CN102996258A - 不连续的环密封件 - Google Patents

Abstract

本发明公开不连续的环密封件。公开了一种组件，其包括第一旋转构件和邻近第一旋转构件安置的第二旋转构件。环形槽可限定于第一旋转构件与第二旋转构件之间且可包括密封表面。此外，密封件可安置于环形槽内且可被构造成当第一旋转构件和第二旋转构件旋转时抵靠密封表面接合。此外，当密封件抵靠密封表面接合时，密封件可形成环形槽内的不连续环。

Description

不连续的环密封件

技术领域

本主题大体而言涉及不连续的环密封件，且更特定而言，涉及可用于密封在燃气涡轮的旋转构件，诸如相邻转子盘之间的间隙的不连续的环密封件。

背景技术

在涡轮机械和在许多其它机械应用中，常常需要防止高压腔中的流体流入到低压腔内。例如，在燃气涡轮系统中，压缩的工作流体(例如，自压缩机的加压空气)可供应至燃气涡轮的许多高压区以提供冷却。例如，工作流体可被供应至限定于燃气涡轮的相邻转子盘之间的高压腔以冷却盘的部分。但是，由于在转子盘之间的间隙，工作流体的相当部分常常可泄漏到在盘处或邻近盘处的低压腔，从而导致燃气涡轮降低的性能和/或效率。

在本领域中已知各种策略来防止在相邻构件之间的由于流体泄漏造成的系统损失。例如，活塞环密封件和其它连续环密封件在过去用于密封相邻旋转构件，诸如燃气涡轮的相邻转子盘之间的间隙。但是，由于其固定、环形的几何形状，那些密封件常常难以安装于这些构件之间。此外，在燃气涡轮应用中，常常需要使包含于涡轮的高压腔内的加压流体的少部分流入到低压腔内以防止邻近这些腔安置的构件的不均匀热增长。但是，通过形成不间断、连续的环形形状，活塞环密封件和其它连续环密封件可完全密封限定于相邻旋转构件之间的间隙，从而防止任何加压流体行进到邻近旋转构件安置的低压腔内。

因此，大致密封限定于相邻旋转构件之间的间隙且还允许小部分加压流体行进通过该密封件的密封件将会在本领域中受到欢迎。

 

发明内容

本发明的方面和优点将在下文的描述中部分陈述，或者可从该描述显而易见，或者可通过实践本发明而学习。

在一方面，本主题公开了一种组件，其包括：第一旋转构件；以及，第二旋转构件，其邻近第一旋转构件安置。环形槽可限定于第一旋转构件与第二旋转构件之间且可包括密封表面。此外，密封件可安置于环形槽内且可被构造成当第一旋转构件和第二旋转构件旋转时抵靠密封表面接合。此外，当密封件抵靠密封表面接合时，密封件可形成环形槽内的不连续环。

在另一方面，本主题公开了转子组件。该转子组件可包括第一转子盘；以及第二转子盘，其邻近第一转子盘安置。环形槽可限定于第一转子盘与第二转子盘之间且可包括密封表面。此外，密封件可安置于环形槽内且可被构造成当第一转子盘与第二转子盘旋转时抵靠密封表面接合。此外，当密封件抵靠密封表面接合时，密封件可形成环形槽内的不连续环。

在又一方面，本主题公开了一种燃气涡轮。该燃气涡轮可包括压缩机部段；在压缩机部段下游的燃烧部段；在燃烧部段下游的涡轮部段；以及转子组件。该转子组件可包括第一转子盘；以及第二转子盘，其邻近第一转子盘安置。环形槽可限定于第一转子盘与第二转子盘之间且可包括密封表面。此外，密封件可安置于环形槽内且可被构造成当第一转子盘与第二转子盘旋转时抵靠密封表面接合。此外，当密封件抵靠密封表面接合时，密封件可形成环形槽内的不连续环。

参考下文的描述和所附权利要求，本发明的这些和其它特征、方面和优点将会更好地理解。合并于本说明书中并构成说明书的一部分的附图示出本发明的实施例且与描述一起用于解释本发明的原理。

附图说明

针对本领域技术人员的本发明的全面并可实施的公开，包括其最佳实施方式，参考附图在说明书中陈述，在附图中：

图1示出了在涡轮的中心线截止的燃气涡轮的一个实施例的局部截面图。

图2示出了根据本主题的方面的转子组件的一个实施例的局部截面图，特别地示出了转子组件的相邻转子盘，其中，环密封件安置于相邻转子盘之间；

图3示出了图2所示的转子盘中的一个的透视图，特别地示出了安置于限定于转子盘中的环形密封槽内的环密封件；

图4示出了图3所示的转子盘的局部侧视图，特别地示出了处于环形密封槽内的非操作位置的环密封件；以及

图5示出了图3所示的转子盘的局部侧视图，特别地示出了处于环形密封槽内的操作位置的环密封件。

附图列表

10   燃气涡轮

12   中心线

14   压缩机部段

16   燃烧部段

18   涡轮部段

20   过渡件

22   流动压缩机

24   转子叶片

26   定子静叶

28   转子盘

30   压缩机壳体

32   转子组件

34   燃烧器

36   涡轮喷嘴

38   涡轮动叶

40   涡轮壳体

42   转子盘

44   转子组件

46   间隔盘

100   转子组件

102   转子盘

104   转子盘

106   密封件

108   密封槽

110   摩擦界面

112   间隙

114   高压腔

116   低压腔

122   宽度

124   高度

126   宽度

128   高度

130   弓形区段

132   相邻端部

134   内表面

136   箭头

138   密封表面

140   流动间隙。

具体实施方式

现将详细地参考本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。以解释本发明而非限制本发明的方式提供每个示例。实际上，对于本领域技术人员显而易见，在不偏离本发明的范围或精神的情况下可在本发明中做出各种修改和变型。举例而言，作为一个实施例的部分示出或描述的特征可用于另一实施例以得到又一实施例。因此，预期本发明涵盖属于所附权利要求及其等效物的范围内的这些修改和变型。

大体而言，本主题针对于一种用于大致密封在相邻旋转构件之间的间隙的不连续的环密封件。特别地，本主题公开了一种在相邻构件旋转时在这样的构件之间形成不连续环的环密封件。例如，在若干实施例中，环密封件可绕其周边(circumference)分段，使得在相邻构件的旋转期间，环密封件的区段(或者单个区段的端部)可分开且限定一个或多个流动间隙来允许加压流体行进通过该密封件。

在本主题的特定实施例中，环密封件可用于密封限定于燃气涡轮的相邻转子盘之间的间隙。通过将环密封件构造为在燃气涡轮操作期间在转子盘旋转时形成不连续环，环密封件可允许由燃气涡轮压缩机供应的工作流体的一部分行进到限定于转子盘之间的低压腔，从而向这样的腔提供冷却且防止转子盘的不均匀热增长。

应当意识到，尽管所公开的环密封件在本文中将大体上参考燃气涡轮的相邻转子盘进行描述，但是环密封件可大体上用于密封限定于燃气涡轮的任何旋转构件之间的间隙。此外，本主题的应用并不必限于燃气涡轮。具体而言，所公开的环密封件可用于密封限定于任何合适机器的相邻旋转构件之间的间隙。

现参考附图，图1示出了在涡轮的中心线12处截止的燃气涡轮10的一个实施例的局部截面图。如图所示，燃气涡轮10包括压缩机部段14、安置于压缩机部段14下游的燃烧部段16和安置于燃烧部段16下游的涡轮部段18。压缩机部段16可大体上被构造为使流入涡轮10内的空气加压。然后加压空气或工作流体的一部分流入到燃烧部段16内，在其中空气与燃料混合并燃烧。然后热燃烧气体流过过渡件20，沿着环形热气体路径到涡轮部段18以驱动燃气涡轮10并生成功率。

在若干实施例中，压缩机部段14可包括轴流式压缩机22，轴流式压缩机22具有多个压缩机级，压缩机级的特征为交替的转子叶片24排和定子静叶26排。具体而言，每个压缩机级可包括安装到压缩机转子盘28上的成排的周向间隔开的转子叶片24和附连到静态压缩机壳体30上的成排的周向间隔开的定子静叶26。交替的转子叶片24排和定子静叶26排可大体上被构造为渐增地增加流过压缩机22的空气压力，使得实现所需的压力增加。压缩机转子盘28，以及转子叶片24，通常包括压缩机22的旋转构件且因此可形成压缩机转子组件32。例如，在若干实施例中，压缩机转子盘28可围绕涡轮中心线12抵靠彼此在轴向堆叠使得扭矩可在转子盘28之间传输。

燃气涡轮10的燃烧部段16的特征通常可为以环形阵列围绕涡轮中心线12安置的多个燃烧器34(示出了其中的一个)。每个燃烧器34可通常被构造为接收从压缩机22排放的加压空气的一部分、混合空气与燃料以形成空气/燃料混合物且燃烧混合物以产生热燃烧气体。如上文所示地，热燃烧气体然后可从每个燃烧器34流经过渡件20到燃气涡轮10的涡轮部段18。

涡轮部段18通常可包括多个涡轮级，涡轮级的特征为交替的涡轮喷嘴36排和涡轮动叶38排。特别地，每个涡轮级可包括附连到静态涡轮壳体40上的成排的周向间隔开的涡轮喷嘴36和安装到涡轮转子盘42上的成排的周向间隔开的涡轮动叶38。交替的涡轮喷嘴36排和动叶38排通常可被构造为将热燃烧气体的能量渐增地转换为由涡轮转子盘42旋转所表现出来的功。涡轮转子盘42，以及涡轮动叶38，通常可包括涡轮部段18的旋转构件且因此可形成涡轮转子组件44。类似于压缩机转子盘28，涡轮转子盘42通常可沿着涡轮中心线12在轴向堆叠在一起。例如，如图1所示，涡轮转子盘42可由间隔盘46而彼此间隔开，其中转子盘42和间隔盘46在轴向抵靠彼此堆叠使得扭矩可在转子盘42之间传输。

现参考图2至图5，根据本主题的方面示出了适合于用于图1所示的燃气涡轮10的转子组件100的一个实施例。具体而言，图2示出了转子组件100的两个相邻转子盘102、104的局部截面图，其具有安置在限定于转子盘102、104之间的密封槽108内的环密封件106。图3示出了图2所示的转子盘102中的一个的透视图，特别地示出了安置于由转子盘102所限定的密封槽108的部分内的环密封件106的截面图。此外，图4和图5示出了图3中所示的转子盘102的侧视图，其中，在非操作位置(图4)和操作位置(图5)中，环密封件106都被示出在密封槽108内。

如图所示，转子组件100通常包括第一转子盘102和第二转子盘104。大体而言，第一转子盘102和第二转子盘104可被构造成与任何压缩机转子盘28(图1)、涡轮转子盘42(图1)和/或本领域中已知的任何其它合适转子盘或叶轮相同或相似。因此，在若干实施例中，每个转子盘102、104可包括用于绕其外周附连多个压缩机转子叶片24(图1)和/或涡轮动叶38(图1)的合适附连特征。例如，每个转子盘102、104可包括绕其外周限定的多个根部槽(未图示)，诸如多个燕尾槽，其中每个根部槽被构造成接纳每个转子叶片24和/或涡轮动叶38的对应形状的根部(未图示)。此外，转子盘102、104可被构造成围绕涡轮中心线12在轴向堆叠在一起。例如，如图2所示，第一转子盘102和第二转子盘104可堆叠在一起，使得摩擦界面110限定于转子盘102、104之间在一个或多个径向位置处，用于在盘102、104之间传递扭矩。

应意识到，尽管转子组件100被示出为包括两个转子盘102、104，但是转子组件100通常可包括任何数量的转子盘。

此外，转子组件100可包括环密封件106，环密封件106被构造成大致密封限定于第一转子盘102与第二转子盘104之间的间隙114。例如，在若干实施例中，环密封件106可被构造为限制进入到限定于转子盘102、104之间的特定空间的工作流体量，诸如通过在限定于转子盘102、104之间的高压腔114与低压腔116之间提供密封件。通过提供这样的密封件，环密封件106可减小在转子盘102、104之间的流动泄漏，从而改进了燃气涡轮10的性能和/或效率。

应意识到，限定于转子盘102、104之间的高压腔114和低压腔116通常可安置于相对于彼此和/或相对于转子盘102、104的任何合适位置处。因此，高压腔114和低压腔116并非必需置于图2所示的确切位置。

环密封件106通常可被构造成定位在转子盘102、104之间在由转子盘102、104中的一个或两个所限定的环形密封槽108内。例如，如在图2中特别示出地，在一个实施例中，密封槽108的一部分可由转子盘102、104中的每一个限定，诸如通过在第一转子盘102内形成槽108的第一部分和在第二转子盘104内形成槽108的第二部分。但是，在其它实施例中，密封槽108可主要和/或完全形成于第一转子盘102内或第二转子盘104内。

应意识到，环密封件106和密封槽108的尺寸可大体上选择为使得环密封件106可安装于密封槽108内。例如，在若干实施例中，环密封件106的宽度122和高度124可小于密封槽108的宽度126和高度128。类似地，在一个实施例中，由环密封件106所限定的半径(未图示)可大体上对应于由密封槽108的一部分所限定的半径(未图示)。

此外，应意识到第一转子盘102和第二转子盘104也可限定额外密封槽108，用于在这样的盘102、104与其它相邻的转子盘之间接纳环密封件106。例如，如图2所示，额外密封槽108可限定于第一转子盘102中在与限定于第一转子盘102与第二转子盘104之间的摩擦界面110的对立侧上。因此，环密封件106可定位于密封槽108内且可延伸到相邻转子盘的对应密封槽(未图示)内。类似地，额外密封槽108可限定于第二转子盘104中与摩擦界面110表面的对立处，使得环密封件108可定位于密封槽108内且可在轴向延伸到与第二转子盘104相邻安置的转子盘的对应密封槽(未图示)内。

此外，如上文所示，环密封件106可绕其周边在一个或多个位置处分段。具体而言，在若干实施例中，环密封件106可由多个单独弓形区段130形成，多个单独弓形区段130被构造为限定密封槽108内的大体上环状或环形的形状。例如，如在图3至图5中特别示出地，在一个实施例中，环密封件106可由四个弓形区段130形成，四个弓形区段130在端对端组装时限定大体上环形的形状。但是，在备选实施例中，应意识到环密封件106可由任何合适数量的弓形区段130，诸如小于四个弓形区段130或多于四个区段130来形成。例如，在一个实施例中，环密封件106可由两个弓形区段130形成，其中每个区段130大体上限定环密封件106的总周边的一半。

通过将环密封件106绕其周边分段，环密封件106可适于在转子盘102、104的旋转期间形成不连续或间断的环。具体而言，如图4所示，在一个实施例中，弓形区段130可定尺寸使得当环密封件106抵靠密封槽108的径向内表面134安置时，弓形区段130的相邻端部132可彼此邻接。例如，每个弓形区段130可限定与径向内表面134所限定的半径(未图示)相同或相似的半径(未图示)。但如图5所示，在转子盘102、104旋转时，离心力(由箭头136所示)可迫使弓形区段130在密封槽108内径向向外且抵靠密封槽108的径向外部或密封表面138成密封接合。因此，弓形区段130的端部132可绕环密封件106的周边彼此分开，从而形成不连续或间断的环。换言之，当区段130抵靠密封表面138密封接合时，环密封件106可限定在相邻弓形区段130的端部132之间的多个流动间隙140。因此，在高压腔114内流动的工作流体的一部分可通过流动间隙140导向至低压腔116内，从而提供在低压腔116内的流动且驱动转子盘102、104的所需热增长。例如，流过流动间隙140的工作流体可热刺激邻近低压腔114安置的转子盘102、104的部分，从而减小了在每个转子盘102、104内的热梯度。

应意识到，在备选实施例中，弓形区段130的端部132不必构造为在转子盘102、104不旋转时彼此邻接。例如，在一个实施例中，弓形区段130可被设计成使得甚至当区段130绕密封槽108的径向内表面134安置时，流动间隙140也可限定于相邻区段130的端部132之间。因此，在转子盘102、104旋转时，由于弓形区段130被迫径向向外抵靠密封槽108的密封表面138，所以流动间隙140的大小可增加。

还应意识到行进通过流动间隙140的工作流体量可大体上基于弓形区段130的尺寸、密封槽108的尺寸和/或限定于转子盘102、104之间的间隙112的尺寸而改变。具体而言，通过改变这样的特征的尺寸，限定于转子盘102、104之间的泄漏面积(即，限定于转子盘102、104之间在间隙112周边的周围的总面积)可改变。例如，在若干实施例中，弓形区段130和/或密封槽108可被设计成使得环密封件106将限定于转子盘102、104之间的泄漏面积减小大于约60%至小于100%，诸如从约65%至约95%的范围或从约75%至约85%的范围以及它们之间的所有其它子范围的百分比泄漏面积减小。应意识到泄漏面积的100%减小可大体上对应于在转子盘102、104之间形成的无泄漏密封。因此，通过构造环密封件106使得由密封件106所提供的泄漏面积减小小于100%，在高压腔114内流动的工作流体的一部分可流过流动间隙140且流到低压腔116内。

此外，在备选实施例中，还应意识到环密封件106可由单个弓形区段形成。具体而言，在一个实施例中，环密封件106可由弓形区段形成，弓形区段端对端地延伸以便限定大体上环形的形状(例如，当区段的端部彼此抵靠邻接时形成360度环的弓形区段)。例如，单个弓形区段的端部可被构造为当区段在密封槽108的内表面134周围环绕(wrap)时彼此抵靠邻接。但是，当转子盘102、104旋转时，弓形区段的端部可彼此分开以便限定流动间隙140来允许工作流体的一部分从高压腔114行进到低压腔116。

此外，如上文所示，应意识到所公开的环密封件106可用于密封限定于燃气涡轮10的任何旋转构件之间的间隙112，且因此并非必需限于在相邻转子盘102、104之间使用。例如，在一个实施例中，环密封件106可用于密封限定于涡轮转子组件44(图1)的转子盘42与间隔盘46之间的间隙。在另一个实施例中，环密封件106可用于密封限定于任何其它合适旋转机器的旋转构件之间的间隙。

本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还能使本领域技术人员实践本发明，包括做出和使用任何装置或系统以及执行任何合并的方法。本发明的可专利范围由权利要求限定，且可包括本领域技术人员所想到的其它示例。如果其它示例包括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示例包括与权利要求的字面语言并无实质不同的等效结构元件，则这些其它示例预期在权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种组件，包括：

第一旋转构件；

第二旋转构件，其邻近所述第一旋转构件安置；

环形槽，其限定于所述第一旋转构件与第二旋转构件之间，所述环形槽包括密封表面；以及

密封件，其安置于所述环形槽内，所述密封件被构造成当所述第一旋转构件和第二旋转构件旋转时抵靠所述密封表面接合，

其中，当所述密封件抵靠所述密封表面接合时，所述密封件在所述环形槽内形成不连续环。

2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述密封件由多个弓形区段形成。

3.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，当所述密封件抵靠所述密封表面接合时，至少一个流动间隙限定于所述密封件的周边的周围。

4.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，泄漏面积限定于所述第一旋转构件与第二旋转构件之间。

5.根据权利要求4所述的组件，其特征在于，所述密封件被构造成将限定于所述第一旋转构件与第二旋转构件之间的泄漏面积减小大于约60%且小于100%。

6.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述第一旋转构件包括第一转子盘且所述第二旋转构件包括第二转子盘。

7.一种转子组件，包括：

第一转子盘；

第二转子盘，其邻近所述第一转子盘安置；

环形槽，其限定于所述第一转子盘与第二转子盘之间，所述环形槽包括密封表面；以及

密封件，其安置于所述环形槽内，

所述密封件被构造成当所述第一转子盘与所述第二转子盘旋转时抵靠所述密封表面接合，

其中，当所述密封件抵靠所述密封表面接合时，所述密封件在所述环形槽内形成不连续环。

8.根据权利要求7所述的转子组件，其特征在于，所述密封件由多个弓形区段形成。

9.根据权利要求7所述的转子组件，其特征在于，当所述密封件抵靠所述密封表面接合时，至少一个流动间隙限定于所述密封件的周边的周围。

10.根据权利要求7所述的转子组件，其特征在于，泄漏面积限定于所述第一转子盘与第二转子盘之间。

11.根据权利要求10所述的组件，其特征在于，所述密封件被构造成将限定于所述第一转子盘与第二转子盘之间的泄漏面积减小大于约60%且小于100%。

12.根据权利要求7所述的转子组件，其特征在于，所述第一转子盘和第二转子盘包括压缩机转子盘。

13.根据权利要求7所述的转子组件，其特征在于，所述第一转子盘和第二转子盘包括涡轮转子盘。

14.一种燃气涡轮，包括：

压缩机部段；

燃烧部段，其在所述压缩机部段的下游；

涡轮部段，其在所述燃烧部段的下游；以及 转子组件，包括：

第一转子盘；

第二转子盘，其邻近所述第一转子盘安置；

环形槽，其限定于所述第一转子盘与第二转子盘之间，所述环形槽包括密封表面；以及

密封件，其安置于所述环形槽内，所述密封件被构造成当所述第一转子盘和所述第二转子盘旋转时抵靠所述密封表面接合，

其中，当所述密封件抵靠所述密封表面接合时，所述密封件在所述环形槽内形成不连续的环。

15.根据权利要求14所述的燃气涡轮，其特征在于，所述密封件由多个弓形区段形成。

16.根据权利要求14所述的燃气涡轮，其特征在于，当所述密封件抵靠所述密封表面接合时，至少一个流动间隙限定于所述密封件的周边的周围。

17.根据权利要求14所述的燃气涡轮，其特征在于，泄漏面积限定于所述第一转子盘与第二转子盘之间。

18.根据权利要求17所述的燃气涡轮，其特征在于，所述密封件被构造成将限定于所述第一转子盘与第二转子盘之间的泄漏面积减小大于约60%且小于100%。

19.根据权利要求14所述的燃气涡轮，其特征在于，所述转子组件包括压缩机转子组件。

20.根据权利要求14所述的燃气涡轮，其特征在于，所述转子组件包括涡轮转子组件。

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