專利名稱：在透平部件的導(dǎo)向葉環(huán)和轉(zhuǎn)子葉環(huán)之間具有密封件的燃?xì)廨啓C(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種軸流式燃?xì)廨啓C(jī)，其中在熱氣通道中軸向依次設(shè)置導(dǎo)向葉環(huán)和轉(zhuǎn)子葉環(huán)。對這些轉(zhuǎn)子葉環(huán)被施加不同壓力水平的冷卻空氣。為了在各壓力水平之間進(jìn)行隔離，設(shè)置密封件。
背景技術(shù)：
軸流式燃?xì)廨啓C(jī)包括壓氣裝置、燃燒室以及透平部件。在壓氣裝置中燃燒用空氣被高度壓縮，這些被高度壓縮的空氣在燃燒室中借助燃料燃燒。由此產(chǎn)生的熱氣通過熱氣通道導(dǎo)入透平部件。在透平部件中交替設(shè)置導(dǎo)向葉環(huán)和轉(zhuǎn)子葉環(huán)。在每個(gè)導(dǎo)向葉環(huán)和轉(zhuǎn)子葉環(huán)的環(huán)向一個(gè)接一個(gè)相鄰接地設(shè)置導(dǎo)向葉片和轉(zhuǎn)子葉片。
燃?xì)廨啓C(jī)中的溫度可能超過所使用材料熔點(diǎn)的溫度值和/或使每個(gè)導(dǎo)向葉環(huán)和轉(zhuǎn)子葉環(huán)的強(qiáng)度降低到無法接受的水平。由于這種原因，在熱氣通道中的部件通常要通過冷卻介質(zhì)冷卻。通常從壓氣裝置分出空氣作為冷卻氣。冷卻需要沿著熱氣通道中的流動(dòng)方向降低。由于這種原因，比前面透平級冷卻空氣的壓力水平小的冷卻空氣用于冷卻后面的透平級。為了盡可能地減小冷卻空氣的消耗(因?yàn)檫@種消耗會(huì)降低燃?xì)廨啓C(jī)的效率)，對不同的軸向透平級(即不同的導(dǎo)向葉環(huán)和轉(zhuǎn)子葉環(huán))施加不同壓力水平的冷卻空氣。施加到在流動(dòng)方向處于前面的葉環(huán)上的壓力要比在流動(dòng)方向處于后面的葉環(huán)的壓力要大。
考慮到即使相鄰的導(dǎo)向葉環(huán)和轉(zhuǎn)子葉環(huán)上所處的壓力也不同，有必要在不同壓力水平的部件之間設(shè)置密封件。密封件的另一需要是防止熱氣混入到冷卻空氣中，降低冷卻效果。
US-PS 5,833,244公開了一種燃?xì)廨啓C(jī)密封裝置。兩相鄰葉環(huán)的密封通過迷宮式密封系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。各密封件設(shè)置在轉(zhuǎn)子葉輪盤的槽中。密封部分具有垂直于流動(dòng)方向分布的、且在軸向接續(xù)設(shè)置的齒形凸起，它們相對于導(dǎo)流葉片尖部設(shè)置。通過在圓周方向間隔設(shè)置的這些部分提供了在圓周方向圍繞的迷宮式密封系統(tǒng)，它特別適合于大型燃?xì)廨啓C(jī)中的密封。
在軸向兩葉環(huán)之間的密封系統(tǒng)與同一葉環(huán)在圓周方向不同的葉片之間的密封裝置是不同的。后一類的圓周密封裝置用于將在熱氣通道中的熱氣與轉(zhuǎn)子圓盤或?qū)Я魅~片支承件隔離。例如US-PS 5,785,499或US-PS 6,273,683公開了這種裝置。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種隔離燃?xì)廨啓C(jī)兩葉環(huán)壓力水平之間的密封組件，其密封效果好，同時(shí)安裝簡單，成本較低。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種沿透平軸定向的軸流式燃?xì)廨啓C(jī)，包括一壓氣裝置、燃燒室以及透平部件，在透平部件中，軸向連續(xù)的導(dǎo)向葉環(huán)以及轉(zhuǎn)子葉環(huán)設(shè)置在熱氣通道中，其中在工作時(shí)，熱氣流過其熱氣通道，其導(dǎo)向葉環(huán)和轉(zhuǎn)子葉環(huán)通過冷卻空氣冷卻，其壓力水平沿?zé)釟獾牧鲃?dòng)方向減低，其中在至少一個(gè)導(dǎo)向葉環(huán)以及與之直接相鄰的轉(zhuǎn)子葉環(huán)之間設(shè)置密封件，它隔離住不同的壓力水平并繞著圓周的至少四分之一連續(xù)延伸，其圓周與作為中點(diǎn)的透平軸垂直。
本發(fā)明首次提出密封件經(jīng)較大的圓周距離延伸，在軸向進(jìn)行密封。由于減小了在圓周方向密封邊界的行程，密封效果得到明顯改善。另外，通過減少部件，簡化了安裝。部件數(shù)目的減少也降低了裝置的成本。
優(yōu)選的是，每個(gè)密封件延伸半個(gè)圓周。因此，每個(gè)隔離級只需要兩個(gè)密封件。對于由在接合部彼此配合的兩半構(gòu)成的燃?xì)廨啓C(jī)殼體，其密封件優(yōu)選這樣設(shè)置，密封件分別沿著兩個(gè)半殼體延伸。由此，在維修燃?xì)廨啓C(jī)時(shí)簡化了其拆卸和更換的過程。
優(yōu)選的是，其密封件由具有徑向延伸的表面的環(huán)形板條構(gòu)成，其密封件具有外邊緣和內(nèi)邊緣。這種環(huán)形板條通過加工技術(shù)制造特別簡單。
同樣優(yōu)選的是，其內(nèi)邊緣設(shè)置在相應(yīng)板狀部分槽中，而外邊緣在導(dǎo)流葉片支承件中形成的支承槽中設(shè)置，其板狀部分槽設(shè)置在導(dǎo)向葉環(huán)的或在轉(zhuǎn)子葉環(huán)外徑向分布的導(dǎo)向環(huán)的導(dǎo)流葉片中相應(yīng)的板狀部分的背靠熱氣通道的一側(cè)。導(dǎo)流葉片具有作為主要部分的葉身，板狀部分與其鄰接。其板狀部分用于將熱氣與導(dǎo)流葉片支承件隔離。在其板狀部分上連接一固定裝置，通過它將導(dǎo)流葉片固定在導(dǎo)流葉片支承件中。導(dǎo)向葉環(huán)在軸向與轉(zhuǎn)子葉環(huán)相接，它在轉(zhuǎn)動(dòng)側(cè)同樣通過轉(zhuǎn)子葉片上的板狀部分導(dǎo)入熱氣。與導(dǎo)向葉環(huán)相鄰的熱氣通道表面通過導(dǎo)向環(huán)與對置于轉(zhuǎn)子葉片轉(zhuǎn)動(dòng)葉片尖部的熱氣隔開。導(dǎo)向葉環(huán)的導(dǎo)流葉片中的槽導(dǎo)向環(huán)形密封板條的外邊緣。其外邊緣的走向順著導(dǎo)流葉片支承件中的支承槽的走向。
為了安裝密封件，只需要將其塞進(jìn)安裝在所述的槽中，或?qū)⒚芊饧胚M(jìn)導(dǎo)流葉片支承件的槽中，接著安裝導(dǎo)流葉片，使得密封件處于板狀部分的槽中。
優(yōu)選的是，其密封件通過抵壓在其表面上的螺栓夾緊，其螺栓使得密封件抵壓在相對的其板槽側(cè)壁和支承槽側(cè)壁上。通過其密封件的這種主動(dòng)式附件使無論裝置處于何種操作狀態(tài)，都可實(shí)現(xiàn)可靠的密封。另外，優(yōu)選的是，用多個(gè)螺栓將密封件夾緊。優(yōu)選地，每一個(gè)葉環(huán)的葉片用一個(gè)螺栓來夾緊。
導(dǎo)流葉片通常具有鉤狀部分，通過它將導(dǎo)流葉片鉤到導(dǎo)流葉片支承件上。這種鉤狀部分通過其與導(dǎo)流葉片支承件之間的軸向接觸面限定了軸向固定點(diǎn)區(qū)域。優(yōu)選的是，將密封件設(shè)置在軸向固定點(diǎn)區(qū)域。由于在軸向固定點(diǎn)區(qū)域的熱變形很小，特別對于上述的密封件主動(dòng)式附件，這個(gè)位置有利于密封件的定位。
如果不選擇密封件的主動(dòng)式附件，最好將密封件設(shè)置得遠(yuǎn)離軸向固定點(diǎn)區(qū)域。由于在停機(jī)時(shí)和操作狀態(tài)時(shí)溫度相差變大，使葉片板狀部分或?qū)颦h(huán)相對于導(dǎo)流葉片支承件發(fā)生較大的熱致位移。通過將密封件松弛地安裝到其板狀部分或?qū)Я魅~片支承件槽中，在熱變形時(shí)形成被動(dòng)式附件作用。在熱變形時(shí)，其密封件這樣壓靠到槽壁上，即不形成可靠地密封。另外優(yōu)選的是，除了導(dǎo)流葉片支承件中的槽壁，在圓周方向設(shè)置其它凸起，作為密封件的軸向接觸面。
對于上述的密封件的主動(dòng)式附件，優(yōu)選在安裝時(shí)通過安裝導(dǎo)流葉片而安裝完成導(dǎo)向葉環(huán)，并接著安裝相鄰的導(dǎo)向環(huán)。
下面參照附圖進(jìn)一步以實(shí)施例形式描述本發(fā)明。相同的附圖標(biāo)記在不同的圖中具有相同的含義。其中的附圖是示意性的且沒有按照比例繪制圖1示出了燃?xì)廨啓C(jī)；圖2示出了燃?xì)廨啓C(jī)透平部件的橫截面圖；圖3示出了燃?xì)廨啓C(jī)熱氣通道的縱向截面部分；圖4示出了圖3中密封件的放大視圖；圖5示出了燃?xì)廨啓C(jī)的縱向截面的另一部分；圖6示出了具有圖5密封件的裝置局部的放大視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了一種燃?xì)廨啓C(jī)1。其燃?xì)廨啓C(jī)1包括沿透平軸線10方向依次設(shè)置的壓氣裝置3、燃燒室5以及透平部件7。其壓氣裝置3和透平部件7設(shè)置在沿透平軸線10延伸的同一軸9上。在透平部件7中形成呈錐形擴(kuò)展的熱氣通道12。導(dǎo)流葉片11和轉(zhuǎn)子葉片13突入其熱氣通道12中。多個(gè)導(dǎo)流葉片11在圓周方向彼此相鄰地設(shè)置在導(dǎo)流環(huán)14上。多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片13在圓周方向彼此相鄰地設(shè)置在轉(zhuǎn)子葉環(huán)16上。導(dǎo)流環(huán)14和轉(zhuǎn)子葉環(huán)16在熱氣通道12中交替設(shè)置。
在燃?xì)廨啓C(jī)1工作時(shí)，外界空氣由壓氣裝置3吸入并壓縮成壓縮空氣15。壓縮空氣15被輸送到燃燒室5并與燃料一同燃燒成熱氣17。熱氣17流過熱氣通道12并由此掠過導(dǎo)流葉片11和轉(zhuǎn)子葉片13。由于轉(zhuǎn)子葉片13從熱氣17中吸收動(dòng)能并傳遞到與轉(zhuǎn)子葉片13固接的軸9上，使軸9轉(zhuǎn)動(dòng)。從熱氣17中獲得的能量例如可以傳遞到發(fā)電機(jī)上，用于發(fā)電。
圖2示出了穿過熱氣通道12的橫截面，其中示出了一部分轉(zhuǎn)子葉環(huán)16和一部分導(dǎo)向葉環(huán)14。由圓形板制成的密封件35在圓周方向經(jīng)與透平軸10垂直的圓周41的一半在導(dǎo)流環(huán)14和轉(zhuǎn)子葉環(huán)16之間延伸。相同類型的密封件35沿圓周41的另一半延伸，由此形成一封閉的圓周。兩密封件35在接合部42相接。其接合部42對應(yīng)于將圍成熱氣通道13的燃?xì)廨啓C(jī)殼體分成兩半的接合部(此接合部未在圖中示出)。其密封件35是扁的，在圖中示出了其表面F，該表面F以密封件35的外邊緣37和內(nèi)邊緣39為界。
圖3示出了穿過熱氣通道12的一個(gè)縱向截面的一部分，它示出了導(dǎo)流葉片11，其導(dǎo)流葉片在軸向被導(dǎo)向環(huán)51從兩側(cè)封閉。根據(jù)圖2所示形成密封件35。圖4示出了其詳細(xì)的結(jié)構(gòu)。第一壓力水平的冷卻空氣53通向?qū)Я魅~片11。第二壓力水平的冷卻空氣55通向?qū)颦h(huán)51。由于對于在熱氣17流動(dòng)方向還處于前面的導(dǎo)流葉片11比對于在其流動(dòng)方向還處于之后的導(dǎo)向環(huán)51更需要冷卻，冷卻空氣53的壓力水平大于冷卻空氣55的壓力水平。使冷卻空氣在軸向保持不同的壓力水平，是在導(dǎo)流葉片11與導(dǎo)向環(huán)51之間進(jìn)行密封的一個(gè)理由。另一理由足盡可能進(jìn)一步減小熱氣混入冷卻空氣中，以避免由此加熱冷卻空氣，使得冷卻效果變差。所示的密封件借助一主動(dòng)式附件壓到軸向面上，由此，產(chǎn)生密封效果。這將借助圖4進(jìn)一步描述。
圖4放大地示出了圖3中具有密封件35的部分。在導(dǎo)流葉片11的板狀部分87上，在背靠熱氣一側(cè)形成在圓周方向分布的槽85。一導(dǎo)流葉片支承件79設(shè)置在其導(dǎo)流葉片11的背靠熱氣通道12一側(cè)。在導(dǎo)流葉片支承件79上，在徑向上與其板狀部分槽85相對的、同樣在圓周方向設(shè)置導(dǎo)流葉片支承件槽83。其密封件35是按照圖2形成的環(huán)形板條，其內(nèi)邊緣37與其板狀部分槽85配合。其密封件35的外邊緣39設(shè)置在導(dǎo)流葉片支承件槽83中。此外，在導(dǎo)流葉片11和與之相鄰的導(dǎo)向環(huán)51之間設(shè)置圓周密封件91，它密封住在導(dǎo)流葉片邊緣相應(yīng)兩導(dǎo)流葉片11之間的導(dǎo)向環(huán)51與板狀部分87之間的縫隙。
其密封件35借助壓緊裝置61一方面壓到其板狀部分槽85的側(cè)壁上，另一方面壓到導(dǎo)流葉片支承件槽83的槽壁上。對此，在壓緊裝置61的槽67中導(dǎo)向的壓緊銷65借助螺栓63約在密封件35的徑向中部壓到其密封件35上。
密封件35的軸向定位選擇在導(dǎo)流葉片11的鉤狀部分71區(qū)域。其鉤狀部分71用于安裝導(dǎo)流葉片11。另外，通過其鉤狀部分71經(jīng)軸向壓緊面確定了軸向固定點(diǎn)區(qū)域73，同樣，借助其徑向凸面確定了徑向固定點(diǎn)75。在軸向固定點(diǎn)區(qū)域73，導(dǎo)流葉片11的板狀部分87比導(dǎo)流葉片支承件79的熱膨脹要小，因此，借助密封件35的主動(dòng)式附件，無論燃?xì)廨啓C(jī)處于何種工作狀態(tài)，都能實(shí)現(xiàn)良好的密封。其導(dǎo)向環(huán)51同樣借助一鉤狀部分77設(shè)置在導(dǎo)流葉片支承件79上。在已有技術(shù)的結(jié)構(gòu)中，在沒有密封件35的情況下，通常是通過鉤狀部分71和77實(shí)現(xiàn)軸向密封。對此必須保證較小的公差，以使獲得導(dǎo)流葉片支承件79中的鉤狀部分71、77之間的縫隙盡閉能小。這加大了加工和裝配的難度。而在本發(fā)明的方案中，借助密封件35，軸向密封變得簡單、成本低且密封可靠。
圖5示出了穿過熱氣通道12的另一個(gè)縱向截面。該圖也示出了導(dǎo)流葉片11，其導(dǎo)流葉片在兩側(cè)由導(dǎo)向環(huán)51封閉，但密封件35距軸向固定點(diǎn)區(qū)域73以一定距離設(shè)置。對此，不設(shè)置將密封件35壓到槽壁上的裝置。這將參照圖6進(jìn)一步描述。
圖6示出了圖5具有密封件35的一部分。如上所述，其密封件35通過其內(nèi)邊緣39設(shè)置在板狀部分槽85中，通過其外邊緣37設(shè)置在導(dǎo)流葉片支承件槽83中。在導(dǎo)流葉片支承件79上這樣形成一作為軸向定位面的附加凸起91，使得它約處于密封件35徑向中部區(qū)域。其板狀部分槽85在圖示例子中在導(dǎo)向環(huán)51上形成。其導(dǎo)向環(huán)51可相對于導(dǎo)流葉片支承件79運(yùn)動(dòng)，以避免熱應(yīng)力的不良影響。在工作時(shí)，由于存在溫差，會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)向環(huán)51相對于導(dǎo)流葉片支承件79發(fā)生位移。由此，使得密封件彎曲并壓到導(dǎo)流葉片支承件79上的凸起91上。這樣形成的密封件35的被動(dòng)式附件實(shí)現(xiàn)良好的密封效果，同時(shí)降低了設(shè)備費(fèi)用。
在裝配燃?xì)廨啓C(jī)1時(shí)或?qū)χM(jìn)行維修過程中，先把密封件35安裝到導(dǎo)流葉片支承件槽83中，再把具有板狀部分槽85的導(dǎo)流葉片11或者導(dǎo)向環(huán)52安裝好。接著，再把導(dǎo)流葉片11和導(dǎo)向環(huán)51中剩下的、與前一個(gè)相鄰的那個(gè)部件安裝好。
權(quán)利要求
1.一種沿透平軸(10)定向的軸流式燃?xì)廨啓C(jī)(1)，包括一壓氣裝置(3)、燃燒室(5)以及透平部件(7)，在透平部件(7)中，軸向連續(xù)的導(dǎo)向葉環(huán)(11)以及轉(zhuǎn)子葉環(huán)(13)沿軸向接連設(shè)置在熱氣通道(12)中，其中在工作時(shí)，熱氣(17)流過其熱氣通道(12)，其導(dǎo)向葉環(huán)(11)和轉(zhuǎn)子葉環(huán)(13)通過冷卻空氣(53，55)冷卻，其壓力水平沿?zé)釟?17)的流動(dòng)方向降低，其特征在于至少在一個(gè)導(dǎo)向葉環(huán)(11)以及與所述的導(dǎo)向葉環(huán)(11)直接相鄰的轉(zhuǎn)子葉環(huán)(13)之間設(shè)置密封件(35)，它相對隔離不同的壓力水平并至少繞著圓周(41)的四分之一連續(xù)延伸，其圓周(41)與作為中點(diǎn)的透平軸垂直。
2.如權(quán)利要求1的燃?xì)廨啓C(jī)(1)，其特征在于其密封件(35)繞圓周(41)的一半延伸。
3.如權(quán)利要求1或2的燃?xì)廨啓C(jī)(1)，其特征在于其密封件(35)由具有徑向延伸的表面F的環(huán)形板條構(gòu)成，其密封件(35)具有外邊緣(37)和內(nèi)邊緣(39)。
4.如權(quán)利要求3的燃?xì)廨啓C(jī)(1)，其特征在于其內(nèi)邊緣(39)設(shè)置在相應(yīng)板狀部分槽(85)中，而外邊緣(37)在導(dǎo)流葉片支承件(79)中形成的支承槽(83)中設(shè)置，其板狀部分槽(85)設(shè)置在導(dǎo)向葉環(huán)(11)的或在轉(zhuǎn)子葉環(huán)(13)外徑向分布的導(dǎo)向環(huán)(89)的導(dǎo)流葉片(14)相應(yīng)板狀部分(87)的背靠熱氣通道(12)的一側(cè)。
5.如權(quán)利要求4的燃?xì)廨啓C(jī)(1)，其特征在于其密封件(35)通過抵壓在其表面F上的螺栓(65)夾緊，其螺栓(65)使得密封件(35)抵壓在相對的其板狀槽側(cè)壁和支承槽側(cè)壁上。
6.如權(quán)利要求5的燃?xì)廨啓C(jī)(1)，其特征在于每個(gè)導(dǎo)流葉片(14)分別具有軸向固定點(diǎn)(73)，在其上導(dǎo)流葉片借助一個(gè)適合的鉤狀部分(71)固定，防止其在導(dǎo)流葉片支承件(79)中軸向移動(dòng)，其中密封件(35)在軸向固定點(diǎn)(73)區(qū)域設(shè)置。
7.如權(quán)利要求3的燃?xì)廨啓C(jī)(1)，其特征在于每個(gè)導(dǎo)流葉片(14)分別具有軸向固定點(diǎn)(73)，在其上導(dǎo)流葉片借助一個(gè)適合的鉤狀部分(71)固定，防止其在導(dǎo)流葉片支承件(11)中軸向移動(dòng)，其中密封件(35)距軸向固定點(diǎn)(73)區(qū)域遠(yuǎn)離設(shè)置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種燃?xì)廨啓C(jī)(1)，其中在導(dǎo)向葉環(huán)(11)以及轉(zhuǎn)子葉環(huán)(13)之間設(shè)置軸向密封，使在簡化裝配和降低成本的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了良好的密封。對此，采用密封件(35)，它至少繞著熱氣通道圓周的四分之一延伸。優(yōu)選地，密封件(35)繞所述圓周的一半延伸并設(shè)置在導(dǎo)流葉片支承件(79)和導(dǎo)流板狀部分的槽中。
文檔編號F01D25/12GK1833094SQ200480022834
公開日2006年9月13日 申請日期2004年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月11日
發(fā)明者彼得·蒂曼 申請人:西門子公司