用于在涡轮机中加热转子轮盘的系统.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103375182 A (43)申请公布日 2013.10.30 CN 103375182 A *CN103375182A* (21)申请号 201310138452.1 (22)申请日 2013.04.19 13/450791 2012.04.19 US F01D 5/08(2006.01) (71)申请人 通用电气公司 地址 美国纽约州 (72)发明人 C.E. 米勒 (74)专利代理机构 中国专利代理(香港)有限公 司 72001 代理人 李强 曾祥夌 (54) 发明名称 用于在涡轮机中加热转子轮盘的系统 (57) 摘要 本发明公开一种用于在涡轮机中加热转子轮 。

2、盘的系统。所述系统包括涡轮机。所述涡轮机包 括至少一个转子轮盘。所述系统还包括转子轮盘 加热系统， 所述转子轮盘加热系统经配置通过电 流或电压以电阻方式对所述至少一个转子轮盘的 至少一部分进行加热， 所述电流或电压被施加给 所述至少一个转子轮盘的所述部分。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 8 页 附图 6 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书8页 附图6页 (10)申请公布号 CN 103375182 A CN 103375182 A *CN103375182A* 1/2 页 2 1. 一种系统， 其包括。

3、 ： 涡轮机， 其包括 ： 至少一个转子轮盘 ； 以及 转子轮盘加热系统， 所述转子轮盘加热系统经配置以通过电流或电压以电阻方式对所 述至少一个转子轮盘的至少一部分进行加热， 所述电流或电压被施加给所述至少一个转子 轮盘的所述部分。 2. 根据权利要求 1 所述的系统， 其中所述转子轮盘加热系统经配置以在所述至少一个 转子轮盘的各部分之间进行不同的加热。 3. 根据权利要求 1 所述的系统， 其中所述转子轮盘加热系统包括电阻网， 所述电阻网 设置在所述至少一个转子轮盘上， 其中所述电阻网中的各部分包括多层加热材料， 并且所 述电阻网经配置将所述电流或电压施加给所述至少一个转子轮盘。 4. 根据。

4、权利要求 3 所述的系统， 其中所述至少一个转子轮盘包括具有内周长和外周长 的环形表面、 以及处于所述环形表面内的凹槽， 其中所述电阻网设置在所述凹槽内， 位于所 述环形表面下方。 5. 根据权利要求 4 所述的系统， 其中所述多层加热材料包括具有导热性的至少一个介 电质层， 以及一个电阻加热层， 并且其中所述介电质层设置在每一凹槽的表面上， 而所述电 阻加热层设置在所述介电质层上。 6. 根据权利要求 3 所述的系统， 其中所述电阻网包括多个同心圆以及多个径向导体， 所述多个同心圆具有所述多层加热材料， 并且所述多个径向导体从所述内周长起朝所述环 形表面的所述外周长径向延伸， 跨过所述多个同。

5、心圆。 7. 根据权利要求 6 所述的系统， 其中在所述多个同心圆之间的径向间距是变化的， 以 对所述至少一个转子轮盘进行均匀加热。 8. 根据权利要求 1 所述的系统， 其中所述至少一个转子轮盘包括环形表面， 并且所述 转子轮盘加热系统包括第一介电质层， 所述第一介电质层具有导热性、 并且连续地设置在 所述环形表面的至少一部分上。 9. 根据权利要求 8 所述的系统， 其中所述第一介电质层包括金刚石粉。 10. 根据权利要求 9 所述的系统， 其中所述转子轮盘加热系统包括电阻加热层， 所述电 阻加热层连续地设置在所述第一介电质层上。 11. 根据权利要求 1 所述的系统， 其中所述转子轮盘加。

6、热系统包括 ： 插座， 所述插座连 接至所述至少一个转子轮盘 ； 以及可拆卸探头， 所述可拆卸探头经配置以连接至所述插座， 以在所述至少一个转子轮盘处于静止时提供电力来加热所述至少一个转子轮盘。 12. 根据权利要求 1 所述的系统， 其中所述转子轮盘加热控制系统包括至少一个传感 器、 以及控制器， 所述控制器经配置以根据来自所述至少一个传感器的反馈来对施加给所 述至少一个转子轮盘的所述电流或电压进行控制。 13. 根据权利要求 1 所述的系统， 其中所述涡轮机包括压缩机或涡轮， 所述压缩机或涡 轮具有所述至少一个转子轮盘。 14. 一种系统， 其包括 ： 旋转机械， 其包括 ： 至少一个转子。

7、轮盘， 其中所述至少一个转子轮盘包括具有内周长和外周长的环形表 权 利 要 求 书 CN 103375182 A 2 2/2 页 3 面、 以及处于所述环形表面内的凹槽 ； 以及 转子轮盘加热系统， 所述转子轮盘加热系统包括电阻网， 所述电阻网设置在所述凹槽 内、 位于所述环形表面下方， 其中所述电阻网的各部分包括多层加热材料， 并且所述电阻网 经配置以通过电流或电压以电阻方式对所述至少一个转子轮盘的至少一部分进行加热。 15. 根据权利要求 14 所述的系统， 其中所述电阻网包括多个同心圆以及多个径向导 体， 所述多个同心圆具有所述多层加热材料， 并且所述多个径向导体从所述内周长起朝所 述环。

8、形表面的所述外周长径向延伸， 跨过所述多个同心圆。 16. 根据权利要求 15 所述的系统， 其中所述多层加热材料包括具有导热性的至少一个 介电质层， 以及一个电阻加热层， 并且其中所述介电质层设置在每一凹槽的表面上， 而所述 电阻加热层设置在所述介电层上。 17. 一种系统， 其包括 ： 旋转机械， 其包括 ： 至少一个转子轮盘， 其中所述至少一个转子轮盘包括环形表面 ； 以及 转子轮盘加热系统， 所述转子轮盘加热系统经配置以通过电流或电压以电阻方式对所 述至少一个转子轮盘的至少一部分进行加热， 所述电流或电压被施加给所述至少一个转子 轮盘的所述部分， 其中所述转子轮盘加热系统包括多层加热材。

9、料， 所述多层加热材料设置 在所述至少一个转子轮盘的所述环形表面上。 18. 根据权利要求 17 所述的系统， 其中所述多层加热材料沿所述环形表面形成连续 层。 19. 根据权利要求 18 所述的系统， 其中所述多层加热材料包括沿所述环形表面设置的 多个独立区段， 以能够单独地改变施加给每一独立区段的所述电流或电压。 20. 根据权利要求 17 所述的系统， 其中所述多层加热材料包括介电质层以及电阻加热 层， 所述介电质层具有导热性并且设置在所述环形表面的至少一环形部分上， 所述电阻加 热层设置在所述第一介电质层上。 权 利 要 求 书 CN 103375182 A 3 1/8 页 4 用于在。

10、涡轮机中加热转子轮盘的系统 技术领域 0001 本发明涉及用于在各种类型的涡轮机 （诸如压缩机和燃气涡轮机） 中加热转子轮 盘的系统。 背景技术 0002 涡轮机或旋转系统， 诸如压缩机和涡轮机 （例如， 燃气涡轮机、 汽轮机等） ， 大体可 包括一个转子部分， 所述转子部分在所述系统运行时围绕一轴线旋转。 举例来说， 在燃气涡 轮机的压缩机中， 所述转子部分可以包括许多叶片， 这些叶片围绕一轴杆来设置。 在所述燃 气涡轮机的压缩机的运行期间， 此轴杆可以旋转， 使得所附接的叶片随之旋转。但是， 在燃 气涡轮机的压缩机内的温度可能很高 （例如， 超过大致 426 C） 。具体来说， 在过渡事件。

11、 （例 如， 燃气涡轮机的冷态启动） 期间， 压缩机的转子轮盘中的某些部分 （例如， 径向外部部分） 可能通过一路空气流 （例如， 压缩空气） 而被加热， 与此同时， 转子轮盘中的其他部分可能并 没有受到等量的加热。这种不均匀受热会在转子轮盘的径向截面上导致不均匀的温度分 布， 进而可能出现高应变条件， 有可能对轮盘的使用寿命造成负面影响。 发明内容 0003 下文概述了与最初提出权利要求的本发明的范围相符的某些实施例。 这些实施例 的目的并不在于限制本发明的范围， 而仅在于概述本发明的可能形式。 实际上， 本发明可能 包括与下述实施例类似或不同的各种形式。 0004 根据第一实施例， 一种系。

12、统包括涡轮机。所述涡轮机包括至少一个转子轮盘。所 述系统还包括转子轮盘加热系统， 所述转子轮盘加热系统经配置以经由电流或电压以电阻 方式 （resistively） 加热所述至少一个转子轮盘中的至少一部分， 所述电流或电压被施加 给所述至少一个转子轮盘中的所述部分。 0005 根据第二实施例， 一种系统包括旋转机械。 所述旋转机械包括至少一个转子轮盘。 所述至少一个转子轮盘包括具有内周长和外周长的环形表面、 以及在所述环形表面内的凹 槽。所述系统还包括转子轮盘加热系统， 所述转子轮盘加热系统包括电阻网 （resistive network） ， 所述电阻网设置在所述等凹槽内， 低于所述环形表面。

13、。 所述电阻网的组成部分包 括多层加热材料。 所述电阻网经配置以经由电流或电压以电阻方式加热所述至少一个转子 轮盘中的至少一部分。 0006 根据第三实施例， 一种系统包括旋转机械。 所述旋转机械包括至少一个转子轮盘。 所述至少一个转子轮盘包括环形表面。所述系统还包括转子轮盘加热系统， 所述转子轮盘 加热系统经配置以经由电流或电压以电阻方式加热所述至少一个转子中的至少一部分， 所 述电流或电压被施加给所述至少一个转子轮盘中的所述部分， 其中所述转子轮盘加热系统 包括多层加热材料， 所述多层加热材料设置在所述至少一个转子的所述环形表面上。 附图说明 说 明 书 CN 103375182 A 4 。

14、2/8 页 5 0007 在参考附图阅读以下详细说明后， 将更好地理解本发明的这些和其他特征、 方面 和优点， 在附图中， 类似的符号代表所有附图中类似的部分， 其中 ： 0008 图1为涡轮机系统 （例如， 燃气涡轮机系统） 的实施例的侧截面图， 所述涡轮机系统 包括具有转子轮盘加热系统的压缩机和涡轮 ； 0009 图 2 为旋转机械的实施例的示意性方框图， 所述旋转机械具有转子轮盘加热系 统， 所述转子轮盘加热系统包括控制器以及电源供应器 ； 0010 图 3 为具有转子轮盘加热系统 （例如蛛网结构） 的转子轮盘的实施例的局部侧视 图 ； 0011 图 4 为具有转子轮盘加热系统 （例如网。

15、格结构） 的转子轮盘的实施例的局部侧视 图 ； 0012 图 5 为具有转子轮盘加热系统的转子轮盘的实施例的横向截面图， 所述转子轮盘 加热系统包括设置在凹槽内的多层加热材料， 如由图 3 和图 4 中的线 5-5 所指示 ； 0013 图 6 为在图 5 中的线 6-6 内截取的所述多层加热材料的实施例的细部横向截面 图， 所述多层加热材料设置在所述等凹槽中的一者内 ； 0014 图 7 为具有转子轮盘加热系统的转子轮盘的实施例的局部侧视图和局部横向图， 所述转子轮盘加热系统设置在一环形表面上 ； 0015 图 8 为具有转子轮盘加热系统的转子轮盘的实施例的局部横向图， 所述转子轮盘 加热系。

16、统设置在一环形表面上 ； 0016 图 9 为在图 8 中的线 9-9 内截取的多层加热材料的实施例的细部横向图， 所述多 层加热材料设置在所述环形表面上 ； 0017 图 10 为在图 8 中的线 9-9 内截取的多层加热材料的实施例的细部横向图， 所述多 层加热材料 （例如， 分区段） 设置在所述环形表面上 ； 0018 图 11 为可拆卸探头 （removable probe） 的实施例的示意图， 所述可拆卸探头插入 到旋转机械的壳体内来为转子轮盘加热系统提供电力 ； 以及 0019 图 12 为在图 11 中的线 12-12 内截取的可拆卸探头和插座的实施例的细部示意 图， 所述可拆卸。

17、探头和插座为所述转子轮盘加热系统提供电力。 具体实施方式 0020 下文将描述本发明的一项或多项具体实施例。为了简要描述这些实施例， 说明书 中可能不会描述实际实施方案的所有特征。应了解， 在任何工程或设计项目中开发任何此 类实际实施方案时， 均应当做出与实施方案特定相关的各种决定， 以实现开发人员的具体 目标， 例如， 是否要遵守与系统相关以及与业务相关的限制条件， 这些限制条件可能会因实 施方案的不同而有所不同。 此外， 应了解， 此类开发可能非常复杂耗时， 但无论如何， 对受益 于本发明的一般技术人员而言， 这仍是常规的设计、 建造和制造操作。 0021 在介绍本发明各种实施例的元件时，。

18、“一” 、“一个” 、“所述” 和 “所述” 旨在表示有一 个或多个所述元件。术语 “包括” 和 “具有” 旨在表示包括性含义， 并且表示除了所列元件 外， 可能还有其他元件。 0022 本发明涉及用于对涡轮机 （例如， 燃气涡轮机系统） 的旋转机械 （例如， 压缩机或涡 轮） 的转子轮盘进行加热的系统。在过渡 / 瞬变事件 （例如， 燃气涡轮机的冷态启动） 期间， 说 明 书 CN 103375182 A 5 3/8 页 6 转子轮盘中的某些部分 （例如， 径向外部部分） 可能由于一路空气流 （例如， 压缩空气） 而被 加热， 与此同时， 转子轮盘中的其他部分可能并没有受到等量的加热， 造成。

19、在转子轮盘的径 向截面上的不均匀温度分布。为解决此不均匀的温度分布， 转子轮盘加热系统经由电流或 电压以电阻方式加热一个或多个转子轮盘中的至少一部分。 所述电流或电压可以施加给电 阻网 （例如， 形状为蛛网结构或网格结构） ， 所述电阻网具有多层加热材料， 所述多层加热材 料设置在所述转子轮盘的环形表面上的凹槽内。或者， 可以将所述电流或电压施加给多层 加热材料， 所述多层加热材料连续地设置在所述转子轮盘的所述环形表面中的至少一环形 部分上。所述多层加热材料可以包括介电质层 （例如， 金刚石粉） ， 所述介电质层具有高的导 热性， 所述介电质层直接设置在所述等凹槽的表面上或者直接设置在所述环形。

20、表面上， 在 所述介电质层上所设置的是电阻加热层 （resistive heating layer） 。所述转子轮盘加热 系统可以在转子轮盘的各个部分之间提供程度不同的加热， 以确保所述转子轮盘的均匀受 热。 在某些实施例中， 所述转子轮盘加热控制系统可以包括控制器， 所述控制器用来根据来 自传感器的反馈来控制施加给所述转子轮盘的电流或电压。在一些实施例中， 可拆卸探头 可以连接到一个插座， 所述插座连接到一个或多个转子轮盘， 从而提供电力来对所述等轮 盘进行加热。所述转子轮盘加热系统会对所述等转子轮盘施加不均匀的温度补偿， 以提高 所述等转子轮盘的循环寿命。此外， 所述转子轮盘加热系统可以对。

21、涡轮机内的叶尖间隙进 行控制 （例如， 在启动期间） 。 0023 现在参看附图， 图 1 所示为具有转子轮盘加热系统的涡轮机系统 10 （例如， 燃气涡 轮机系统） 的实施例。下文会详细描述所述转子轮盘加热系统， 所述转子轮盘加热系统可以 通过电阻方式加热一个或多个转子轮盘 12 中的至少一部分， 以提高所述等转子轮盘 12 的 循环寿命， 并对在涡轮机系统 10 内的叶尖间隙进行控制。具体来说， 所述转子轮盘加热系 统可以进行可变的温度补偿， 以确保在所述等转子轮盘 12 的环形表面上能够均匀受热。系 统 10 包括压缩机 14（例如， 旋转机械） 、 具有燃料喷嘴 18 的燃烧器 16，。

22、 以及涡轮 20（例如， 旋转机械） 。燃料喷嘴 18 将液体燃料以及 / 或者天然气或合成气等气体燃料输送到燃烧器 16 中。燃烧器 16 点燃并燃烧燃料 - 空气混合物， 然后将热的压缩燃烧气体 （例如， 排出气 体） 传输到涡轮 20 中。涡轮叶片 24 连接到转子轮盘 12， 所述等转子轮盘以可旋转的方式 附接到轴杆26， 轴杆26又连接到在涡轮机系统10中的若干其他部件， 如图所示。 当燃烧气 体穿过涡轮 20 中的涡轮叶片 24 时， 涡轮 20 受到驱动而旋转， 从而使得轴杆 26 围绕旋转轴 28 旋转。最后， 燃烧气体经由排气口 30 排出涡轮 20。 0024 在图示的实施。

23、例中， 压缩机 14 包括压缩机叶片 32。在压缩机 14 内的压缩机叶片 32 连接到转子轮盘 12， 并且在压缩机 14 的转子轮盘 12（形成轴杆） 受涡轮 20 驱动而旋转 时， 发生旋转。当压缩机叶片 32 在压缩机 14 内旋转时， 叶片 32 将来自进气口 34 的空气压 缩成压缩空气， 所述压缩空气被输送到燃烧器16、 燃料喷嘴18以及涡轮机系统10中的其他 部分。燃料喷嘴 18 然后将所述压缩空气与燃料混合， 以生成适宜的燃料 - 空气混合物， 所 述燃料 - 空气混合物在燃烧器 16 中燃烧以生成燃烧气体来驱动涡轮 20。此外， 轴杆 26 可 连接到一个负载， 所述负载可。

24、以通过轴杆 26 的旋转来获得动力供应。例如， 所述负载可以 是可通过涡轮机系统 10 的旋转输出来产生动力的任何适宜装置， 诸如发电设备或外部机 械负载。例如， 所述负载可以包括发电机、 飞机的推进器， 等等。在以下论述中， 可能会参照 不同的方向， 诸如轴向或轴线 38、 径向或轴线 40， 以及周向或轴线 42。轴向 38 大体沿着旋 说 明 书 CN 103375182 A 6 4/8 页 7 转轴 28 定向。 0025 图 2 所示为旋转机械 42（例如， 压缩机 14 或涡轮 20） 的实施例的示意方框图， 旋 转机械42具有转子轮盘加热系统44， 转子轮盘加热系统44包括控制器。

25、46以及电源供应器 48。如上文所描述， 旋转机械 42 包括转子轮盘 12。转子轮盘加热系统 44 包括转子轮盘加 热装置 50， 转子轮盘加热装置 50 连接到所述等转子轮盘 12 中的一个或多个转子轮盘。如 下文更详细描述， 转子轮盘加热装置 50 可包括电阻网， 所述电阻网设置在所述等转子轮盘 12 中的一个或多个转子轮盘上， 以施加电流或电压来进行加热。所述电阻网包括多层加热 材料。在某些实施例中， 所述电阻网可以设置在一个或多个转子轮盘 12 的环形表面内的凹 槽内。或者， 如下文更详细描述， 转子轮盘加热装置 50 可以包括多层加热材料， 所述多层加 热材料 （例如， 连续地） 。

26、沿一个或多个转子轮盘 12 的环形表面来设置。在某些实施例中， 可 以将多层加热材料的连续层划分成相互独立区段， 以便能够分别对施加到每一独立区段的 电流或电压进行改变。 0026 如下文更详细描述， 所述多层加热材料包括第一介电质层， 所述第一介电质层 （例 如， 金刚石粉） 具有高的导热性， 所述第一介电质层设置在所述环形表面上或所述一个或多 个转子轮盘 12 的凹槽中的表面上。此外， 所述多层加热材料包括电阻加热层， 所述电阻加 热层设置在所述第一介电质层上。另外， 所述多层加热材料还可以包括第二介电质层， 所 述第二介电质层 （例如， 热障涂层 （thermal barrier coa。

27、ting， TBC） ， 诸如陶瓷毯 （ceramic blanket） 或环境阻障涂层 （environmental barrier coating） ） 具有低的导热性， 其设置在 电阻加热层上以实现环境保护和 / 或绝缘的目的。 0027 转子轮盘加热系统 44 经配置以经由电流或电压来加热所述至少一个转子轮盘 12 中的至少一部分， 所述电流或电压施加给所述至少一个转子轮盘 12 中的所述部分。具体来 说， 电源供应器 48 给转子轮盘加热装置 50 提供电力， 转子轮盘加热装置 50 连接至所述一 个或多个转子轮盘 12。在某些实施例中， 电源供应器 48 的电力可以在旋转机械 42。

28、 内部生 成。举例而言， 转子轴杆 26 或转子轮盘 12 可以充当替代装置， 并通过产生磁力来发电。这 样就可以在旋转机械 42 的运转 （例如， 转子轮盘 12 的旋转） 期间， 将电力提供给转子轮盘 加热装置 50。在一些实施例中， 可以将电源供应器 48 的电力从旋转机械 42 外部输送到所 述一个或多个转子轮盘 12。举例来说， 可以使用滑动环和 / 或电刷装置， 将来自电源供应 器 48 的引线沿轴杆 26， 布线到所述一个或多个转子轮盘 12。这样就可以在旋转机械 42 的 运转 （例如， 转子轮盘 12 的旋转） 期间， 将电力提供给转子轮盘加热装置 50。在其他实施例 中， 。

29、电源供应器 48 可以是可拆卸 （和 / 或可伸缩） 探头 （见图 11 和图 12） ， 所述可拆卸探头 可以经由端口 （例如， 孔探仪端口） 来进入到旋转机械 42 的壳体中， 以提供电力来加热所述 一个或多个转子轮盘12， 与此同时， 旋转机械42的转子轮盘12处于静止 （例如， 在冷态启动 事件之前） 。 0028 电源供应器 48 由控制器 46 来控制。具体来说， 控制器 46 控制着施加给一个或 多个转子轮盘 12 的电流或电压。在某些实施例中， 控制器 46 可以根据来自一个或多个传 感器 52（例如， 热电偶） 的反馈来控制所施加的电流或电压， 所述一个或多个传感器 52 与。

30、 用于一个或多个转子轮盘 12 的转子轮盘加热装置 50 相关联。在某些实施例中， 控制器 46 可以整合到所述可拆卸探头中。举例来说， 控制器 46 可以根据来自传感器 52 的直接反馈 来监视并控制所施加的电流或电压。或者， 控制器 46 可以利用基于模型的方法使用电流、 说 明 书 CN 103375182 A 7 5/8 页 8 电压或电阻感测， 来控制转子轮盘加热装置 50 的温度和 / 或供应的电流或电压。此外， 转 子轮盘加热系统 44 可以对于转子轮盘 12 的不同部分之间进行不同的加热。可以经由控制 器 46、 以及 / 或者转子轮盘加热装置 50 的设计 （例如， 被分区段。

31、的区段或径向间距） 来改变 此加热。所述可变的温度补偿实现了所述一个或多个转子轮盘 12 上的均匀受热， 增加了转 子轮盘 12 的循环寿命。此外， 所述转子轮盘加热系统可以对涡轮机内的叶尖间隙进行控制 （例如， 在启动期间） 。 0029 图 3 为具有转子轮盘加热系统 44（例如蛛网结构） 的转子轮盘 12 的实施例的局 部侧视图。转子轮盘 12 包括外圆周 53、 内周长 54， 以及设置在外周长 53 与内周长 54 之间 的环形表面 56。外周长 53、 内周长 54 以及环形表面 56 在周长方向 42 中围绕旋转轴 28 旋 转 360 度。转子轮盘 12 还包括燕尾榫区域 58。

32、， 燕尾榫区域 58 用于将涡轮叶片 24 或压缩机 叶片 32 附接到转子轮盘 12。在某些实施例中， 转子轮盘 12 可以包括栓接区域 60， 栓接区 域 60 用于将转子轮盘 12 连接在一起。转子轮盘 12 还包括主要主体区域 62 以及钻孔区域 64。环形表面 56 的主要主体区域 62 和 / 或钻孔区域 64 可以由转子叶片加热系统 44 经由 转子轮盘加热装置 50 以电阻方式进行加热。转子轮盘加热装置 50 包括电阻网 68， 电阻网 68 沿主要主体区域 62 的环形表面 56 来进行设置。在某些实施例中， 可以将电阻网 68 设置 于环形表面 56 下方， 处于凹槽之内，。

33、 所述等凹槽被蚀刻到环形表面 56 中 （见图 5 和图 6） 。 电阻网 68 将具有低电压和高电流的电信号施加给转子轮盘 12， 以对主要主体区域 62 进行 加热。如下文更详细描述， 电阻网 68 包括多层加热材料 （见图 5） 。所述多层加热材料包括 第一介电质层和电阻加热层， 所述第一介电质层具有高的导热性 （例如， 金刚石粉） 并设置 在环形表面 56 上或凹槽内 （见图 5） ， 而电阻加热层设置在所述第一介电质层上。在某些实 施例中， 所述多层加热材料还可以包括第二介电质层， 所述第二介电质层 （例如， 热障涂层， 诸如陶瓷毯或环境阻障涂层） 相对于第一介电质层具有低的导热性，。

34、 设置在电阻加热层上， 以实现环境保护和 / 或绝缘的目的。 0030 如图所示， 电阻网 68 包括蛛网结构设计。在其他实施例中， 电阻网 68 可以被布置 成由小方格构成的网格形状 （见图4） ， 或任何其他形状。 如图所示， 电阻网68包括多个同心 圆 70 和多个径向导体 72， 所述多个同心圆 70 具有所述多层加热材料， 所述多个径向导体 72 连接到所述等同心圆 70。具体来说， 径向导体 72 在径向 40 上延伸， 从内周长 54 朝外周 长 53 延伸， 跨过所述多个同心圆 70。电力会从电源供应器 48， 经由与径向导体 72 相连接 的一根或多根引线 （未示出） ， 提。

35、供给径向导体 72。如上文提及， 转子轮盘加热系统 44 可以 对于转子轮盘 12 的不同部分之间进行不同的加热。对于转子轮盘 12 的不同部分之间进行 不同的加热， 可以在转子轮盘 12 上提供均匀的受热。具体来说， 在同心圆 70 之间的径向间 距可以不同， 来为转子轮盘 12 提供均匀的受热。举例来说， 在导体 74 与 76 之间的径向间 距 73 大于在导体 76 与 80 之间的径向间距 78。在同心圆 70 之间的径向间距可以在径向 40 上增加， 以使得在越靠近内周长 54 的地方 （例如， 越远离流路） 所加热量越大， 同时在越 远离内周长 54 的地方 （例如， 越靠近流路。

36、） 所加热量越小。所述不均匀的温度补偿实现了所 述一个或多个转子轮盘12的均匀受热， 增加了转子轮盘12的循环寿命， 也实现了对于叶尖 间隙的控制。 0031 图 4 为具有转子轮盘加热系统 44（例如网格结构） 的转子轮盘 12 的实施例的局 部侧视图。大体而言， 转子轮盘 12 以及转子轮盘加热系统 44 如图 3 所描述， 不同之处在于 说 明 书 CN 103375182 A 8 6/8 页 9 电阻网 68 的布置。如图所示， 电阻网 68 被布置成由直线形状构成的网格。在其他实施例 中， 这些形状可以不同 （例如， 三角形或任何其他形状） 。如图所示， 电阻网 68 包括多个网格 。

37、线 82 和多个导体 84， 所述多个网格线 82 具有所述多层加热材料， 所述多个导体 84 连接到 所述等网格线 82。具体来说， 导体 84 在所述多个网格线 82 上延伸。电力会从电源供应器 48， 经由与导体84相连接的一根或多根引线 （未示出） ， 提供给导体84。 如上文提及， 转子轮 盘加热系统 44 可以对于转子轮盘 12 的不同部分之间进行不同的加热。对于转子轮盘 12 的不同部分之间进行不同的加热， 可以在转子轮盘 12 上提供均匀的受热。具体来说， 在网 格线82之间的径向间距可以不同， 来为转子轮盘12提供均匀的受热。 举例来说， 在导体88 与 90 之间的径向间距。

38、 86 大于在导体 90 与 94 之间的径向间距 92。在网格线 82 之间的径 向间距可以在径向 40 上增加， 以使得在越靠近内周长 54 的地方 （例如， 越远离流路） 所加热 量越大， 同时在越远离内周长 54 的地方 （例如， 越靠近流路） 所加热量越小。所述不均匀的 温度补偿实现了所述一个或多个转子轮盘12的均匀受热， 增加了转子轮盘12的循环寿命， 也实现了对于叶尖间隙的控制。 0032 图 5 为具有转子轮盘加热系统 44（例如转子轮盘加热装置 50） 的转子轮盘 12 的 实施例的横向截面图， 所述转子轮盘加热系统包括设置在凹槽 98 内的多层加热材料 96， 如 由图 3。

39、 和图 4 中的线 5-5 所指示。图 6 为在图 5 中的线 6-6 内截取的所述多层加热材料 96 的实施例的细部横向截面图， 所述多层加热材料设置在所述等凹槽 98 中的一者内。如图 5 所示， 转子轮盘 12 包括多个凹槽 98， 所述多个凹槽 98 被蚀刻到转子轮盘 12 的环形表面 56 中。尽管所图示的凹槽 98 包括矩形形状， 但是， 在其他实施例中， 凹槽 98 的形状可以不同 （例如， 凹形、 三角形等等） 。凹槽 98 在轴向 38 上延伸到转子轮盘 12 中， 并且在周向 42 上 沿转子轮盘 12 延伸。此外， 凹槽 98 在径向 40 中彼此间隔开。每一凹槽 98 。

40、包括位于环形 表面 56 下方的表面 100。将电阻网 68 设置在凹槽 98 内、 处于环形表面 56 下方， 可以避免 电阻网 68 与在旋转机械 42 内其他紧密配合的部件 （例如， 在轮盘 12 之间的榫头或其他滑 动轴承部件） 的表面之间的相互干扰。 0033 如图5和图6所示， 多层加热材料96包括第一介电质层102， 第一介电质层102具 有高的导热性， 设置于每一凹槽98的表面100上。 取决于所使用的材料， 第一介电质层102 的导热性可以处于从大致 1000W/(m K) 到 4000W/(m K) 的范围内。在某些实施例中， 第一 介电质层 102 可包括金刚石粉。所述金。

41、刚石粉作为第一介电质层而言， 可以提供诸多益处。 举例而言， 所述金刚石粉所具有的益处包括极高的机械硬度、 低的可压缩性以及在室温下 的高的导热性。此外， 金刚石粉可以抵抗化学腐蚀， 表现出低或负的电子亲和力 （electron affinity） ， 充当良好的电导体， 并且可以通过掺杂来改变其电阻率。所述金刚石粉可以通 过化学气相沉积或任何其他技术来沉积在转子轮盘 12 上。多层加热材料 96 还包括电阻加 热层104， 电阻加热层104设置在第一介电质层102上。 在其他电阻加热材料的区域中， 电阻 加热层 104 充当表现出电阻性的导体。举例而言， 用于电阻加热层 104 的材料可以包。

42、括铂、 铜、 镍、 钨或任何其他金属或金属合金 （例如， 镍克罗、 镍 - 铁、 铁 - 铬 - 铝、 铜 - 镍等） 。取决 于所使用的材料， 电阻加热层 104 的电阻率可以处于从大致 5x10-8 m 到 1.496x10-6 m 的范围内。 在某些实施例中， 多层加热材料96包括第二介电质层106， 第二介电质层106具 有低的导热性 （例如， 相对于第一介电质层 102 而言） ， 设置于电阻加热层 104 上， 以实现环 境保护和 / 或绝缘的目的。取决于所使用的材料， 第二介电质层 106 的导热性可以处于从 说 明 书 CN 103375182 A 9 7/8 页 10 大致 。

43、0 到 2W/(m K) 的范围内。举例而言， 第二介电质层 106 可以包括热障涂层， 诸如陶瓷 毯。 0034 图 7 和图 8 分别为具有转子轮盘加热系统 44（例如， 转子轮盘加热装置 50） 的转 子轮盘 12 的实施例的局部侧视图和局部横向图， 转子轮盘加热系统 44 设置在环形表面 56 上。图 9 为在图 8 中的线 9-9 内截取的多层加热材料 96 的实施例的细部横向图， 所述多层 加热材料设置在环形表面 56 上。转子轮盘 12 如图 3 所描述。如图所示， 转子轮盘 12 的主 要主体区域 62 相对于环形表面 56 大体呈凹形。转子轮盘加热系统 44 包括多层加热材料。

44、 96， 所述多层加热材料 96 沿主要主体区域 62 来设置。凹形的主要主体区域 62 避免了在多 层加热材料 96 与在旋转机械 42 内的其他紧密配合的部件 （例如， 榫头或者是在轮盘 12 之 间的其他滑动轴承部件） 的表面之间发生干扰。 多层加热材料96沿主要主体区域62的环形 表面 56 形成连续层。电力会从电源供应器 48， 经由与多层加热材料 96 相连接的一根或多 根引线 （未示出） ， 提供给多层加热材料 96。所述多层加热材料如上文关于图 5 和图 6 所描 述。具体来说， 第一介电质层 102 设置在转子轮盘 12 的环形表面 56 上， 而电阻加热层 104 设置在第。

45、一介电质层102上。 在某些实施例中， 多层加热材料96包括第二介电质层106， 第 二介电质层 106 具有低的导热性， 设置于电阻加热层 104 上， 以实现环境保护和 / 或绝缘的 目的。由转子轮盘加热系统 44 所提供的可变的温度补偿实现了所述一个或多个转子轮盘 12 的均匀受热， 增加了转子轮盘 12 的循环寿命， 也实现了对于叶尖间隙的控制。 0035 图 10 为在图 8 中的线 9-9 内截取的多层加热材料 96 的实施例的细部横向图， 所 述多层加热材料 （例如， 被分区段） 设置在环形表面 56 上。转子轮盘 12 如图 3 所描述。如 图所示， 多层加热材料 96 通过间。

46、隙 110 被分区段成多个独立区段 108。在某些实施例中， 区段 108 可以在大小上有所不同 （例如， 宽度、 长度、 厚度、 面积等） 。在其他实施例中， 各区 段 108 具有相同大小。在某些实施例中， 各个独立区段 108 允许所施加的电流或电压能够 相互独立地变化 （例如， 经由控制器 46） ， 来改变在各个区段 108 之间的加热。举例来说， 施 加给区段 112 的电流 （例如， 相对远离流路） 可以高于其他区段 114、 116（例如， 相对靠近流 路） 。再例如， 施加给区段 114 的电流 （例如， 相对远离流路） 可以高于区段 116（例如， 相对 靠近流路） 。因此。

47、， 越是靠近内周长 54 （例如， 越远离流路） ， 则所加热量越大 （经由转子轮盘 加热系统 44） ， 而越是远离内周长 54（例如， 越靠近流路） ， 则所加热量越小。所述可变的温 度补偿实现了所述一个或多个转子轮盘12上的均匀受热， 增加了转子轮盘12的循环寿命。 0036 如上文所提及， 用于转子轮盘加热系统 44 的电力可以由可拆卸探头 118 来提供。 图 11 为可拆卸探头 118 的实施例的示意图， 图中所述可拆卸探头 118 插入到旋转机械 42 的壳体 120 内 （例如， 压缩机 14 或涡轮 20） 来为转子轮盘加热系统 44 提供电力。图 12 为 在图 11 中的。

48、线 12-12 内截取的可拆卸探头 118 和插座 122 的细部示意图， 所述可拆卸探头 和插座为转子轮盘加热系统 44 提供电力。探头 118 提供电力来加热一个或多个转子轮盘 12， 具体来说， 是在旋转机械42的转子轮盘12处于静止时 （例如， 在冷态启动事件之前） 。 探 头 118 包括致动器部分 124 以及延伸部分 126。延伸部分 126 经配置以经由端口 128（例 如， 在径向 40 中） 插入到旋转机械 42 的壳体 120 内。端口 128 可以是现有端口 （例如， 孔探 仪端口） ， 或者是专为探头 118 设计的定制端口。壳体 120 包括一个或多个端口 128。。

49、探头 118 经配置以与插座 122 连接来为转子轮盘加热系统 44 提供电力。插座 122 位于间隔物 130 内， 间隔物 130 设置成相邻于要加热的转子轮盘 12。在一些实施例中， 插座 122 包括螺 说 明 书 CN 103375182 A 10 8/8 页 11 纹 132 以便能够容易地替换插座 122。在某些实施例中， 旋转机械 42 包括用于加热转子轮 盘 12 的多个插座 122。在其他实施例中， 旋转机械 42 包括单个插座 122 来对一个或多个 转子轮盘 12 加热。一根或多根引线 134 从插座 122 延伸到要加热的转子轮盘 12。在具有 单个插座 122 的实施例中， 一根或多根引线 134 从插座 122 延伸到多个转子轮盘 12。延伸 部分 126 的远端 136（例如， 相对于致动器部分 124） 包括一根或多根引线 138（例如， 电源 引线、 控制引线等） ， 所述一根或多根引线 138 插入到插座 122 中。一旦所述延伸部分插入 到插座 122 中， 电力便经由引线 134 提供到转子轮盘加热系统 44 （例如， 转子轮盘加热装置 50） 。在某些实施例中， 延伸部分 128 。