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带有转子密封系统的流体机械,尤其是燃气轮机

基本信息

  • 申请号 CN00810134.5 
  • 公开号 CN1360660A 
  • 申请日 2000/05/15 
  • 公开日 2002/07/24 
  • 申请人 西门子公司  
  • 优先权日期  
  • 发明人 彼得·蒂曼  
  • 主分类号  
  • 申请人地址 德国慕尼黑 
  • 分类号  
  • 专利代理机构 北京市柳沈律师事务所 
  • 当前专利状态 发明专利申请公布 
  • 代理人 侯宇 
  • 有效性 发明公开 
  • 法律状态
  •  

摘要

本发明涉及一种流体机械(1),尤其是燃气轮机,它有一个沿旋转轴(15)延伸的转子(25)。
该转子(25)包括一个由其沿径向的外部界面确定的圆周面(31),一个承接结构(33),以及第一工作叶片(13A)和第二工作叶片(13B),它们分别具有一个叶根(43A、43B)和一个叶片平台(17A、17B)。
第一工作叶片(13A)的叶片平台(17A)和第二工作叶片(13B)的叶片平台(17B)彼此相邻接,以及在叶片平台(17A、17B)与圆周面(31)之间形成一空隙(49)。
在空隙(49)内的圆周面(31)上设有一密封系统(51),此密封系统(51)有一迷宫式密封装置。
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权利要求书


1.一种流体机械(1),尤其是燃气轮机,它具有一个沿旋转轴线(15)延伸 的转子(25),该转子(25)包括一个由其沿径向的外部界面确定的圆周面(31), 一个承接结构(33),以及第一工作叶片(13A)和第二工作叶片(13B),它们各有 一个叶根(43A、43B)和邻接叶根(43A、43B)的叶片平台(17A、17B),第 一工作叶片(13A)的叶根(43A)和第二工作叶片(13B)的叶根(43B)装在承接结 构(33)内,使第一工作叶片(13A)的叶片平台(17A)与第二工作叶片(13B)的叶 片平台(17B)彼此相邻接并与此同时在叶片平台(17A、17B)与圆周面(31)之 间形成一空隙(49),其特征在于:在空隙(49)内的圆周面(31)上设有一密封系 统(51),此密封系统(51)至少有一个迷宫式密封装置(51A)。

2.按照权利要求1所述的流体机械(1),其特征在于:所述转子(25)具有 一工作轮(29),它包括圆周面(31)和承接结构(33),圆周面(31)有一个第一圆 周面边缘(39A)和一个沿旋转轴线(15)处于第一圆周面边缘(39A)相对位置的 第二圆周面边缘(39B),承接结构(33)有第一工作轮槽(37A)和沿工作轮(29)周 向相对于第一工作轮槽(37A)有一定距离的第二工作轮槽(37B),以及,第一 工作叶片(13A)的叶根(43A)装入第一工作轮槽(37A),而第二工作叶片(13B) 的叶根(43B)装入第二工作轮槽(37B)。

3.按照权利要求2所述的流体机械(1),其特征在于:在圆周面(31)上形 成一圆周面中区(41),它沿轴向以第一圆周面边缘(39A)和第二圆周面边缘 (39B)为界;以及,具有迷宫式密封装置(51A)的密封系统(51)至少部分设在圆 周面中区(41)上。

4.按照权利要求1、2或3所述的流体机械(1),其特征在于:密封系 统(51)有一个沿周向延伸的密封件(53)。

5.按照权利要求4所述的流体机械(1),其特征在于:设有至少另一个 密封件(55),它沿周向延伸以及沿轴向与密封件(53)有一间距。

6.按照权利要求4或5所述的流体机械(1),其特征在于:密封件(53) 和/或另一个密封件(55)在其沿径向的外端(79)有一密封尖顶(83),尤其是刀 刃。

7.按照权利要求4、5或6所述的流体机械(1),其特征在于:迷宫密 封装置(51A)包括密封件(53)或另一个密封件(55)。

8.按照上述任一项权利要求所述的流体机械(1),其特征在于:迷宫密 封装置(51A)设计为迷宫式间隙密封装置。

9.按照上述任一项权利要求所述的流体机械(1),其特征在于:迷宫密 封装置(51A)尤其通过去除工作轮(29)的材料制成整体式的。

10.按照上述任一项权利要求所述的流体机械(1),其特征在于:间隙密 封件(85)规定用于密封一个基本上沿轴向延伸的间隙(73),其中,间隙(73)在 第一工作叶片(13A)的叶片平台(17A)与第二工作叶片(13B)的叶片平台(17B) 之间形成并与空隙(49)在流动上连通。

11.按照权利要求10所述的流体机械(1),其特征在于:间隙密封件(85) 由间隙密封薄板构成,它有一间隙密封棱(87),间隙密封棱在离心力作用下 插入间隙(73)并封闭此间隙(73)。

12.按照权利要求10或11所述的流体机械(1),其特征在于:间隙密封 件(85)用一种耐高温的材料,尤其用镍基或钴基合金制造。

13.按照权利要求10至12之一所述的流体机械(1),其特征在于:间隙 密封件(85)沿径向邻接密封系统(51)。

14.按照上述任一项权利要求所述的流体机械(1),其特征在于它被设计 成燃气轮机(1)。
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说明书

本发明涉及一种带有转子密封系统的流体机械,尤其是燃气轮机,转子 沿旋转轴线延伸,它具有第一工作叶片和沿转子周向与第一工作叶片邻接的 第二工作叶片。
流体机械,例如涡轮或压缩机的可旋转的工作叶片,按不同的设计沿整 个圆周固定在转子轴的圆周面上,转子轴例如由工作轮构成。
一个工作叶片 通常包括叶身、叶片平台以及有固定结构的叶根,叶根的固定结构相配地装 在转子轴圆周面上对应的互补设计的承接装置内,承接装置例如制成周向槽 或轴向槽,以此方式固定工作叶片。
在将工作叶片装在转子轴上后在结构上 通过各个彼此相邻的区域形成间隙,在涡轮工作时成为冷却介质或驱动转子 的热工作流体泄漏的诱因。
这种间隙例如出现在沿周向相邻的工作叶片两个 彼此相邻的叶片平台之间,或在转子轴的圆周面与沿径向相邻于此圆周面的 叶片平台之间。
为了限制在燃气轮机流动通道内可能的泄漏流,如冷却介质 (例如冷却空气)的逸出,努力寻求恰当的密封设计,它们能耐产生的温度和 由于在旋转系统中巨大的离心力产生的机械负荷。
由DE 19810567A1可知一种用于燃气轮机工作叶片的密封板。
当供给 工作叶片的冷却空气逸入流动通道中时,首先导致降低燃气轮机的效率。
装 在相邻工作叶片叶片平台之间间隙内的密封板,应防止由于冷却空气逸出的 泄漏流。
除了通过所述的密封板外,密封还可借助不同的密封销钉实现,这 些密封销钉同样装在两个相邻工作叶片的叶片平台之间。
在这里需要许多密 封件,以达到期望的防止冷却空气从相邻叶片平台逸出的密封效果。
在美国专利文件5599170中描述了一种用于燃气轮机工作叶片的密封方 案。
通过两个彼此邻接的固定在可绕轴线旋转的工作轮圆周面上的工作叶 片,构成一个基本上沿径向延伸的间隙和一个基本上沿轴向延伸的间隙。
密 封件密封径向间隙的同时密封轴向的间隙。
为此,密封件装在由工作叶片的 叶片平台形成的空隙中。
此密封件有第一和第二密封面,它与轴向或径向间 隙毗连。
此外,此密封件还有一相对于径向倾斜延伸的滑移面。
该滑移面直 接与一反作用面相邻,这个反作用面是设在空隙内可运动的反作用件的部分 表面。
密封效果借助工作轮旋转时作用在该可运动的反作用件上的离心力达 到。
反作用件将一个力传到倾斜的滑移面上,其径向分力作用在密封件上, 使第一密封面密封轴向间隙,而其轴向分力在密封件上导致第二密封面密封 径向间隙。
这种密封设计不能阻止冷却空气通过在工作轮圆周面与工作叶片 沿径向与圆周面相邻的叶片平台之间形成的间隙、沿工作轮圆周面逸入燃气 轮机的流动通道中。
此外,如在DE 19810567A1或US专利文件5599170中所说明的那样, 具有一个或多个密封件的类似的复杂结构,在流体机械内还用于防止流动的 热工作流体、例如热烟气或蒸汽,进入间隙区和转子的空隙内。
这种工作流 体的侵入可能导致严重损坏工作叶片。
为避免发生这种危险,在工作叶片的 叶片平台面朝工作流体流的那一侧,通常在叶片平台内装入多个密封件。
由EP 0761930A1和GB 905582分别可知一种具有涡轮转子的涡轮机。
在这里,涡轮转子设计为盘式结构并由一个个沿轴向彼此相邻地设置的转子 盘组成。
在转子盘的圆周上设有工作叶片,这些工作叶片分别通过其各自的 叶根固定在转子盘的轴向槽内,例如轴向的枞树形榫槽或锤头形榫槽内。
借 助在端面固定安装在转子盘上的固定片实现工作叶片在叶根榫槽区的轴向 固定。
通过此端面的固定片还能获得一定程度的防止工作流体、例如热烟 气,侵入叶根榫槽区内的密封效果。
不过,这些固定片的初衷是用于工作叶 片的轴向固定。
本发明的目的是,为具有一个沿旋转轴线延伸的转子的流体机械提供一 种高效密封系统。
转子具有第一工作叶片和沿转子周向与第一工作叶片相邻 的第二叶片。
此密封系统尤其应保证有效限制通过间隙区和转子空隙可能的 泄漏流,并能耐产生的热负荷和机械负荷。
此外,密封系统应设计为能便于 生产并能在不同的转子中使用。
本发明的目的通过一种流体机械、尤其是一种燃气轮机来实现,它具有 一个沿旋转轴线延伸的转子,该转子包括一个由转子沿径向的外部界面确定 的圆周面、一个承接结构、以及第一工作叶片和第二工作叶片,该第一和第 二工作叶片分别具有叶根和邻接叶根的叶片平台,第一工作叶片的叶根和第 二工作叶片的叶根装在承接结构内,使第一工作叶片的叶片平台与第二工作 叶片的叶片平台彼此接壤,并在叶片平台与圆周面之间形成一空隙,其中, 在空隙内的圆周面上设有一密封系统,此密封系统至少具有一个迷宫式密封 装置。
本发明基于如下考虑,在流体机械工作时,转子受流动的热工作流体的 作用。
热工作流体由于膨胀在工作叶片上作功并使之绕旋转轴线转动。
因此 转子和工作叶片不仅有很大的热负荷,而且尤其由于旋转产生的离心力受到 很大的机械负荷。
为了冷却转子和尤其冷却工作叶片,采用冷却介质、例如 冷却空气,它通常通过适当的冷却介质供给装置供入转子。
在这种情况下, 既可能在空隙内产生冷却介质的漏流也可能产生热工作流体的漏流,造成所 谓的间隙损失。
在这里,空隙由在这里通过转子沿径向在外部的界面确定的 圆周面以及沿转子周向相邻排列的工作叶片上沿径向设在此圆周面外面的 各自的平台之间形成。
这些漏流对于冷却效率以及工作叶片在圆周面承接结 构内的机械安装强度(运行稳定性和持久强度)有很不利的影响。
在这一方面 有特别重要意义的是沿旋转轴线定向的例如沿圆周面的漏流(轴向漏流)。
除 此之外,还应注意垂直于旋转轴线的漏流(径向漏流),它们沿径向并因而基 本上垂直于圆周面定向。
本发明公开了一种新的途径,以便在流体机械内针对可能的漏流有效地 密封具有第一工作叶片和沿转子周向与第一工作叶片邻接的第二工作叶片 的转子。
在这里既顾及轴向的也顾及径向的漏流。
为做到这一点,在空隙内, 在由转子沿径向在外部的界面确定的转子圆周面上设有带有迷宫式密封装 置的密封系统。
通过所说明的设计,密封系统密封了在叶片平台与圆周面之 间形成的空隙。
在这里此空隙沿转子径向和轴向以及沿周向延伸。
间隙的轴 向尺寸通常处于支配地位,而其沿周向的尺寸大于沿径向的尺寸。
空隙准确 的几何尺寸取决于彼此接壤的叶片平台和圆周面的具体设计。
所说明的这种 带有迷宫密封装置的密封系统在其设计方面,可个性化地适应于各自的几何 尺寸和对于所要限制的漏流方面提出的要求,在这里,采用迷宫密封装置特 别高效地适用于空隙密封。
迷宫密封装置的工作方式基于热工作流体和/或冷却介质在密封系统内 尽可能有效地节流以及由此造成的轴向漏流(泄漏的质量流量)通过此空隙时 在很大程度上的降压。
通过例如在迷宫式间隙密封装置中存在的密封间隙往 往产生的剩余漏流可在考虑到所谓的重叠系数的情况下计算。
当密封装置前 后的流动参数相同和迷宫密封装置主要尺寸(密封间隙直径、密封间隙宽度、 密封装置轴向总长度)相同时,又称为可透视的密封装置(Durchblickdichtung) 的迷宫式间隙密封装置,与所谓的齿-槽密封装置(Kamm-Nut-Dichtsystem) 相比,通过密封间隙有高达3.5倍的较大的漏流。
但是,迷宫式间隙密封装 置与齿-槽密封装置相比,由于留下密封间隙,所以有一个突出的优点,亦 即它们甚至适用于转子内有大的因热和/或机械原因引发的相对膨胀的情况 下。
由在圆周面上配置迷宫密封装置提供了一个与传统的密封设计相比为 重要的优点。
由此成功做到迷宫密封装置直接与圆周面毗邻和产生密封作 用。
这样做特别好地适用于防止沿轴向顺着圆周面漏流。
例如已基本上阻止 了热工作流体、例如燃气轮机中的热烟气进入空隙,以及显著减少了在空隙 内沿圆周面的轴向流动。
从而保护转子材料,尤其是叶片平台材料,免受热 工作流体的高温和可能的氧化以及腐蚀的影响。
具有迷宫密封装置的密封系 统沿径向的尺寸可以按这样的方式确定,即,使之直接与相邻的叶片平台毗 连并获得密封效果。
以此方式实际上完全防止了轴向漏流,至少明显抑制了 轴向漏流。
通过密封系统阻止热工作流体漏流和/或空隙内冷却介质漏流,避免了在 工作叶片固定区内的温度梯度。
在这里迷宫密封装置特别有效地发挥其密封 功能。
由此减小了可能的热应力,这种热应力是彼此邻接的转子零件在有温 度差的情况下热膨胀受阻引起的。
因此可制成公差小得多的工作叶片叶根和 用于安装和固定工作叶片的转子承接结构。
公差量较小对工作叶片的机械安 装强度和转子的运行稳定性起有利的作用。
尤其所规定的将叶根固定在承接 结构内的配合可以采用较小的间隙,从而也相应地减少可能通过此配合间隙 的漏流。
另一个优点是这种密封系统制造和装配简单。
因为密封系统采用在圆周 面上的迷宫密封装置,所以不必要固定连接在工作叶片上。
因此工作叶片的 装配或修理工作,例如更换工作叶片,可以在不需要大的工作量的情况下完 成。
密封系统保持不与工作叶片接触并因而也可以采用多重的。
按一项有利的设计,在流体机械内转子具有一工作轮,它包括圆周面和 承接结构,其中,圆周面有一个第一圆周面边缘和一个沿旋转轴线处于第一 圆周面边缘相对位置的第二圆周面边缘,承接结构有第一工作轮槽和沿工作 轮周向相对于第一工作轮槽有一定距离的第二工作轮槽,以及,第一工作叶 片的叶根装入第一工作轮槽,而第二工作叶片的叶根装入第二工作轮槽。
因此成功地固定了可旋转的工作叶片,在流体机械运行时,它们能以高 的可靠性承受流动力和离心力以及叶片振动引起的叶片负荷并能将产生的 这些力传给工作轮以及最终传给整个转子。
工作叶片的固定例如可通过轴向 槽实现,每个工作叶片单个地夹紧在为自己所设的基本上沿轴向延伸的工作 轮槽内。
对于例如在压缩机的轴流压缩机工作叶片中由于只有较小的负荷, 则允许简单地固定工作叶片,例如采用燕尾形叶根或拉瓦尔叶根。
对于带有 长工作叶片并相应地有大的叶片离心力的汽轮机末级,除了所谓的插接式叶 根外还可考虑沿轴向的枞树形叶根。
这种轴向的枞树形固定装置优选地也在 燃气轮机中应用于高热负荷的工作叶片中。
在上述优选的设计中,圆周面具有第一圆周面边缘和第二圆周面边缘作 为分区。
就流动的热工作流体、尤其是燃气轮机热烟气的流动方向而言,在 这里例如第一圆周面边缘处于上游以及第二圆周面边缘处于下游。
根据结构 方面的既定条件和所提出的有关要达到的密封效果方面的要求,这种几何上 的划分可用来在圆周面的不同分区上设计和配置密封系统。
优选地密封系统布置在第一圆周面边缘和/或第二圆周面边缘上。
在这种 情况下,迷宫密封装置可至少部分设在第一和/或第二圆周面边缘上。
将密封 系统布置在例如处于上游的第一圆周面边缘上,首先限制了流动的热工作流 体进入空隙,并因而防止工作叶片受损。
将密封系统布置在处于下游的第二 圆周面边缘上,则主要用于在相当大程度上阻止冷却介质,例如空隙中处于 一定压力下的冷却空气,沿轴向顺着圆周面经第二圆周面边缘逸入流动通道 内。
因为热工作流体沿流动方向膨胀,所以热工作流体的压力沿流动方向连 续下降。
因此在空隙中处于一定压力下的冷却介质朝环境压力较小的方向, 亦即在下游的圆周面边缘处从空隙逸出。
将具有迷宫密封装置的密封系统设 在第一圆周面边缘上和第二圆周面边缘上封闭了此空隙,从而高度可靠地既 防止热工作流体进入空隙而且也防止冷却介质从空隙逸出。
优选地,在圆周面上形成一圆周面中区,它沿轴向以第一圆周面边缘和 第二圆周面边缘为界,以及密封系统至少部分设在圆周面中区上。
在这里迷 宫密封装置优选地设在圆周面中区上。
圆周面中区构成圆周面的一个分区。
因此与第一和第二圆周面边缘一起提供了各种不同的、将密封系统配置在圆 周面的不同分区上的可能性。
根据结构上的既定条件和有关要取得的密封效 果方面的要求,人们可以确定一种适用的方案,将密封系统布置在不同的分 区上。
在配置密封系统时还可设想不同分区的组合。
因此,所说明的这种密 封系统为满足有关就所欲取得的密封效果方面所提出的具体要求有很大的 灵活性。
具有迷宫密封装置的密封系统优选地有一个沿周向延伸的密封件。
空隙 主要沿转子径向和轴向以及沿周向延伸。
在空隙中沿转子周向延伸的密封件 特别适用于高效地阻止冷却介质和/或热工作流体可能的轴向漏流。
例如通过 此密封件十分有效地防止了在上游的轴向漏流,比如从燃气轮机沿圆周面扩 张的流动通道来的热烟气漏流。
漏流在空隙内受阻力减速并最终在密封件面 朝漏流的那一侧成为静止状态(简单的节流器)。
密封件背对漏流的一侧和空 隙沿轴向与之连接的部分,借助此简单的密封件就足以有效地防止泄漏介 质、例如热工作流体或冷却介质进入。
也就是说,密封件的作用方式可类似 于迷宫密封装置,从而增强密封效果。
为了明显改进上述简单的具有一个沿周向延伸的密封件的技术方案,将 此密封件与另一个或多个其他的密封件组合起来。
在一种优选的设计中,设 有至少另一个密封件,它沿周向延伸以及沿轴向与这个密封件相隔一个距 离。
采用密封件的这种多重结构,显著减少了空隙中可能的漏流。
尤其例如 可将这一个密封件布置在第一圆周面边缘上,而将另一个密封件布置在第二 圆周面边缘上。
由此空隙的上游和下游构成了针对轴向漏流的密封。
非常有 效地防止了从流动通道高压的上游区以及低压的下游区来的热工作流体侵 入空隙。
与此同时,被密封的空隙能有效地为冷却介质例如冷却空气所利 用。
冷却介质在压力下供入空隙,主要用于高热负荷的转子、叶片平台和沿 径向毗连叶片平台的叶身内部的有效冷却。
在空隙中处于压力下的冷却介质 另一个有利的应用目的在于,充分利用其针对流动通道内热工作流体的截止 作用。
通过在结构上设计密封件和选择在空隙内的冷却介质压力,使冷却介 质与热工作流体之间的压差足够小,但对于获得针对热工作流体的截止作用 而言又足够高。
为此,在空隙内存在的冷却介质压力必须仅略高于热工作流 体的上游压力。
密封件的密封效果越好,冷却介质泄入流动通道内可能的剩 余漏流越小。
优选地,在密封系统中至少迷宫密封装置尤其通过去除工作轮材料制成 整体式的。
在密封系统设计为例如简单的迷宫密封装置时,它通过在圆周面 上至少两个沿工作轮周向延伸和沿轴向彼此隔开距离的密封件便可实现。
这 些密封件可由车削的实心节流片构成。
这种整体制造方式的优点是,在迷宫 密封装置与圆周面之间不需要任何附加的连接件。
因此,就工艺技术而言, 工作轮的加工和迷宫密封装置的制造可在车床上在一道工序内完成,这是非 常经济的。
此外,由工作轮与迷宫密封装置之间温度引起的应力不起任何作 用,因为只采用了一种材料。
密封件其他的设计形式同样是允许的,例如采 用焊接在工作轮上的节流片或嵌入一圆周面内的槽中的节流片。
优选地密封件在其沿径向的外端有一密封尖顶,尤其是刀刃。
通过空隙 的剩余漏流决定性地受可实行的密封间隙宽度的影响,也就是例如受密封件 沿径向的外端与相邻于它的要密封的叶片平台之间距离的影响。
为了能将密 封间隙宽度制得尽可能小,将密封件沿径向的外端削尖。
在这种情况下也可 以实施一种密封间隙的搭接,为此密封尖顶或刀刃制成相对于叶片平台径向 安装尺寸有小的余量。
通过密封尖顶或刀刃在叶片平台上擦过,在工作叶片 装入承接结构内、例如工作轮的轴向槽内时,使密封间隙搭接。
以此方式闭 合密封间隙,实现更好的密封以及进一步减小轴向漏流。
因此,与传统的设 计相比,还可实现明显地减小工作叶片在承接结构内的安装尺寸。
当前通用 的最小安装尺寸迄今约在0.3至0.6mm之间,采用这种新颖的设计可减小为 约0.1至0.2mm,亦即大约达到三分之一。
优选地,迷宫密封装置包括此密封件和/或另一个密封件。
此密封件和另 一个密封件因而都是迷宫密封装置的组成部分。
优选地迷宫密封装置设计为迷宫式间隙密封装置。
按一种优选的设计, 一个间隙密封件规定用于密封一个基本上沿轴向延伸的间隙,其中,间隙在 第一工作叶片的叶片平台与第二工作叶片的叶片平台之间形成并与空隙在 流动上连通。
此间隙密封件防止产生通过间隙的漏流。
这种漏流基本上沿径 向,并且不仅可能从空隙通过间隙沿径向向外定向,而且可能通过间隙进入 空隙中沿径向向内定向。
在这里可能有不同的设计:若例如间隙沿径向向外与流体机械,例如压 缩机或燃气涡轮的流体通道邻接,则借助间隙密封件阻止工作流体,例如燃 气轮机中的热烟气,通过间隙沿径向向内进入空隙中。
由此保护转子,尤其 是工作叶片在空隙内免遭氧化和/或腐蚀作用。
与此同时,间隙密封件防止冷 却介质,例如冷却空气,从空隙通过间隙沿径向向外进入流动通道。
按另一 种可供选择的设计,在间隙上沿径向向外可以再连接一个由沿周向彼此邻接 的第一和第二工作叶片构成的空腔(所谓工作叶片的盒式设计-Box- Design)。
在这种情况下,间隙密封件一方面防止热工作流体可能从空隙通过 间隙沿径向向外进入空腔,另一方面借助间隙密封件密封的空腔可供入冷却 介质,例如冷却空气。
冷却介质在空腔内处于压力状态并例如提供用于高热 负荷的工作叶片内部的有效冷却或用于其他冷却目的。
在空腔内处于压力状 态的冷却介质另一项有利的应用在于,充分利用其针对流动通道中热工作流 体的截止作用。
优选地间隙密封件由间隙密封薄板构成,它有一间隙密封棱,该间隙密 封棱在离心力作用下插入间隙并封闭此间隙。
将间隙密封件设计为间隙密封 薄板是一种简单和经济的方案。
例如可设计为薄的金属条,它有一纵轴线和 一横轴线。
间隙密封棱基本上在金属条中央沿纵轴线延伸,并可按简单的方 式通过折叠金属条构成。
间隙密封件可有利地装在空隙内。
在流体机械运行 时,此间隙密封件在由于旋转沿径向向外方向的离心力作用下紧压在彼此邻 接的叶片平台上,在这种情况下,间隙密封棱插入间隙并高效地密封此间 隙。
优选地,间隙密封件用一种耐高温的材料,尤其是镍基或钴基合金制 造。
此外这种合金还有足够的弹性变形特性。
间隙密封件的材料选择为与转 子的材料相匹配,由此避免污染或扩散损伤。
此外,保证转子,尤其是工作 叶片的叶片平台均匀热膨胀或收缩。
优选地,间隙密封件沿径向邻接密封系统。
通过将间隙密封件与设在圆 周面上的密封系统,尤其是迷宫密封装置组合,实现空隙特别有效地密封, 以防止热工作流体和/或冷却介质可能的漏流。
由此,间隙密封件尤其是在离 心力支持下的密封作用仍继续有效地用于密封沿轴向延伸的间隙。
在这种组 合中,密封系统减小了基本上沿轴向的漏流,而间隙密封件减小了基本上沿 径向的漏流。
此外,通过这种功能上的分离,可以顺利地实现在结构上灵活 地适应于不同的转子几何条件。
因此,间隙密封件和密封系统非常有效地互 补。
按另一项优选的设计,密封件插入圆周面上的承接装置内,尤其插入一 槽内。
在这种方案中,密封件不必是迷宫密封装置的一部分,但可能是密封 系统的一部分。
密封件防掉落和/或在稳态运行时在离心力作用下或在流体机 械瞬态负荷作用下密封件防甩出,采取这样的措施达到,即,将密封件插入 适用的承接装置中。
此外,通过此承接装置在圆周面上形成一密封面,它相 宜地设计为承接装置的部分表面。
在承接装置为一槽的情况下,此密封面例 如设计在槽底。
为了在嵌入密封件时获得尽可能良好的密封效果,此密封面 制成有比较低的和妥善地确定的表面粗糙度。
在实际上例如借助铣削或车削 过程通过从圆周面去除材料制成槽后,可在槽底通过抛光提供一个具有期望 粗糙度的密封面。
优选地,密封件沿径向可以活动。
由此达到密封件在离心力作用下沿径 向离开转子的转子轴线。
这一特性可有针对性地被利用来明显地改善工作叶 片在叶片平台上的密封作用。
在这种情况下,密封件在离心力作用下与沿径 向离圆周面相隔一定距离、沿周向彼此相邻的叶片平台接触,并紧压在叶片 平台上。
密封件的径向可运动性可通过相应地设计承接装置和密封件的尺寸 来保证。
此外比较有利的是,这样一来为了可能的维护的目的或在工作叶片 损坏时,无需附加的工具,也没有在高的工作温度下由于氧化或腐蚀作用使 密封件烧结的危险就可顺利地拆卸密封件并能在必要时更换。
除此之外,插 入承接装置尤其是插入槽内的密封件有一定的公差是很有用的,因为由此容 许热膨胀并因而避免转子内因温度引发的应力。
优选地,密封件包括第一分密封件和第二分密封件,第一分密封件和第 二分密封件互相啮合。
这些分密封件可以设计为,使它们按特殊的方式为空 隙内要密封的不同区承担部分密封功能。
空隙内的这些不同区域例如由在槽 底、在第一工作叶片的叶片平台上或在第二工作叶片的叶片平台上的适用的 密封面构成。
这些分密封件通过配置成分密封件组对互相补充成一个密封 件,在这种情况下,一对分密封件的密封效果优于一个分密封件的密封效 果。
通过分密封件在空隙内要密封的各区域内特别匹配的设计,成功地做到 使成对的分密封件可达到的密封效果优于例如借助一整体式密封件达到的 密封效果。
优选地,第一分密封件和第二分密封件沿周向彼此可相对运动。
因此由 分密封件制备成一个适应性系统。
分密封件沿周向相对运动允许分密封件根 据转子的热负荷和/或机械负荷可相互适配地互相啮合。
在这里,这个由分密 封件组成的适应性系统可设计为,使之在外力作用下,例如在离心力以及法 向力和支承力作用下,能一定程度地自动调整,以保证其密封效果。
此外, 采用这种由分密封件组成的可运动的组对,能更好地补偿可能的热应力或机 械应力。
按一种优选的设计,第一分密封件和第二分密封件分别有一个毗邻圆周 面的轮盘密封棱和一个毗邻叶片平台的平台密封棱。
在这里,各自的平台密 封棱在功能上可再进一步分成平台分密封棱。
例如在一个分密封件中可设一 个第一平台分密封棱和一个第二平台分密封棱,其中第一平台分密封棱毗邻 第一工作叶片的叶片平台,而第二平台分密封棱毗邻第二工作叶片的叶片平 台。
通过这种功能上的再分割,可以使分密封件在结构上简单地适应第一和 第二工作叶片在承接结构内各自的安装几何条件。
通过适当地设计分密封 件,使轮盘密封棱密封圆周面以及平台密封棱密封工作叶片的叶片平台,在 这里构成一种尽可能好的形状封闭。
通过将第一和第二分密封件成对地配置成一个密封件,可获得特别有效 的密封。
第一和第二分密封件优选相互重叠,其中,第一分密封件的平台密 封棱和轮盘密封棱与第二分密封件的平台密封棱或轮盘密封棱相邻。
因此两 个分密封件成对配置实现良好的形状封闭,并因而借助此密封件达到良好的 密封效果,防止热工作流体侵入空隙和/或冷却介质逸入流动通道内。
优选地,密封件用耐高温的材料,尤其用镍基或钴基合金制造。
此外这 些合金有足够的弹性变形特性。
由此达到为避免污染或扩散损伤以及为了保 证转子,尤其保证工作叶片的叶片平台均匀热膨胀,密封件的材料选择为与 转子的材料相匹配。
按一种优选的设计,在具有沿旋转轴线延伸的转子的流体机械内,借助 周向槽制成承接结构,其中圆周面包括第一圆周面和沿旋转轴线与第一圆周 面处于相对位置的第二圆周面,它们分别沿轴向邻接周向槽,以及在空隙中 在第一和/或第二圆周面上设密封系统。
工作叶片的固定装置必须在流体机械运行时高度可靠地受流动力和离 心力引起的以及由于叶片振动造成的叶片负荷,并将产生的这些力传给工作 轮和最终传给整个转子。
除了将工作叶片固定在轴向槽内以外,尤其在小负 荷和中等负荷的情况下广泛采用将工作叶片固定在周向槽内。
在这方面根据 负荷已知有不同的设计(参阅I.Kosmorowski和G.Schramm所著“Turbo Maschinen”,ISBN 3-7785-1642-6,Dr.Alfred Huethig出版社出版, Heidelberg,1989,第113-117页)。
对于离心力和弯矩小的短工作叶片, 例如采用便于制造的所谓锤头连接装置。
对于较长的并因而叶片离心力较大 的工作叶片,在盘式结构的转子中必须采取特殊的结构措施,以防止工作轮 在周向槽所在高度处在第一和第二圆周面区域内向上翘曲。
这例如可以借助 一种在周向槽所在高度设计为实心结构的工作轮、带钩的锤头叶根或带钩的 跨鞍式叶根实现。
不过向工作轮更有利地传力例如借助周向的枞树形固定装 置达到。
所说明的这种用于密封空隙的设计,无论如何也都能非常灵活地移 植到其工作叶片固定在周向槽内的转子上。
优选地,流体机械是燃气轮机。
下面借助附图中所示的实施例进一步详细说明本发明。
附图中部分示意 和简化地表示出: 图1为一台包括压缩机、燃烧室和涡轮的燃气轮机的二分之一剖面图; 图2为转子工作轮的局部透视图; 图3为装上工作叶片的工作轮的局部透视图; 图4为带有密封系统的工作叶片的侧视图; 图5A-5D为图4中所示密封件中的第一分密封件的不同视图; 图6A-6D为图4中所示密封件中第二分密封件的不同视图; 图7为带有密封件的转子局部的轴向视图; 图8为带有与图7所示设计不同的密封件的转子局部的轴向视图; 图9为带有迷宫密封装置的工作叶片的侧视图; 图10为带有与图9所示设计不同的迷宫密封装置的工作叶片的侧视 图; 图11为装上工作叶片和带有间隙密封件的工作轮局部的立体视图; 图12为沿剖切线XII-XII通过图11所示结构的局部剖视图; 图13为带有周向槽的转子轴的立体视图; 图14为带有周向槽和装上工作叶片的转子局部的剖视图;以及 图15具有与图14所示相比不同设计的工作叶片固定装置的转子局部的 剖视图。
在各附图中相同的附图标记有同样的含义。
图1表示燃气轮机1的半剖面。
燃气轮机1包括压缩燃烧用空气的压缩 机3、具有液态或气态燃料用的燃烧器7的燃烧室5、以及用于驱动压气机 3和图1中未表示的发电机的涡轮9。
在涡轮9中,固定的导向叶片11和可 旋转的工作叶片13沿燃气轮机1的旋转轴线15排列成各自沿径向延伸的在 此半剖面图中未表示的叶环。
由一圈导向叶片11(导叶环)和一圈工作叶片 13(动叶环)组成的沿旋转轴线15彼此相继的一对叶片环称为涡轮级。
每个导 向叶片11具有一个叶片平台17,它用于将涉及的导向叶片11固定安装在 涡轮内机壳19上。
在这里叶片平台17意味着涡轮9的壁件。
叶片平台17 是高热负荷构件,它构成涡轮9内部流动通道21的外边界。
工作叶片13通 过相应的叶片平台17固定在沿燃气轮机1旋转轴线15设置的涡轮转子23 上。
涡轮转子23可例如由多个在图1中未表示的承接工作叶片13的工作轮 组成,它们被一根没有表示的拉杆固定在一起并借助切端面齿 (Hirthverzahnung)允许热膨胀地定心在旋转轴线15上。
涡轮转子23与工作 叶片13共同构成流体机械1、尤其是燃气轮机1的转子25。
在燃气轮机1 运行时从周围环境抽吸空气L。
该空气L在压缩机3内被压缩并由此同时被 预热。
在燃烧室5内,空气L与液态或气态燃料会聚并燃烧。
事先通过恰当 的取气装置27从压缩机3取出的部分空气L作为冷却空气K用于冷却涡轮 级,其中例如第一级涡轮具有涡轮进口温度约从750℃至1200℃。
在涡轮9 内,热工作流体A(以下称热烟气A)膨胀并被冷却,热烟气流过涡轮级并与 此同时使转子25旋转。
图2在立体视图中表示转子25工作轮29的一部分。
工作轮29沿转子 25的旋转轴线15定心。
工作轮29有承接结构33用于固定燃气轮机1的工 作叶片13。
承接结构33由承接装置35,尤其由工作轮29中的槽构成。
在 这里承接装置35设计为沿轴向的工作轮槽37,尤其设计为沿轴向的枞树形 榫槽。
工作轮29有一圆周面31,它位于工作轮29沿径向的外端。
它在圆 周面31上形成一第一圆周面边缘39A和第二圆周面边缘39B。
其中第一圆 周面边缘39A沿旋转轴线15在圆周面31上与第二圆周面边缘38B处于相对 位置。
在圆周面31上形成一圆周面中区41,该中区沿轴向以第一圆周面边 缘39A和第二圆周面边缘39B为界。
图3用立体视图表示装有工作叶片13A的工作轮29局部。
工作轮29 沿其整个圆周有一些朝其圆周面31方向开口的工作轮槽37A、37B,它们 基本上平行于转子25的旋转轴线15延伸,但也可以相对于旋转轴线倾斜定 位。
工作轮槽37A、37B设计有后切(Hinterschneidungen)59。
在工作轮槽 37A中,工作叶片13A将其叶根43A沿工作轮槽37A插入方向57装入。
根43A通过纵肋61支承在工作轮槽37A的后切59上。
以此方式,工作叶 片13A在工作轮29绕旋转轴线15旋转时,克服沿工作叶片13A纵轴线47 方向产生的离心力被可靠地固定。
沿叶根43A纵轴线47径向的外部,工作 叶片13A具有一个展宽的区域,所谓的叶片平台17A。
叶片平台17A有一 个在轮盘一侧的底面63和一个与轮盘侧的底面63处于相对位置的外侧65。
在叶片平台17A的外侧65上有工作叶片13A的叶身45。
在叶身45旁流过 为驱动转子25必需的热烟气A,以及与此同时在工作轮29上产生一扭矩。
在转子25高工作温度的情况下,工作叶片13A的叶身45需要在图3中未表 示的内部冷却系统。
在这种情况下,冷却介质K,例如冷却空气K,借助一 未表示的输入管道通过工作轮29引入工作叶片13A的叶根43A内,并从那 里出发引向内部冷却系统适用的同样未在图3中表示的供给管道。
为防止在 叶根43A和叶片平台17的区域内冷却介质K尤其是冷却空气K过早逸出, 设有一密封系统51。
该密封系统51设在圆周面31上第二圆周面边缘39B 处。
密封系统51有一个沿工作轮29周向延伸的密封件53。
设有另一个密 封件55,它沿工作轮29周向延伸并沿轴向与密封件53相隔一定距离。
密 封件53和另一个密封件55分别插入圆周面31的一个承接装置35内,尤其 是一个槽内。
密封系统51密封空隙49,它在工作叶片13A的叶片平台17A 和第二工作叶片13B的叶片平台17B与圆周面31之间构成,第二工作叶片 13B用点划线表示并装入第二工作轮槽37B中,该工作轮槽37B沿工作轮29 周向与第一工作轮槽37A隔开一定距离。
由此在相当大程度上防止热烟气A 沿轴向经第二圆周面边缘39B进入空隙49,并在叶根43A、43B区域内或 叶片平台17A、17B区域内对工作叶片13A、13B造成损害。
此外,防止 冷却介质K从空隙49轴向地沿圆周面31经第二圆周面边缘39B逸出。
图4表示带有密封系统51的工作叶片13的侧视图。
密封系统51在图4 中局部剖切表示。
密封系统51在空隙49内设在第一圆周面边缘39A和第二 圆周面边缘39B上。
就热烟气A的流动方向而言,第一圆周面边缘39A处 于工作轮29圆周面31上的上游,而第二圆周面边缘39B位于下游。
在第一 个位于上游的圆周面边缘39A上配置密封系统51,首先为了限制流动的热 烟气A侵入空隙49。
由此防止损坏工作叶片13和在圆周面31所在区内的 工作轮29。
在第二个位于下游的圆周面边缘39B上配置密封系统51,主要 用于尽可能有效地抑制在空隙49内的冷却介质K,例如处于一定压力下的 冷却空气K,沿轴向顺圆周面31经第二圆周面边缘39B逸入流动通道中。
转子25工作时,热烟气A沿流动方向膨胀。
因此热烟气A的压力沿流动方 向连续减小。
因此在空隙49中处于一定压力下的冷却介质K朝较低的环境 压力的方向从空隙49流出,亦即在位于下游的第二圆周面边缘49B处流出。
在第一圆周面边缘39A上和在第二圆周面边缘39B上的密封系统51向两个 方向密封空隙49。
因此这种设计不仅为防止热烟气A侵入空隙49而且为防 止冷却介质K从空隙49逸出均提供了高度可靠性。
在第一圆周面边缘39A上,密封系统51具有一个密封件53,它沿工作 轮29的周向延伸。
在这里,密封件53插入承接装置35中,尤其是一个槽 中,它加工在圆周面31内。
在第二圆周面边缘39B上,密封系统51具有一 个密封件53,它沿周向延伸。
在第二圆周面边缘39B上设有另一个密封件 55。
此另一个密封件55沿工作轮29周向延伸并设在轴向与密封件53相隔 一定距离处。
密封系统51有一个或多个密封件53、55的设计,特别好地适用于更 有效地防止空隙49内冷却介质K和/热烟气A可能的轴向漏流。
例如通过设 在第一圆周面边缘39上的密封系统51,极为有效地防止来自燃气轮机1流 动通道的热烟气A上游沿轴向的漏流,它经第一圆周面边缘39A沿圆周面 31流入空隙49。
与此同时,通过形式上为密封件53、55的阻挡,可靠地 防止轴向漏流沿第二圆周面边缘39B从空隙49向外流出。
采用密封件53、55的这种多重结构,显著减小空隙49内可能的漏流。
因此,密封的空隙49可充分利用于冷却介质K,例如冷却空气K。
冷却介 质可处于压力状态,并应用于有效地内部冷却高热负荷的转子25,尤其是 叶片平台17和沿纵轴47与叶片平台毗连的叶身45。
空隙49内处于压力下 的冷却介质K另一个有利的应用是,提供针对流动通道内的热烟气A的截止 作用。
通过冷却介质K的这种截止作用,在相当大程度上抑制了热烟气A侵 入空隙49内。
密封件53、55分别可沿径向运动地装在承接装置35内,所以在转子 25工作时由于在密封件53、55上离心力的作用,获得了比传统的设计更佳 的密封效果。
在离心力作用下,密封件53、55平行于纵轴线47沿径向向 外运动。
在这种情况下叶片平台17在轮盘一侧的底面63非常有效地密封, 以防可能的轴向漏流从空隙49流出或进入空隙49中。
密封件53、55的径 向可运动性可通过相应地设计承接装置35和密封件53、55来保证。
由此, 为了可能的维护的目的或在工作叶片13损坏时,无需附加的工具,也没有 在高的工作温度下由于氧化或腐蚀作用使密封件烧结的危险,顺利地拆卸密 封件53、55并能在必要时加以更换。
此外,插入承接装置35、尤其是插入槽内的密封件53、55有一定的 公差是很有利的。
由此允许热膨胀和因而避免因温度引发的应力。
此密封件 53、55有第一分密封件67A和第二分密封件67B。
第一分密封件67A与第 二分密封件67B在这里互相啮合。
分密封件67A、67B通过它们成对的配 置按特别的方式互相补充成一个密封件53、55,在这种情况下,所获得的 成对分密封件67A、67B的密封效果优于单个分密封件67A、67B的密封 效果。
通过分密封件67A、67B在空隙49内要密封的各区域内特别有利的 设计,保证成对的配置所获得的密封效果优于例如借助一整体式密封件53 可达到的密封效果。
下面借助图5A至5D以及图6A至6D介绍分密封件 67A、67B的一种可能的特别有利的设计。
图4中表示的密封件53、55按一种优选的设计由两个互相啮合的分密 封件67A、67B组成。
在图5A至5D中用不同视图表示了第一分密封件 67A。
图5A表示第一分密封件67A的立体视图。
第一分密封件67A有一轮盘 密封棱69以及一个与轮盘密封棱69处于相对位置的平台密封棱71。
在分 密封件67A的装配状态,轮盘密封棱69毗连圆周面31,以及平台密封棱71 毗连叶片平台17在轮盘侧的底面63。
图5B是对于第一分密封件67A轮盘 密封棱71的侧视图,图5C表示第一分密封件67A俯视图以及图5D是侧视 图。
平台密封棱71包括第一平台分密封棱71A和第二平台分密封棱71B。
将平台密封棱71分成两个平台分密封棱71A、71B,可以使第一分密封件 67A在结构上方便地适应于工作叶片13和另一个工作叶片13B在工作轮29 内各自的安装几何条件(参见图3和图4)。
按相应的方式设计第二分密封件67B。
在图6A至6D中表示了图4所 示密封件53的第二分密封件67B各种不同的视图。
类似于第一分密封件 67A,第二分密封件67B有轮盘密封棱69和与轮盘密封棱69处于相对位置 的平台密封棱71。
在这里平台密封棱71在功能上再分成平台分密封棱 71A、71B。
设第一平台分密封棱71A和第二平台分密封棱71B。
在这里 每个分密封件67A、67B设计为使其各自的质量重心处于为该分密封件 67A、67B配设的平台分密封棱71A、71B之一的附近。
为做到这一点, 每个分密封件67A、67B设计为带有一个材料厚度较小的区和一个材料厚度 较大的区的台阶状结构,其中每个区正好配属于一个平台分密封棱71A、 71B。
采用分密封件67A、67B的这种设计,使轮盘密封棱69良好地密封圆 周面31,以及平台密封棱71,亦即每一个平台分密封棱71A、71B,密封 工作叶片13的叶片平台17,在这种情况下形成形状封闭和获得更好的机械 稳定性。
第一分密封件67A和第二分密封件67B成对地组成一个密封件53。
由此实现非常有效的密封。
分密封件67A、67B设计为,在装配状态它们互 相啮合和重叠,在这种情况下第一分密封件67A的平台密封棱71和轮盘密 封棱69与第二分密封件67B的平台密封棱71或轮盘密封棱69毗连。
在这 里分密封件67A、67B设置为,总是使材料厚度不同的区域互相接触。
因此, 通过成对设置两个分密封件67A、67B,形成一种非常好的形状封闭,并因 此通过密封件53达到良好的密封,防止热烟气A侵入空隙49和/或冷却介 质K逸入流动通道(见图4)。
分密封件67A、67B例如设计为金属的密封片。
在这里选择一种耐高温的并有足够弹性变形特性的材料。
作为适用的材料例 如可考虑采用镍基或钴基合金。
由此保证所选择的分密封件67A、67B的材 料与转子25的材料相匹配。
其结果是避免污染和损伤扩散,以及允许转子 25基本上无应力地均匀热膨胀。
图7表示带有密封件53的转子25局部的轴向视图。
转子25有一工作 轮29。
该工作轮29有第一工作轮槽37A和沿工作轮29周向与第一工作轮 槽37A相隔一定间距的第二工作轮槽37B。
在工作轮29中装入第一工作叶 片13A和第二工作叶片13B,其中,第一工作叶片13A的叶根43A装入工 作轮槽37A,以及第二工作叶片13B的叶根43B插入第二工作轮槽37B。
第一工作叶片13A的叶片平台17A与第二工作叶片13B的叶片平台17B相 邻,并在叶片平台17A、17B与圆周面31之间形成空隙49。
在空隙49内 的圆周面31上设密封件53。
密封件53包括一个轮盘密封棱69和一个与轮 盘密封棱69处于相对位置的第一平台分密封棱71A和第二平台分密封棱 71B。
密封件53装入承接装置35,尤其是圆周面31内的一个槽中。
其中, 轮盘密封棱69毗连圆周面31。
第一平台分密封棱71A毗连第一叶片平台 17A在轮盘侧的底面63,以及第二平台分密封棱71B毗连第二叶片平台17B 在轮盘一侧的底面63。
在这里,密封件53可由两个互相啮合沿径向和沿周 向可运动的成对分密封件67A、67B构成,如图5A至5D以及图6A至6D 所示。
由此可以特别有效地密封空隙49。
尤其是非常有效地防止轴向的漏 流从空隙49流出或流入空隙49。
在转子25旋转时,密封件53在离心力作 用下平行于纵轴线47沿径向向外从转子25的旋转轴线15离开。
这一效果 利用来实现明显地改善在相邻工作叶片13A、13B的彼此相邻的叶片平台 17A、17B上的密封效果。
密封件53,亦即在图7中未表示的成对分密封 件67A、67B的每一个(参见图5A-5D及图6A-6D),在离心力作用下与沿径 向离圆周面31有一定间距的沿周向彼此相邻的叶片平台17A、17B接触, 并紧压在它们轮盘一侧的底面63上。
通过适当确定承接装置35,尤其是槽,以及密封件53的尺寸,保证沿 径向有足够的运动能力。
附加地规定密封件53有沿工作轮29周向的运动能 力。
密封件53,具体而言在图7中未表示的分密封件67A、67B的每一个(参 见图5A-5D及图6A-6D),在所有外力如离心力及法向力和/或支承力作用下 自动调整,以发挥其密封作用。
在这里,平台分密封棱71A、71B相对于纵 轴线47的斜度等于叶片平台17A、17B轮盘侧底面63的斜度。
由此建立一 种良好的形状封闭,并借助此相对于纵轴线47的斜度,产生一个有利于密 封的、在密封件53和与之毗连的轮盘侧底面63上的力的分配。
基于安装在 彼此相邻的平台17A、17B之间形成一个间隙73。
此间隙73在流动上与空 隙49相连,并在必要时可借助一简单的间隙密封件密封(参见图11和与之相 关的对此图的说明)。
图8表示带有与图7所示不同设计的密封件53的转子25的局部轴向视 图。
第一工作叶片13A的叶片平台17A相对于与之相邻的第二工作叶片13B 的叶片平台17B沿径向错开。
这样一个在沿周向彼此相邻的叶片平台17A、 17B之间的错移δ,受安装条件影响,通常发生在工作轮槽37A、37B相对 于转子25旋转轴线15倾斜时。
密封件53,亦即在图7内未表示的成对配 置成密封件53的每一个分密封件67A、67B(参见图5A-5D和图6A-6D), 设计有错开的密封棱75,它形状封闭地密封错移δ。
因此,通过相应改造密 封件53,所述密封方案可灵活应用于不同的转子几何形状和安装尺寸。
图9表示装入工作轮29中的工作叶片13的侧视图,在空隙49内,密 封系统51设在圆周面31的圆周面中区41上。
在这里,密封系统51设计为 迷宫式密封装置51A,尤其是迷宫间隙密封装置51A。
迷宫间隙密封装置 51A通过多个沿工作轮29周向延伸和沿轴向彼此隔开距离地设在圆周面中 区41上的密封件53实现。
在这里,各个密封件53分别设计为一块嵌入圆 周面41内的节流片77A-77E。
由不同节流片77A-77E构成的迷宫间隙密封 装置51A的工作方式的基础在于,对流动的热烟气A和/或冷却介质K尽可 能在密封装置51A内有效地节流并因而促使在相当大程度上减少沿轴向通 过空隙49的漏流。
节流片77A沿径向的外端79与叶片平台17轮盘一侧的 底面63通过密封间隙81隔开间距。
由于在迷宫间隙密封装置51A中通常出 现的密封间隙81,在空隙49中会产生剩余的漏流。
通过适当设计和布置迷 宫间隙密封装置51A的节流片77A-77E,将剩余漏流限制为预定的量。
与其 他可能的迷宫密封装置相比,这种迷宫间隙密封装置51A的优点是,通过密 封间隙81允许转子25内进行因热和/或机械引发的相对膨胀。
图10表示与图9所示设计不同的密封系统51。
此密封系统51同样设 计为迷宫间隙密封装置51A,在这里它尤其通过从工作轮29上去除材料制 成整体式的。
此迷宫间隙密封装置51A设置在工作轮29的圆周面中区41 上。
此迷宫间隙密封装置51A具有多个沿工作轮29周向延伸和沿轴向彼此 隔开距离的密封件53。
密封件53通过四个从工作轮29整体车削出来的节 流片77A-77D构成。
采用这种制造方法,在迷宫间隙密封装置51A与圆周 面31之间不需要任何附加的连接件。
从工艺技术上看这也是一种经济的方 案。
此外,在工作轮29与迷宫间隙密封装置51A之间因温度诱发的应力不 起任何作用,因为只采用了一种材料。
密封件53另一些设计同样是可能的, 例如由焊在工作轮上的节流片77A构成。
密封件53在其沿径向的外端79处 有密封尖顶83,尤其是刀刃。
密封间隙81可通过密封件53沿径向的外端 79削尖减少到尽可能小的程度。
于是进一步减小通过空隙49的剩余漏流。
在这里也可以实施密封间隙的搭接,为此密封尖顶83或刀刃制成相对于叶 片平台17的径向安装尺寸有一小的余量。
通过使密封尖顶83或刀刃与叶片 平台17轮盘一侧的底面63相触及,在工作叶片装入工作轮29内时便使密 封间隙81搭接。
以此方式实际上完全封闭了密封间隙81,达到明显改善的 密封效果,以及进一步减小空隙49内例如流动的热烟气A或冷却介质K可 能的轴向漏流。
图11表示装上工作叶片13A的工作轮29局部的立体视图,其中工作叶 片13A的叶根43A装入第一工作轮槽37A。
用点划线表示的第二工作叶片 13B将其叶根43B装入第二工作轮槽37B并沿工作轮29周向相邻于工作叶 片13A设置。
在圆周面31上的圆周面中区41设有密封系统51,它设计为 迷宫间隙密封装置51A。
此密封装置51A通过多个沿旋转轴线15彼此隔开 距离以及沿工作轮29周向延伸的密封件53构成。
在工作叶片13A的叶片平 台17A与第二工作叶片13B的叶片平台17B之间形成一个基本上沿轴向延 伸的间隙73,它在流动上与空隙49连通。
为了密封间隙73设有一间隙密 封件85。
该间隙密封件85按简单的方式由适用的具有间隙密封棱87的间 隙密封薄板构成。
间隙密封棱在离心力作用下插入间隙73并密封此间隙 73。
间隙密封件85按这样的方式装在空隙49内,即,它沿径向与密封系统 51,尤其与迷宫间隙密封装置51A相邻。
借助间隙密封件85在相当大程度 上防止漏流通过间隙73流出。
这样一种通过间隙73的漏流基本上沿径向, 在这里它不仅可能从空隙49通过间隙73沿径向向外定向,而且可能通过间 隙73流入空隙49沿径向向内定向。
通过工作叶片13A、13B沿工作轮29 周向彼此相邻的平台17A、17B形成一个空腔97。
它沿径向在外面与间隙 73相连(工作叶片13A、13B的盒式设计-Box-Design)。
在这里间隙密封件 85一方面防止热烟气A可能从空隙49通过间隙73沿径向向外进入空腔97, 另一方面借助间隙密封件85密封的空腔97可被供入冷却介质K,例如冷却 空气K。
冷却介质K在压力下供入空腔97并在那里提供用于高热负荷的工 作叶片13A、13B有效的内部冷却或用于其他冷却目的。
此外,在空腔97 内处于压力状态的冷却介质K可利用来针对流动通道中的热烟气A起截止作 用。
为了能承受转子25工作时的高温以及有尽可能好的耐热烟气A氧化和 腐蚀的特性,间隙密封件85用耐高温材料,尤其用镍基或钴基合金制造。
图12表示沿剖切线XII-XII通过图11所示结构的局部剖视图、间隙密 封件85装在空隙49内并沿径向在外面与密封件53相邻。
转子25工作时, 间隙密封件85由于旋转,在沿径向向外沿纵轴线47定向的离心力作用下, 紧压在彼此相邻的平台17A、17B轮盘一侧底面63上,在这种情况下间隙 密封棱87插入间隙73中并因此基本上封闭了间隙73。
通过间隙密封件85 与在圆周面41上的密封系统51的组合,尤其与迷宫密封装置51A(见图11) 组合,达到特别有效地密封空隙49,防止可能的热烟气A和/或冷却介质K 漏流。
在这种组合中,密封系统51减小了基本上沿轴向的漏流,而间隙密 封件85减小基本上沿径向的漏流(参见图11)。
间隙密封件85与密封系统51 以此方式非常有效地互补。
除了将工作叶片13固定在工作轮29基本上沿轴向定向的工作轮槽37 内以外,还已知另一些工作叶片固定装置。
下面在图13至15中表示了上述 密封系统在不同的工作叶片固定装置上的应用。
图13表示转子25的转子轴89透视图,它沿旋转轴线15延伸。
承接结 构33由多个沿轴向彼此相隔间距的周向槽91构成,它们沿转子轴89的整 个圆周延伸并加工在圆周面31内。
在这里圆周面31包括第一圆周面93和 沿旋转轴线15与第一圆周面93处于相对位置的第二圆周面95。
第一圆周 面93和第二圆周面95沿轴向分别与周向槽91毗连。
图14表示带周向槽91和装上工作叶片13的转子25的局部剖视图。
周 向槽91设计为锤头形榫槽,其中安装叶根43。
对于有小的离心力和弯矩的 短工作叶片13,优选使用这种叶片固定方式。
在第一圆周面93和第二圆周 面95上,在空隙49内各设一密封件53。
密封件53沿转子轴89周向延伸 并插入转子轴89上的承接装置35内,尤其一槽内。
密封件53可沿径向运 动地装在承接装置35内。
当转子轴89绕旋转轴线15旋转时,密封件53在 离心力作用下沿工作叶片13的纵向轴线47径向向外运动,并紧压在叶片平 台17轮盘一侧的底面63上。
由此密封空隙49。
在这里,密封件53可由两 个互相啮合的在图14中未表示的成对分密封件67A、67B组成(参见图4和 图5A-5D及6A-6D)。
图15表示具有不同于图14所示结构设计的工作叶片固定装置的转子25 局部剖视图。
在这里,周向槽91制成所谓的周向枞树形榫槽。
与之相应地 工作叶片13的叶根43制成枞树形叶根,它插入周向槽91中,具体而言插 入周向枞树形榫槽内。
采用这种类型的工作叶片13固定装置,当转子25绕 旋转轴线15旋转时,实现一种非常有效的向转子轴89的力的传递并得到特 别可靠的固定。
类似于图14,在第一圆周面93和在第二圆周面95上,在 空隙49内各设一密封件53用于密封空隙49。
所说明的用于密封空隙49的设计,无论如何也都能非常灵活地移植到 其工作叶片13固定在周向槽91内的转子25上。
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