CN102378850B - 具有密封盘的轴流式涡轮机转子 - Google Patents

Abstract

一种轴流式涡轮机转子，具有：围绕转子轴线旋转对称地构成的转子体(3)；带有多个动叶片(2)的动叶片环，所述动叶片分别借助其叶根(5)固定在转子体(3)上；以及围绕转子轴线旋转对称地构成的密封盘(7)，所述密封盘借助其外缘(10)径向内侧相邻地设置在叶根(5)的轴向延伸的凸起(6)上，使得在叶根(5)和密封盘(7)之间构成空腔(9)，其中在外缘(10)上设有径向向外开口的槽(12)，在所述槽内安装密封环(14)，在转子(1)工作时，所述密封环在离心力(15)的作用下能够径向向外在槽(12)中滑动，直到密封环(14)径向紧贴在凸起(6)的内侧上并且因此密封在叶根(5)上的空腔(9)。

Description

具有密封盘的轴流式涡轮机转子

技术领域

本发明涉及一种具有密封盘的轴流式涡轮机转子。

背景技术

例如燃气轮机的轴流式涡轮机具有涡轮，在所述涡轮中热气膨胀。为了实现燃气轮机的高的热效率，热气的温度在进入到涡轮时能够尽可能高地选择。热气的最大可行的温度水平通过对涡轮的强度要求来限制，所述强度要求通过涡轮的构件的构造和材料选择来限定。构件的温度载荷和机械应力规定了构件的使用寿命，所述使用寿命由于经济性和安全性的原因需在确定的界限之上。

传统的涡轮转子具有轴和在其上转动对称地安装的圆盘，在所述圆盘的外缘上，在圆周上并排地固定有多个动叶片。动叶片和圆盘有时是在涡轮中受到最强的应力的构件，由此首先通过这些构件限定燃气轮机的维护周期。为了延长动叶片和圆盘的运转时间已知的是，动叶片和圆盘通过冷却空气来冷却，所述冷却空气传统地从燃气轮机的压缩机中抽出。特别地，动叶片由复杂的结构制成，所述结构由冷却通道穿过，冷却空气流过所述冷却通道，以用于冷却动叶片。所述冷却通道通入动叶根内，在所述动叶根上冷却通道供应有冷却空气。

传统地，例如在根据US2005／0265849A1的实施形式中，在叶根区域内的圆盘上设有冷却空气入流通道，其构成在圆盘和与之相邻的环形密封盘之间，所述密封盘径向在叶根上直接相邻地设置。针对一体的圆盘形的密封盘提出如下设计要求，即保持冷却空气的泄露尽可能低并且阻止热气进入到冷却通道内。因此，在密封盘的径向外部的边缘上设有密封环，其在离心力的作用下达到紧贴在叶片平台的下侧上。

代替密封环，还能够设有密封尖端。但是，由于在轴流式涡轮机转子工作时构件的不同的热膨胀以及密封盘和叶根的由此获得的相对位置，出现密封尖端的磨损。因此密封尖端的密封作用变差，使得在密封盘上，冷却空气能够流入到涡轮的热气区域内。此外，存在如下危险，从密封尖端上经过的热气能够侵入到冷却通道内并且因此动叶片的热载荷增加，由此加大了动叶片的过早的失灵的风险。

此外，从WO2007／028703A1中已知一种冷却空气输送通道的端侧密封，其中代替一体的、环形密封盘，设有多个密封盘段，其共同地构成密封环。在离心力的作用下，这些密封盘段紧贴在动叶片的平台的下侧上。在此不需要借助于密封环的单独的密封。

发明内容

本发明的目的是，提供一种具有高的使用寿命的轴流式涡轮机转子。

根据本发明的轴流式涡轮机转子具有：围绕转子轴线旋转对称地构成的转子体；具有多个动叶片动叶片环，所述动叶片分别借助其叶根固定在转子体上；以及围绕转子轴线旋转对称地构成的密封盘，所述密封盘借助其外缘径向内侧相邻地设置在叶根的轴向延伸的凸起上，使得在叶根和密封盘之间构成空腔，其中在外缘上设有径向向外开口的槽，在所述槽内安装密封环，在转子工作时，所述密封环在离心力的作用下能够径向向外在槽中滑动，直到密封环径向紧贴在凸起的内侧上并且因此密封在叶根上的空腔，所述密封盘由多个密封盘段构成，并且所述密封环由多个在圆周方向上一个接一个设置的密封环段构成，所述密封环段分别径向地直接支撑在所述转子体上，并且其中所述相应的密封环段插入到在与其相关联的密封盘段的外缘上的槽内，其中所述密封环段具有两个彼此背离的纵向端部，所述纵向端部分别由卷边构成，所述卷边与在所述槽上设有的凹部形成接合，使得所述密封环段在圆周方向上形状接合地固定在所述外缘上。

在轴流式涡轮机转子工作时，发生在凸起和密封环之间的径向相对移动。因此能够在密封环上出现能够影响密封环的密封效果的磨损。如果密封环严重磨损，使得不再提供足够的密封效果，那么例如在轴流式涡轮机转子的维护周期中，能够在密封盘上更换密封环。由此有利的是，不需要更换整个密封盘，由此实现轴流式涡轮机转子的简单的且有效的维护。由于在轴流式涡轮机转子工作时，密封环通过离心力被压到凸起上，因此密封环在整个圆周上预张紧地紧贴在凸起上。因此良好地密封在密封环和凸起之间的接触，由此在凸起和密封盘之间的密封效果高。如果空腔例如是用于将冷却空气输送到叶根的通道，例如能够设置在燃气轮机的涡轮内，那么冷却空气在密封环上的泄露少。因此动叶片的借助冷却空气的片冷却是有效的，由此轴流式涡轮机转子的使用寿命高。

密封盘包括多个密封盘段，这允许在固定式燃气涡轮的转子(焊接或者由转子圆盘堆叠的)的制造之后，安装动叶片和密封盘。优选的是，密封盘段分别在圆周方向上借助阶梯形折边彼此耦联。因此密封盘可简单地安装在转子体上，其中借助阶梯形折边在各个密封盘段在圆周方向上彼此偏移时阻止了密封盘的开裂。此外，密封环由多个在圆周方向上一个接一个设置的密封环段构成，所述密封环段分别插入到在与其相关联的密封盘段的外缘上的槽内。因此，密封环或者其部段仅支撑在平台和动叶片上，这改善了密封效果。同时，密封环段从现在开始径向地直接支撑在转子圆盘上。因此能够降低每个单独的动叶片固定件的离心力负载，这提高了转子圆盘和动叶片的使用寿命。

密封环段优选具有两个彼此背离的纵向端部，其分别由卷边构成，所述卷边与在槽上设有的凹部形成接合，使得密封环段在圆周方向上形状接合地固定在外缘上。因此有利地阻止密封环段在圆周方向上的移动。卷边优选地构成为在轴向方向上变形为L形的支脚。在此，支脚中的每一个的曲率半径优选至少大于相关的支脚的纵向长度的一半。因此达到，密封环段的纵向端部气密地紧贴在密封盘段上。此外优选的是，支脚指向相反的方向，使得密封环段构成Z形。

优选的是，凸起具有径向向内开口的槽，外缘可径向移动地接合到所述槽中，并且密封环能够紧贴在所述槽底部上。因此有利的是，密封盘的外缘安置在凸起的槽内，由此降低对密封环的尤其是机械和／或热载荷的不利的影响。此外，降低横向于密封环的压力差，使得密封环的密封效果好。

优选的是，密封环段构成为具有长形的横截面的带，所述横截面的长边在径向方向上延伸并且所述横截面的外部的短边能够紧贴在叶根上。由于密封环段的长边在径向方向上延伸，因此密封环段在其径向移动时被引导到密封环段的槽内。因此阻止密封环段在密封盘段的槽内扭转和倾斜。轴流式涡轮机转子优选是轴流式涡轮转子，并且动叶片优选具有空气通道，所述空气道在叶根处通入空腔内，其中空腔设置用于冷却空气通道的冷却空气供给和／或冷却空气排出。

附图说明

接下来借助示意的附图描述根据本发明的轴流式涡轮转子的一个优选的实施形式。附图示出：

图1示出根据本发明的轴流式涡轮转子的实施形式的纵剖面的剖视图；

图2示出图1中的细节A；

图3示出图1中的细节B；

图4示出密封盘段的立体图；

图5示出图4中的细节D；以及

图6示出图4中的细节C。

具体实施方式

如从图1至图6可见，转子1具有多个动叶片2，所述动叶片在转子1的圆周上排成行并且由此构成动叶片栅。此外，转子1具有转子体3，动叶片2固定在所述转子体上。每个动叶片2具有叶身4，借助所述叶身动叶片2起到空气动力作用。为了固定动叶片2，这个动叶片具有叶根5，其形状接合地保持在转子体3中，使得动叶片2通过叶根5在径向方向上固定。在叶身4和叶根5之间设有动叶片2的凸起6，所述凸起在轴线方向和在圆周方向上延伸，以及在其径向外侧上起到空气动力作用。

转子体在端侧借助垂直于轴流式涡轮转子的轴线延伸的平面限定。密封盘7设置成轴向地与这个平面具有一定距离，由此在密封盘7和转子体3之间构成空腔。因此，所述空腔通过密封盘7限定与轴流式涡轮转子的热气侧8隔开。空腔是冷却空气输送通道，其设置用于将冷却空气输送到叶根5。密封盘7的相对于密封盘7的平均壁厚变厚的内缘借助转子体3径向卡住，由此在工作中，密封盘7直接由转子体3径向保持。

密封盘7的外缘10设置成径向相邻于凸起6的径向内侧，其中密封盘7的外缘10接合到在凸起6的径向内侧中设有的、环绕的槽11内。在密封盘7的外缘10内设有环绕的槽12，其径向向外通入凸起6的槽11内。密封盘7的外缘10设置成径向与凸起6的槽11的底部具有一定距离，使得设有径向间隙13。

密封环14插入在密封盘7的槽12内，所述密封环具有在径向方向上构成长形或者矩形的横截面。在密封盘7内的槽12如此深地设置在密封盘7内，使得密封环14能够下沉在槽12内而与密封盘7的外缘10齐平。

在轴流式涡轮转子1工作时，离心力作用到密封环14上，所述离心力导致密封环的离心力15。离心力15由密封环14来执行，直到密封环14紧贴在凸起6内的槽11的底部上。径向间隙13根据密封环14的径向延伸调节成，使得在密封环14紧贴在凸起6的槽11的底部上时，密封环14仍然与在密封盘7的外缘10内的槽12形成接合。

密封盘7由多个密封盘段16构成，所述多个密封盘段在圆周上并排地排成行。在它们的彼此相邻地设置有密封盘段16的边缘上分别构成阶梯形折边17，所述阶梯折边由一个密封盘段16的止挡18和另一相邻的密封盘段的相应于该止挡18的阶梯部19构成。

类似于将密封盘7分成密封盘段16，密封环14划分成密封环段20，其中每个密封环段20在圆周方向上横跨与其关联的密封盘段14的外缘10。每个密封环段20具有两个彼此背离的密封环段纵向端部21。每个密封环段纵向端部21在轴向方向上翻转，由此在每个密封环段纵向端部21上形成支脚22，借助所述支脚，密封环段纵向端部21构成L形。在每个支脚上设有具有曲率半径23的弯曲部，其中在密封盘段16的外缘10上制成相应地成型的凹部24。支脚22和凹部24在密封盘段16的外缘10上设置成，使得支脚22在轴向方向上远离止挡18或者阶梯部19指向。因此在阶梯形折边17区域内的密封盘段16的强度不由于设有凹部24而受到不利的影响。

Claims (8)

1.一种轴流式涡轮机转子，具有：围绕转子轴线旋转对称地构成的转子体(3)，具有多个动叶片(2)的动叶片环，所述动叶片分别借助其叶根(5)固定在所述转子体(3)上；以及 

围绕所述转子轴线旋转对称地构成的密封盘(7)，所述密封盘的外缘(10)设置成径向相邻于所述叶根(5)的轴向延伸的凸起(6)的径向内侧，使得在所述叶根(5)和所述密封盘(7)之间构成空腔(9)， 

其中在所述外缘(10)上设有径向向外开口的槽(12)，在所述槽内安装密封环(14)，在转子(1)工作时，所述密封环在离心力(15)的作用下能够径向向外在所述槽(12)中滑动，直到所述密封环(14)径向紧贴在所述凸起(6)的内侧上并且因此密封在所述叶根(5)上的所述空腔(9)， 

其特征在于，所述密封盘(7)由多个密封盘段(16)构成，并且所述密封环(14)由多个在圆周方向上一个接一个设置的密封环段(20)构成，所述密封环段分别径向地直接支撑在所述转子体(3)上，并且其中所述相应的密封环段(20)插入到在与其相关联的密封盘段(16)的外缘(10)上的槽内，其中所述密封环段(20)具有两个彼此背离的纵向端部(21)，所述纵向端部分别由卷边构成，所述卷边与在所述槽(12)上设有的凹部(24)形成接合，使得所述密封环段(20)在圆周方向上形状接合地固定在所述外缘(10)上。 

2.根据权利要求1所述的轴流式涡轮机转子，其中所述凸起具有径向向内开口的槽(11)，所述外缘(10)能径向移动地接合到所述径向向内开口的槽中，并且所述密封环(14)能够紧贴在所述径向向内开口的槽的底部上。 

3.根据权利要求1或2所述的轴流式涡轮机转子，其中所述密封盘段(16)分别在圆周方向上借助阶梯形折边(17)彼此耦联。 

4.根据权利要求1或2所述的轴流式涡轮机转子，其中所述卷边构成为在轴向方向上变形为L形的支脚(22)。 

5.根据权利要求4所述轴流式涡轮机转子，其中所述支脚(22)中的每一个的曲率半径(23)至少大于所述相关的支脚(22)的纵向长度的一半。 

6.根据权利要求4所述的轴流式涡轮机转子，其中所述支脚(22)指向相反的方向，使得所述密封环段(20)构成Z形。 

7.根据权利要求1或2所述的轴流式涡轮机转子，其中所述密封环段(20)构成为具有长形的、矩形的横截面的带，所述横截面的长边在径向方向上延伸并且所述横截面的外部的短边能够紧贴在所述叶根(5)上。 

8.根据权利要求1或2所述的轴流式涡轮机转子，其中所述轴流式涡轮机转子是轴流式涡轮转子，并且所述动叶片(2)具有冷却空气通道，所述冷却空气通道在所述叶根(5)处通入所述空腔(9)内，其中所述空腔(9)设置用于所述冷却空气通道的冷却空气供给和／或冷却空气排出。