CN102365425B - 密封板和动叶片系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种特别是用于燃气轮机(101)的动叶片系统(1)，其具有多个环形地设置在涡轮盘(6)上的动叶片(12)，其中，在所述涡轮盘(6)的侧面(34)上设置有多个密封板(40)，所述动叶片系统应在燃气轮机具有最大可能的效率的情况下允许同时简化了的结构。为此，所述相应的密封板(40)包括多个金属片(50)。

Description

密封板和动叶片系统

技术领域

本发明涉及一种用于形成环的密封板，所述环由用于燃气轮机的转子的密封板组成，所述密封板主要由多个金属片形成。此外，本发明涉及一种特别是用于燃气轮机的动叶片系统，所述动叶片系统具有多个环形地设置在涡轮盘上的动叶片，其中，在涡轮盘的侧面上设置有多个密封板。此外，本发明涉及一种具有这种类型的动叶片系统的燃气轮机。

背景技术

燃气轮机在许多领域中用于驱动发电机或做功机械。在此，燃料的内能用于产生涡轮机轴的旋转运动。为此，燃料在燃烧室中燃烧，其中，由空气压缩机供应压缩空气。在此，在燃烧室中通过燃烧燃料产生的、处于高压和高温下的工质通过连接在燃烧室下游的涡轮机单元引导，在那里所述工质膨胀做功。

在此，为了产生涡轮机轴的旋转运动，在所述涡轮机轴上设置多个通常情况下具有组合成叶片组或者叶片排的动叶片。在此，通常情况下为每个涡轮级设有涡轮盘，动叶片借助于它们的叶根固定在所述涡轮盘上。此外，为了流动引导在涡轮机单元中的工质，通常情况下在相邻的动叶片排之间设置有与涡轮机壳体连接的且组合成导向叶片排的导向叶片。

燃气轮机的燃烧室可构成所谓的环形燃烧室，在所述环形燃烧室中，多个在圆周方向上围绕涡轮机轴设置的燃烧器通向共同的、由耐高温的围壁包围的燃烧室腔内。为此，燃烧室在它的整体上构造成环形的结构。除了唯一的燃烧室，还能设有多个燃烧室。

通常在燃烧室上直接连接有涡轮机单元的第一导向叶片排，所述导向叶片排与沿工质的流动方向观察直接紧跟着的动叶片排共同形成涡轮机单元的第一涡轮级，所述涡轮级通常情况下连接在其它涡轮级下游。

在设计这种类型的燃气轮机时，除了可达到的功率，通常情况下特别高的效率也是设计目标。在此，效率的提高可由于热力学的原因原则上通过提高出口温度实现，工质以所述出口温度从燃烧室中流出，并且流入涡轮机单元中。在此，对于这种类型的燃气轮机，力求并且也实现大约1200℃到1500℃的温度。

但是，在工质的如此高的温度下，暴露在所述工质中的组件和构件受到高的热负载。为了保护涡轮盘和涡轮机轴以防热的工质的侵入，例如从EP 1 944 472 A1中已知，在涡轮盘上设有密封板，所述密封板圆形环绕地安装在涡轮盘上且安装在分别相对于涡轮轴线的垂直的面上。在此，通常情况下每个涡轮叶片在涡轮盘的每一侧上分别设有密封板。所述密封板鳞片状地重叠，并且通常情况下具有密封翼，所述密封翼延伸直至分别相邻的导向叶片，使得避免了热的工质在涡轮机轴的方向上的侵入。

但是，密封板还满足其它功能。所述密封板一方面通过相应的固定元件形成涡轮叶片的轴向固定，另一方面，所述密封板不仅将涡轮盘相对于从外界侵入的热的气体密封，而是也避免了在涡轮盘内引导的冷空气的流出，所述冷空气通常情况下为了冷却涡轮叶片在所述涡轮叶片中传送。

这种类型的具有集成的密封翼的密封板通常情况下以真空精密铸造的方式(例如以熔模铸造法)制造。在此，设有一定程度的余量，以便能够补偿由工艺条件导致的在尺寸上的不精确性。根据几何结构，——密封板具有宽的、非常薄的区域并且在其它位置上具有质量堆积——，在真空精密铸造时，尤其是在薄的区域中不能够避免扭曲和一定程度的多孔性。但是，由于密封板的轮廓要求，所述密封板常常由合金制成，所述合金不能够以与已说明的真空精密铸造的方法不同的方法接近最终轮廓地制造。

由于这个原因，这样的密封板必须在浇铸后在高温和高压的情况下常常借助于热均衡的挤压压缩，以用于消除多孔性，并且最后通过耗费的机械的加工方法获得最终轮廓。在此，一方面，具有热均衡的挤压、机械的再加工和与此有关的材料损失的所述工艺是非常耗费和昂贵的，此外，另一方面，在再加工后也可以存在不均匀的质量分布，所述不均匀的质量分布之后严重限制了密封板在工作时的功能，并且可意味着在燃气轮机的效率方面的损失。

此外，从GB 947 553中已知，燃气轮机的动叶片通过坚固的盖环来防止轴向移动。在此，具有孔的斜置的导向片固定在盖环上，所述孔接收在盘邻腔中提供的冷空气，并且应通过设置在盖环中的孔将冷空气引导至动叶片。但是，在所述构造中再次需要经浇铸的盖环。

发明内容

因此，本发明基于的目的是，提供一种密封板和一种动叶片系统，所述动叶片系统分别在燃气轮机具有最大可能的效率的情况下允许同时简化了的结构。

根据本发明，所述目的借助根据本发明的用于形成环的密封板得以实现，所述环由用于燃气轮机的转子的密封板组成，其中，所述密封板由多个金属片形成，并且包括两个相互以一定距离对置的、与密封板平面平行地设置以形成用于引导冷空气的、用于内部冷却的间隙的金属片，其中，所述密封板包括形成用于内部冷却目的的间隙，其中，在相应的所述密封板的设计用于与相邻的密封板接触的边缘的区域中设置有槽和/或榫。

在此，本发明基于下述考虑，即，当具有随后的机械的再加工的至今为止通常的精密铸造法能够被简化，或者能够通过另一制造方法完全替代时，可实现密封板的特别简单的可制造性。在此，由于为密封板所选择的材料，与所述真空精密铸造不同的铸造法是不可能的。因此，密封板不应以如铸造的原型法制造，而是应以变形法制造。在此，为了能够实现密封板的复杂的形状，所述密封板应由多个基件通过变形制成。这能够通过预制的金属片的变形特别简单地实现；因此，所述密封板应由多个金属片制成。

在此，所述密封板包括两个与密封板平面平行地设置的、相互间隔的金属片。所述金属片形成密封板的相应的端侧，并且通过在两个金属片之间的距离能够精确地选择密封板的厚度。在此，在所述金属片之间留有间隙，所述间隙用于使冷空气通过，并且因此可用于密封板的内部冷却。因此，一方面密封板的特别简单的结构是可能的，另一方面，通过主动的构件冷却也能够使密封板在工作时经受最不利的情况，以至于在燃气轮机工作时的特别高的温度是可能的，并且因此实现特别高的效率。

在此，在有利的实施形式中，在所述金属片之间设置有带有多个凹部的隔片。这种类型的隔片使在密封板的起到端侧作用的金属片之间的连接稳定化，并且可实现精确地且目标明确地选择距离。此外在此，通过在隔片中的凹部，以所述有利的方式保留将冷空气引导通过密封板的内部的可能性。

在此有利的是，相应的金属片在朝向涡轮盘的中心的一侧上具有卷边。可通过变形简单地制成的这种类型的卷边可实现将所述密封板在朝向涡轮盘的中心的一侧上固定在为之设有的槽中，并且因此确保了密封板和动叶片可靠地保持在涡轮盘上。这提供了下述优点，即，尽管密封板的结构已改变，但是不必改变在涡轮盘上至今为止使用的固定装置，并且因此具有密封板和涡轮盘的动叶片系统的特别简单的结构是可能的。

为了确保特别简单地输送冷空气并且供给密封板，有利的是，相应的金属片具有多个冷空气孔。在此，在入口侧上冷空气孔应朝向涡轮盘，以至于冷空气穿过涡轮盘输送到密封板中是可能的，在出口侧上应设有冷空气孔，所述冷空气孔例如指向相邻的构件或密封板的安装片，以至于所述构件的主动的冷却也是可能的。

为了确保用于密封位于两个涡轮盘之间的区域防止来自燃气轮机的热气通道的热气的侵入的密封翼的功能，有利的是，所述密封板包括从密封板平面向外指向的金属片。所述密封板应直至达到相邻的动叶片排，并且因此防止热气沿涡轮轴的方向侵入，以便保护设置在那里的构件。

在有利的实施形式中，不同的金属片焊接和/或相互钎焊。因此，由多个金属片组成的密封板的特别简单的结构是可能的。

密封板的因此实现的结构，特别是在具有两个形成端侧的金属片和一个带有用于冷空气的凹部的隔片的三层式实施形式中提供，在圆周方向上设有用于密封多个并排的密封板的榫槽连接。为此有利的是，在相应的密封板的边缘的区域中设置有槽和/或榫。在密封板的以上述方式的三层式设计中，这样的槽可通过在边缘上缩短隔片或者榫可通过在边缘上延长隔片简单地实现。因此可能的是，在多个密封板之间在圆周方向上特别良好和简单地实现密封。

有利的是，燃气轮机包括这种类型的动叶片系统，以及有利的是，燃气轮机设备和蒸汽轮机设备包括具有这种类型的动叶片系统的燃气轮机。

借助本发明获得的优点特别是在于，由于密封板借助于多个金属片构成，因此密封板的特别简单的实施形式和结构是可能的。在此，与其它方法相比，制造费用和材料费用低。由于灵活的材料配对能够降低材料投入和由此产生的费用。如在浇铸方法中需要的大平面的再加工在使用预成型的金属片时不是必需的，其中，尽管如此还是实现密封板在工作时的良好的密封效果。因此并且由于通过在密封板中的冷空气传导的主动的构件冷却获得对在燃气轮机中的热气温度的较小的限制，并且总体上可获得更高的效率。

附图说明

借助附图详细阐述本发明的一个实施例。附图中示出：

图1示出通过动叶片系统的半剖视图；

图2示出在铸造过程后通过密封板的剖视图；

图3示出在机械的再加工后通过密封片的横截面视图；

图4示出通过由多个金属片制成的密封板的横截面视图；

图5示出用于密封板的隔片的俯视图；

图6示出由多个金属片制成的密封板的俯视图；以及

图7示出通过燃气轮机的半剖视图。

在所有附图中，相同的部件设置有相同的附图标记。

具体实施方式

作为通过如现有技术的燃气轮机的动叶片级的安装在涡轮机轴上涡轮盘6的外圆周的剖视图，图1示出动叶片系统1。

在此，动叶片12借助它的叶根32设置在动叶片保持槽30中。动叶片12的叶根32的横截面是圣诞树形，并且与动叶片保持槽30的圣诞树形状一致。动叶根32的轮廓的示意图和动叶片保持槽30的示意图相对于图2的剩余的示意图转动90°。因此，所示出的动叶片保持槽30在涡轮盘6的侧面34之间延伸。

分别邻接地设有未详细示出的导向叶片36，在燃气轮机的工质的流动方向上看，所述导向叶片设置在动叶片12的上游和下游。在此，导向叶片36放射形地设置在外圈中。

在涡轮盘6的两侧上，分别在侧壁34上环绕地插入鳞片状的密封板40。所述密封板的上侧保持在引入在动叶片12中的槽42中，并且它们的下侧通过未详细示出的安全螺栓固定。

在此，密封板40满足多个目的：一方面所述密封板通过已安装的、基本上沿轴向方向和方位方向延伸的密封翼46密封在涡轮盘6和相邻的导向叶片36之间的间隙，以防止来自涡轮机的热的工质M的侵入。另一方面，密封板40也提供叶根32在动叶片保持槽30中的轴向固定，并且因此以防所述叶根轴向移动。径向固定和方位固定通过动叶片保持槽30的圣诞树形就能实现。此外，密封板40阻止了穿过冷空气通道48通过涡轮盘6被带到叶根32和动叶片12中的冷空气的流出。

图2和3示意地示出如现有技术的在制造过程的两个不同的步骤中的密封板40的与密封板平面49垂直的横截面。

在此，首先密封板40，如在图2中所示，以一定程度的余量浇铸。在此，通常情况下应用真空精密铸造法，并且随后，密封板40在浇铸后借助于热均衡的挤压来压缩，以用于消除多孔性。随后进行机械的再加工，以便使密封板40获得在图3中示出的最终轮廓。

这种类型的加工方法是相对耗费的和高成本的。因此，为了简化用于密封板40的制造方法，密封板40应由多个金属片50制成，如在图4中所示。

在此，首先，如图4的密封板40包括两个平行于密封板平面49相互间隔地设置的金属片50，在所述金属片之间插有隔片52。因此总体上获得密封板40的三层式的实施形式。在此，在朝向转子盘的中心的一侧上，金属片50包括卷边54，所述卷边采用密封板40的至今为止的浇铸形状。隔片52非实心地构成，而是包括多个凹部56，所述凹部也在图5的俯视图中示出。因此，冷空气K通过冷空气孔58的输送是可能的，所述冷空气孔使密封板40的主动的冷却成为可能。

此外，密封板40包括从密封板平面49向外指向的金属片50，所述金属片形成密封翼46。在此，为了稳定密封翼，设有另一支承片60。冷空气孔58在出口侧上定向为，使得从密封板40流出的冷空气K绕流密封翼46以及其它相邻的构件，并且因此同样冷却所述密封翼和所述其它相邻的构件。

各个金属片50相互焊接，这可实现密封板40的特别简单的结构。可选地，金属片50也可以是高温钎焊的。

再次在图6中以俯视图的形式示出密封板40。在此，隔片52在圆周方向上相对于两个平行定向的金属片50移动，以至于在密封板40的边缘62上形成槽64，并且在相对置的边缘66上形成榫68。因此，相邻的密封板40可在圆周方向上借助于榫槽连接密封。

如在图7中所示，燃气轮机101具有用于燃烧用空气的压缩机102、燃烧室104以及用于驱动压缩机102和未示出的发电机或做功机械的涡轮机单元106。为此，涡轮机单元106和压缩机102设置在共同的、也称为涡轮转子的涡轮机轴108上，发电机或做功机械也与所述涡轮机轴连接，并且所述涡轮机轴围绕其中心轴线109可转动地安装。以环形燃烧室的形式构成的燃烧室104配备有多个用于燃烧液体的或气体的燃料的燃烧器110。

涡轮机单元106具有动叶片系统1，所述动叶片系统具有多个与涡轮机轴108连接的、可旋转的动叶片12。所述动叶片12环形地设置在涡轮机轴108上，并且因此形成多个动叶片排。此外，涡轮机单元106包括多个固定的导向叶片36，所述导向叶片在形成导向叶片排的情况下同样环形地固定在涡轮机单元106的导向叶片支架110上。在此，所述动叶片12用于通过流过涡轮机单元106的工质M的脉冲转换来驱动涡轮机轴108。相反，导向叶片36用于流动引导在沿工质M的流动方向看每两个连续的动叶片排或动叶片环之间的工质M。在此，由导向叶片36的或导向叶片排的外圈组成的或者由动叶片12的或动叶片排的外圈组成的连续的对也称为涡轮级。

如动叶片12一样，每个导向叶片36具有叶根118，所述叶根设置为壁元件，以用于将相应的导向叶片36固定在涡轮机单元106的导向叶片支架110上。在此，叶根118是相对强地受到热负载的构件，所述构件形成用于流过涡轮机单元106的工质M的热气通道的外边界。

在两个相邻的导向叶片排的导向叶片36的彼此间隔地设置的平台118之间，分别在涡轮机单元106的导向叶片支架110上设置有环形部段121。在此，每个环形部段121的外表面同样暴露在流过涡轮机单元106的热的工质M中，并且在径向方向上通过缝隙与相对置的动叶片12的外端隔开。在此，设置在相邻的导向叶片排之间的环形部段121特别是用作盖元件，所述盖元件保护在导向叶片支架110中的内壳或其它壳体装入件以防由于流过涡轮106的热的工质M的热过载。

在所述实施例中，燃烧室104构成为所谓的环形燃烧室，在所述环形燃烧室中多个沿圆周方向围绕涡轮机轴108设置的燃烧器110通向共同的燃烧室腔中。为此，燃烧室104在它的整体上构成为围绕涡轮机轴108定位的环形的结构。

由不同的金属片50制成的用于动叶片系统1的密封板40一方面提供了一种非常简单和低成本的制造，另一方面可通过主动的构件冷却实现燃气轮机101的非常高的效率。

Claims (13)

1.一种用于形成环的密封板(40)，所述环由用于燃气轮机的转子的密封板(40)组成，其特征在于，所述密封板由多个金属片(50)形成，并且包括两个相互以一定距离对置的、与密封板平面(49)平行地设置以形成用于引导冷空气的、用于内部冷却的间隙的金属片(50)，其中，所述密封板包括形成用于内部冷却目的的间隙，其中，在相应的所述密封板(40)的设计用于与相邻的密封板(40)接触的边缘(62、66)的区域中设置有槽(64)和/或榫(68)。

2.如权利要求1所述的密封板(40)，其中，在所述金属片(50)之间设置有带有多个凹部(56)的隔片(52)。

3.如权利要求1所述的密封板(40)，其中，在工作位置上看，相应的所述金属片(50)在朝向涡轮盘(6)的中心的一侧上具有卷边(54)。

4.如权利要求1所述的密封板(40)，其中，相应的所述金属片(50)具有多个冷空气孔(58)。

5.如权利要求1所述的密封板(40)，其中，所述密封板包括从所述密封板平面(49)向外指向的金属片(50)。

6.如权利要求1所述的密封板(40)，其中，多个金属片(50)被焊接和/或钎焊。

7.如权利要求1所述的密封板(40)，其中，在所述金属片(50)之间设置有带有多个凹部(56)的隔片(52)，并且

其中，在工作位置上看，相应的所述金属片(50)在朝向涡轮盘(6)的中心的一侧上具有卷边(54)，并且

其中，相应的所述金属片(50)具有多个冷空气孔(58)，并且

其中，所述密封板包括从所述密封板平面(49)向外指向的金属片(50)，并且

其中，多个金属片(50)被焊接和/或钎焊，并且

其中，在相应的所述密封板(40)的设计用于与相邻的密封板(40)接触的边缘(62、66)的区域中设置有槽(64)和/或榫(68)。

8.一种动叶片系统(1)，具有多个环形地设置在涡轮盘(6)上的动叶片(12)，其中，在所述涡轮盘(6)的侧面(34)上设置有多个密封板(40)，

其特征在于，相应的所述密封板(40)如权利要求1至2之一构成。

9.如权利要求8所述的动叶片系统(1)，其中，所述动叶片系统用于燃气轮机(101)。

10.一种动叶片系统(1)，具有多个环形地设置在涡轮盘(6)上的动叶片(12)，其中，在所述涡轮盘(6)的侧面(34)上设置有多个密封板(40)，

其特征在于，相应的所述密封板(40)如权利要求7构成。

11.如权利要求10所述的动叶片系统(1)，其中，所述动叶片系统用于燃气轮机(101)。

12.一种具有如权利要求8或10所述的动叶片系统(1)的燃气轮机。

13.一种具有如权利要求12所述的燃气轮机(101)的燃气-蒸汽轮机设备。