CN105422286B - 密封组件及具有此密封组件的燃气涡轮 - Google Patents

Abstract

本发明涉及密封组件及具有此密封组件的燃气涡轮。一种密封组件(22)设在燃气涡轮的燃烧器(11)与涡轮(12)之间的接口处，其中所述涡轮包括在其入口处的导叶(14)，导叶各自在其外直径处借助于后外直径导叶钩(15)安装在涡轮内，且在其内直径处各自借助于前内直径导叶齿(23)与蜂窝密封件(24)密封地接合，蜂窝密封件布置在所述燃烧器的出口的对应的内直径部分处，其中所述后外直径导叶钩允许所述导叶以围绕所述后外直径导叶钩旋转的形式进行相对移动(16)。通过使所述前内直径导叶齿和对应的蜂窝密封件在其构造方面适于所述导叶的所述旋转相对移动来改善密封，使得所述蜂窝密封件在燃气涡轮(10)的瞬态中的压缩减小。

Description

密封组件及具有此密封组件的燃气涡轮

技术领域

本发明涉及燃气涡轮技术。其涉及燃气涡轮的燃烧器与涡轮之间的接口处的密封组件。

其还涉及具有此类密封组件的燃气涡轮。

背景技术

燃气涡轮大体上包括压缩机、燃烧器和涡轮。压缩机压缩空气，空气然后给送到燃烧器用于焚烧燃料。所得的热气体流出燃烧器，且沿热气体通路进入涡轮。通常，导叶的环布置在涡轮入口处。为了防止压缩空气进入热气体通路，密封件必须沿热气体通路设在各种位置处。尤其是，在燃烧器与涡轮之间的接口处，特殊蜂窝密封件用于密封(例如，见文献US 7,178,340)。

图1中详细示出了燃烧器/涡轮接口处的密封情形。在图1中，热气体通路40将来自燃烧器11的热气体13经由燃烧器/涡轮接口引导至燃气涡轮10的涡轮12。在涡轮12的入口处布置了导叶14的周向环。各个导叶14均包括沿径向方向在内直径平台14a与外直径平台14b之间延伸的翼型件17。导叶14各自在外壳处借助于外直径平台14b(见图1中的上部圆)的后端处的后外直径钩15来钩到支承件中。与后外直径钩15相对，存在内直径平台14a(见图1中的下部圆)的前端处的密封组件18，在该处，导叶齿19与蜂窝密封件20(图2中更详细示出)和其密封表面21密封地接合。

导叶14通过保持结构42支承在内平台上。燃气涡轮的内部结构与外部结构之间的瞬态热性能导致相对移动43。

对密封位置或密封组件18的特定要求在于密封件20必须适应相对轴向和径向移动。这被认作是通过蜂窝的弹性变形来完成。密封组件18处的紧密密封对于防止冷却空气绕过燃烧器11进入热气体通路40很重要，导致较高的火焰温度和较高的NOx排放，且导致涡轮12的涡轮入口处的较大程度的温度不均匀性。该问题在于老化和退化会磨损密封件或密封件会塑性变形。两个效果可导致泄漏间隙增大。

发明内容

本发明的一个目的在于将密封组件设在燃烧器/涡轮接口处，这以简单且成本效益合算的方式减少或甚至消除此密封件的弱点。

本发明的另一个目的在于向燃气涡轮提供此密封组件。

这些及其它目的通过根据本发明的密封组件和燃气涡轮来获得。

根据本发明的密封组件设在燃气涡轮的燃烧器与涡轮之间的接口处，所述涡轮包括其入口处的导叶，该导叶各自在其外直径处借助于后外直径导叶钩或接近后部的外直径导叶钩安装在所述涡轮内，且各自在其内直径处借助于前内直径导叶齿与蜂窝密封件密封地接合，蜂窝密封件布置在所述燃烧器的出口的对应内直径部分处，其中所述后外直径导叶钩允许所述导叶以围绕所述后外直径导叶钩旋转的形式进行相对移动。

其特征在于所述前内直径导叶齿和对应的蜂窝密封件在其构造方面适于所述导叶的所述旋转相对移动，使得所述蜂窝密封件在所述燃气涡轮的瞬态中的压缩减小。

根据本发明的密封组件的实施例特征在于所述前内直径导叶齿和对应的蜂窝密封件在其形状方面适于所述导叶的所述旋转相对移动。

具体而言，所述蜂窝密封件具有密封表面，其与所述导叶的旋转相对移动的切向方向对准。

更具体而言，所述前直径导叶齿具有接触表面，其与所述蜂窝密封机构的所述密封表面总体对准。

此外，所述接触表面可与所述密封表面平行。

作为备选，与所述密封表面相比，所述接触表面可相对于机器的轴向方向更倾斜。

根据本发明的密封组件的另一个实施例的特征在于所述蜂窝密封件的蜂窝单元在其定向方面适于所述导叶的所述旋转相对移动。

具体而言，所述蜂窝密封件可具有与所述导叶的旋转相对移动的切向方向对准的密封表面，且所述蜂窝密封件的蜂窝单元可都与所述导叶的旋转相对移动的切向方向对准。

作为备选，所述蜂窝密封件可具有与所述导叶的旋转相对移动的切向方向对准的密封表面，且所述蜂窝密封件可预先变形，使得所述蜂窝密封件的蜂窝单元与所述导叶的旋转相对移动的切向方向越来越对准，其中离密封表面距离减小。

本发明的燃气涡轮包括根据本发明的密封组件。

附图说明

现在将借助于不同实施例且参照附图来更详细阐释本发明。

图1详细示出了根据现有技术的燃气涡轮的燃烧器与涡轮之间的接口；

图2更详细示出了图1的接口的内直径平台的前端处的密封组件；

图3示出了根据本发明的具有对准的密封表面的密封组件的实施例；

图4示出了根据本发明的具有对准的密封表面和蜂窝单元的密封组件的另一个实施例；

图5示出了根据本发明的具有不同地对准的密封表面的密封组件的另一个实施例；以及

图6示出了根据本发明的具有预先变形的逐渐对准的蜂窝单元的密封组件的蜂窝密封件。

部件列表：

10 燃气涡轮

11 燃烧器

12 涡轮

13 热气体

14 导叶

14a 内直径平台

14b 外直径平台

15 导叶钩(后外直径)

16 矢径

17 翼型件

18,22,26,31 密封组件

19,23,27,32 导叶齿

20,24,28,33 蜂窝密封件

21,25,29,34 密封表面

23a,27a,32a 接触表面(导叶齿)

30 密封载体

35 弹性变形线

36 蜂窝密封件

37 密封表面

38 蜂窝单元

40 热气体通路

41 在密封载体30中的裂口

42 保持结构

43 相对移动

α,β 角。

具体实施方式

本发明的基本构想在于通过适合定形和/或构造来减小密封件在瞬态中的压缩。

在图1中所示的构造中，导叶14的主要相对移动为围绕后外直径导叶钩15以矢径16旋转。

如图3中所示，在本发明的第一实施例中，导叶齿23的接触表面23a和蜂窝密封件24的密封表面24定向成平行于导叶14的相对移动，或沿相对于矢径16的切向方向。然而，为了容易制造和组装的原因，蜂窝的压缩的方向仍沿机器的轴向方向定向。

备选方案将在于使蜂窝单元旋转相同的角，即，使得它们平行于密封表面。这将增加制造成本，但改善了耐磨性和导叶齿与密封件之间的接触。另外，密封表面将由已经切穿的单元形成，单元将快速地分层，且然后在单元的水平之间产生小阶梯。

图4中示出了此备选设计。图4的密封组件包括具有类似于图3的倾斜接触表面27a的导叶齿27，以及具有类似于图3的对应的倾斜密封表面29的蜂窝密封件28，蜂窝密封件28保持在密封载体30中。密封载体30可分开，以减小密封件28与密封载体30之间的空隙。这里，压缩的方向又是导叶14的旋转中心(即，后外直径钩15)的径向。现在，蜂窝单元也根据在密封件28中画出的线倾斜。这最大限度减小了至密封件的径向力，这出于设计空隙和降级材料两者而有益于具有增大空隙的密封件。

图5中示出了导叶齿的备选设计。在图5的密封组件31中，导叶齿32的边缘产生有角β(例如，50°)，其大于倾斜密封表面34的角α(例如，45°)，使得密封件挤压在底部中比在齿32的顶部中高距离d(例如，~1mm)。这改善了导叶齿32与蜂窝密封件33之间的接触，同时保持变形弹性，故密封件可将其形状从弹性变形35(图5中的虚线)恢复。

图6中示出了备选设计。这里，具有其倾斜的密封表面37的蜂窝密封件36的蜂窝单元38预先变形(见图6中的框箭头)，以得到期望的最终形状。外密封接口和内密封接口的最终加工可在预先弯曲之前或优选预先弯曲之后完成。这允许了蜂窝密封件的高度减小至最小，这有益于制造。

根据本发明的密封组件的优点在于：

·较少压缩，因此密封件的较小弹性和塑性变形。基本上，可以以给定密封件大小适应较大的轴向移位。实际上，变形将主要是弹性的，这意思是密封件将在挤压之后恢复其形状。

·即使密封件被严重夹持，导叶齿与密封件之间的接触被确保处于稳态(即，不需要压力触动)。

·最终，克服磨损和非期望泄漏的更稳健设计是可能的，这将降低增加火焰温度和排放的风险。

当压缩时，蜂窝沿周向伸长。该空间必须提供在该设计中，且产生附加的泄漏通路。减少压缩还意味着需要提供较少周向空间，这意味着较少二次泄漏。

Claims (9)

1.一种在燃气涡轮(10)的燃烧器(11)与涡轮(12)之间的接口处的密封组件(22,26,31)，所述涡轮(12)包括在其入口处的导叶(14)，所述导叶(14)各自在其外直径处借助于后外直径导叶钩(15)安装在所述涡轮(12)内，且在其内直径处各自借助于前内直径导叶齿(23,27,32)与蜂窝密封件(24,28,33,36)密封地接合，所述蜂窝密封件(24,28,33,36)布置在所述燃烧器(11)的出口的对应的内直径部分处，其中所述后外直径导叶钩(15)允许所述导叶(14)以围绕所述后外直径导叶钩(15)旋转的形式进行相对移动(16)，其特征在于，所述前内直径导叶齿(23,27,32)和对应的蜂窝密封件(24,28,33,36)在其构造方面适于所述导叶(14)的旋转相对移动(16)，使得所述蜂窝密封件(24,28,33,36)在所述燃气涡轮(10)的瞬态中的压缩减小，其中，所述蜂窝密封件(24,28,33,36)具有密封表面(25,29,37)，其与所述导叶(14)的旋转相对移动(16)的切向方向对准，且其中，所述前内直径导叶齿(23,27,32)具有接触表面(23a,27a,32a)，其与所述蜂窝密封件(24,28,33,36)的所述密封表面(25,29,34,37)对准。

2.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述前内直径导叶齿(23,27,32)和对应的蜂窝密封件(24,28,33,36)在其形状方面适于所述导叶(14)的所述旋转相对移动(16)。

3.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述接触表面(23a,27a)与所述密封表面(25,29)平行。

4.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，与所述密封表面(34)相比，所述接触表面(32a)相对于机器的轴向方向更倾斜。

5.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述蜂窝密封件(28,36)的蜂窝单元(38)在其定向方面适于所述导叶(14)的所述旋转相对移动(16)。

6.根据权利要求5所述的密封组件，其特征在于，所述蜂窝密封件(28)具有密封表面(29)，其与所述导叶(14)的旋转相对移动(16)的切向方向对准，且所述蜂窝密封件(28)的蜂窝单元所有都与所述导叶(14)的旋转相对移动(16)的切向方向对准。

7.根据权利要求5所述的密封组件，其特征在于，所述蜂窝密封件(36)具有密封表面(37)，其与所述导叶(14)的旋转相对移动(16)的切向方向对准，且所述蜂窝密封件(36)预先变形，使得所述蜂窝密封件(36)的蜂窝单元(38)与所述导叶(14)的旋转相对移动(16)的切向方向越来越对准，其中离所述密封表面(37)的距离减小。

8.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述后外直径导叶钩(15)布置在所述导叶(14)的后端处或接近所述后端。

9.一种燃气涡轮(10)，包括根据权利要求1至权利要求8中的一项所述的密封组件(22,26,31)。