)著渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子14的端部靠近渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子14的表面。
[0096]此外，用于保護(hù)外殼11不受高溫工作流體(高溫CO2)影響并且用于調(diào)整工作流體經(jīng)過的部分的間隙的護(hù)罩部段16被沿渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子14的軸向方向設(shè)置在外殼11的內(nèi)側(cè)。護(hù)罩部段16通過未示出的鉤件被靜葉片15保持。護(hù)罩部段16上面對(duì)著動(dòng)葉片13端部的表面靠近動(dòng)葉片13的端部表面。此外，被引入渦輪機(jī)10內(nèi)用于冷卻的流體(低溫CO2)經(jīng)由在外殼11中加工出的冷卻路徑流入靜葉片15內(nèi)部的冷卻路徑。此流體在靜葉片隔板(內(nèi)環(huán))15a和護(hù)罩部段16內(nèi)部的冷卻路徑中流動(dòng)以冷卻每個(gè)部件。
[0097]迷宮式密封部22被形成在，例如，靜葉片隔板(內(nèi)環(huán))15a的表面上，尤其是，形成在靠近渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子14表面的表面上。此外，迷宮式密封部22被形成在，例如，護(hù)罩部段16的表面上，尤其是，形成在靠近動(dòng)葉片13的端部表面的表面上。
[0098](迷宮式密封部的第一結(jié)構(gòu)示例)
[0099]圖11是示意出迷宮式密封部22的第一結(jié)構(gòu)示例的視圖。
[0100]下文中，當(dāng)形成迷宮式翅片的零件是護(hù)罩部段16時(shí)，特別地，形成在護(hù)罩部段16上靠近動(dòng)葉片13的端部表面的部分被描述。形成迷宮式密封部22的地方的基體材料(目標(biāo)形成構(gòu)件)可以是靜葉片隔板(內(nèi)環(huán))15a，尤其是，是靜葉片隔板(內(nèi)環(huán))15a上靠近渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子14的部分。
[0101]請(qǐng)注意，第一結(jié)構(gòu)示例的迷宮式翅片不是通過加工護(hù)罩部段16自身的基體材料形成。第一結(jié)構(gòu)示例的迷宮式翅片通過加工絕熱涂層(熱障涂層:TBC)的表面而形成，該絕熱涂層被涂敷以通過結(jié)合涂層形成在基體材料上。
[0102]護(hù)罩部段16具有由耐熱合金制成的基體材料，主要構(gòu)成部分是選自下述的至少一種元素:例如，Ni, Co，和Fe?？梢愿鶕?jù)用途等適當(dāng)?shù)剡x擇和使用各類公眾已知的耐熱合金用作基體材料的構(gòu)成材料。
[0103]例如，諸如IN738，IN939, Mar_M247，RENE80, CMSX-2，CMSX-4 的鎳基超合金，諸如FSX-414，Mar-M509的鈷基超合金，等可用作作為基體材料有效的耐熱合金。
[0104]結(jié)合涂層23被涂敷而形成在基體材料的表面上，也就是形成在正對(duì)著作為正對(duì)部件的動(dòng)葉片13的端部表面的表面上。較好地是用M-Cr-Al-Y合金(M指選自下述的至少一種元素:Ni，Co，和Fe)形成結(jié)合涂層23，其抗腐蝕性和抗氧化性極好，并且具有在基體材料和后面描述的絕熱涂層24之間的中間熱膨脹系數(shù)。
[0105]由M-Cr-Al-Y合金制成的結(jié)合涂層23保證了抗腐蝕性和抗氧化性，并且使得能夠釋放由于基體材料和絕熱涂層24之間的熱膨脹差異導(dǎo)致的熱應(yīng)力。
[0106]結(jié)合涂層23可以通過應(yīng)用沉積方法而形成，例如等離子熱噴涂法，高速氣體火焰噴涂(HVOF)方法，PVD (物理氣相沉積)方法，和CVD (化學(xué)氣相沉積)方法。[0107]絕熱涂層24被涂敷而形成在上述結(jié)合涂層23上。絕熱涂層24由，例如，陶瓷材料制成，其耐熱性極好，并且導(dǎo)熱率低于金屬材料等。
[0108]作為絕熱涂層24的形成材料，陶瓷材料例如氧化鋯，二氧化鉿，氧化鋁，氮化硅，硅鋁氧氮聚合材料，氮化鈦，和氮化鋁可被使用。其中，較佳地是應(yīng)用氧化鋯(ZrO2)和二氧化鉿(HfO2)，因?yàn)槠鋵?dǎo)熱率特別低，熱膨脹系數(shù)很大，并且相當(dāng)接近金屬。包含氧化釔，氧化鈣，氧化鎂，等作為抑制相變穩(wěn)定劑的氧化鋯和二氧化鉿更優(yōu)選使用。
[0109]在第一結(jié)構(gòu)示例中，絕熱涂層24的面對(duì)著動(dòng)葉片13的表面被加工為沿渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子14的軸向方向以預(yù)定的間隔形成的凹凸?fàn)顟B(tài)。朝向動(dòng)葉片13的端部表面延伸并且靠近動(dòng)葉片13的端部表面的迷宮式翅片24a以復(fù)數(shù)個(gè)形成在護(hù)罩部段16和動(dòng)葉片13之間的間隙部分中。迷宮式翅片24a被如上所述地形成，并且因此，基體材料和轉(zhuǎn)動(dòng)部分之間的間隙部分的形狀成為工作流體的阻力，并且因此工作流體的泄漏減少。
[0110]形成有迷宮式翅片24a的絕熱涂層24如上所述在耐熱性方面極好。因而，可以防止由于經(jīng)過此迷宮式翅片的工作流體的高溫導(dǎo)致的迷宮式翅片的厚度減小式破壞，這不同于迷宮式翅片通過加工基體材料自身而形成的情況。因此可以防止工作流體從基體材料和轉(zhuǎn)動(dòng)部分之間間隙部分的泄漏增加，否則該泄漏增加將導(dǎo)致迷宮式翅片的厚度減小式破壞變大并且渦輪機(jī)10的性能變低。
[0111](迷宮式密封部的第二結(jié)構(gòu)示例)
[0112]下面，描述迷宮式密封部的第二結(jié)構(gòu)示例。
[0113]在第二結(jié)構(gòu)示例的迷宮式密封部中，迷宮式翅片被如下所述地形成。首先，在靜葉片隔板(內(nèi)環(huán))15a，護(hù)罩部段16，等的基體材料中沿渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子14的軸向方向以預(yù)定的間隔形成復(fù)數(shù)個(gè)溝槽。然后陶瓷構(gòu)件例如陶瓷板被插入每個(gè)溝槽內(nèi)。
[0114]圖12是示意出迷宮式密封部的第二結(jié)構(gòu)示例的斷面圖。在第二結(jié)構(gòu)示例中，根據(jù)下述順序執(zhí)行過程，以在靜葉片隔板(內(nèi)環(huán))15a，護(hù)罩部段16，等的基體材料中靠近正對(duì)部件的部分處形成迷宮式密封部。
[0115]這里，示意了在護(hù)罩部段16上靠近動(dòng)葉片13的端部表面的部分上形成迷宮式翅片的結(jié)構(gòu)示例。然而，在靜葉片隔板(內(nèi)環(huán))15a靠近渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子14的部分上形成迷宮式翅片是相同的。
[0116]首先，結(jié)合涂層23被涂敷以與第一結(jié)構(gòu)示例相同地形成，例如，形成在護(hù)罩部段16的基體材料上靠近作為正對(duì)部件的動(dòng)葉片13的端部表面的表面上。然后絕熱涂層24被涂敷以形成在結(jié)合涂層23上。
[0117]從形成的絕熱涂層24的表面，特別是從面對(duì)著動(dòng)葉片13的端部表面的表面，朝向位于基體材料預(yù)定深度的部分，通過結(jié)合涂層23沿渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子14的軸向方向以預(yù)定的間隔形成復(fù)數(shù)個(gè)溝槽。
[0118]陶瓷板25被插入每個(gè)形成的溝槽內(nèi)。陶瓷板25的一個(gè)端部從溝槽的入口部朝向作為基體材料正對(duì)部件的動(dòng)葉片13的端部表面伸出。陶瓷板25的該一個(gè)端部靠近動(dòng)葉片13的端部表面。此陶瓷板25具有與絕熱涂層24相同的耐熱性。
[0119]執(zhí)行如上所述的形成過程，并且因此，與第一結(jié)構(gòu)示例的迷宮式密封部相同地為基體材料形成迷宮式翅片，可以防止由于經(jīng)過此迷宮式翅片的工作流體的高溫導(dǎo)致的迷宮式翅片的厚度減小式破壞。因而，可以防止由于迷宮式翅片的厚度減小式破壞變大而導(dǎo)致的工作流體泄漏增加和渦輪機(jī)的性能變低。
[0120]此外，在第二結(jié)構(gòu)示例中，迷宮式翅片通過使用陶瓷板25而形成，并且因此，可以形成直線形式的迷宮式翅片。因此，與第一結(jié)構(gòu)示例的迷宮式翅片相比，可以提高對(duì)工作流體的阻力并且可以增強(qiáng)防止工作流體泄漏的效果。
[0121](迷宮式密封部的第三結(jié)構(gòu)示例)
[0122]下面，描述迷宮式密封部的第三結(jié)構(gòu)示例。
[0123]第三結(jié)構(gòu)示例的迷宮式密封部在沿渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子14的軸向方向以預(yù)定的間隔形成迷宮式翅片的地方具有陶瓷材料的塊。對(duì)于靜葉片隔板(內(nèi)環(huán))15a，護(hù)罩部段16，等的基體材料，陶瓷材料的塊被附接。
[0124]圖13是示意出根據(jù)第三結(jié)構(gòu)示例的迷宮式密封部的結(jié)構(gòu)示例的斷面圖。
[0125]這里，示出了在護(hù)罩部段16靠近動(dòng)葉片13的端部表面的部分上形成迷宮式翅片的結(jié)構(gòu)示例。其中迷宮式翅片被形成在靜葉片隔板(內(nèi)環(huán))15a靠近渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子14的部分上的結(jié)構(gòu)是相同的。
[0126]在第三結(jié)構(gòu)示例中，在形成迷宮式翅片26a的地方附接有由陶瓷材料制成的塊材料26。用于保持塊材料26的T形溝槽形成在基體材料上。迷宮式翅片26a以復(fù)數(shù)個(gè)沿渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子14的軸向方向以預(yù)定的間隔形成在塊材料26的表面上，特別是，形成在靠近作為正對(duì)部件的動(dòng)葉片13的端部表面的表面上，以朝向動(dòng)葉片13的端部表面延伸并且靠近動(dòng)葉片13的端部表面。
[0127]塊材料26被加工成T形狀，以適配形成于基體材料上的溝槽，并且被引入到基體材料的溝槽內(nèi)，使得迷宮式翅片26a靠近正對(duì)部件的表面。此外，基體材料的溝槽被形成為當(dāng)引入塊材料26時(shí)具有縫隙27。該縫隙被如上所述地形成，以在塊材料26和基體材料之間存在熱膨脹差異時(shí)不會(huì)對(duì)塊材料26和基體材料之間的合作狀態(tài)具有不利影響。
[0128]執(zhí)行如上所述的形成過程，并且因此，與第一結(jié)構(gòu)示例相同地為基體材料形成迷宮式翅片，并且可以防止由于經(jīng)過此迷宮式翅片的工作流體的高溫導(dǎo)致的迷宮式翅片的厚度減小式破壞。因而，可以防止由于迷宮式翅片的厚度減小式破壞變大而導(dǎo)致的工作流體泄漏增加和渦輪機(jī)的性能變低。
[0129]此外，在第三結(jié)構(gòu)示例中，除基體材料之外，形成迷宮式翅片的塊材料被制備，此塊被引入基體材料的溝槽內(nèi)，并且因此，可以提供靠近正對(duì)部件表面的迷宮式翅片。因此，與第二結(jié)構(gòu)示例相比，可以很容易在基體材料上形成靠近正對(duì)部件表面的迷宮式翅片。
[0130]雖然已經(jīng)描述了一些實(shí)施例，但這些實(shí)施例僅通過示例呈現(xiàn)，并且不意于限制本發(fā)明的范圍。相反，這里描述的新穎實(shí)施例可以體現(xiàn)為多種其它形式；另外，在不偏離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)的情況下，可以對(duì)這里描述的實(shí)施例的形式進(jìn)行各種省略、替代和改變。附屬的權(quán)利要求和它們的等效內(nèi)容意于覆蓋落在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍內(nèi)的這些形式或修改。
【權(quán)利要求】
1.一種渦輪機(jī)，包括: 目標(biāo)形成構(gòu)件，其是靜止部分和轉(zhuǎn)動(dòng)部分中的一個(gè)； 正對(duì)構(gòu)件，其是靜止部分和轉(zhuǎn)動(dòng)部分中的另一個(gè)；和 所述目標(biāo)形成構(gòu)件上的密封部，其被構(gòu)造成用于減少所述目標(biāo)形成構(gòu)件和所述正對(duì)構(gòu)件之間的燃燒氣體泄漏，所述密封部包括陶瓷層， 所述陶瓷層具有比所述目標(biāo)形成構(gòu)件的導(dǎo)熱率低的導(dǎo)熱率，并且在其表面上具有凹凸形狀，并且 所述陶瓷層不與所述正對(duì)構(gòu)件接觸，或具有比所述正對(duì)構(gòu)件的硬度高的硬度，使得在所述正對(duì)構(gòu)件和所述陶瓷層相互接觸時(shí)所述正對(duì)構(gòu)件優(yōu)先被磨損。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)， 其中，所述目標(biāo)形成構(gòu)件是動(dòng)葉片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)， 其中，所述目標(biāo)形成構(gòu)件是護(hù)罩部段。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)， 其中，所述陶瓷層包括氧化物陶瓷。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)， 其中，所述陶瓷層具有10%或以下的氣孔率。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)， 其中，所述目標(biāo)形成構(gòu)件包括位于其表面上的由所述目標(biāo)形成構(gòu)件的構(gòu)成材料構(gòu)成的凸部。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)， 還包括:所述目標(biāo)形成構(gòu)件和所述密封部之間的凸部，所述凸部由熔點(diǎn)高于所述目標(biāo)形成構(gòu)件的熔點(diǎn)的高熔點(diǎn)材料制成， 其中，所述密封部包括金屬層和位于所述金屬層上的陶瓷層，所述金屬層包括比所述目標(biāo)形成構(gòu)件高的鉻或鋁濃度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)， 其中，所述渦輪機(jī)是二氧化碳渦輪機(jī)。
9.一種發(fā)電系統(tǒng)，包括: 根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)；和 連接到所述渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī)。
10.一種潤(rùn)輪機(jī),包括: 靜止部分； 轉(zhuǎn)動(dòng)部分；和 迷宮式密封部，其被結(jié)構(gòu)用于減少所述靜止部分和所述轉(zhuǎn)動(dòng)部分之間的燃燒氣體泄漏， 所述迷宮式密封部包括由陶瓷材料制成的構(gòu)件，該構(gòu)件具有設(shè)置在所述靜止部分上的第一部分，和以翅片的形式朝向所述轉(zhuǎn)動(dòng)部分延伸的第二部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的渦輪機(jī)，還包括: 涂敷于基體材料的 結(jié)合涂層；和涂敷于所述結(jié)合涂層并且包括所述翅片的絕熱涂層。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的渦輪機(jī)，還包括: 涂敷于基體材料的結(jié)合涂層； 涂敷于所述結(jié)合涂層的絕熱涂層；和 陶瓷構(gòu)件，其被經(jīng)由所述絕熱涂層和所述結(jié)合涂層插入所述基體材料內(nèi)，并且包括所述翅片。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的渦輪機(jī)，還包括: 設(shè)置在基體材料上的溝槽；和 被引入到所述溝槽內(nèi)并且包括所述翅片的塊材料。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的渦輪機(jī)， 其中，所述渦輪機(jī)是所述轉(zhuǎn)動(dòng)部分被包括二氧化碳的燃燒氣體轉(zhuǎn)動(dòng)的二氧化碳渦輪機(jī)。
15.—種發(fā)電系統(tǒng),包括: 根據(jù)權(quán)利要求10所述的渦輪機(jī)；和 連接到所述渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)的制造方法，包括: 在所述目標(biāo)形成構(gòu)件的表面上形成凸部；和 通過從相對(duì)于所述目標(biāo)形成構(gòu)件的所述表面的正交方向的傾斜方向輸入陶瓷材料的粒子，簇，或分子，而在所述凸部的所述表面上形成陶瓷層。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)的制造方法，包括: 在所述目標(biāo)形成構(gòu)件的表面上形成由陶瓷材料制成的均勻的涂層膜；和 去除所述涂層膜的一部分以形成所述陶瓷層。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)的制造方法，包括: 在所述目標(biāo)形成構(gòu)件的表面上形成均勻的第一涂層膜，所述均勻的第一涂層膜由陶瓷材料制成； 在所述第一涂層膜的表面上形成第二涂層膜，所述第二涂層膜由陶瓷材料制成，并且具有比所述第一涂層膜低的氣孔率；和 去除所述第二涂層膜的一部分以形成所述陶瓷層。
【文檔編號(hào)】F01D11/02GK103573302SQ201310304679
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年7月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月20日
【發(fā)明者】和田國(guó)彥, 洼谷悟, 齋藤大藏, 前田秀幸, 沖園信博, 佐藤巖太郎, 鶴田和孝, 岡村直行 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝