CN100543274C - 具有密封结构的燃气轮机 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种密封结构，其能防止密封板在沟槽部内的相对移动、减少由密封板的磨耗引起的破损，并可实现密封板的现场更换。本发明提供了一种具有密封结构的燃气轮机，其中，在多个转盘的相邻表面上以围绕转轴且相互相对的方式形成环状的伸出部，在该伸出部的相对面上沿周向形成沟槽部，并将密封结构环状地设置在该沟槽部内，所述密封结构包括所述伸出部、所述沟槽部、由相互重叠且形成为环状的多个板构成的密封板组件、和防转动部件，该防转动部件可拆卸地设置，以通过设置在所述伸出部上的盘扣合部和设置在所述密封板组件上的密封板扣合部卡定所述伸出部和所述密封板组件。

Description

具有密封结构的燃气轮机

技术领域

本发明涉及一种具有防止燃气轮机的转盘间燃烧气体或冷却介质泄漏的密封结构的燃气轮机。

背景技术

图8为表示燃气轮机的一般结构的示意图，图9为表示燃气轮机的转盘周围的结构图。

如图8所示，燃气轮机如此构成，即，由压缩机51压缩空气后，将压缩空气导入燃烧器52中并供入燃料，以产生燃烧气体，将产生的燃烧气体导入涡轮机53中使涡轮旋转，并从发电机54输出电能。为了提高燃气轮机的效率，必须产生较高温度的燃烧气体，因此，为了冷却动静叶片部，使用冷却用空气或冷却用蒸汽等冷却介质。这里，以将来自压缩机51的一部分压缩空气用作冷却介质的情况为例进行说明。如图9所示，涡轮机53的转子由围绕转轴58的多个转盘60构成。为了防止导入转子内部的冷却空气57流到涡轮机53的气体通路55中，以及在气体通路55中流动的来自燃烧器的燃烧气体56流入转子内部，如图10所示，在相邻转盘60的相对表面上以围绕转轴58且彼此相向的方式形成环状的伸出部3(也称作盘凸缘)，在伸出部3的前端的相对面上沿周向设置沟槽部4。另外，沿所述沟槽部4的周向插入环状的密封板组件71，旋转所产生的离心力向沟槽部4的径向外侧推压密封板组件71，使沟槽部4的内表面和密封板组件71的外表面贴紧，以密封冷却空气57。

作为这种密封板组件的公知例子，在特开平11-247999号公报中公开了具体的结构。如图11、12所示，所述密封板组件71由两个重叠的密封板(外侧密封板74、内侧密封板75)和簧板72构成，并通过焊接固定到密封板上的固定销固定这些部件，以防止部件间的周向偏移。而且，如图11所示，这种密封板组件71沿周向分割成数个，簧板72配置在其内侧，整体构成圆环状的密封板组件71。如图10所示，这种结构的密封板组件71插入伸出部3的沟槽部4内，并被一体组装到转盘60中。

专利文献1：特开平11-247999号公报

但是，对于上述文献中公开的密封板组件71，如图12所示，虽然由固定销73限制密封板和簧板相互间的相对移动，但是由于密封板组件71未一体地相对于转盘固定，所以在沟槽部内可能出现相对移动。在燃气轮机的正常运转期间，由于以额定转速运转，所以密封板由离心力向沟槽部的径向外侧推压，不会相对转盘产生相对移动。但是，在低速旋转时，由离心力产生的推压力小，所以会在沟槽部内沿转子周向和轴向发生相对移动(松动)，不久就会导致密封板的磨耗、破损，从而出现必须定期更换的问题。

另外，对于图12所示的密封板组件71，由于固定销73通过焊接固定到外侧密封板74上，所以，在定期检修时，为了更换密封板，如果不将涡轮机主体送回工厂并打开涡轮机，就不能更换密封板。因此，定期检修费用增加，而且装置的停止时间也变长，所以存在不能忽视维修费用这样的问题。

发明内容

本发明就是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种能降低密封板的更换频率并具有可进行密封板的现场更换的装置的燃气轮机。

根据本发明的第1发明，提供了一种具有密封结构的燃气轮机(gasturbine)，其中，在多个转盘(rotor disc)的相邻表面上以围绕转轴且相互相对的方式形成环状的伸出部，在该伸出部的相对面上沿周向形成沟槽部，将密封结构环状地设置在该沟槽部内，其特征在于：所述密封结构包括上述伸出部、上述沟槽部、由相互重叠且形成为环状的多个板构成的密封板组件(シ—ト板組品)、和防转动部件(廻り止め部材)，该防转动部件可拆卸地设置，以通过设置在上述伸出部上的盘扣合部和设置在上述密封板组件上的密封板扣合部(係合部)卡定上述伸出部和上述密封板组件。

根据本发明的第2发明，其特征在于：上述盘扣合部可容纳上述防转动部件地设置在上述伸出部上，上述密封板扣合部孔状地设置在上述密封板组件上。

根据本发明的第3发明，其特征在于：上述密封板组件由上述防转动部件一体地固定。

根据本发明的第4发明，其特征在于：上述防转动部件包含中间保持件。

根据本发明的第5发明，其特征在于：上述盘扣合部孔状地设置在上述伸出部上，上述密封板扣合部圆弧状地设置在上述密封板组件的侧边缘上。

根据本发明的第6发明，其特征在于：上述防转动部件保持在上述伸出部上。

根据本发明的第7发明，其特征在于：上述防转动部件由防转动销和保持环构成。

根据本发明的第8发明，其特征在于：上述防转动销具有齿轮状卡定结构，以便通过销扣合部和上述保持环相互嵌合而卡定。

根据本发明的第9发明，其特征在于：上述防转动销具有凸缘部。

根据本发明的第10发明，其特征在于：在上述盘扣合部的内表面上设置阶梯部。

根据本发明的第1发明的结构，防转动部件通过盘扣合部卡定到转盘上，而且通过密封板扣合部卡定到密封板上，所以密封板相对于转盘不会产生相对移动。因此，降低了密封板的磨耗、破损，减少了密封板的更换频率。而且，根据本发明的结构，上述防转动部件为可拆卸的结构，所以可以实现在现场更换密封板，有效地降低维修费用。

根据本发明的第2发明的结构，防转动部件是可拆卸的，所以在现场容易进行密封板的更换。而且，由于盘扣合部的现场加工变得容易，所以能使在现场进行的密封板的更换更容易。

根据本发明的第3发明的结构，密封板组件由防转动部件一体地固定，所以不会出现这些部件之间的偏移，能降低密封板的磨耗、破损。

根据本发明的第4发明的结构，通过插入中间保持件，能防止固定螺钉的螺纹部的破损，所以容易进行密封板更换时的更换操作。

根据本发明的第5发明的结构，和第2发明记载的发明相比，结构更简单，而且部件数少，所以在现场的密封板的交换更容易。

根据本发明的第6发明的结构，防转动部件被保持在伸出部上，所以防转动部件的离心力不会作用在密封板组件上，能减少运转时的密封板组件的松动。

根据本发明的第7发明的结构，在密封板被装配到转盘上的状态下，保持部件和防转动销可以分离，所以能在现场容易地取出密封板。

根据本发明的第8发明的结构，防转动销和保持部件不是螺纹结合，而是采用齿轮状卡定结构，所以容易拆卸。

根据本发明的第9发明的结构，通过离心力使凸缘部接触盘扣合部的孔周围部分，所以能抑制燃烧气体或冷却介质从防转动部件周边泄漏。

根据本发明的第10发明的结构，防转动销通过保持部件由盘扣合部内表面的阶梯部保持，所以即使在运转停止时，防转动销也不会落到转子内部。

附图说明

图1表示将本发明第1实施方式的密封板组件安装在沟槽部内的安装图。

图2(a)、(b)表示在根据本发明第1实施方式的密封板组件被装配在沟槽部内的状态下的、沿包含转轴线的平面切开的剖视图(图1所示的A-A部、B-B部)；图2(c)为表示防转动部件周围的平面图(C-C部)。

图3表示本发明第1实施方式的密封板组件的立体图。

图4(a)表示根据本发明第1实施方式的防转动部件的结构；图4(b)表示夹持部件的详细结构。

图5(a)表示本发明第2实施方式的密封板组件的安装图；图5(b)表示密封板组件的截面图；图5(c)为表示防转动部件周围的截面图。

图6表示本发明第2实施方式的防转动部件的结构。

图7表示本发明第2实施方式的防转动部件的安装截面图。

图8为表示燃气轮机的一般结构的示意图。

图9为表示燃气轮机的转盘周围的结构图。

图10为表示现有的密封板组件周围的结构图。

图11表示现有的密封板组件的立体图。

图12表示现有的密封板组件的结构。

具体实施方式

下面参照附图说明本发明的实施方式，但是，它们只不过表示实施方式的例子，本发明并不限于这些实施方式。本发明的密封结构包括设置在转盘上的伸出部、设置在该伸出部上的沟槽部、插入该沟槽部中的密封板组件及防转动部件，密封板组件由外侧密封板和内侧密封板构成。

下面首先基于图1至图4说明本发明第1实施方式的密封结构。适用本发明的密封结构的燃气轮机的结构及转盘的结构可以通用背景技术中说明的图8至图10。因此，通用的部件名称使用相同的符号，而且省略图8至图10的详细说明。

首先，如图1所示，本发明的密封结构1设置在转盘60的伸出部3上，并且包括该伸出部3、设置在该伸出部3上的盘扣合部5、密封板组件2、插入该密封板组件2的沟槽部4及防转动部件6。在该伸出部3的相对位置处，从相邻转盘60上伸出具有同样的沟槽部4的伸出部3，密封板组件2以容纳在设置于两侧的伸出部3的相表面上的沟槽部4内的状态被使用。在转盘60的伸出部3上设有可容纳防转动部件6的盘扣合部5。盘扣合部5以沿转子径向贯通设置在伸出部3上的沟槽部4的方式形成，从伸出部3的端面相对转轴方向延伸规定的长度，具有容纳防转动部件6的大小，且形成为沟槽状。而且，盘扣合部5沿周向在与对应的密封板组件2的防转动部件6配合的位置设置数个。另外，盘扣合部5可以设置在相对的伸出部3的两侧，也可以仅设置在一侧。

接着，如图3所示，密封板组件2由外侧密封板11和内侧密封板12构成，并由防转动部件6固定。两个密封板在周向的多个位置处由防转动部件6一体地固定。而且，外侧密封板11及内侧密封板12均沿周向具有分割部13，而且分割部13吸收热膨胀，所以稍微设置间隙来进行组装。另外，外侧密封板11和内侧密封板12通常沿周向分割成2或4个，但是不限于此。外侧密封板11和内侧密封板12各自的分割部13彼此沿周向设有一定程度的相位差，错开组装。因此，即使外侧密封板11的热胀缩使分割部的间隙变得稍大，由于转盘60的旋转所产生的离心力，外侧密封板11和内侧密封板12也能紧贴而旋转，所以从分割部13泄漏的燃烧气体由所述密封板的紧贴面密封，没有燃烧气体进一步进入内部的担忧。由于同样的理由，也没有转子内部的冷却介质从密封板的分割部13流到气体通路侧的担忧。而且，对外侧密封板11和内侧密封板12的分割部13的相对相位差(偏移量)不作特别限制，只要可密封，就可以采用任意的相位差(偏移量)。另外，防转动部件6可以相对密封板的各分割单位分别设置一处，也可以设置多处。

如图2(a)、图2(b)、图2(c)所示，防转动部件6一体地固定外侧密封板11和内侧密封板12，而且防转动部件6可收容地组装到盘扣合部5中。外侧密封板11和内侧密封板12重叠并由防转动部件6固定，作为密封板组件2一体地插入伸出部3的沟槽部4内。

如图4(a)、图4(b)所示，防转动部件6由夹持部件15、中间保持件18及固定螺钉19构成。在外侧密封板11和内侧密封板12上贯穿设置用于使固定螺钉19插入的孔状开口的密封板扣合部7(参照图3)。夹持部件15形成为“コ”字状，并用相对的上下两个夹持部16夹住两个密封板。在上下夹持部16上开设可接受固定螺钉19的螺纹孔17，并与密封板的密封板扣合部7相对应地插入中间保持件18。另外，从转子内部侧通过螺纹孔17插入固定螺钉19，一体地固定密封板组件2。而且，固定螺钉19在螺杆全长的一部分上设置螺纹部，所以通过转动固定螺钉19，可以进行密封板的锁紧。而且，由于通过中间保持件18固定密封板，所以密封板不直接接触固定螺钉19，即使发生密封板组件2的松动，也不用担心损伤固定螺钉19的螺纹部。由于盘扣合部5设置在伸出部3的前端，所以在不损害机械精度的情况下，可以进行盘扣合部5的现场加工。因此，即使在既有的涡轮机(turbine)上没有盘扣合部5，也能通过现场追加加工，使密封板的现场更换变得更容易。

根据上述结构，密封板组件2通过设置在各密封板上的密封板扣合部7及固定螺钉19由防转动部件6一体地固定，而且，该防转动部件6通过设置在伸出部3上的盘扣合部5卡定到转盘60的伸出部3上，所以密封板组件2相对于转盘60被固定。因此，可以抑制转子低速旋转时密封板的转轴方向及周向的移动(松动)，从而降低密封板的磨损及更换频率。

尽管图1至图3中未示出，但是还可以将如图12所示的簧板72设置在上述密封板组件2的内侧密封板12的内侧。根据这种结构，密封板承受朝向转子径向外侧的弹簧力，所以可以提高外侧密封板11和沟槽部4上表面之间的密封效果。

在更换密封板组件2时，通过取下防转动部件6的固定螺钉19，可以拆开外侧密封板11、内侧密封板12，其中防转动部件6由沿转盘60的伸出部3的周向设置的盘扣合部5卡定。而且，尽管图中未示出，但是在夹住设置在伸出部3上的沟槽部4的环状突出部8中的转子内部侧的突出部8上，在多个部位处设置沿周向以一定长度切出的插入用开口部，以便可以将密封板插入沟槽部中，所以，不用打开涡轮机，利用相对的伸出部3之间的间隙和插入用开口部，就可以取出和放入密封板。

在安装密封板时，首先，分别将外侧密封板11和内侧密封板12从上述插入用开口部单个地插入沟槽部4内。接着，以孔状开口的密封板扣合部7相互对准的方式重叠两个密封板，再将防转动部件6的中间保持件18嵌入密封板扣合部7中。接着，在防转动部件6的夹持部件15被嵌入盘扣合部5中的状态下，将密封板插入夹持部件15的夹持部16之间，从转子内部将固定螺钉19拧入设置在夹持部件15上的螺纹孔17中。通过使固定螺钉19贯通上述螺纹孔17及密封板扣合部7，并拧紧固定螺钉19，可以通过夹持部16固定外侧密封板11和内侧密封板12，使密封板组件2一体地固定到转盘60的沟槽部4内。根据这种密封板结构的构成，不用拆卸转盘，就可以进行密封板的现场更换，从而能降低燃气轮机的维修费用。

下面，基于图5至图7说明本发明的第2实施方式。

和第1实施方式相同，第2实施方式的密封结构21包括设置在转盘60上的伸出部3、设置在该伸出部3上的沟槽部4、插入该沟槽部4中的密封板组件22及防转动部件26，密封板组件22由外侧密封板31和内侧密封板32构成。

密封板组件22使外侧密封板31和内侧密封板32重叠并由防转动部件26一体地固定，之后被设置在转盘60的伸出部3上的沟槽部4内。而且，各密封板的分割数、相对于外侧密封板31和内侧密封板32的分割部33的相互位置关系等和第1实施方式相同。但是，代替第1实施方式中的构成密封板扣合部7的贯通孔，在第2实施方式中，在密封板组件22的侧边缘设置圆弧状的密封板扣合部27。该密封板扣合部27可以仅设置在密封板的一个侧边缘上，也可以设置在两个侧边缘上。尽管在第1实施方式中，盘扣合部5在伸出部3的端面上设置成沟槽状，但是，第2实施方式的盘扣合部25设置为朝向伸出部3的径向内侧且从上面到下面贯通的孔。

具体地说，如图5(a)、图5(b)所示，设置在转盘60的伸出部3上的盘扣合部25形成为可插入防转动部件26的贯通孔，在转子径向沿伸出部3的上表面到下表面的全长延伸，隔着沟槽部4而贯穿设置。形成为贯通孔的盘扣合部25设置在使从伸出部3的端面起始形成沟槽部4的底面大致成为贯通孔的中心的位置上。而且，以如下方式装配密封板组件22，即，将密封板组件22插入沟槽部4内，再从转子内部将防转动部件26插入盘扣合部25中，使防转动部件26和设置在密封板组件22中的圆弧状的密封板扣合部27接触。根据这样结构，密封板组件22通过盘扣合部25、防转动部件26及密封板扣合部27相对于转盘60固定，限制了其在沟槽部4内的转轴方向及周向的运动。

在安装密封板组件22时，如图5(a)所示，外侧密封板31和内侧密封板32以使密封板扣合部27互相对准的方式重叠地插入伸出部3的沟槽部4内，之后，如上所述，插入防转动部件26，使其和密封板扣合部27接触而固定密封板组件22。

下面，利用图6说明防转动部件26的结构。防转动部件26由防转动销35和保持环36构成。防转动销35相对于圆柱状的销主体部37、在两端部的一端设有比主体部37直径大的凸缘部38，在另一端设有销扣合部39，该销扣合部39具有可与保持环36嵌合的齿轮状结构。另外，在销主体部37和销扣合部39之间设有销凹部40，并将其设定成使销凹部40的深度比突起部41的高度大，以便可接受保持环36的突起部41。保持环36在内周面上以和扣合部39相同的间距设置突起部41，以便与销扣合部39嵌合。配置在保持环36的内周面上的突起部41的前端的内径设定得比销扣合部39的齿根直径大，突起部41的径向宽度设定得比销扣合部39的齿根槽宽度小。

如图7所示，作为贯通孔的盘扣合部25在盘扣合部25的内周面的轴向靠转子外部侧处设置阶梯部42，以使面向转子外部侧的内径比转子内部侧的内径大。以阶梯部42为界，位于转子外部侧的盘扣合部25的大径侧的内周面与保持环36内接，位于转子内部侧的小径侧的内周面与销主体部37内接。

在将防转动部件26安装在盘扣合部25上时，从转子内部侧以防转动销35的销扣合部39为头，插入贯贯穿设置置在伸出部3的转子内部侧壁上的盘扣合部25。插入时，调整预先设置在沟槽部4内的密封板组件22的位置，进行组装以使防转动部件26和圆弧状的密封板结合部27接触。插入防转动销35，直到防转动销的凸缘部38接触到盘扣合部25的边缘，然后将保持环36从转子外部侧插入盘扣合部25中。此时，以保持环36的突起部41不会和销扣合部39的齿轮结构的顶部干涉的方式转动保持环36，使保持环36嵌入销扣合部39的规定位置。接着，从嵌入位置进一步向转子径向内侧压入保持环36，在保持环36的突起部41达到销凹部40的位置之处，转动保持环36，使销扣合部39的齿宽重叠在保持环36的突起部41之上。即，通过销扣合部39的齿宽和保持环36的突起部41的重叠，销主体部37由销扣合部39和保持环36保持在设置于盘扣合部25的内周面上的阶梯部42上。

根据上述结构，正常运转时，离心力对该部件起作用，保持防转动销35的凸缘部38接触贯贯穿设置置在伸出部3上的盘扣合部25的边缘接触的状态不变。另一方面，转子停止时，如上所述，由于保持环36的下表面与设置在盘扣合部25的内周面上的阶梯部42接触，所以防转动部件26被保持在盘扣合部25内，可以防止其落到转子内部。

而且，如果如此装配防转动部件26，则和第1实施方式相同，密封板组件22通过防转动部件26固定到转盘60上，所以不会产生相对移动。而且，即使在转子的低速运转时，密封板组件22也很少在沟槽部4内松动。另外，在更换密封板时，和第1实施方式相同，在现场容易取下防转动部件，从而可以拆卸、更换密封板组件。而且，在第2实施方式中，防转动部件26与贯贯穿设置置在伸出部3上的盘扣合部25配合而被保持，所以防转动部件26的离心力不会作用在密封板组件22上。因此，能进一步减少防转动部件的松动，从而不会损伤沟槽部4和盘扣合部25的内壁。另外，与第1实施方式的密封结构相比，构造简单，零件数少，所以更容易进行现场的更换操作。

Claims (10)

1.一种具有密封结构的燃气轮机，其中，在多个转盘的相邻表面上以围绕转轴且相互相对的方式形成环状的伸出部，在该伸出部的相对面上沿周向形成沟槽部，将密封结构环状地设置在该沟槽部内，其特征在于，所述密封结构包括：

所述伸出部；

所述沟槽部；

由相互重叠且形成为环状的多个板构成的密封板组件；和

防转动部件，该防转动部件可拆卸地设置，通过设置在所述伸出部上的盘扣合部和设置在所述密封板组件上的密封板扣合部卡定所述伸出部和所述密封板组件。

2.如权利要求1所述的具有密封结构的燃气轮机，其特征在于：所述盘扣合部可容纳所述防转动部件地设置在所述伸出部上，所述密封板扣合部孔状地设置在所述密封板组件上。

3.如权利要求2所述的具有密封结构的燃气轮机，其特征在于：所述密封板组件由所述防转动部件一体地固定。

4.如权利要求3所述的具有密封结构的燃气轮机，其特征在于：所述防转动部件包含中间保持件。

5.如权利要求1所述的具有密封结构的燃气轮机，其特征在于：所述盘扣合部孔状地设置在所述伸出部上，所述密封板扣合部圆弧状地设置在所述密封板组件的侧边缘上。

6.如权利要求5所述的具有密封结构的燃气轮机，其特征在于：所述防转动部件保持在所述伸出部上。

7.如权利要求5所述的具有密封结构的燃气轮机，其特征在于：所述防转动部件由防转动销和保持环构成。

8.如权利要求7所述的具有密封结构的燃气轮机，其特征在于：所述防转动销具有齿轮状卡定结构，以便通过销扣合部和所述保持环相互嵌合而卡定。

9.如权利要求7所述的具有密封结构的燃气轮机，其特征在于：所述防转动销具有凸缘部。

10.如权利要求7所述的具有密封结构的燃气轮机，其特征在于：在所述盘扣合部的内表面上设置阶梯部。

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