CN102650236A - 用于在涡轮系统中提供密封的密封装置和方法 - Google Patents

用于在涡轮系统中提供密封的密封装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于在涡轮系统中提供密封的密封装置和方法。公开了一种用于在涡轮系统(12)的相邻的构件(62)之间提供密封的密封装置(60)和方法。密封装置(60)包括：构造成在相邻的构件(62)之间提供密封的密封板(70)；安装到密封板(70)上的丝网(80)，丝网(80)限定多个空隙(84)；以及密封剂(90)，其浸渍丝网(80)，使得该多个空隙(84)的至少一部分在其中包括密封剂(90)。

Description

用于在涡轮系统中提供密封的密封装置和方法
技术领域
本公开大体涉及涡轮系统，并且更具体而言，涉及用于在涡轮系统的相邻的构件之间提供密封的密封装置和方法。
背景技术
涡轮系统广泛用于诸如动力发生的领域中。传统的燃气轮机系统例如包括压缩机、燃烧器和涡轮。在涡轮系统的运行期间，系统中的多种构件会经受高温流。许多构件在燃气轮机系统的轴线的周围设置成环形阵列。另外，许多构件沿径向、沿轴向或以别的方式在其它构件的附近定位成环形阵列。例如，压缩机和涡轮叶片、喷嘴和护罩块定位成环形阵列，并且进一步定位在彼此的附近。经常，在相邻的构件之间存在间隙。这些间隙可允许高温流从热气路径中泄漏，从而导致涡轮系统的性能、效率和动力输出降低。
另外，由于较高温的流一般会导致涡轮系统的性能、效率和动力输出提高，所以必须冷却系统的构件，以允许涡轮系统以升高的温度运行。在本领域中知道用多种策略来冷却多种构件。例如，可将冷却介质输送给构件。但是，在相邻的构件之间的间隙可允许冷却介质泄漏以及与高温流混合，从而导致涡轮系统的性能、效率和动力输出进一步降低。
在本领域中知道用多种策略来降低泄漏和混合引起的涡轮系统损失。例如，已经利用诸如叶片密封件、弹簧密封件和销的密封机构来密封多种相邻的构件之间的间隙。但是，这些密封机构虽然阻止了一些泄漏，但是可能无法充分地密封相邻的构件之间的间隙。
因而，用于在涡轮系统的相邻的构件之间提供密封的改进的密封装置和改进的方法在本领域中是合乎需要的。
发明内容
将在以下描述中部分地阐述本发明的各方面和优点，或者根据描述，本发明的各方面和优点可为显而易见的，或者可通过实践本发明来学习本发明的各方面和优点。
在一个实施例中，公开了一种用于在相邻的构件之间提供密封的密封装置。该密封装置包括：构造成在相邻的构件之间提供密封的密封板；安装到密封板上的丝网，丝网限定多个空隙；以及密封剂，其浸渍丝网，使得该多个空隙的至少一部分在其中包括密封剂。
在另一个实施例中，公开了一种用于在相邻的构件之间提供密封的方法。该方法包括：将丝网安装到密封板上，密封板构造成在相邻的构件之间提供密封，丝网限定多个空隙；以及使丝网被密封剂浸渍，使得该多个空隙的至少一部分在其中包括密封剂。
参照以下描述和所附权利要求，本发明的这些和其它特征、方面与优点将变得更好理解。结合在本说明书中且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用来阐明本发明的原理。
附图说明
在说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本发明的完整和能够实施的公开，包括其最佳模式，说明书参照了附图，其中：
图1是根据本公开的一个实施例的燃气轮机系统的示意图；
图2是包括根据本公开的一个实施例的多个密封装置的燃气轮机系统的涡轮区段的截面侧视图；
图3是根据本公开的一个实施例的、密封相邻的构件之间的间隙的密封装置的透视图；
图4是根据本公开的一个实施例的密封装置的俯视图；以及
图5是根据本公开的一个实施例的密封装置的沿着图4的线5-5得到的横截面图。
部件列表
10涡轮系统
12压缩机
14燃烧器
16涡轮
18轴
221级喷嘴
241级轮叶
261级护罩
281级护罩块
29热气路径
322级喷嘴
342级轮叶
362级护罩
382级护罩块
423级喷嘴
443级轮叶
463级护罩
483级护罩块
50间隙
60密封装置
62构件
70密封板
72第一外表面
74第二外表面
76边缘表面
78加载部件
80丝网
82绳
84空隙
90密封剂
100厚度
102长度
104宽度
具体实施方式
现在将详细参照本发明的实施例，在图中示出了实施例的一个或多个实例。以阐明本发明而非限制本发明的方式来提供各个实例。事实上，对本领域技术人员显而易见的将是，可在本发明中作出修改和改变，而不偏离本发明的范围或精神。例如，示出或描述成一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生另外的另一个实施例。因而，意图的是本发明覆盖在所附权利要求及其等效方案的范围内的这样的修改和改变。
图1是燃气轮机系统10的示意图。系统10可包括压缩机12、燃烧器14和涡轮16。另外，系统10可包括多个压缩机12、燃烧器14和涡轮16。压缩机12和涡轮16可通过轴18来联接。轴18可为单个轴或联接在一起而形成轴18的多个轴节段。
压缩机12和涡轮16可各自包括多个级。例如，在图2中显示了包括三个级的涡轮16的一个实施例。例如，涡轮16的第一级可包括喷嘴22的环形阵列和轮叶24的环形阵列。喷嘴22可沿周向设置和固定在轴18的周围。轮叶24可沿周向设置在轴18的周围，并且联接到轴18上。由护罩块28的环形阵列形成的护罩26可包围轮叶24，并且连接到喷嘴22上，以部分地限定热气路径29。涡轮16的第二级可设置在第一级的下游，并且包括类似地设置的喷嘴32、轮叶34以及由护罩块28形成且部分地限定热气路径29的护罩36。涡轮16的第三级可设置在第二级的下游，并且可包括类似地设置的喷嘴42、轮叶44以及由护罩块48形成且部分地限定热气路径29的护罩46。应当理解，涡轮16和压缩机12均不限于三个级，而是相反，任何适当数量的级均在本公开的范围和精神内。另外，应当理解，不必按上面描述的那样布置涡轮16的多种构件，而是相反，在涡轮16、压缩机12或系统10中的构件的任何适当的布置大体都在本公开的范围和精神内。
如图2中显示的涡轮16的多种相邻的构件、压缩机12的多种相邻的构件(例如轮叶、喷嘴和护罩构件)和/或系统10的多种相邻的构件大体可在它们之间限定间隙50。这些间隙可允许热气或冷却流体通过其中而泄漏，因而降低系统10的效率和输出。
因而，公开了一种用于在相邻的构件(例如涡轮系统10的相邻的构件)之间提供密封的改进的密封装置60。在示例性实施例中，相邻的构件可为至少部分地暴露于通过系统10的高温气体流的任何构件。例如，在图3中标为构件62的构件可为轮叶、喷嘴、护罩、过渡件、固持环、压缩机排气装置或它们的任何构件，如在上面或以别的方式描述的那样。但是，应当理解，本公开不限于任何上面公开的构件，而是相反，在其之间限定间隙50的任何适当的相邻的构件均在本公开的范围和精神内。
如在图3至5中显示的那样，本公开的密封装置60可包括构造成在系统10的相邻的构件62之间的间隙50中提供改进的密封的多种构件。例如，密封装置60可包括密封板70。密封板70可构造成在涡轮系统10的相邻的构件62之间提供密封。密封板70可具有适于配合在间隙50中的任何形状和大小。在示例性实施例中，例如，密封板70可包括第一外表面72、相对的第二外表面74和在它们之间的边缘表面76。边缘表面76可至少部分地限定密封板70的周缘。
密封板70大体可由任何适当的材料形成。例如，密封板70可由金属或金属合金形成。在示例性实施例中，密封板70可由钢合金形成，例如高温钢合金。备选地，密封板70可由任何适当的材料形成，例如陶瓷或其它适当的非金属。
如上面论述的那样，密封板70可构造成在相邻的构件62之间提供密封。例如，密封板70可大小设置成和形状设置成覆盖相邻的构件62之间的间隙50的至少一部分，因而至少部分地阻挡流通过间隙50泄漏。另外或备选地，密封板70可包括加载部件78或多个加载部件78。加载部件78可构造成接触相邻的构件62中的一个或多个，以提供密封。例如，图3示出了直接接触相邻的构件62的多个表面的加载部件78，密封板70延伸通过相邻的构件62之间的间隙50。加载部件78可接触一个或多个相邻的构件62的一个或多个表面。这可允许加载部件78将密封板70定位在间隙50中，以对间隙50提供密封。
另外，如下面论述的那样，在一些实施例中，加载部件78可构造成阻止密封装置60的其它元件(例如丝网和密封剂)接触相邻的构件62。但是，备选地，可将其它元件安装在密封板70上，使得元件的一部分覆盖在加载部件78上。在这些实施例中，加载部件78可间接地接触相邻的构件62，多种元件的一部分设置在加载部件78和相邻的构件62的多个表面之间。
在一些实施例中，加载部件78进一步可为有回弹力的，并且因而具有在相邻的构件62之间提供密封的类似弹簧的特性。例如，可将包括加载部件78或多个加载部件78的密封板70置于间隙50中，加载部件78抵靠着构件62的表面或多个表面受挤压。与加载部件78上的挤压力相反地起作用的加载部件78的回弹力可迫使间隙50中的密封板70抵靠着相邻的构件62，因而进一步密封间隙50。
在示例性实施例中，加载部件78可与密封板70的其余部分成一体。例如，加载部件78可为密封板70的弯曲或变形的部分，例如邻近或包括边缘表面76的一部分的侧部部分。在示例性实施例中，如所显示的那样，部件78可具有类似钩子的形状。在备选实施例中，部件78可与密封板70的其余部分不成一体，而是作为替代可为安装到密封板70上的另外附加的构件。
可沿着密封板70的长度的一部分或密封板70的整个长度和/或密封板70的宽度的一部分或整个密封板70来形成或安装加载部件78。备选地，可沿着密封板70的整个周缘设置加载部件78，或者可在密封板70上的任何适当的位置上形成或安装加载部件78。在示例性实施例中，如图3至5中显示的那样，密封板70可包括设置在密封板70的相对的侧部上且延伸通过密封板70的长度的两个加载部件78。
本公开的密封装置60可进一步包括丝网80或多个丝网80。丝网80可大体对密封装置60提供耐磨性，从而保护和减小密封板70的磨损。
丝网80可包括多个编织绳或非编织绳82且可由它们形成，并且因而可在多个绳82之间限定多个空隙84(参见图5的剖面部分)。绳82可为例如金属绳、非金属绳或金属绳和非金属绳的组合。例如，丝网80可包含钢合金，例如高温钢合金。另外，丝网80可包含任何适当的非金属材料或多种非金属材料。
可将丝网80安装到密封板70上。例如，可通过焊接、铜焊或任何其它适当的安装工艺或设备来安装丝网80。另外，可将丝网80安装到密封板70的任何适当的表面或多个表面上。例如，在一些实施例中，可将丝网80安装到第一外表面72、第二外表面74和/或边缘表面76上。安装到多个表面上的丝网80可为单个丝网80或多个单独的丝网80，它们可具有类似或不同的绳组成。
本公开的密封装置60可进一步包括密封剂90。可将密封剂90施用到丝网80上，使得密封剂浸渍丝网80。根据本公开，浸渍丝网80意味着大体填充丝网80限定的空隙84的至少一部分。因而，在将密封剂90施用到丝网80上之后，密封剂90可浸渍丝网80，使得该多个空隙84的至少一部分或该多个空隙84的基本全部都在其中包括密封剂90。
可使用任何适当的工艺或设备来使密封剂90浸渍到丝网80中。例如，可通过真空密封、压力浸渍、真空抽吸或任何其它适当的浸渍工艺来进行浸渍。真空密封可包括例如将密封剂90施用到丝网80上、将丝网80和密封剂90密封在密封的环境中，以及在密封的环境中利用真空设备来使丝网80被密封剂90浸渍。压力浸渍可包括例如将密封剂90施用到丝网80上，以及然后例如用滚子或其它适当的装置来对密封剂90施加压力，以使丝网80被密封剂90浸渍。真空抽吸可包括例如将丝网80和密封剂90密封在密封的环境中，以及在密封的环境中利用真空设备来将密封剂90拉到丝网80上且拉到丝网80中，从而浸渍丝网80。
因而通过阻止密封板70的周围的泄漏，密封剂90可进一步在相邻的构件62之间提供密封。例如，由于空隙84被密封剂90浸渍，可有利地阻止在密封板70的周围逃逸的泄漏物流过丝网80中的空隙84，以及通过间隙50而逃逸。
在示例性实施例中，密封剂90可为高温密封剂90。另外，在一些实施例中，密封剂90可包含粘土，例如高岭土或任何其它适当的粘土。例如，在一个示例性实施例中，密封剂90可包含高岭土、环氧可溶酚醛树脂、铝粉末或含铝粉末，以及碳酸钙。在另一个示例性实施例中，密封剂90可包含高岭土、丙烯酸钠和石英。但是，应当理解，本公开不限于上面公开的成分，而是相反，任何适当的密封剂90成分均在本公开的范围和精神内。
如上面论述的那样，加载部件78可构造成阻止丝网80和密封剂90接触相邻的构件62。因而，加载部件78可延伸超过丝网80和密封剂90。例如，密封装置60可限定厚度100。在一些实施例中，厚度100可在介于大约0.1英寸和大约1.5英寸之间的范围中。厚度100可限定在密封装置60的最厚的部分处，在一些实施例中，这可为在加载部件78或多个加载部件78处。因而，在其中加载部件78构造成阻止丝网80和密封剂90接触相邻的构件62的实施例中，除加载部件78以外，密封装置60的其余部分的厚度100可小于厚度100。
密封装置100另外可限定长度102和宽度104。在一些实施例中，长度102可在介于大约0.5英寸和大约16英寸之间的范围中。在一些实施例中，宽度104可在介于大约0.5英寸和大约1.5英寸之间的范围中。
但是，应当理解，本公开不限于上面公开的厚度范围、长度范围和宽度范围，而是相反，任何适当的厚度、长度和/或宽度均在本公开的范围和精神内。
本公开进一步涉及一种用于在相邻的构件62(例如涡轮系统10的相邻的构件62)之间提供密封的方法。该方法可包括例如如上面公开的那样将丝网80安装到密封板70上。该方法可进一步包括例如使丝网80被密封剂90浸渍，使得该多个空隙84的至少一部分如上面描述的那样在其中包括密封剂90。
另外，该方法可包括将诸如密封板70、丝网80和密封剂90的密封装置60插入到限定在相邻的构件62之间的间隙50中。
另外，该方法可包括使密封剂90固化。在一些示例性实施例中，可在将密封装置60插入到间隙50中之前使密封剂90固化。备选地，密封剂90可在被插入间隙50中之后固化。可例如烧结、燃烧、空气固化、温度固化、湿固化或以别的方式恰当地固化密封剂90。当密封剂90在被插入间隙50中之后固化时，可独立于系统10的运行来完成固化，或者可在系统10的运行期间或者由于系统10的运行的原因而完成固化。
本书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及执行任何结合的方法。本发明的可授予专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这样的其它实例包括不异于权利要求的字面语言的结构元素，或者如果这样的其它实例包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构元素，则它们意图处于权利要求的范围之内。

Claims (15)

1.一种用于在相邻的构件(62)之间提供密封的密封装置(60)，所述密封装置(60)包括：
构造成在相邻的构件(62)之间提供密封的密封板(70)；
安装到所述密封板(70)上的丝网(80)，所述丝网(80)限定多个空隙(84)；以及
密封剂(90)，其浸渍所述丝网(80)，使得所述多个空隙(84)的至少一部分在其中包括所述密封剂(90)。
2.根据权利要求1所述的密封装置(60)，其特征在于，所述多个空隙(84)中的基本全部都在其中包括所述密封剂(90)。
3.根据权利要求1至2中的任一项所述的密封装置(60)，其特征在于，所述密封板(70)包括构造成接触所述相邻的构件(62)中的至少一个的加载部件(78)，以提供所述密封。
4.根据权利要求3所述的密封装置(60)，其特征在于，所述加载部件(78)构造成阻止所述丝网(80)和所述密封剂(90)接触所述相邻的构件(62)。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的密封装置(60)，其特征在于，所述丝网(80)包括多个金属绳(82)。
6.根据权利要求5所述的密封装置(60)，其特征在于，所述丝网(80)进一步包括多个非金属绳(82)。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的密封装置(60)，其特征在于，所述密封剂(90)包含粘土。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的密封装置(60)，其特征在于，所述密封剂(90)包含高岭土。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的密封装置(60)，其特征在于，所述密封板(70)包含金属或金属合金。
10.一种涡轮系统(10)，包括：
至少两个相邻的构件(62)，所述相邻的构件(62)在其之间限定间隙(50)；以及
设置在所述间隙(50)中的密封装置(60)，所述密封装置(60)包括：
构造成在所述涡轮系统(10)的相邻的构件(62)之间提供密封的密封板(70)；
安装到所述密封板(70)上的丝网(80)，所述丝网(80)限定多个空隙(84)；以及
密封剂(90)，其浸渍所述丝网(80)，使得所述多个空隙(84)的至少一部分在其中包括所述密封剂(90)。
11.一种用于在相邻的构件(62)之间提供密封的方法，所述方法包括：
将丝网(80)安装到密封板(70)上，所述密封板(70)构造成在所述相邻的构件(62)之间提供密封，所述丝网(80)限定多个空隙(84)；以及
使所述丝网(80)被密封剂(90)浸渍，使得所述多个空隙(84)的至少一部分在其中包括所述密封剂(90)。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括将所述密封板(70)、所述丝网(80)和所述密封剂(90)插入到限定在所述相邻的构件(62)之间的间隙(50)中。
13.根据权利要求11至12中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括使所述丝网(80)被所述密封剂(90)浸渍，使得所述多个空隙(84)中的基本全部都在其中包括所述密封剂(90)。
14.根据权利要求11至13中的任一项所述的方法，其特征在于，所述浸渍步骤包括真空密封、压力浸渍或真空抽吸中的一个。
15.根据权利要求11至14中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括使所述密封剂(90)固化。
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