CN102042044B - 用于涡轮机的成形蜂窝密封件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于涡轮机的成形蜂窝密封件。一种涡轮机(2)包括具有内表面(38)的外壳(3)、压缩机(4)、涡轮(10)以及包括多个叶片部件(8，14)的构造为压缩机和涡轮中的一个的一部分的旋转部件(12)。多个叶片部件(8，14)中的各个均包括基部部分(44)和末梢部分(45)。涡轮机还包括安装到外壳内表面上的邻近旋转部件的蜂窝密封部件(50)。蜂窝密封部件包括具有在其中形成变形区域(70，96，119，137)的成形表面。变形区域包括入口区域和出口区域。入口区域与多个叶片部件中的各个的末梢部分隔开第一距离以及出口区域与多个叶片部件中的各个的末梢部分隔开第二距离。第二距离大致等于或小于第一距离。

Description

用于涡轮机的成形蜂窝密封件
技术领域
文中所公开的主题涉及涡轮机的领域，且更具体地涉及用于涡轮机的成形蜂窝状密封件。
背景技术
涡轮机通常包括可操作地连结到涡轮上的压缩机。涡轮机还包括燃烧器，该燃烧器接收相混合并点燃以形成热气体的燃料和空气。热气体然后朝向涡轮叶片引入涡轮中。来自热气体的热能给予旋转力至涡轮叶片上产生机械能。涡轮叶片包括紧密接近定子旋转的端部部分。涡轮叶片的末梢部分越靠近定子，则能量损失越少。也就是说，减少经过涡轮叶片末梢部分和定子之间的热气体的量确保了更大部分的热能转换成机械能。
在末梢部分和涡轮壳体内部表面之间的间隙相对较高的情况下，高能流体流在涡轮操作期间逸出而不产生任何有用功率。逸出的流体流构成末梢间隙损失并且成为涡轮中的主要损失源。例如，在一些情形下，末梢间隙损失构成涡轮级中总损失的20-25％那样多。
发明内容
根据本发明的一个方面，一种涡轮机包括具有内表面的外壳、布置在外壳内的压缩机、布置在外壳内且操作(或起作用)地联接到压缩机上的涡轮，以及包括多个叶片部件的旋转部件，该旋转部件构造为压缩机和涡轮中的一个的一部分。该多个叶片部件中的各个均包括基部部分和末梢部分。涡轮机还包括安装到外壳内表面上的邻近旋转部件的蜂窝密封部件。蜂窝密封件部件包括成形表面，该成形表面具有由多个叶片部件中的各个的末梢部分所形成的变形区域。变形区域包括入口区域和出口区域。入口区域接收来自压缩机和涡轮中的一个的上游端的空气流，以及出口区域构造并设置成用以朝向压缩机和涡轮中的一个的下游端传送空气流。入口区域与多个叶片部件中的各个的末梢部分隔开第一距离，以及出口区域与多个叶片部件中的各个的末梢部分隔开第二距离。第二距离大致等于或小于第一距离，使得从变形区域传送的空气流为大致流线型的。
根据本发明的另一方面，一种密封叶片部件的末梢部分和涡轮机外壳的内表面之间的间隙的方法包括将具有成形表面的蜂窝密封部件安装到涡轮机外壳的内表面上，以及旋转布置在外壳内的多个叶片部件，其中，多个叶片部件中的各个均包括基部部分和末梢部分。该方法还包括利用多个叶片部件的末梢部分在蜂窝密封部件的成形表面中形成变形区域，其中，变形区域包括入口区域和出口区域，和出口区域，以及传送空气流到变形区域的入口区域中，其中，入口区域与多个叶片部件中的各个的末梢部分隔开第一距离。该方法还包括从变形区域的出口区域引导空气流，其中，出口区域与多个叶片部件中的各个的末梢部分隔开第二距离。第二距离大致等于或小于第一距离，使得从变形区域传送的空气流为大致流线型的。
这些及其它的优点和特征根据以下描述并结合附图将会变得更为清楚。
附图说明
视作为本发明的主题在权利要求中具体地指出和清楚地主张权利。本发明的前述及其它特征和优点根据以下详细描述并结合附图而变得清楚，附图中：
图1是根据示例性实施例的包括具有成形表面的蜂窝密封件的涡轮机的局部示意图；
图2是图1中的涡轮机的涡轮部分的局部示意图；
图3是根据示例性实施例的方面的布置在涡轮机的涡轮部分中的蜂窝密封件的截面视图；
图4是在成形表面中形成变形区域之前的蜂窝密封件的截面侧视图；
图5是在成形表面中形成变形区域之前的根据示例性实施例的另一方面的蜂窝密封件的截面侧视图；
图6是在成形表面中形成变形区域之前的根据示例性实施例的又一方面的蜂窝密封件的截面侧视图；以及
图7是在成形表面中形成变形区域之前的根据示例性实施例的再一方面的蜂窝密封件的截面侧视图。
详细描述通过参看附图以实例的方式阐述了本发明的实施例以及优点和特征。
零件清单
2涡轮机
3外壳
4压缩机
6旋转部件
8，14多个叶片部件
10涡轮
12旋转部件
17燃烧器组件
20第一级转子轮
21第二级转子轮
22第三级转子轮
28，29，30轮叶
33，34，35定子导叶
38内表面
40护罩部件
44第一/基部部分
45第二/末梢部分
47凸出物(projection)
50，84，103，128蜂窝密封部件
60主体
62第一表面
63，89，108，133第二成形表面
64中间部分
70，96，119，137变形区域/凹槽
72，98，121，140入口区域
73，99，122，141出口区域
74末梢泄漏空气流
75主空气流
86，105，130主体
88第一表面
90，109，134中间部分
92第一部分(89)
93第二部分(89)
94梯级部分(89)
107第一表面
111第一区段(107)
112第二区段(107)
113梯级区段(107)
115第一部分(108)
116第二部分(108)
117梯级部分(108)
132第一表面
具体实施方式
参考图1和图2，根据示例性实施例所构成的涡轮机大体上表示为2。涡轮机2包括外壳3，而压缩机4布置在外壳3内。压缩机4经由公共的压缩机/涡轮轴或转子12而连结到涡轮10上。压缩机4还经由多个周向地隔开的燃烧器而连结到涡轮10上，其中的一个燃烧器表示为17。在所示的示例性实施例中，涡轮10包括第一、第二和第三级旋转部件或轮20-22，它们具有相关的多个叶片部件或轮叶28-30。轮20-22和轮叶28-30结合相应的定子导叶33-35限定涡轮10的各个级。通过该种布置，轮叶28-30紧密接近外壳3的内表面38旋转。
在所示的示例性实施例中，多个护罩部件(其中的一个表示为40)安装到内表面38上。如下文将要更充分讨论的是，护罩部件40限定用于流过轮叶28-30的高压气体的流动路径。在这一点上，应理解的是各个轮叶28-30都类似地形成，使得接下来将关于轮叶28进行详细描述，同时理解到的是，剩余轮叶29和30包括相应的结构。如图所示，轮叶28包括第一或基部部分44，该第一或基部部分44延伸通向具有凸出物47的第二或末梢部分45。从燃烧器17流出的热气体沿着内表面38传送越过轮叶28-30的末梢部分45。为了确保正确的流动，蜂窝密封部件50安装到护罩部件40上邻近轮叶28的末梢部分45。当然，应理解的是，附加的蜂窝密封部件(未单独标示)安装成邻近剩余的轮叶29和30。
如在图3中最佳所示，蜂窝密封部件50包括主体60，该主体60具有经由中间部分64延伸至成形(或具有一定轮廓)的第二表面63的第一表面62。蜂窝密封部件50由可容易变形的材料形成。利用此种布置，涡轮10的操作致使各个轮叶28上的凸出物47越过蜂窝密封部件50形成变形区域或凹槽70，例如图4中所示。在所示的示例性实施例中，变形区域70包括入口区域72和出口区域73。入口区域72接收来自涡轮10上游端的末梢泄漏空气流74，而出口区域则构造成用以朝向涡轮10的下游端传送空气流，例如朝向第二级和第三级。入口区域72与轮叶28的末梢部分45隔开第一距离H，而出口区域73与轮叶28的末梢部分45隔开第二距离Z。根据示例性实施例，第二距离Z大致等于或小于第一距离H，使得传送越过末梢部分45的引出出口区域73的末梢泄漏空气流74为大致流线型的。也就是说，通过在主体60上提供成形表面63，空气流并不会在蜂窝密封件上形成将在末梢部分45处产生涡流的表面。通过使末梢泄漏空气流74成流线型，在主空气流75和末梢泄漏空气流74之间的相互作用减少，而涡轮机2的操作则增强。
图5显示了根据示例性实施例的另一方面构成的蜂窝密封部件84。密封部件84包括主体86，该主体86具有经由中间部分90延伸通向成形的第二表面89的第一表面88。成形的第二表面89为大致线性并包括经由梯级部分94延伸至第二部分93的第一部分92。大致线性应理解为是指成形表面89包括非曲线的部分。然而，非曲线的部分可相对于彼此以一定角度延伸。如图所示，梯级部分94大致垂直地延伸至第一和第二部分92和93。大致垂直应理解为是指第一和第二部分大体上相对于彼此布置成90度±大约10度。利用此种布置，涡轮10的操作在梯级部分94处形成变形区域96。也就是说，随着轮叶28旋转，凸出物47碰撞梯级部分94，形成变形区域96。类似于上述方式，变形区域96包括延伸通向出口区域99的入口区域98。入口区域98与末梢部分45隔开第一距离H，而出口区域99与末梢部分45隔开第二距离Z。如图所示，第二距离Z小于或大致等于第一距离H，使得从出口区域99流出的空气流类似于上述方式保持大致流线型的。
图6显示了根据示例性实施例的又一方面所构成的密封部件103。密封部件103包括主体105，该主体105具有经由中间部分109延伸至成形的第二表面108的第一表面107。第一表面107包括经由梯级区段113延伸通向第二区段112的第一区段111。梯级区段113相对于第一和第二区段111和112大致垂直地布置，以便增强与涡轮10内表面38的对接。类似于上述方式，成形的第二表面108包括经由梯级部分117延伸通向第二部分116的第一部分115。梯级部分117相对于第一和第二部分115和116大致垂直地布置。利用此种布置，涡轮10的操作致使轮叶28的凸出物47在梯级部分117处碰撞并形成变形区域118。变形区域118包括入口区域121和出口区域122。入口区域121与末梢部分45隔开第一距离H，而出口区域122与末梢部分45隔开第二距离Z。第二距离Z大致等于或小于第一距离H，使得经过末梢部分45并流出出口区域122的空气流保持大致流线型的。
图7显示了根据示例性实施例的再一方面所构成的密封部件128。密封部件128包括主体130，该主体130具有经由中间部分134延伸通向成形的第二表面133的第一表面132。成形的第二表面133以一定角度布置成以便沿着一平坦部(plain)延伸，该平坦部大致平行于由末梢部分45所限定的平坦部。类似于上述方式，涡轮机2的操作致使凸出物47碰撞蜂窝密封部件128并使其变形以便形成具有入口区域140和出口区域141的变形区域137。入口区域140与末梢部分45隔开第一距离H，而出口区域141与末梢部分45隔开第二距离Z。如图所示，第二距离Z大致等于或小于第一距离H，使得经由入口区域140进入变形区域137的空气流离开出口区域141并保持大致流线型的。也就是说，提供在第二表面133上的特定外形或角度确保没有障碍物将会在出口区域141处产生涡流。
在这一点上，应理解的是，根据示例性实施例所构成的蜂窝密封部件提供了在旋转轮叶部件的末梢部分和涡轮机的内表面之间的容易变形的密封件。提供在蜂窝密封部件上的成形表面确保传送越过形成在叶片部件末梢部分上的凸出物的空气流保持大致流线型的。也就是说，该外形不包含会扰乱空气流以产生涡流的障碍物。通过确保空气流保持流线型，涡轮机2的操作得到增强。
尽管已结合了仅有限数量的实施例详细描述了本发明，但应容易理解的是本发明不限于此类公开的实施例。确切而言，本发明可进行修改以结合迄今并未描述但与本发明的精神和范围相匹配的多种变型、变体、替代方案或同等布置。此外，尽管已描述了本发明的各种实施例，但应理解的是本发明的方面可仅包括所述实施例中的一些。因此，本发明不应视作为由前述描述所限制，而是仅由所附权利要求的范围来限制。

Claims (10)

1.一种涡轮机(2)，包括：
具有内表面(38)的外壳(3)；
布置在所述外壳(3)内的压缩机(4)；
涡轮(10)，其布置在所述外壳(3)内且操作地联接到所述压缩机(4)上；
包括多个叶片部件(8,14)的旋转部件(12)，其构造为所述压缩机(4)和所述涡轮(10)中的一个的一部分，所述多个叶片部件(8,14)中的各个均包括基部部分(44)和末梢部分(45)，
所述末梢部分(45)包括至少一凸出物(47)；
安装到所述外壳(3)的内表面(38)上的邻近所述旋转部件(12)的蜂窝密封部件(50)，所述蜂窝密封部件(50)具有成形表面(63,89,108,133)，所述成形表面(63,89,108,133)包括由所述多个叶片部件(8,14)中的各个的所述凸出物(47)与所述蜂窝密封部件(50)接触所形成的变形区域(70,96,119,137)，所述变形区域(70,96,119,137)包括入口区域(72,98,121,140)和出口区域(73,99,122,141)，所述入口区域(72,98,121,140)接收来自所述压缩机和所述涡轮(10)中的一个的上游端的空气流，以及所述出口区域(73,99,122,141)构造和设置成用以朝向所述压缩机和所述涡轮(10)中的一个的下游端传送所述空气流，所述入口区域(72,98,121,140)与所述多个叶片部件(8,14)中的各个的所述末梢部分(45)隔开第一距离，以及所述出口区域(73,99,122,141)与所述多个叶片部件(8,14)中的各个的所述末梢部分(45)隔开第二距离，所述第二距离小于所述第一距离，使得自所述变形区域(70,96,119,137)传送的空气流为大致流线型的。
2.根据权利要求1所述的涡轮机(2)，其特征在于，所述蜂窝密封部件(50)的成形表面(63,89,108,133)是弯曲表面。
3.根据权利要求1所述的涡轮机(2)，其特征在于，所述成形表面(63,89,108,133)为大致线性表面(89,108,133)。
4.根据权利要求3所述的涡轮机(2)，其特征在于，所述大致线性表面(133)大致平行于所述多个叶片部件(8,14)中的各个的末梢部分(45)延伸。
5.根据权利要求3所述的涡轮机(2)，其特征在于，所述大致线性表面(89,108)包括第一部分(92,115)、第二部分(93,116)以及梯级部分(94,117)，所述梯级部分(94,117)布置在所述第一和第二部分(92,93,115,116)之间。
6.根据权利要求5所述的涡轮机(2)，其特征在于，所述梯级部分(94,117)相对于所述第一和第二部分(92,93,115,116)大致垂直地延伸。
7.根据权利要求1所述的涡轮机(2)，其特征在于，所述涡轮机(2)还包括：安装到所述外壳(3)的内表面(38)上的邻近所述旋转部件(12)的护罩部件(40)，所述蜂窝密封部件(50)安装到所述护罩部件(40)上。
8.根据权利要求1所述的涡轮机(2)，其特征在于，所述旋转部件(12)构造为所述压缩机(4)的一部分。
9.根据权利要求1所述的涡轮机(2)，其特征在于，所述旋转部件(12)构造为所述涡轮(10)的一部分。
10.根据权利要求1所述的涡轮机(2)，其特征在于，所述至少一凸出物(47)包括从所述末梢部分(45)延伸的单个的凸出物(47)。
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