CN102900475A - 用于密封涡轮中的动叶燕尾件的系统、方法和设备 - Google Patents

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CN102900475A CN2012102612893A CN201210261289A CN102900475A CN 102900475 A CN102900475 A CN 102900475A CN 2012102612893 A CN2012102612893 A CN 2012102612893A CN 201210261289 A CN201210261289 A CN 201210261289A CN 102900475 A CN102900475 A CN 102900475A
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S.G.贾亚纳
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
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    • F01D11/006—Sealing the gap between rotor blades or blades and rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F01D5/3007—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of axial insertion type
    • F01D5/3015—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of axial insertion type with side plates

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Abstract

本发明的某些实施例可包括用于密封涡轮中的动叶燕尾件的系统、方法和设备。根据本发明的示范实施例，提供用于密封在动叶燕尾件和转子轮槽之间的间隙的方法。方法可包括设置与动叶燕尾件相关的动叶突片，其中，动叶突片构造成接收密封突片；使动叶突片和密封突片构造成在密封突片插入到动叶突片中之后接合至少一个维度；和利用密封突片密封在动叶燕尾件和转子轮槽之间的间隙；其中，密封突片的至少一部分根据温度改变以用于进一步密封在动叶燕尾件和转子轮槽之间的间隙。

Description

用于密封涡轮中的动叶燕尾件的系统、方法和设备
技术领域
本发明大体涉及涡轮，并且更具体地涉及用于密封涡轮中的动叶燕尾件的系统、方法和设备。
背景技术
燃气涡轮通常包括涡轮转子(经常被称为轮)，其具有通过燕尾件(dovetail)圆周地附接于转子的许多动叶(bucket)(或叶片)。动叶可突出到热气体路径中以将气体的动能转化成旋转机械能。为了避免使动叶变得过热和损坏动叶，冷却空气可引入到径向地延伸穿过动叶的通路中。与使动叶冷却相关的挑战中的一个是阻止冷却空气通过在燕尾件的突片(tab)和转子的表面之间的间隙而泄漏，特别是在操作期间和在离心载荷和热膨胀的条件下。当空气泄漏到轮空间中时，可能必要的是增大冷却气流以保持动叶冷却要求。因此，涡轮的输出效率和总效率可例如由于冷却空气压缩机上的额外载荷而降低。
发明内容
以上问题中的一些或所有以上问题可通过本发明的某些实施例解决。本发明的某些实施例可包括用于密封涡轮中的动叶燕尾件的系统、方法和设备。
根据本发明的示范实施例，提供用于密封在动叶燕尾件和转子轮槽之间的间隙的方法。方法包括设置与动叶燕尾件相关的动叶突片，其中，动叶突片构造成接收密封突片；使动叶突片和密封突片构造成在密封突片插入到动叶突片中之后接合至少一个维度；和利用密封突片密封在动叶燕尾件和转子轮槽之间的间隙；其中，密封突片的至少一部分根据温度改变以用于进一步密封在动叶燕尾件和转子轮槽之间的间隙。
根据另一个示范实施例，提供系统。系统包括涡轮。涡轮包括转子；一个或多个转子轮，其连接于转子，其中，一个或多个转子轮包括一个或多个转子轮槽；一个或多个动叶，其均包括动叶燕尾件；
一个或多个动叶突片，其与每个动叶燕尾件相关；和一个或多个密封突片，其构造用于密封在动叶燕尾件和转子轮槽之间的间隙，并且进一步构造成在一个或多个密封突片插入到一个或多个动叶突片中之后接合一个或多个动叶突片。
根据另一个示范实施例，提供用于密封在涡轮中的动叶燕尾件和转子轮槽之间的间隙的设备。设备包括一个或多个动叶突片，其与动叶燕尾件相关；和一个或多个密封突片，其构造用于密封在动叶燕尾件和转子轮槽之间的间隙，并且进一步构造成在一个或多个密封突片插入到一个或多个动叶突片中之后接合一个或多个动叶突片。
本发明的其他的实施例、特征和方面在本文中被详细地描述并且被认为是要求权利的本发明的部分。可参照下列详细描述、附图和权利要求理解其他的实施例、特征和方面。
附图说明
现在将参照不必按比例绘制的附表和附图，并且其中：
图1是根据本发明的示范实施例的示例性叶片组件的简图。
图2是根据本发明的示范实施例的示例性转子轮的简图。
图3是根据本发明的示范实施例的示例性动叶突片密封件的简图。
图4是根据本发明的示范实施例的另一个示例性动叶突片密封件的简图。
图5是根据本发明的示范实施例的另一个示例性动叶突片密封件的简图。
图6是根据本发明的示范实施例的另一个示例性动叶突片密封件的简图。
图7是根据本发明的示范实施例的示范方法的流程图。
图8是根据本发明的另一个示范实施例的示范方法的另一个流程图。
部件列表
100   叶片组件
102   转子叶片
104   动叶燕尾件
106   动叶突片
200   转子轮
202   转子轮槽
300   动叶突片密封件
302   改变的动叶突片
304   密封突片
306   密封表面
308   保持销
310   保持销孔
400   动叶突片密封件实施例
402   改变的动叶突片
404   密封突片
406   牺牲表面
408   保持键
410   保持键槽
500   动叶突片密封件实施例
502   改变的动叶突片
504   槽
506   密封突片
600   密封突片和保持槽实施例
602   保持槽(改变的动叶突片的部分)
604   密封突片
700   方法流程图
702-708   方块
800   方法流程图
802-808   方块。
具体实施方式
将参照附图在下文中更全面地描述本发明的实施例，在该附图中示出本发明的实施例。然而，本发明可以以许多不同的方式实施并且不应当被解释为受限于在本文中提出的实施例；相反地，这些实施例提供成使得本公开将是全面且完整的，并且将把本发明的范围完全传达给本领域技术人员。同样的标记在所有附图中表示同样的元件。
本发明的某些实施例可使密封在涡轮中的动叶和转子之间的接口成为可能。根据某些示范实施例，密封突片可设置用于密封与动叶燕尾件相关的接口。本发明的示范实施例可提供包括具有热膨胀系数的材料的密封件，该材料可例如在涡轮的操作期间随着温度升高而提供附加密封。在某些示范实施例中，密封件可包括可附接于改变的动叶突片的密封突片。
现在将参照附图描述用于本发明的示范实施例的各个部件、材料和配置。
图1示出了示范叶片或动叶组件100，其包括转子叶片102、动叶燕尾件104和动叶突片106。
图2描绘了转子轮200的部分和转子轮槽202，转子轮槽202可与动叶燕尾件(如以图1的104表示)相接。
图3描绘了根据本发明的示范实施例的动叶突片密封组件300。组件300可附接于改变的动叶突片302。在一个示范实施例中，动叶突片302的部分可被移除以提供用于使改装密封突片304附接于动叶突片302的空间。在示范实施例中，改装密封突片304可包括材料，其包括密封表面306。根据示范实施例，诸如保持销308的保持装置可用于使密封突片304固定于动叶突片302。
根据示范实施例，与密封表面306相关的材料可包括镍/铁合金。例如，已知为A-286的合金可用于整个密封突片304或密封突片304的部分。合金A-286设计用于应用，其要求在高达大约1300oF(704℃)的温度处的高强度和良好耐腐蚀性。该合金在凹口区段中提供高延展性，具有优于具有可相比的高温性质的许多其他的商业合金的断裂强度。该合金的一个特性是通过热处理而沉淀硬化和加强的能力。这在发展最大强度时使较高程度的均匀性成为可能，这可重复许多次。A-286的热膨胀从大约16ppm/℃变化到大约19ppm/℃。根据本发明的示范实施例，保持销孔310可以是超尺寸的(如图3所示)以允许密封突片304在动叶燕尾件内自对齐。根据示范实施例的与超尺寸保持销孔310相关的另一个特征是允许密封突片304与动叶突片302不同地膨胀，例如由于密封突片304以比动叶突片302更高的热膨胀系数的材料制造。
图4描绘了另一个示范动叶突片密封件实施例400。根据本发明的示范实施例，动叶突片402可改变成使得密封突片404可附接于改变的动叶突片402。根据示范实施例，动叶突片可改变成包括保持键408，其可与密封突片404上的保持键槽410相接。在其他的示范实施例中，保持键可制造在密封突片404上，并且键槽可制造在动叶突片上，例如，与图4中示出的配置相反。根据示范实施例，密封突片404可包括材料，其具有热膨胀系数，并且与密封表面406连通。在某些示范实施例中，密封表面406可包括材料，其至少部分地构成牺牲表面。例如，牺牲表面可由铝或其他材料制成。在一个示范实施例中，牺牲表面可以是火焰喷射铝。根据示范实施例，牺牲表面的部分可在操作期间磨损，而牺牲表面的其他部分保持成改进与抵靠转子燕尾槽的密封突片404相关的密封公差。
图5描绘了另一个示范动叶突片密封件实施例500，其中，改变的动叶突片502包括用于保持密封突片506的槽504。为了清楚起见，在图6中描绘槽504和密封突片506的示范平面图和侧视图。
图6描绘了根据本发明的示范实施例的密封突片和保持槽600的示范平面图和侧视图。在示范实施例中，保持槽602可以是改变的动叶突片的部分。根据示范实施例，保持槽602可包括用于相接与密封突片604相关的弹簧区段605的凹入区域601。根据示范实施例，当密封突片604插入到保持槽602中时，弹簧区段605可与保持槽602的凹入区域601接合。根据示范实施例，保持槽还可具有带有比密封突片604的宽度606略宽的通道宽度的接口区域603，并且使得密封突片604可经由接口区域603插入到保持槽602中。示范实施例可设置附加的通道、导向件、键、槽等以用于使密封突片604保持在保持槽602内。
图7示出了根据本发明的示范实施例的用于密封在动叶燕尾件和转子轮槽之间的间隙的方法700。方法700在方块702中开始并且包括改变与动叶燕尾件相关的动叶突片以接收密封突片，其中，密封突片构造成根据温度膨胀。在方块704中，方法700包括使密封突片保持成与改变的动叶突片接触。在方块706中，方法700包括利用密封突片密封在动叶燕尾件和转子轮槽之间的间隙。在方块708中，方法700包括根据温度改变密封突片的至少一部分以用于进一步密封在动叶燕尾件和转子轮槽之间的间隙。方法700在方块708之后结束。
根据某些示范实施例，方法700可进一步包括利用牺牲层406涂覆密封突片304，404的至少一部分以用于提供在密封突片304，404和转子轮槽202之间的间隙一致性。在示范实施例中，提供间隙一致性包括在操作期间通过转子轮槽202的至少一部分从密封突片304，404研磨牺牲层406的至少一部分。在示范实施例中，根据温度改变密封突片304，404的至少一部分包括使密封突片304，404的至少一部分经由材料膨胀，该材料具有大于大约0.000016长度/(长度×℃)的热膨胀系数。
根据示范实施例，改变动叶突片106以接收密封突片304包括使至少一个钻孔310形成穿过动叶突片106以用于将至少一个保持销308插入穿过改变的动叶突片302和进入密封突片304，以用于使密封突片304保持抵靠燕尾件104的至少一部分。根据示范实施例，与钻孔310相关的直径大于或等于至少一个保持销308的直径。在示范实施例中，改变动叶突片106以接收密封突片404包括使至少一个保持键408形成或附接在动叶突片106中，用于与密封突片404中的对应保持键槽410配合以使密封突片404保持抵靠燕尾件104的至少一部分。根据示范实施例，改变动叶突片106以接收密封突片404包括使至少一个保持键槽410形成或附接在动叶突片106中，用于配合与密封突片404相关的对应保持键以用于使密封突片404保持抵靠燕尾件104的至少一部分。
根据另一个示范实施例，提供系统或设备。系统包括涡轮。涡轮可包括转子；一个或多个转子轮200，其连接于转子，其中，一个或多个转子轮200包括一个或多个转子轮槽202；一个或多个动叶102，其均包括具有一个或多个动叶突片106的动叶燕尾件104。系统或设备可包括一个或多个密封突片304，404，其安装于一个或多个动叶突片106并且构造用于密封在动叶燕尾件104和转子轮槽202之间的间隙，其中，一个或多个密封突片304，404构造成根据温度膨胀。在示范实施例中，一个或多个密封突片304，404包括牺牲层406，其涂覆用于提供在一个或多个密封突片304，404和转子轮槽202之间的间隙一致性。在示范实施例中，一个或多个密封突片304，404的至少一部分包括具有大于大约0.000016长度/(长度×℃)的热膨胀系数的材料。根据示范实施例，一个或多个动叶突片106包括至少一个钻孔，用于使至少一个保持销308插入穿过一个或多个动叶突片302和进入一个或多个密封突片304以用于使一个或多个密封突片304保持抵靠燕尾件104的至少一部分。根据示范实施例，与钻孔310相关的直径大于或等于至少一个保持销308的直径。根据示范实施例，一个或多个动叶突片106包括至少一个保持键408，用于与一个或多个密封突片404中的对应保持键槽410配合以用于使一个或多个密封突片404保持抵靠燕尾件104的至少一部分。在示范实施例中，动叶突片106包括至少一个保持键槽410，用于配合与一个或多个密封突片404相关的对应保持键以用于使一个或多个密封突片404保持抵靠燕尾件104的至少一部分。
图8示出了根据本发明的示范实施例的用于密封在动叶燕尾件和转子轮槽之间的间隙的另一种方法800。方法800在方块802中开始并且包括设置与动叶燕尾件相关的动叶突片，其中，动叶突片构造成接收密封突片。在方块804中，方法800包括使动叶突片和密封突片构造成在密封突片插入到动叶突片中之后接合至少一个维度(dimension)。在方块806中，方法800包括利用密封突片密封在动叶燕尾件和转子轮槽之间的间隙；其中，密封突片的至少一部分根据温度变化以用于进一步密封在动叶燕尾件和转子轮槽之间的间隙。方法800在方块806之后结束。
根据示范实施例，改变动叶突片502，602以接收密封突片404包括使槽603形成在动叶突片502，602中，其中，槽宽度对应于动叶突片502，602的大约本体厚度606。
根据示范实施例，使动叶突片502，602和密封突片506，604构造成在密封突片506，604插入到动叶突片502，602中之后在至少一个维度上配合和锁定包括使至少具有第一区段603和第二区段604的槽限定在动叶突片502，602中，其中，第二区段604包括大于与第一区段603相关的宽度的槽宽度。在示范实施例中，使动叶突片502，602和密封突片506，604构造成在密封突片506，604插入到动叶突片502，602中之后在至少一个维度上配合和锁定包括使可弹簧变形突片605限定在密封突片506，604中，其中，可弹簧变形突片605能够操作成与动叶突片502，602的第二区段604接合并且保持在其中。
根据另一个示范实施例，提供系统或设备。系统包括涡轮。涡轮包括转子；一个或多个转子轮200，其连接于转子，其中，一个或多个转子轮200包括一个或多个转子轮槽202；和一个或多个动叶102，其均包括动叶燕尾件104。系统和设备包括一个或多个动叶突片502，602，其与每个动叶燕尾件104相关；和一个或多个密封突片506，604，其构造成用于密封在动叶燕尾件104和转子轮槽202之间的间隙，并且进一步构造成在一个或多个密封突片506，604插入到一个或多个动叶突片502，602中之后接合一个或多个动叶突片502，602。根据示范实施例，一个或多个密封突片506，604进一步构造成根据温度膨胀。根据示范实施例，一个或多个动叶燕尾件104能够通过将动叶燕尾件104插入到一个或多个转子轮槽202中而可移除地附接于一个或多个转子轮200。根据示范实施例，一个或多个密封突片506，604包括牺牲层，其涂覆用于提供在一个或多个密封突片506，604和转子轮槽202之间的间隙一致性，其中，一个或多个动叶突片502，602包括对应于一个或多个密封突片506，604的大约本体厚度606的槽宽度。根据示范实施例，一个或多个动叶突片502，602包括至少具有第一区段603和第二区段604的槽，其中，第二区段604包括大于与第一区段相关的宽度的槽宽度。在示范实施例中，一个或多个密封突片506，604包括可弹簧变形突片605，其中，可弹簧变形突片605能够操作成与动叶突片502，602的第二区段604接合并且保持在其中。
根据示范实施例，可提供某些技术效果，诸如产生为涡轮动叶和轮提供密封的某些系统、方法和设备。本发明的示范实施例可提供进一步的技术效果，即提供用于使密封件根据温度膨胀的系统、方法和设备。本发明的示范实施例可提供进一步的技术效果，即提供用于经由密封突片上的牺牲层提供改进的密封的系统、方法和设备。
在本发明的示范实施例中，动叶突片密封件实施例300，400，500，600可包括任何数量的五金部件以便于操作中的任何一个。根据需要，本发明的实施例可包括具有图1至6中示出的构件中的更多个或更少个的动叶突片密封件实施例300，400，500，600。
虽然已经结合目前被认为是最实用且各种的实施例的实施例描述本发明的某些实施例，但是应当理解，本发明不受限于公开的实施例，而是与此相反，意图涵盖包括在所附权利要求的范围内的各种改变和等同配置。虽然在本文中使用特定术语，但是它们仅在一般且描述性的意义下使用并且不为了限制。
该书面描述使用实例以公开本发明的某些实施例，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实践本发明的某些实施例，包括制备和使用任何器件或系统并且执行任何合并的方法。本发明的某些实施例的专利权范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员所想到的其它实例。如果其它实例具有与权利要求的字面语言并无不同的结构元件或者如果其它实例包括与权利要求的字面语言并无实质差别的等效结构元件，则这些其它实例预期在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种用于密封在动叶燕尾件(104)和转子轮槽(202)之间的间隙的方法，其包括：
设置与动叶燕尾件(104)相关的动叶突片(502，602)，其中，所述动叶突片(502，602)构造成接收密封突片(506，604)；
使所述动叶突片(502，602)和所述密封突片(506，604)构造成在所述密封突片(506，604)插入到所述动叶突片(502，602)中之后接合至少一个维度；
利用所述密封突片(506，604)密封在所述动叶燕尾件(104)和转子轮槽(202)之间的间隙；其中，所述密封突片(506，604)的至少一部分根据温度改变以用于进一步密封在所述动叶燕尾件(104)和所述转子轮槽(202)之间的间隙。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括以牺牲层涂覆所述密封突片(506，604)的至少一部分，以用于提供在所述密封突片(506，604)和所述转子轮槽(202)之间的间隙一致性。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，提供间隙一致性包括在操作期间通过所述转子轮槽(202)的至少一部分从所述密封突片(506，604)研磨所述牺牲层的至少一部分。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述密封突片(506，604)的至少一部分通过经由材料膨胀而根据温度变化，所述材料具有大于0.000020长度/(长度×℃)的热膨胀系数。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，改变所述动叶突片(502，602)以接收所述密封突片(404)包括使槽(603)形成在所述动叶突片(502，602)中，其中，槽宽度对应于动叶突片(502，602)的大约本体厚度(606)。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使所述动叶突片(502，602)和所述密封突片(506，604)构造成在所述密封突片(506，604)插入到所述动叶突片(502，602)中之后在至少一个维度上配合和锁定包括使至少具有第一区段(603)和第二区段(604)的槽限定在所述动叶突片(502，602)中，其中，所述第二区段(604)包括大于与所述第一区段(603)相关的宽度的槽宽度。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括使可弹簧变形突片(605)限定在所述密封突片(506，604)中，其中，所述可弹簧变形突片(605)能够操作成与所述动叶突片(502，602)的所述第二区段(604)接合并且保持在其中。
8.一种系统，其包括：
涡轮，其包括：
    转子；
    一个或多个转子轮(200)，其连接于所述转子，其中，所述一个或多个转子轮(200)包括一个或多个转子轮槽(202)；
    一个或多个动叶(102)，其均包括动叶燕尾件(104)；
    一个或多个动叶突片(502，602)，其与每个动叶燕尾件(104)相关；和
    一个或多个密封突片(506，604)，其构造成用于密封在所述动叶燕尾件(104)和所述转子轮槽(202)之间的间隙，并且进一步构造成在所述一个或多个密封突片(506，604)插入到所述一个或多个动叶突片(502，602)中之后接合所述一个或多个动叶突片(502，602)。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述一个或多个密封突片(506，604)进一步构造成根据温度膨胀。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述一个或多个动叶燕尾件(104)能够通过将所述动叶燕尾件(104)插入到所述一个或多个转子轮槽(202)中而可移除地附接于所述一个或多个转子轮(200)。
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