CN112761743B - 一种燃气轮机排气扩散器密封结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种燃气轮机排气扩散器密封结构，属于燃气轮机领域，在前段扩散器内环与后段扩散器内环其中之一设置有安装槽，安装槽设置于前段扩散器内环与后段扩散器内环的配合面上，密封环部分位于安装槽中，安装槽的侧面上设置有第一弹簧，第一弹簧将密封环向燃气对密封环产生的压力方向顶出，安装槽的槽底设置有第二弹簧，第二弹簧将密封环顶出安装槽，使密封环压紧于前段扩散器内环与后段扩散器内环的配合面上以及安装槽侧壁上，在密封环因前后段扩散器之间的相对位移产生滑动时，仍能保持密封状态，提高了密封结构的稳定性；通过弹簧套等结构进一步提高了密封结构的稳定性；结构简单，实现成本较低。

Description

一种燃气轮机排气扩散器密封结构

技术领域

本发明涉及燃气轮机领域，涉及燃气轮机排气扩散器，具体涉及一种燃气轮机排气扩散器密封结构。

背景技术

在工业燃气轮机中，涡轮排气速度较高，这会使得排气的损失较大，影响机组效率，为了减小此部分损失，必须降低排气速度，因此涡轮排气侧设置了扩散器，通常扩散器是内、外环构成的环形通道，且轴向跨度比较大，另外，切向支撑、油管、气管等都要穿过扩散器到达后轴承座，为了安装方便及减小轴向跨距，扩散器会在轴向上设计成两段结构，并在连接部位设置密封结构防止燃气泄漏。如果内环位置发生燃气泄漏，则燃气直接到达轴承座位置，若引起轴承温度的升高，会损伤轴承，若有润滑油渗出则会引发起火。因此扩散器前、后段连接处的密封性应该要严格保证。

图1为现有技术方案的扩散器结构示意图，图2为现有技术方案的A部放大图。其中，支撑板2穿过气缸1、前扩散器外环3与前扩散器内环5与轴承座7连接，用以支撑燃气轮机的轴承；前段扩散器外环3与后段扩散器外环4组成扩散器外环，前段扩散器内环5与后段扩散器内环6组成扩散器内环；前段扩散器内环5与后段扩散器内环6连接处设置有扩散器密封结构，如图2所示，前段扩散器内环5或后段扩散器内环6上设置有密封槽8，密封槽8中装有密封圈9，通过密封圈9对前段扩散器内环5与后段扩散器内环6的连接结构进行密封，以防止燃气和润滑油渗漏导致轴承损伤。

但是，上述现有技术方案存在以下问题：相比气缸1，扩散器壁更薄，因此处在较高温度环境时，更容易产生变形，并且会比气缸的变形量大。由于扩散器直径较大，而且是前、后两段拼接结构，因此周向受热不均时，变形量会有差异，容易使密封圈产生位移，容易导致密封结构失效。另外，机组运行中，由于振动等因素的影响，也有可能会造成密封失效，导致燃气泄漏，影响机组的安全运行。

针对上述问题，文献CN109630218A公开了燃气涡轮机的排气构件，设有内侧扩散器，其形成为圆筒形状并沿圆周方向被分割为多个；第1密封外壳，其形成为圆筒形状并沿圆周方向一体构成，前端部连结至内侧扩散器的后端部；第2密封外壳，其形成为圆筒形状并沿圆周方向一体构成，前端部连结至第1密封外壳的后端部；支撑连结部，其支撑第1密封外壳的后端部和第2密封外壳的前端部，使其可沿轴向移动。从而易于拆下和安装壳体，并可实现维护性的提高。但是，其密封结构仅能够应对第1密封外壳与第2密封外壳之间的轴向移动，在二者发生径向移动时，具有一定的密封失效风险。

文献CN104040148A公开了一种燃气轮机，包括支柱，其贯通外侧扩散器及内侧扩散器而将排气室壁与轴承箱连结；支柱罩，其沿着支柱的延伸方向来覆盖支柱；隔壁，其配置在内侧扩散器的径向内侧与轴承箱的径向外侧之间，上游侧部与轴承箱之间被密封，下游侧部与内侧扩散器之间被密封，且在该隔壁上形成有供支柱贯通的支柱贯通孔；孔密封构件，其以能够相对于支柱沿延伸方向进行相对移动的方式固定于隔壁的支柱贯通孔，闭塞支柱贯通孔与支柱的间隙。该文献中记载了一种密封构件，通过使用弹簧对密封体进行压靠，以使密封体压紧于内侧扩散器的内壁上，保证在燃气轮机运行时，设备因冷却气产生热膨胀时导致发生轴向和径向位移时，仍能保持密封状态。但是，上述技术方案中，通过密封体在内侧扩散壁上滑动来处理轴向移动，在滑动时密封体在其所在槽的两个侧壁之间运动，无法压紧于侧壁上，容易使气体从密封体与其所在的槽之间的缝隙进入轴承箱附近空间，存在密封失效的风险。

发明内容

针对现有技术存在的密封结构在滑动时容易导致密封失效的问题，本发明提供了一种燃气轮机排气扩散器密封结构。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种燃气轮机排气扩散器密封结构，包括前段扩散器内环、后段扩散器内环、密封环、第一弹簧、第二弹簧，所述前段扩散器内环与所述后段扩散器内环相配合，其特征在于：所述前段扩散器内环与所述后段扩散器内环其中之一设置有安装槽，所述安装槽设置于所述前段扩散器内环与所述后段扩散器内环的配合面上，所述密封环部分位于所述安装槽中，所述安装槽的侧面上设置有所述第一弹簧，所述第一弹簧将所述密封环向燃气对所述密封环产生的压力方向顶出，所述安装槽的槽底设置有所述第二弹簧，所述第二弹簧将所述密封环顶出所述安装槽。

优选地，所述密封环上设置有容纳所述第一弹簧的第一孔、容纳所述第二弹簧的第二孔，所述第一孔与所述第二孔均为盲孔。

优选地，所述密封环上的所述第一孔、第二孔交错布置。

优选地，所述第一弹簧的远离所述第一孔一侧、所述第二弹簧远离所述第二孔一侧分别套接有弹簧套。

优选地，套接于所述第一弹簧的所述弹簧套的开口一侧部分位于所述第一孔内，套接于所述第二弹簧的所述弹簧套的开口一侧部分位于所述第二孔内。

优选地，所述弹簧套底部钻有通孔，在所述弹簧套侧面设置有开口，所述开口与所述通孔相联通。

优选地，所述密封环为多个相同的密封环单体组合而成。

优选地，所述密封环单体的两端分别加工有第一密封伸出段与第二密封伸出段，相邻的所述密封环单体的所述第一密封伸出段与所述第二密封伸出段依次搭接。

优选地，所述密封结构还包括密封槽与密封圈，所述密封槽的截面为槽底宽度小于槽口宽度的梯形，所述密封圈的截面为与密封槽相匹配的梯形。

优选地，所述密封槽的数量为多个，所述密封槽之间留有间隔，所述密封圈的数量与所述密封槽的数量相同。

本发明具有以下有益效果：通过第一弹簧与第二弹簧将密封环压紧于密封槽侧壁与配合面上，在使密封环与其接触面之间发生滑动时仍能压紧于接触面上，降低了密封结构在与接触面之间发生相对滑动时的密封结构失效的风险；本发明的排气扩散器密封结构简单易实现，通过在后段扩散器内环上安装密封环来实现前、后段扩散器内环的密封，降低了现有设备的改进成本，同时能够有效减少了泄漏，保证了机组的安全运行；拆装方便，提高了机组的可维护性。

附图说明

图1为现有技术方案的排气扩散器结构示意图。

图2为现有技术方案的A部放大图。

图3为一种燃气轮机排气扩散器密封结构的排气扩散器密封结构示意图。

图4为一种燃气轮机排气扩散器密封结构的B部放大图。

图5为一种燃气轮机排气扩散器密封结构的弹簧套正视图。

图6为弹簧套的C-C截面图。

图7为一种燃气轮机排气扩散器密封结构的密封环单体结构示意图。

图8为一种燃气轮机排气扩散器密封结构的密封环装配示意图。

图中：1为气缸，2为支撑板，3为前段扩散器外环，4为后段扩散器外环，5为前段扩散器内环，6为后段扩散器内环，7为轴承座，8为密封槽，9为密封圈，10为第一孔，11为第一弹簧，12为弹簧套，1201为第一弹簧套，1202为第二弹簧套，13为第二孔，14为第二弹簧，15为安装槽，16为密封环，17为密封环单体，17a为第1密封环单体，17b为第2密封环单体，18为第一密封伸出段，19为第二密封伸出段。

具体实施方式

下面，结合附图具体实施方式，对本发明作进一步描述。本发明所述内容只针对扩散器末端的密封结构，不涉及扩散器的结构及安装固定。

本发明的描述中，需要说明的是，“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或位置关系的术语是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、特定的方位构造或操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在不相冲突的前提下，以下所描述的各个实施例之间或各个技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

本发明的描述中，轴向指的是图中左、右方向；径向指的是图中上、下方向。此外，附图仅对排气扩散器末端密封结构及其所处位置进行了示意性说明，但不以此构成对燃气轮机排气扩散器密封结构方案的限制。

如图3、图4所示的一种燃气轮机排气扩散器密封结构，包括前段扩散器内环5、后段扩散器内环6、密封环16、第一弹簧11、第二弹簧14，前段扩散器内环5与后段扩散器内环6相配合，其特征在于：前段扩散器内环5与后段扩散器内环6其中之一设置有安装槽15，安装槽15设置于前段扩散器内环5与后段扩散器内环6的配合面上，密封环16部分位于安装槽15中，安装槽15的侧面上设置有第一弹簧11，第一弹簧11将密封环16向燃气对密封环16产生的压力方向顶出，安装槽15的槽底设置有第二弹簧14，第二弹簧14将密封环16顶出安装槽15。本实施例中，安装槽15设置于后段扩散器内环6上，第一弹簧11将密封环16向轴承方向顶出，使密封环16压紧于安装槽15的靠近轴承的侧面上，第二弹簧14将密封环16顶出安装槽15并使密封环16压紧于前段扩散器内环5上。

以本实施例为例，对本发明的原理进行说明：当排气扩散器工作时，气体通过扩散器外环与扩散器内环之间的环形通道从前段扩散器向后段扩散器方向流动，此时环形通道内的气体压力较大，通过前段扩散器内环5与后段扩散器内环6之间的缝隙对密封环16产生向轴承方向的压力。由于第二弹簧14将密封环16压紧于前段扩散器内环5上，从而阻止环形通道内的气体进入轴承座7附近空间；第一弹簧11将密封环16压紧于安装槽15的侧壁上，防止环形通道内气体从安装槽15的侧壁上进入轴承座7附近空间；同时由于气体压力和第一弹簧11所产生的压力均为朝向轴承方向，进一步将密封环16压紧于安装槽15的侧壁上，从而提高了密封环16的密封效果。当前段扩散器内环5与后段扩散器内环6之间出现轴向位移时，在第一弹簧11的弹力作用下，密封环16仍被压紧于前段扩散器内环5上，使得密封环17仍能够实现密封。当前段扩散器内环5与后段扩散器内环6之间出现径向位移时，在第二弹簧14的弹力作用下，密封环16仍被压紧于安装槽15的侧壁上，使得密封环16保持密封。在密封结构受到前段扩散器内环5与后段扩散器内环6的振动影响时，通过第一弹簧11与第二弹簧14的弹力将密封结构始终压紧于安装槽15侧壁与前段扩散器内环5上，实现密封。通过上述方式，使得密封结构能够在前段扩散器内环5与后段扩散器内环6之间发生轴向和径向位移与振动时仍能够保持密封，实现了径向密封及轴向密封的联合作用；同时，在密封环16与其接触面之间发生滑动时，使密封环16保持与接触面之间压紧状态，避免了在滑动时密封结构失效。

如图4所示，密封环16上设置有容纳第一弹簧11的第一孔10、容纳第二弹簧14的第二孔13，第一孔10与第二孔13均为盲孔。通过第一孔10与第二孔13容纳第一弹簧11与第二弹簧14，从而便于密封环16的安装。

如图7所示，密封环16上的第一孔10、第二孔13交错布置。通过交错布置第一孔10与第二孔13，来避免密封环单体17局部结构。

如图4所示，第一弹簧11的远离第一孔10一侧、第二弹簧14远离第二孔13一侧分别套接有弹簧套12。本实施例中，第一弹簧11远离第一孔10一侧设置有第一弹簧套1201，第二弹簧14远离第二孔13一侧设置有第二弹簧套1202。通过将第一弹簧11与第二弹簧14分别包裹于第一弹簧套1201与第二弹簧套1202中，防止弹簧歪斜的同时能够减少环形通道内的高热高压气体对弹簧性能的影响，从而防止弹簧失效，提高密封结构稳定性。

如图4所示，套接于第一弹簧11的弹簧套12的开口一侧部分位于第一孔10内，套接于第二弹簧14的弹簧套12的开口一侧部分位于第二孔13内。在本实施例中，第一弹簧套1201的开口一侧部分位于第一孔10内，第二弹簧套1202的开口一侧部分位于第二孔13内。通过将弹簧套12伸入第一孔10或第二孔13内，提高弹簧套12的安装结构的稳定性。

如图5、图6所示，弹簧套12底部钻有通孔，在弹簧套12侧面设置有开口，开口与通孔相联通。通过通孔和开口使弹簧套内侧气体与外侧气体相联通，使弹簧对密封环16的压紧力不受弹簧套内气体压力的影响。此外，通过设置开口能够便于弹簧套12安装进第一孔10或第二孔13内。

如图7、图8所示，密封环16为多个相同的密封环单体17组合而成。通过该方式，能够便于密封环16的拆装。

如图7所示，密封环单体17的两端分别加工有第一密封伸出段18与第二密封伸出段19，相邻的密封环单体17的第一密封伸出段18与第二密封伸出段19依次搭接。图5所示，密封环单体17a与密封环单体17b相邻，第一密封环单体17a的第一伸出段18搭接于第二密封环单体17b的第二伸出段19，由于第一密封环单体17a与第二密封环单体17b均被压紧于安装槽15中，同时排气扩散器使用时会使密封环16受到朝向轴向的压力，从而使得第一密封伸出段18压紧于第二密封伸出段19，从而实现径向密封。

如图4所示，密封结构还包括密封槽8与密封圈9，密封槽8的截面为槽底宽度小于槽口宽度的梯形，密封圈9的截面为与密封槽8相匹配的梯形。通过梯形的截面来便于密封圈9与密封槽8的安装与配合，并使密封圈9压紧于密封槽8的侧面上，使密封圈9在密封槽8的侧面上也能够实现压紧与密封，提高密封效果。

如图4所示，密封槽8的数量为多个，密封槽8之间留有间隔，密封圈9的数量与密封槽8的数量相同。通过设置多个密封槽8与密封圈9来进行多层次的密封，通过设置间隔来避免同时密封槽8与密封圈9的设置过于集中，从而使密封槽8所在结构件的受力更加均匀，从而提高密封性能和密封结构可靠性。

以上技术特征构成了本发明的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要技术特征，来满足不同情况的需要。

最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的各种组合、修改或者替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种燃气轮机排气扩散器密封结构，包括前段扩散器内环、后段扩散器内环、密封环、第一弹簧、第二弹簧，所述前段扩散器内环与所述后段扩散器内环相配合，其特征在于：所述前段扩散器内环与所述后段扩散器内环其中之一设置有安装槽，所述安装槽设置于所述前段扩散器内环与所述后段扩散器内环的配合面上，所述密封环部分位于所述安装槽中，所述安装槽的侧面上设置有所述第一弹簧，所述第一弹簧将所述密封环向燃气对所述密封环产生的压力方向顶出，所述安装槽的槽底设置有所述第二弹簧，所述第二弹簧将所述密封环顶出所述安装槽。

2.如权利要求1所述的一种燃气轮机排气扩散器密封结构，其特征在于：所述密封环上设置有容纳所述第一弹簧的第一孔、容纳所述第二弹簧的第二孔，所述第一孔与所述第二孔均为盲孔。

3.如权利要求2所述的一种燃气轮机排气扩散器密封结构，其特征在于：所述密封环上的所述第一孔、第二孔交错布置。

4.如权利要求2所述的一种燃气轮机排气扩散器密封结构，其特征在于：所述第一弹簧的远离所述第一孔一侧、所述第二弹簧远离所述第二孔一侧分别套接有弹簧套。

5.如权利要求4所述的一种燃气轮机排气扩散器密封结构，其特征在于：套接于所述第一弹簧的所述弹簧套的开口一侧部分位于所述第一孔内，套接于所述第二弹簧的所述弹簧套的开口一侧部分位于所述第二孔内。

6.如权利要求4所述的一种燃气轮机排气扩散器密封结构，其特征在于：所述弹簧套底部钻有通孔，在所述弹簧套侧面设置有开口，所述开口与所述通孔相联通。

7.如权利要求1所述的一种燃气轮机排气扩散器密封结构，其特征在于：所述密封环为多个相同的密封环单体组合而成。

8.如权利要求7所述的一种燃气轮机排气扩散器密封结构，其特征在于：所述密封环单体的两端分别加工有第一密封伸出段与第二密封伸出段，相邻的所述密封环单体的所述第一密封伸出段与所述第二密封伸出段依次搭接。

9.如权利要求1所述的一种燃气轮机排气扩散器密封结构，其特征在于：所述密封结构还包括密封槽与密封圈，所述密封槽的截面为槽底宽度小于槽口宽度的梯形，所述密封圈的截面为与密封槽相匹配的梯形。

10.如权利要求9所述的一种燃气轮机排气扩散器密封结构，其特征在于：所述密封槽的数量为多个，所述密封槽之间留有间隔，所述密封圈的数量与所述密封槽的数量相同。

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