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(duì)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(jí)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(jí)。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(duì)不同的軸向透平級(jí)(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(duì)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(jí)只需要兩個(gè)密封件。對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)于在熱氣17流動(dòng)方向還處于前面的導(dǎo)流葉片11比對(duì)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(duì)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?qǐng)D2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(duì)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(duì)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(duì)此，不設(shè)置將密封件35壓到槽壁上的裝置。這將參照?qǐng)D6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(duì)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(duì)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)χM(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(duì)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(duì)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(duì)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(hào)F01D25/12GK1833094SQ200480022834
公開日2006年9月13日 申請(qǐng)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(qǐng)人:西門子公司