具有片密封件的涡轮机的部件以及用于进行密封以防止导流片与承载元件之间泄漏的方法

摘要

本发明公开了一种涡轮机（105）的部件，其包括导流片（117）、承载元件（6、7、8、9）和在所述导流片（117）与所述承载元件（6、7、8、9）之间的至少四个分界面。所述至少四个分界面通过片密封件（11、12、13、14）被密封。此外，描述了一种用于进行密封以防止涡轮机部件的导流片（117）与承载元件（6、7、8、9）之间泄漏的方法。所述涡轮机部件包括在所述导流片（117）与所述承载元件（6、7、8、9）之间的至少四个分界面。所述至少四个分界面通过片密封件（11、12、13、14）被密封。

说明书

技术领域

本发明涉及一种涡轮机的部件。其进一步涉及一种用于进行密封以防止涡轮机部件的导流片与承载元件之间泄漏的方法。

背景技术

需要将涡轮机导流片轴向面与承载环的相应特征之间的空气泄漏限制到最小。涡轮机导流片和承载环承受着引起变形和相对运动的热负载和机械负载。因此，在涡轮机导流片与承载环的相应特征之间可能发生泄漏。

以前，已经通过直接的面对面的接触将空气泄漏最小化，但易于在维修期间不知道泄漏速率。

在US 4,815,933中公开了一种无螺栓型涡轮机喷嘴和喷嘴支撑组件，该支撑组件包括涡轮机喷嘴安装法兰，其被安坐在形成一部分喷嘴支撑的喷嘴座中。压力致动的可缩密封件被邻近喷嘴座粘附到涡轮机喷嘴，以便在整个组件上提供气封。

在EP 1 340 885 A2中公开了一种用于燃气涡轮发动机喷嘴导流片的片密封件。涡轮机喷嘴组件包括：结合在一起以形成外部带的多个区段，以及结合在一起以形成内部带的多个区段。至少一个翼面定位在外部带与内部带之间。片密封件通过至少一个销构件附接到每个内部带区段，并且片密封件通过至少一个销构件附接到每个外部带区段。

在US 5,118,120中公开了一种用于在涡轮机或类似机构的两个结构部件之间实现密封的设备。该设备包括位于两个部件之间的空间中的片密封件。

在US 5,797,723中公开了一种涡轮机密封件。该涡轮机密封件包括第一弓状区段，其限定了燃烧气体与空气之间的流路边界，并且该涡轮机密封件在其一端包括径向向外延伸的轨道。第二弓状区段被设置成与第一区段同轴，用于限定流路边界的延长部。其具有与轨道结合的径向延伸面。片密封件桥接轨道和该面，以便密封其间的泄漏。多个销延伸穿过片密封件，用于对轨道提供安装。

在EP 1 445 537 A2中公开了一种用于在燃气涡轮发动机的燃烧器衬套的后端提供密封的组件。该密封组件包括基本为环状的第一密封构件，其被定位在支撑构件的尾部与衬套后端，从而安坐在衬套后端的指定表面部分上。基本为环状的第二密封构件被定位在支撑构件尾部与位于衬套后端下游的涡轮机喷嘴之间，从而安坐在支撑构件尾部的指定表面部分上。当支撑构件尾部相对于衬套后端径向或轴向以及相对于涡轮机喷嘴径向或轴向移动时，第一密封构件和第二密封构件被保持在其各自的安坐位置。第一用密封构件和第二密封构件允许相邻部件的轴向和径向运动。

在DE 103 06 915 A1中公开了一种用于燃气涡轮机的密封布局结构。所公开的密封构件包括多个开口，流体能够通过该多个开口经过密封构件。

在WO 2005/033558 A1中公开了一种包括第一部件和第二部件的密封件。该密封件被应用至燃气涡轮机的燃烧室。其包括也在振动情况下在燃烧室中提供密封的弹簧负载。该密封件被进一步应用至燃气涡轮机中的相邻静止叶片平台之间的密封。该密封件包括用于将流体引导通过密封件的多个开口。

在US 5,343,694中公开了一种包括多个喷嘴区段的燃气涡轮机喷嘴，喷嘴区段具有由内部罩区段和外部罩区段支撑的一对喷嘴导流片。外部罩区段包括大致轴向延伸的平台，其中沿圆周延伸的密封构件被附接到其上游端，以便与燃烧衬套凸缘密封来抵抗其间的泄漏。此外，径向延伸的圆周突出部被附接到平台的下游端，用于对W密封件提供接合表面，以便防止外部转子壳体与罩区段之间的泄漏。

在WO 2009/085949 A1和US 2009/0169370 A1中公开了一种包括带的涡轮机喷嘴区段，该带具有多个突出片。描述了一种从带以及附接到突出片的支撑结构延伸的翼面。该支撑结构具有多个偏置结构。

在US 2009/0074562 A1中公开了一种涡轮机喷嘴导向导流片，其具有从中空芯部通往相应的密封条带缝槽的通路，以便将冷却空气运送至导流片每端上的邻接面。

在EP 2 180 143 A1中公开了一种燃气涡轮机喷嘴布局结构。该布局结构包括存在于承载环部分的径向外部表面与内部平台的内部表面之间的至少一个密封带，还包括用于允许冷却流体流过密封带的开口。

文献EP 1 296 023 A1公开了一种用于将带状密封衬垫保持在涡轮机喷嘴上的设计。

文献WO 2009/158554 A2公开了一种用于在高温应用期间容纳流体或气体的密封件。

在名称为“leaf seal (片密封件)”的US 5,118,120中教导了一种用于在涡轮机的两个结构部件之间实现密封的设备，其包括位于两个部件之间空间中的片密封件以及弹簧，该弹簧将片密封件连续地偏置到密封位置而抵抗部件，而与片密封件上的压差无关。

发明内容

本发明的第一个目的是要提供一种使得导流片与承载元件之间泄漏减少的涡轮机部件。本发明的第二个目的是要提供一种用于进行密封以防止涡轮机部件的导流片与承载元件之间泄漏的方法。

第一个目的通过权利要求1所述的部件而得以解决。第二个目的通过权利要求12所述的方法而得以解决。各从属权利要求限定了本发明进一步的改进。

本发明的涡轮机部件包括导流片、承载元件、以及处于所述导流片与所述承载元件之间的至少四个分界面。所述至少四个分界面通过片密封件密封。例如，所述部件可包括用于在四个分界面处连接导流片和承载元件的至少四个片密封件。密封所有四个分界面具有的优点在于，能够有效地减少导流片与承载元件（例如承载环）之间的泄漏。同时，本发明的设计允许导流片与承载元件之间相对运动，同时还保持已知的密封性能。优选地，片密封件为金属薄板片密封件。

所述涡轮机可包括承载环，该承载环包括所述承载元件。替代性地，所述承载元件能够被设计成承载环。

一般而言，所述片密封件能够被连接到所述导流片和/或连接到所述承载元件。有利地，所述片密封件可被连接到所述导流片和/或连接到所述承载元件，使得在所述导流片与所述承载元件之间能够进行运动。例如，所述涡轮机可包括旋转轴线。至少一个片密封件能够被连接到所述导流片和/或连接到所述承载元件，使得在所述导流片与所述承载元件之间沿着轴向方向和/或切向方向和/或径向方向能够进行运动。优选地，至少一个片密封件能够通过至少一个定位销被连接到所述导流片和/或连接到所述承载元件。至少一个片密封件通过使用定位销能够允许自由运动，例如具有轴向间隙和切向间隙。

至少一个片密封件可包括用于将流体引导通过所述密封件的装置。例如，至少一个片密封件可包括至少一个开口，优选是多个开口，用于将流体引导通过所述密封件。所述导流片可包括具有下侧的平台，所述导流片在该下侧处被连接到所述承载元件并且可能被暴露于热气体。例如，这些密封件之一上的泄漏与这些密封件中的另一个相比能够允许具有更高的值，以便将冷却空气供应到所述导流片的平台的下侧。这允许冷却所述平台的下侧。

所述涡轮机能够包括旋转轴线，所述导流片能够包括尾缘、前缘、具有前缘侧和尾缘侧的径向外部平台以及具有前缘侧和尾缘侧的径向内部平台。第一分界面能够位于所述径向外部平台的所述前缘侧处。第二分界面能够位于所述径向内部平台的所述前缘侧处。第三分界面能够位于所述径向外部平台的所述尾缘侧处，第四分界面能够位于所述径向内部平台的所述尾缘侧处。这些四个分界面能够各自通过先前描述的片密封件而被密封。

一般而言，所述涡轮机能够为燃气涡轮机或蒸汽涡轮机。

本发明的用于进行密封以防止涡轮机部件的导流片与承载元件之间泄漏的方法与包括导流片与承载元件之间至少四个分界面的涡轮机部件有关。所述至少四个分界面通过片密封件被密封。本发明的方法能够通过先前描述的本发明的部件而被执行。因此，本发明的方法与本发明的部件具有相同的优点。

一般而言，所述至少四个分界面可包括先前描述的第一分界面和/或第二分界面和/或第三分界面和/或第四分界面。

有利地，流体被引导通过所述片密封件，例如引导通过所述片密封件的开口。有利地，空气（特别是冷却空气）可被引导穿过所述片密封件。这对密封部分（特别是所述导流片的平台的下侧）提供了有效冷却。

在本发明的上下文中，用语“片密封件（leaf seal）”被使用为具有与现有技术文献（例如，US 5,118,120、WO 2009/085949 A1或US 2009/0169370 A1）中使用的用语相同的含义。所述片密封件例如可为顶端密封片、密封面、密封条带、唇形密封件、衬垫、密封垫片或密封垫圈。

在本发明中，用语“承载元件”被定义成连接所述导流片的元件。所述承载元件可将所述导流片保持在其正确位置，例如保持在涡轮机中。导流片典型地可被连接到至少两个承载元件。所述导流片可包括径向内部平台、翼面部分和径向外部平台。所述翼面部分位于两个平台之间。优选地，每一个平台被连接到承载元件。

根据下文结合附图对实施例所作的描述，本发明进一步的特征、性能和优点将变得更加清楚。所有提及的特征单独地或彼此间的任何组合均是有利的。

附图说明

图1示意性地示出了燃气涡轮机。

图2以截面图示意性地示出了本发明的涡轮机的部件。

图3以透视图示意性地示出了连接到导流片的平台的片密封件。

具体实施方式

现在将参照图1至图3来描述本发明的实施例。

图1示意性地示出了一个燃气涡轮机。该燃气涡轮机包括旋转轴线和转子。转子包括轴107。具有壳体的吸入部分109、压缩机101、燃烧部分151、涡轮机105和具有壳体的排气部分190沿着转子定位。

燃烧部分151与热气体流动通道连通，该热气体流动通道例如具有圆形横截面。涡轮机105包括多个涡轮机级。每一个涡轮机级包括数圈涡轮机叶片。沿着热气体在热气体流动通道中的流动方向，一圈涡轮机导向导流片117之后是一圈涡轮机转子叶片115。涡轮机导向导流片117被连接到定子的内壳。涡轮机转子叶片115被连接到转子。转子被连接到例如发电机。

在燃气涡轮机操作期间，空气被吸入并通过压缩机101而被压缩。压缩空气被引导至燃烧部分151并与燃料混合。空气和燃料的混合物然后被燃烧。合成的热燃烧气体通过热气体流动通道流动到涡轮机导向导流片117和涡轮机转子叶片115并致动转子。涡轮机的旋转轴线由附图标记102表示。

图2以截面图示意性地示出了涡轮机的一部分。轴向方向由附图标记50表示，径向方向由附图标记51表示，切向方向由附图标记52表示。在图2中，导流片117被连接到多个承载元件6、7、8、9。导流片117包括前缘4和尾缘5。驱动介质（例如气体或蒸汽）的流动方向由箭头1表示。

导流片117包括径向外部平台2和径向内部平台3。径向外部平台2包括与导流片117的前缘4对应的前缘侧45和与导流片117的尾缘5对应的尾缘侧47。径向内部平台3包括与导流片117的前缘4对应的前缘侧46和与导流片117的尾缘5对应的尾缘侧48。通过将导流片117连接到多个承载元件6、7、8、9，在导流片117与承载元件6、7、8、9之间建立了多个分界面。

径向外部平台2包括位于径向外部平台2的前缘侧45处的第一突出部41和位于径向外部平台2的尾缘侧47处的第二突出部43。径向内部平台3包括在前缘侧46处的第一突出部42和在尾缘侧48处的第二突出部44。

第一分界面形成在径向外部平台2的第一突出部41的径向外部表面31与承载元件7的相应表面21之间。此第一分界面通过第一片密封件11而密封。

第二分界面形成在径向内部平台3的第一突出部42的径向内部表面32与承载元件9的相应表面22之间。此第二分界面通过第二片密封件12而密封。

第三分界面形成在径向外部平台2的第二突出部43的径向外部表面33与承载元件6的相应表面23之间。此第三分界面通过第三片密封件13而密封。

第四分界面形成在径向内部平台3的第二突出部44的径向内部表面34与承载元件8的相应表面24之间。此第四分界面通过第四片密封件14而密封。

第一片密封件11能够通过止动销15被连接到承载元件7和/或连接到径向外部平台2，优选被连接到径向外部平台2的第一突出部41。第二片密封件12能够通过止动销15被连接到承载元件9和/或径向内部平台3，优选被连接到径向内部平台3的第一突出部42。第三片密封件13能够通过止动销15被连接到承载元件6和/或连接到径向外部平台2，优选被连接到径向外部平台2的第二突出部43。第四片密封件14能够通过止动销15被连接到承载元件8和/或径向内部平台3，优选被连接到径向内部平台3的第二突出部44。

所有的片密封件11、12、13、14能够有利地为金属薄板片密封件。优选地，用于将片密封件11、12、13、14连接到平台2、3和/或连接到承载元件6、7、8、9的止动销或定位销15，被构造成使得在平台2、3与承载元件6、7、8、9之间可以进行自由运动。优选地，使用具有轴向和切向间隙的定位销。止动销或定位销15允许导流片117与相应的承载元件6、7、8、9之间的相对运动，同时保持密封性能。

一般而言，承载元件6、7、8、9能够是承载环的一部分。例如，承载元件6和/或承载元件7能够为径向外部承载环的一部分。承载元件8和/或承载元件9能够为径向内部承载环的一部分。

在径向外部平台2的径向外侧形成有位于径向外部平台2下方的空间10。在径向内部平台3的径向外侧形成有位于径向内部平台3下方的空间20。片密封件11、12、13、14有效地防止热气体从燃气涡轮机或蒸汽涡轮机的燃烧室泄漏到平台2和3下方的空间10和20中。同时，在导流片117与承载元件6、7、8、9之间可以进行例如由于振动引起的运动，同时保持片密封件11、12、13、14的密封功能。

图3以透视图示意性地示出了连接到导流片的平台的片密封件。在图3中，径向内部平台3的尾缘侧48作为示例被示出。片密封件14通过止动销或定位销15被连接到径向内部平台3的第二突出部14。

另外，示出了位于平台3下侧处的撞击板中的多个开口17。这些开口17能够用于冷却平台3的下侧和/或用于冷却导流片117。

片密封件14进一步包括多个开口16。这些开口16优选地比平台3下侧处的撞击板中的开口17具有更小的直径。片密封件14的开口16能够用于将冷却空气或任意其他冷却介质供应到平台3的下侧。优选地，密封件11、12、13、14中的一个上的泄漏能够被允许具有更高的值，以便将冷却空气供应到平台3的下侧。

图3所示的布局结构具有的优点是，提供了一种抵抗热燃烧气体泄漏的密封，同时能够执行平台3的下侧的冷却。

其他三个片密封件11、12、13能够以图3所示的相同方式进行构造和连接。